合拢段加劲型钢支撑施工方案

嘻嘻嘻段扩能改造工程fly江特大桥（62+2×100+62）m刚构连续梁合拢段临时加劲型钢支撑约束专项施工技术方案中铁x局集团有限公司2012年5月20日1一、工程概况1、桥梁概况xx段扩能改造工程，在DK29+411.56～DK30+010.975处跨越fly江，设特大桥一座。桥址位于mjfnuhgf镇飞龙上游，新建桥位于既有桥的左侧，与既有线间距30m，横跨fly江。特大桥桥跨全长599.415m，孔跨布置为7×32m简支T梁＋(62+2×100+62)m连续刚构＋1×32m简支T梁，单线铁路桥梁。其中第8～第11孔桥梁为（62+2×100+62）m预应力钢筋混凝土连续刚构梁。其余孔跨采为预制后张简支钢筋混凝土T梁。连续刚构悬臂梁采用挂篮法悬臂浇筑施工工艺，O号梁段及边跨梁段采用支架现浇法施工工艺。简支T梁采用预制架设法施工工艺。连续刚构主跨几何特征如图1所示。连续刚构的第8＃、9＃、10＃桥墩为主跨桥墩。主桥墩墩身采用矩形实体双板式桥墩，墩高均为10.5m。板式墩横截面尺寸为宽4.8m、长1.4m，两板柱间间距3.6m，双板柱外形长6.4m，板柱墩身设计为C55钢筋混凝土。主墩结构示意图如图2所示。2箱梁顶宽7.2m，底宽4.8m，梁高由墩顶处最高7.4m，渐变至跨中3.6m高，直腹板型单箱单室箱梁。连续刚构梁各节段特征如表1所示。表1：连续刚构梁各节段特征概述表节段号01234567节段长640280300300300300350350描述O号梁段悬浇段悬浇段悬浇段悬浇段悬浇段悬浇段悬浇段砼方量16650.3850.7147.1143.1239.4541.9738.14节段号89101112131415节段长4004004004004004002001170描述悬浇段悬浇段悬浇段悬浇段悬浇段悬浇段合拢段边跨段砼方量39.5136.5135.2234.7734.5534.50中26.57/17.25125.332、当地自然气候条件bb市地区夏长冬暖有微寒。全年平均气温为22℃,每年1月（农历12月）份虽是全年气温最低的月份，但平均气温仍在10℃以上，比较暖和。每年农历10月一12月偶有强烈寒潮入侵，市内偶尔出现连续几天10℃以3下的低温，最冷时气温降至0℃以下，偶尔轻霜，但为数甚少。合拢段施工期限预计最高最低温差在15℃之内。3、合拢施工顺序该连续刚构施工合拢顺序为先边跨后中跨的合拢顺序。该连续刚构中跨、边跨合拢，均利用悬浇段既有挂篮和模板作为合拢吊架，从悬浇段前移至合拢段进行合拢。合拢劲性骨架的安装与锁定、预张拉临时预应力束、T构顶推、平衡配重的设置、合拢段砼浇注时间及温度的控制、合拢钢束的张拉与压浆等关键步骤，均按照设计和监控要求执行。其他如钢筋绑扎、预应力安装、张拉及压浆、模型安装及加固等通用工序，均和正常悬浇段相同。4、合拢步骤及方法4.1合拢吊架平台搭设边跨合拢吊架。边跨合拢时，先将边跨现浇段梁底及内箱的前端支架拆除影响合拢吊架安装部分，再将边跨8#悬浇段两幅挂篮整体前移200cm进行边跨合拢。边跨合拢过程中，保持中跨2副挂篮锚固不动。中跨合拢吊架。中跨合拢时，先将8#墩、10墩中跨13#悬浇段挂篮整体后退450cm锚固，再将9#墩中跨13#悬浇段挂篮整体前移200cm进行中跨合拢。中跨合拢过程中，保持边跨2副挂篮锚固在边跨不动。4.2钢筋绑扎、预应力安装、模型安装及加固挂篮前移并锚固，形成合拢吊架平台后，同普通悬浇段一样清洗模型、绑扎钢筋、安装预应力、安装模型并加固。4.3T构顶推力施加4根据设计要求，中跨合拢临时锁定前，需在20℃-25℃的温度条件下，在中跨合拢段两侧的T构端部施加顶推力F＝2400KN，以调整墩梁内力。顶推时，以顶力为控制指标，以合拢段两端水平位移量为校核指标，顶力总量2400KN，由四台千斤顶均匀承担。在悬浇13#段砼时，在中跨合拢口两端的13#段底板及顶板与腹板交界处，提前预埋4块500×500×10mm钢板，作为4个顶推着力点。顶推时间选择在凌晨2：00～4：00，此时段当地气温25℃左右，满足设计要求的温度条件。顶推时，采用4台300t液压千斤顶，配合加工好的4根φ300体内支撑柱，在4个顶推着力点同时均匀施加，每个千斤顶及每根分配梁均摊125t顶力。施加顶力过程中，安排测量人员对合拢口两端梁体水平位移进行精密测量与记录。4.4合拢劲性骨架安装、锁定及拆除合拢劲性骨架用于连接和支撑合拢段两端梁体，保证合拢段净空，防止合拢段两端梁体在浇筑合拢段砼过程中，以及合拢段砼尚未达到设计强度之前发生错动，同时抵抗合拢段两端梁体因温度升高膨胀而在合拢段砼中产生的压应力，并抵抗合拢段两端梁体可能错动而引起的竖向剪应力。劲性骨架拆除安排在合拢段砼养生等强至设计强度之后，合拢钢束张拉开始之前。由于合拢劲性骨架采用焊缝连接，抗拉能力较低，故通过预张拉临时预应力束，用来抵抗合拢段两端梁体因温度降低收缩而在合拢段砼中产生的拉应力。4.5配重加设及卸除通过加设和同步卸除配重，使合拢口两端悬臂在合拢段砼浇注过程中5受力始终保持一致，从而使合拢口两端悬臂高差始终保持不变，可以避免合拢段砼开裂；同时尽最大可能避免因施工原因造成结构产生附加应力，从而实现“无应力”合拢。配重加设安排在浇注合拢段砼前，合拢口两端对称施加。中跨合拢段配重共计691KN，边跨合拢段配重共计448KN。配重采用塔吊吊装沙袋设置。在浇注合拢段砼时，根据砼的浇注速度及数量，边浇筑砼边卸除配重，卸除速度与砼浇注速度基本保持一致，其重量差不得超过5吨。4.6砼浇注及养生因砼抗压能力强，抗拉能力低，为避免因温度降低梁体收缩导致合拢段砼受拉破坏，合拢段砼浇注时间安排在全天气温最低且温差变化最小的时段（凌晨2:00～6:00）进行，浇筑温度要求在20～25℃之间。合拢段砼采用水平分层、左右对称一次浇注完成。合拢段砼浇注后，加强覆盖和洒水养护，防止合拢段砼因内外温差过大开裂。4.7合拢施工注意事项（1）在合拢前4个节段的施工过程中，加强合拢口两端梁体的线型控制及梁端截面控制，确保合拢口两端梁体轴线、标高、节段长度等指标满足合拢精度要求。（2）确保T构顶推力及合拢口水平位移符合设计要求，确保合拢劲性骨架预埋及焊接质量，确保临时张拉力锁定效果。（3）合拢劲性骨架焊接锁定、合拢段砼浇注，尽量快速、对称，尽量缩短合拢施工时间。6（4）合拢前，清除梁上多余的材料、机具，尽量使合拢口两端的施工荷载平衡。合拢段砼浇筑后至合拢钢束张拉前，禁止施工荷载的超平衡变化。二、临时加劲型钢支撑约束结构概况连续刚构的边跨合拢段，边跨边墩为活动支座，滑动摩擦力很小，刚构的温差应力因活动支座滑动得到释放，合拢段温差应力影响较小；连续刚构的主跨合拢段，刚构的温差应力只能靠刚构变形相适应，合拢段的温差应力影响很大。因此，边跨合拢段不作为控制重点，参考主跨临时约束结构施工。以温差应力影响较大的主跨合拢段为控制对象。主跨合拢段的临时加劲型钢约束方案，采用体内刚性支撑、体外刚性约束＋预拉应力索相结合的三维约束结构。体内刚性支撑采用外径φ300mm、壁厚10mm钢管混凝土支撑柱，体外刚性约束采用水平面型钢桁架+挂篮竖向撑拉约束，合拢端临时预拉应力索临时锁定的组合措施。临时锁定束利用合拢口永久预应力束进行临时锁定，暂定顶板、底板共计10束，每束临时锁定张拉力为700KN，合计锁定张拉力7000KN，要在合拢段混凝土浇筑前施加锁定。合拢段临时加劲型刚约束结构如下图1、边跨合拢体内刚性支撑及临时锁定张拉束如下，临时张拉束为顶板的Q1、Q2及底板的B2、B3、B4，每编号对称张拉2束。体内刚性支撑如图中所示。72、中跨合拢体内刚性支撑及临时锁定张拉束如下，临时张拉束为顶板的C1、C2及底板的D2、D3、D4，每编号对称张拉2束。体内刚性支撑如图中所示。3、体外约束桁架如下图，8每个合拢段纵向约束采用4根φ300mm、壁厚10mm钢管混凝土支撑柱和临时张拉束共同作用，支撑柱与腹板浇筑在一起，不再拆除；横向约束采用I16工字钢桁架，分别在顶板上安装2组、箱内底板上安装1组。每组桁架使用1根I16型工字钢柱及I16工字钢斜拉杆组拼。三、临时加劲型钢支撑约束结构设计1、设计参数①、钢材弹性模量：E=2.1×105Mpa；②、C55混凝土弹性模量：Ec=3.55×104Mpa；③、Q235钢材允许拉压应力：f=210Mpa。④、箱梁混凝土材料线膨胀系数为α＝1×10-5m/co·m；⑤、按当地温度差△T＝15co计算。⑥、墩身高度h=1050cm，横截面惯性矩I=2.1952×108cm4。⑦、合拢段长度2m。⑧、结构安全系数K=1.3。92、临时加劲型钢支撑约束结构受力分析合拢段混凝土在刚构升温阶段，会受刚构温升应力的挤压作用；在刚构降温阶段，会受刚构收缩的拉应力作用。为使得合拢段混凝土在养护阶段不受到刚构温度应力的影响，设置临时加劲型钢支撑约束结构承担刚构温度应力。在合拢段混凝土养护阶段，当温度升高时，刚构的温升挤压应力由临时钢支撑承担；当温度降低时，刚构的收缩拉应力由临时预应力索来承担。合拢段临时加劲型钢支撑结构承担刚构温度伸缩应力的双重作用。3、结构计算基本条件①、由于合拢段施工时各梁段混凝土所经历的时间较短，混凝土收缩、徐变产生的变形值相对较小，计算时只考虑温差影响；②、为简化计算，把变高度梁简化为平均断面的等截面梁处理；③、为简便计算，刚构主跨温升长度按L=100m计算，忽略合拢段2m长的影响；⑤、为简化计算，忽略临时预应力索预拉力对钢支撑和主跨T构的压缩影响；4、结构荷载计算①、T构最大温差伸缩量：△L＝αL△T＝1×10-5m/co·m×100×15co=15mm；②、T构的最大温度内力：312hLEIF=6056KN；5、临时约束结构设计①、临时预应力索的设计10当气温下降时，假定T构收缩内力完全由临时张拉束来承担。临时张拉束暂定10束，每束临时锁定张拉力不超过700KN。考虑临时锁定张拉的对称性，按顶板和底板预应力束均匀分配。②、体内临时支撑柱当气温上升时，T构的伸张内力完全由临时支撑柱来承担。箱梁全断面共计布置4根钢管混凝土支撑柱，每根支撑荷载为1516KN，其中底板和顶板各两根。体内临时钢管混凝土支撑柱采用直径φ300mm、壁厚10mm、C50混凝土支撑柱。按轴心受压杆件设计。钢管混凝土支撑柱横截面积A＝707cm2,含钢截面积AS＝75cm2，钢管混凝土柱含钢率ρ＝0.106，混凝土强度标准值fck=32.4MPa。管支撑高度h=200cm，长细比λ＝26.7，折减系数φ＝0.948。钢管混凝土提高系数K1＝1.54。钢管混凝土轴心受压杆件的承载力：)(][1cckggAfKAfN=4483KN。大于最大荷载N＝1516KN，储备系数K=2.95。③、约束桁架设计横向桁架杆件均按受压杆件设计。按钢结构一般规定取λ≤150为控制目标。连接节点按受拉、受剪设计，抗拉抗剪能力F≥)1(30)(mFcr150KN。桁架顺桥支撑2m，剪刀撑斜拉杆按45o设置，斜拉杆长度为2.83m。拟采用I16工字钢，最弱轴iy=1.89cm，横截面积A=26.1cm2。撑杆：λ=105，小于150；斜拉杆：λ=150，不大于150。杆件受拉能力：F=548KN，大于150KN。116、合拢口临时约束桁撑结构设计合拢口顶板面桁撑结构布置图如图4所示。合拢口底板面桁撑结构布置图如图5所示。12其它验算满足要求，计算过程略。四、施工工艺及施工方法1.施工工艺流程图2.施工方法（1）合拢段体内钢管混凝土支撑柱的制作安装在合拢段刚性支撑安装前做好钢构件及其配件。在悬臂端最后一节的端面上按设计位置预埋锚垫板。钢管支撑柱采用直径φ300mm、壁厚10mmQ235钢管，端头垫钣采用340×340×20mm钢板，每块预埋板锚固4根直径φ25mm锚栓，锚栓锚固深度不小于250mm。焊缝高度不小于10mm，支撑钢管柱先就位焊接，后压注混凝土。支撑管长度以实测为准。（2）预埋连接板在合拢段相邻两个节段混凝土浇