中交集团第一公路工程局科技开发项目

中交集团第一公路工程局科技开发项目编号：S形曲线悬挂篮施工线形控制验收文件中交集团第一公路工程局二OO八年十一月完成单位：中交集团一公局第一工程有限公司项目负责人：王福和高健课题组主要成员：序号姓名性别出生年月职称专业项目职务工作单位对成果的贡献1王福和男1976.6工程师路桥组长一局一公司方案策划及决策,人员组织、资源调动、布置2高健男1974.7高级工程师路桥副组长一局一公司方案具体实施、落实及组织、管理3于海滨男1972.5助工路桥组员一局一公司检测及资料整理4李松林男1984．6助工路桥组员一局一公司检测及资料整理5姚记所男1964.4工程师路桥指导一局一公司技术支持报告执笔：高健报告审核：姚记所总目录1、验收大纲2、工作报告3、技术研究报告4、社会经济效益分析报告5、应用单位使用情况报告6、经费使用情况报告7、其他文件验收大纲科技开发项目验收大纲一、项目来源：中交集团第一公路工程局科技开发项目二、组织验收单位：中交集团第一公路工程局技术委员会主持验收单位：中交集团第一公路工程局技术发展处三、验收形式：会议验收由组织验收单位召集局相关处室负责人组成验收委员会，并委托局技术发展处主持验收工作。验收委员会设主任1名，副主任1名，委员9名。四、验收目的：为有效、合理地组织管理科技开发项目，评价科技开发项目合同执行的质量和效果，以有利于推动企业的科技进步。五、验收依据：1、中交一公局《技术创新与科技开发管理办法》；2、项目合同书；3、相关技术标准、规范和规程等。六、验收内容：1、依据合同书，对项目的合同任务完成情况和经费使用情况进行考核评价；2、审查该项目的技术资料是否齐全，数据是否正确、详实、符合有关规定；3、审查成果在实际应用中的效果及效益情况。七、提供的技术文件：1、验收大纲2、工作报告3、技术研究报告4、社会经济效益分析报告5、应用单位使用情况报告6、经费使用情况报告工作报告工作报告沪蓉西高速公路是我国重点建设的公路网主骨架“五纵七横”中其中的一横的组成部分，也是湖北省高等级公路网规划“五纵三横一环”主骨架中的主要的“一横”。我公司承建的第六合同段全长4.37公里。其中后河特大桥为预应力混凝土连续刚构桥，桥跨布置为85m+150m+85m。此桥竖曲线为一纵坡为2.9%的直线，全桥皆位于平曲线上，宜昌侧平曲线半径R=505.308m，恩施侧平曲线半径R=624.217m，其间以缓和曲线过渡。桥面总宽12.20m，依据平面线形设置单向超高。主跨150米大跨径在S形曲线上施工在我公司尚属首次。该桥上部结构为85+150+85=320m三跨一联强预应力混凝土变截面连续刚构桥，箱梁采用单箱单室截面，箱梁支点处高度为8m，跨中和边跨现浇段高度为3m，箱梁根部底板厚100cm，跨中底板厚32cm，箱梁高度以及箱梁底板厚度按二次抛物线变化。箱梁腹板根部厚70cm，跨中厚40cm，箱梁顶板厚28cm。箱梁顶宽12.2m，底宽6.5m，顶板悬臂长2.85m。墩顶0号块长15m，箱梁最大悬臂长74m。随着我国高速公路的大发展，特别是山区高速公路的逐渐增多，跨山沟、河流的大跨径刚构桥梁也随之增多。而且线形多元化。熟悉掌握悬臂挂篮施工在不同线形上的多种核心技术，形成我局自己的独特施工特点，增强局的市场竞争力。按局科技开发项目立项要求，结合本项目实际，我们成立了《S形曲线悬挂篮施工线形控制》课题小组。课题小组依托本项目对S形曲线连续刚构桥线形的施工控制进行了研究和实施。课题组的研究工作大致分为以下几个阶段：1、课题组人员对有曲线连续刚构桥梁施工的资料收集并进行学习2、挂篮的设计原理。3、挂篮施工的工艺、质量控制和安全监控。4、挂篮施工过程中的线形控制。5、对研究成果进行整理总结。本课题现申请验收。中交集团第一公路工程局科技开发项目编号：S形曲线悬挂篮施工线形控制技术研究报告中交集团一公局第一工程公司二OO八年十一月曲线连续刚构桥的线形施工控制及应用成果前言随着我国高速公路的大发展，特别是山区高速公路的逐渐增多，跨山沟、河流的大跨径刚构桥梁也随之增多。而且由于复杂地形的限制以及高等级公路线形的需要，曲线连续刚构桥被越来越多的应用。与直线连续刚构相比，其具有“弯扭耦合”的特点，受力形式较为复杂。在施工中其线形控制尤其关键。一、工程概述沪蓉西高速公路是我国重点建设的公路网主骨架“五纵七横”中其中的一横的组成部分，也是湖北省高等级公路网规划“五纵三横一环”主骨架中的主要的“一横”。我公司承建的第六合同段全长4.37公里。其中后河特大桥位于宜昌市长阳县境内，为沪蓉国道主干线上的一座预应力混凝土连续刚构特大桥。此桥竖曲线为一纵坡为2.9%的直线，全桥皆位于平曲线上，宜昌侧平曲线半径R=505.308m，恩施侧平曲线半径R=624.217m，其间以缓和曲线过渡。桥面总宽12.20m，依据平面线形设置单向超高。该桥上部结构为85+150+85m三跨一联强预应力混凝土变截面连续刚构桥，箱梁采用单箱单室截面，箱梁支点处高度为8m，跨中和边跨现浇段高度为3m，箱梁根部底板厚100cm，跨中底板厚32cm，箱梁高度以及箱梁底板厚度按二次抛物线变化。箱梁腹板根部厚70cm，跨中厚40cm，箱梁顶板厚28cm。箱梁顶宽12.2m，底宽6.5m，顶板悬臂长2.85m。墩顶0号块长15m，箱梁最大悬臂长74m。后河特大桥主桥桥型立面图恩施宜昌后河特大桥主桥桥型平面图二、基本原理根据悬臂现浇箱梁所处的曲线和跨度，拟定挂篮施工的方案，S形曲线悬挂篮施工线形控制具体做法：优化挂篮设计，加强施工工艺过程控制；利用空间有限元分析软件建立了实桥模型，对各节点的三维坐标在各施工阶段的计算结果和实测值做误差比较，再采用最小二乘法进行参数识别，使误差逐步减小，以达到与设计状态相吻合，完成曲线桥线形的控制。三、挂篮施工工艺控制0#段浇注后（托架法），达到设计张拉强度时按照设计进行三向预应力张拉并压浆，在0#段上拼装挂篮，进行其他梁段的平衡对称悬臂法施工。1、挂篮设计挂篮采用三角形挂篮，由三角形桁架、提吊系统、走行和锚固系统及模板系统四部分组成。由于曲线桥的线形变化，箱梁顶面的横坡随之变化，同时箱梁腹板高度以及与翼缘板的夹角随之变化。这样，在通常挂篮设计中，对行走和模板系统进行改进，在行走导轨下增设传力架，通过传力架进行箱梁顶面横坡变化时挂篮两侧三角桁架的平衡一致。模板系统在腹板和翼缘板间增设调节杆，通过调节杆调整横坡的变化。2、挂篮拼装墩顶0#节段施工完毕后开始拼装已加工好的挂篮,拼装时按构件编号及总装图进行。拼装程序是：走行系统→三角形桁架→锚固系统→底模板→内外模。3、挂篮试验挂篮在0#块拼装完毕后，为保证挂篮结构的可靠性和实际中的弹性变形以及测定挂篮实际变形量，确保箱梁施工中的安全和质量，对已拼装的挂篮按设计荷载加安全系数进行试压，试压采用三角反力架，利用千斤顶反压进行加载预压，以求得挂篮在不同荷载下的变挠度值。4、挂篮行走每个T构从1#段开始,对称拼装好挂篮后,即进行1#段的悬臂灌注施工,施工完1#段后，挂篮前移至2＃梁段，其行走程序如下：4.11#梁段顶面找平铺设钢(木)枕及轨道；4.2放松底模架前后吊带,底模架后横梁用2个10t倒链悬挂在外模走行梁上；4.3拆除后吊带与底模架的联结；4.4解除桁架后端长锚固螺杆；4.5轨道顶面安装2个5t倒链,并标记好前支座移动的位置(支座中心距梁端60cm)；4.6用倒链牵引前支座，使三角形桁架、底模、外模一起向前移动，注意Ｔ构两边挂篮要对称同步前移，以免对墩身产生较大的不平衡弯矩；4.7移动到位后，安装后吊带，将底模架吊起；4.8解除外模走行梁上的一个后吊带，将吊架移至1#梁段顶板预留孔处,然后再与吊带联结,用同样的办法将另一吊架移至1#梁段处。4.9调整立模标高后，重复上述施工步骤进行2#梁段的施工,依此类推。5、就位测量控制测量控制内容是轨道的中线和间距，即挂篮的主桁的中线及横向控制。依据基准线控制和放样轨道走向。轨道应水平放置，两条轨道各对应点标高误差小于3mm。在挂篮主桁上标记出主桁的轴线。调整挂篮时，通过观测此轴线来使挂篮中线和桥轴线平行。为保证挂篮就位时不扭曲、偏移，在主桁上设置垂直于主桁中线的标记线，用仪器观测来控制横向轴线，相差过大要及时调整。挂篮就位后，通过计算出来的立模标高进行挂篮内、外模板定位，外模板决定梁底标高，内模板决定桥面的标高，采用倒链、千斤顶等辅助工具拉顶结合将模板定位误差控制在容许范围内。6、钢筋、预应力管道安装挂篮调试完毕，满足施工要求后，便进行钢筋安装，其安装顺序如下:6.1绑扎底板下层钢筋网。6.2安装底板管道定位网片。6.3绑扎底板上层钢筋网，及锯齿板钢筋、锚垫板螺旋筋，安装波纹管，上下层钢筋网采用Π形钢筋垫起焊牢，防止人踩变形。6.4绑扎腹板钢筋，安装竖向预应力管道、预应力钢筋及锚具，用定位网固定牢固，再绑扎腹板下倒角斜筋。6.5绑扎顶板和翼板下层钢筋。6.6安装顶板管道定位网片，顶板锚垫板及螺旋筋，穿顶板波纹管。6.7绑扎顶板上层钢筋，用Π形立筋焊在上下网片间，使上下网片保持规定的间距。7、砼浇注箱梁砼设计强度一般较高，为减少收缩徐变等应加强混凝土各项指标的控制和配合比的控制。砼采用地泵运输，通过沿塔吊上管道输送到桥面，箱梁采用全断面一次浇注。浇注顺序为由下而上，先底板，后腹板，最后顶板。底板与顶板施工均从未成梁前端向已成梁段方向灌注，最后在已成梁段范围内合拢。四、悬臂箱梁线形控制曲线桥梁现浇箱梁的线形控制采用三维坐标控制，主要是纵向控制即标高挠度的控制和横向位移的控制。后河特大桥悬臂箱梁的轴线和里程采用全站仪进行GPS测量，高程采用水准仪进行测量。将轴线后视点引至主桥两岸固定处，用远点控制近距离点。（一）、施工控制网的建立利用后河特大桥两岸大地控制网点，使用后方交汇法，用全站仪测出墩顶测点的三维坐标。将墩顶标高值作为箱梁高程的水准基点，每一墩顶布置一个水平基准点和一个轴线基准点，并做好明显的红色标识，对于主桥施工控制网应至少每月进行一次联测。（二）、曲线连续刚构桥线形分析1、曲线连续刚构的计算理论符拉索夫在弹性薄壁直杆的基础上提出了考虑截面畸变效应的弹性薄壁曲杆理论，建立了刚性截面曲线梁的基本微分方程：''''''''''''xdxdz2EIGIEIEIEIGImrrrww+++-+=wwjjj　　　(1-1)''''''''''''dxdxxy22GIEIGIEIEIm(EI)qrrrrzww++-+-=+wwjj(1-2)2yy''''''xzy2422mmqq21EI()rrrzzzrnnn抖++=---抖(1-3)上式中，ν表示径向位移，ω表示竖向位移，xq、yq和zq分别为沿桥径向、竖向和轴向分布力，xI和yI分别表示绕x轴（截面径向）和y轴（截面竖向）的抗弯惯性矩,dI表示绕z轴（截面轴向）的抗扭惯性矩，Iω为梁的扇性惯性矩或称翘曲常数，xm、ym和zm分别为绕x轴、y轴和z轴的分布扭矩。由上面三式可以看出，式1-3只包含一个位移量ν，可以独立求解；而式1-1和1-2却包含了竖向位移ω和扭转角φ两个位移量，因而必须联立求解才能得到ω和φ，这就是曲线桥计算中的“弯-扭”耦合作用。也即当外荷载作用下，梁截面内产生“弯矩”的同时必然地伴随着产生“耦合扭矩”，同理，在产生“扭矩”的同时也伴随着产生相应的“耦合弯矩”。所以，其相应的竖向挠度ω也与扭转角φ之间对应地产生耦合效应。2、曲线连续刚构桥的空间动态变化2.1对主桥建立模型见图1和2。图1　全桥有限元模型图图2　全桥有限元模型图2.2悬臂浇注时的空间动态变化2.2.1自重作用下竖向位移与转角的变化-100-80-60-40-20020竖向位移DZ(mm)曲线桥直线桥-10-9-8-7-6-5-4-3-2-101左右翼缘板顶点高差Δh(mm)张拉6#块张拉12#块张拉17#块张拉22#块图3最大悬臂阶段在自重作用下的竖向位移图41#墩主梁内外翼缘板顶点在各施工阶段高差-18-16-14-12-10-8-6-4-20左右翼缘板