大桥主梁挂篮悬臂施工质量控制要点

南通市城闸大桥主梁挂篮悬臂施工质量控制要点资讯类型：业界动态加入时间：2009年11月9日16:56南通市城闸大桥主梁挂篮悬臂施工质量控制要点孟钢1,叶建良2,徐国亮1(1.中铁大桥局第二工程有限公司南京市210015;2.中铁武汉大桥工程咨询监理有限公司武汉市430050)摘要:从工程实践出发,通过对南通市城闸大桥主梁挂篮悬臂施工的经验总结,研究和探讨混凝土斜拉桥主梁挂篮悬浇的施工技术和质量控制要点,以便同行在同类桥型施工中参考。关键词:倒梯形展翅箱梁;后支点挂篮;悬臂施工;线形控制1工程概况南通市城闸大桥主桥为142m+110m+2×45m独塔中央索面预应力混凝土斜拉桥,塔、墩和梁固结。主塔设于分水岛上,南侧水道设2个桥墩,主桥两端边墩设于河岸上。斜拉索为扇形布置,每侧19对,共76根索,桥跨布置见图1所示。主梁为倒梯形展翅箱梁,单箱五室结构,梁顶全宽34m,底宽14m,悬臂板长4.25m,桥面设双向1.5%的横坡,主梁高3.0m,在中央索区段主梁顶加厚12cm。梁上索距为6.2m。有索区主梁标准断面尺寸为:顶板厚24cm,底板厚30cm,竖腹板厚35cm和25cm,斜腹板厚24cm,横隔墙厚50cm,每6.2m设一道(一个索距)。主梁标准断面见图2所示。主梁0~2号块为支架现浇,3号块开始挂篮悬臂施工。由于主梁截面宽度较大,再加上单箱五室,结构较为复杂,因此挂篮悬臂施工有一定的难度。施工技术难点主要有:(1)主梁截面宽度较大(宽34m),一个浇注节段长(长6.2m),一次性浇注方量大(约400t),这对挂篮的设计提出了很高的要求;(2)单箱五室结构,一次性浇注,所有内模必须通过横隔墙上的狭小人孔进出,因此内模必须被分成小块,致使现场工作量很大;(3)斜腹板长6.22m,厚度只有24cm,除有上下两层钢筋外,斜腹板中央还设了3根预应力粗钢筋,其混凝土下料和振捣难度相当大。2悬臂施工前准备阶段的质量控制2.1挂篮设计采用悬臂浇注施工必须配备挂篮,目前常用的挂篮形式有:利用斜拉索作前支点的牵索式挂篮和无平衡重的后支点挂篮。本桥为独塔中央索面预应力混凝土斜拉桥,根据主梁的特点,对挂篮进行了专门的设计,采用后支点挂篮。它主要包括:主桁系统、锚吊系统、底篮系统、内模系统、行走系统5部分组成。具体构造见图3所示。挂篮结构设计合理与否,是悬臂施工成败的关键所在。设计的要点如下。(1)挂篮总重。规范规定:挂篮总重控制在设计限重之内。本桥施工图要求主梁悬浇用挂篮应具有足够的强度与刚度,一副挂篮重量(含模架)不宜超过140t。但研制成功的满足本桥施工的挂篮自身及模板重150.74t,挂篮重量大于设计要求。为此,请设计单位对挂篮自身受力、挂篮前后支点反力对结构受力的影响,以及桥梁结构在挂篮满载作用下的受力,重新进行了详细的空间实体有限元分析,并根据计算结果,对局部主梁预应力布置进行了调整。(2)挂篮质量与梁段混凝土的质量比值。规范规定:挂篮质量与梁段混凝土的质量比值宜控制在0.3~0.5之间。本桥挂篮总重量150.74t,标准节段混凝土重量为400.4t,荷重比为0.376。(3)施工时锚固系统的安全系数。规范规定:施工时挂篮的自锚固系统的安全系数不小于2。本桥单片主桁在混凝土浇注时需要提供的锚固力为80t,每片主桁由4根精轧螺纹钢筋通过扁担梁后锚,故锚固安全系数为:K=4×60.3t/80t=32。(4)行走时的抗倾覆安全系数。规范规定:挂篮行走时的抗倾覆安全系数不小于2。本挂篮底篮系统总重量为82t,按照1.2的不均匀扩大系数,则总重量为98.4t。行走时主要靠后横梁C形钩及前吊杆来承担。以C形钩为支点求得前吊杆承担的力F=49.2t,由4片主桁分别承担,每片主桁前吊点受力F′=F/4=12.3t,由此产生的倾覆力矩主要靠后锚点小车来抵抗。小车销轴直径为50mm,面积为=1963mm2。销轴采用40Cr,[τ]=125MPa,两面受剪,故能承担的剪力Q=49.1t。抗倾覆力矩安全系数K=49.1/12.3=42。2.2挂篮试验为验证挂篮各构件的受力特性、整体刚度及稳定性,确保挂篮施工安全,并为施工控制提供实测参数,规范规定:挂篮拼装完毕后,必须对挂篮进行荷载试验。试验分两期进行。(1)前期挂篮主桁试拼及承载力模拟试验。为了检验挂篮主桁的承载能力是否能达到设计要求,特设计如下模拟试验:组拼两片三角主桁,相对放置。在主桁前后节点板分别通过扁担梁、4根精轧螺纹钢筋锚固,然后在主桁中央节点的滑船处,采用250t千斤顶进行分级顶推,见图4所示。为了确保试验数据的准确性,试验之前需对千斤顶进行标定。本试验最大顶推荷载为160t,分级加载,试验结果见表1。由表1试验数据可以得出,前吊点与中支点最大相对变形量为(44-12)/2=16mm,满足规范最大变形不大于20mm的刚度设计要求。(2)后期荷载预压试验。①挂篮提升。挂篮提升之前,应对拼装完成后的挂篮进行全面检查,重点检查挂篮前吊点、后吊点、后锚点的螺母锁紧情况。为保险起见,前后吊杆下端均要求采用双螺母。提升时,现场不仅要求有人统一指挥,同时还要求现场操作人员严格控制各个千斤顶的行程(一般一个行程控制在10~20cm左右),务必保持各个千斤顶加压和回油的同步性。挂篮提升到位后,应对吊杆上端的锚固情况进行检查,使各吊杆受力均匀。②现场荷载预压试验。根据设计和监控单位的指令,本挂篮按最大块件重量的110%进行后期荷载预压试验。挂篮加载预压前,首先要编制挂篮荷载预压试验方案,其次要在现场选择有代表性的砂袋进行称重(一般选择10袋左右),求出砂袋的平均值,进而得出预压砂袋总数,及各个阶段预压砂袋的数量;并且还要在适当位置设置标高检测点。加载时,要求两侧对称进行,两端的最大不平衡荷载差值不超过设计要求的限值20t,砂袋要尽量模拟箱梁截面混凝土的分布情况码放,见图5所示。在预压过程中,要经常对前后吊点、后锚点、各节点板等重要部位进行检查观测,做好现场记录。同时在预压前、预压后以及卸载后,对挂篮标高、斜拉索索力、塔顶位移、结构应力等进行跟踪观测,以掌握挂篮弹性和非弹性变形的具体数据。这里特别要提出的是,预压时要随时注意天气的变化情况。本次预压试验,当预压接近50%重量时,突降大雨,砂袋重量增加很多,现场抽取部分浸水后的砂袋进行称重,推算现场预压在支架上的实际重量已达预压总重量的60%,当即将此情况向监控单位反映后,根据监控口头指令对C2斜拉索进行了张拉,同时,及时调整了砂袋的总数量,确保了挂篮施工安全及检测数据的准确性。3挂篮悬臂施工阶段的质量控制主梁挂篮悬浇施工工艺流程为:挂篮行走就位→外模系统提升、锚固及标高调整→底板、腹板钢筋绑扎、预应力束(筋)及索道管安装→内模安装→顶板钢筋及预应力束(筋)安装→混凝土浇注→混凝土养护等强→内模拆除→预应力束(筋)张拉、压浆及封锚→斜拉索安装及张拉→外模卸载落篮→挂篮行走→下一个节段循环施工。为了确保挂篮悬臂施工质量,从以下几个方面进行了质量控制。3.1施工中的线形控制挂篮行走提升到位后,应按照监控指令要求,对底模的标高、轴线进行调整。由于梁段混凝土自重、日照温差、已成梁段的施工误差、塔柱的压缩变形、挂篮的弹性和非弹性变形等因素都会使悬臂段的标高发生变化,因此立模标高的准确与否将直接影响到桥梁的线形,进而影响最后能否顺利合龙。为了最大限度地使合龙后的桥梁线形符合设计要求,监控单位除了提供考虑各种因素影响下的准确的立模标高外,还必须对各悬臂施工节段各工况下的线形进行监控,以便在施工过程中及时调整偏差,为下一节段的立模标高提供依据。由于悬臂施工时梁体的线形变化是一个不可逆的过程,若监控不及时或数据不准确,将很难通过二次施工或测量加以补救,因此,为了使线形控制达到预期目的,除了在主梁施工前对测点的布设、测量的方法和精度等进行认真研究外,施工中还特别注意了以下事项。(1)严格控制悬浇梁段的混凝土方量,尽量不要超方,以减少实际值与计算采用值之间的误差。(2)立模必须在当日22:00~次日凌晨日出之前完成,以避开不均匀温度场的影响。同时定期观测温度对悬臂段标高的影响,并对观测成果进行分析,为全桥的立模标高和线形调整提供依据。(3)保证挂篮预留孔位置准确。因为当预留孔位置偏差较大时,挂篮不好调甚至调整不到中线位置。同时,为了防止混凝土振捣时预留孔的跑位,预留孔要用钢筋固定牢固。(4)悬臂施工时,箱梁顶面所堆放的材料、设备等临时荷载的数量和堆放位置,必须严格控制,严禁超载、偏载。(5)为确保顺利合龙,从合龙段前2个梁段起,对合龙段两侧各梁段的标高和线形进行联测,并在这2个梁段内逐步调整,以控制合龙精度。(6)监控点要有明显标记,并在施工中妥善保护,避免碰撞后弯折变形。3.2悬臂浇注混凝土时的质量控制为了保证悬臂浇注梁段的施工质量,减少施工接缝,设计要求所有悬臂浇注梁段一次成型。由于标准梁段采用单箱五室结构,钢筋布置密集,钢筋绑扎完成后,整个梁段几乎处于一个全封闭状态,加上预应力管道多,一次成型,施工难度较大。特别是斜腹板除有上下两层钢筋外,斜腹板中央还设有3束预应力束,其混凝土下料和振捣控制难度相当大,控制不好,会发生胀模或混凝土不密实现象。为保证箱梁悬浇施工质量,施工中应注意以下问题。(1)施工前,必须进行全面细致的技术、安全交底。对振捣工人划分区域,明确责任,以防漏振,并设置专职指挥员,负责混凝土分配、坍落度调整等事宜,以确保混凝土浇注按计划有序进行。(2)浇注前,要对挂篮进行全面检查,做好书面记录。浇注时,应随时观测挠度和应力情况,发现异常应及时调整、分析,处理后再继续施工。(3)混凝土由挂篮前端开始浇注,浇注顺序为:底板→横隔墙及腹板→斜腹板→顶板。浇注时应注意两侧对称平衡浇注,最大不平衡荷载不能大于设计限值20t。(4)试验人员要经常检查混凝土的坍落度,如有不当之处,要及时通知现场指挥人员或商品混凝土场及时调整。现场除了制作标养试块外,每个梁段还需制作3~5组同条件养护的试块,用以控制拆模及张拉时间。(5)为了确保斜腹板混凝土密实,安装内模时,在斜腹板中部先留一排模板暂时不安装,待下半部混凝土振捣密实后再安装封闭,同时在斜腹板外模安装了3台附着式平板震动器辅助振捣。3.3挂篮行走锚固的质量控制本桥挂篮行走由主桁行走、后横梁行走两部分组成,见图6所示。首先将轨道锚固在箱梁上,轨道前端安装反力架,然后采用YCW60C千斤顶,通过32精轧螺纹钢筋筋牵引划船,在轨道上滑动以达到主桁前移的目的。轨道顶面的标高通过枕梁来调整。挂篮底模系统前横梁通过精轧螺纹钢筋悬挂于主桁上,随主桁一起前移。同时后横梁则通过其两端的C形钩,悬挂在箱梁两侧的翼缘板上,C形钩下端支承在ZWY-60移运器上,通过链条葫芦牵引向前滚动。挂篮行走是挂篮施工过程中的一个重要环节,也是相对比较危险的环节,稍微不注意就容易造成挂篮的偏位,甚至是倾覆。为了确保挂篮行走安全,挂篮行走时要特别注意以下几点。(1)保证挂篮预留孔位置准确。一来保证底模位置的准确,二来保证各吊杆不受弯不受剪。(2)由于挂篮行走时的倾覆力矩主要靠后锚点小车来抵抗。而小车通过滚轴和轨道相连,挂篮轨道锚固的牢靠与否将直接影响到挂篮的稳定。故挂篮行走前,必须对轨道的锚固情况进行重点检查。(3)挂篮行走时,南、北两侧挂篮要同步对称前移,同时要严格控制各穿心千斤顶的行程(每隔30cm在轨道上画线)。主桁行走、后横梁行走要保持同步,并及时检查各主桁的位移量,发现偏差及时调整。(4)挂篮行走并基本提升到位后,对挂篮的平面位置进行调整,合格后锚固。挂篮锚固后监理应对挂篮前后吊杆上端的锚固情况进行检查,使各吊杆受力均匀。4结语无平衡重的后支点挂篮,在大梁段的悬浇施工中应用,在国内尚不多见。但通过大胆创新设计,同时对施工各环节的质量控制,该挂篮在城闸大桥主梁悬浇施工中取得了巨大的成功,无论是质量还是线形都很理想。一般正常情况下,11~12d完成一个节段。该桥已于2007年6月30日建成通车。