32M双线单箱预应力简支箱梁支架法施工工艺

32M双线单箱预应力简支箱梁支架法施工工艺一.前言客运专线，列车设计时速200公里以上，位于秦沈客运专线中段的小凌河特大桥梁体形式为32m双线单箱预应力简支箱梁，梁高2.6m，底板宽6.4m，梁顶面宽12.4m，每孔梁钢筋重60t，C50混凝土292m3，预应力26束（2束备用束），钢绞线11.2t，梁重约750t。全桥长1617.45m，共计49孔箱梁。32M双线单箱预应力简支箱梁在中国铁路桥梁史上还是首次采用，鉴于该梁体积大、吨位重，采用预制、架设施工方法需要大型起吊、运架设备，施工成本较大。为了降低成本，我们采用满堂支架法进行原位现浇。支架法的关键是支架体系的稳定性。在小凌河特大桥支架法施工中我们采用了地基处理--混凝土预制板法，钢管支架--单根立柱双扣件法以及支架上钢模侧震法等新工艺。二．工艺特点（一）.支架体系构造钢管支架体系自上而下其结构为钢模板，分配槽钢，天托，钢管支架，混凝土预制板，碾压后的地基。结构的具体尺寸如图1所示。（二）支架体系检算1．已知条件①箱梁尺寸：顶面宽12.4m，底板宽6.4m，梁高2.6m，梁长32.6m;②模板重量:底模23.33t，侧模124.75t，内模39.0t，端模7.49t一套模板总重量为194.57t;③钢管支架：，钢管重75.5t,扣件重13.3t,天托重13.8t,分配槽钢重31.1t,一孔梁支架总重133.7t;④预制板厚15cm,预制板为250号混凝土,钢管在预制板上支点中心距预制板边缘最小距离为175mm;2.检算按TB10002.3-99<铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范>进行检算,C25混凝土剪应力[τ]=0.99MPa局部承压应力[σ]=7.6*(A/Ac)1/2①钢模板每平方重:194.57/(12.4*32.6)=0.48t/m2②支架每平方重:133.7/(12.4*32.6)=0.33t/m2③钢管为直径48mm，壁厚3mm，截面积Ac=424mm2,抗弯模量W=4490mm3,回转半径i=15.9mm,钢材强度设计值f取210N/mm2④腹板处的混凝土厚度按2.6m计,其余处混凝土厚度按0.8m计.混凝土比重按2500kg/m3计.⑤腹板处钢管间距为35*35cm,其余处钢管间距为50*50cm.⑥腹板处钢管受力为【2.6*2.5+（0.48+0.33）】*0.352=0.895t其余处钢管受力为【0.8*2.5+（0.48+0.33）】*0.52=0.703t取0.895t进行检算。⑦钢管计算长度取2m，偏心值e=钢管直径/2=48/2=24mm,则偏心率ε=e*Ac/W=24*424/4490=2.27取ε=2.5。安全系数k取1.7λ=L/i=2000/15.9=125.78取λ=130由λ、ε查偏心受压构件承载能力折减系数表得φ=0.23⑴钢管及扣件检算ⅰ)钢管立柱容许荷载N=φ*Ac*f/k=0.23*424*210/1.7=12046N=1.2t>0.895t(可)ⅱ)竖向钢管搭接处扣接两个回转扣件,每个扣件抗滑能力约为10t,安全系数取2,则每个扣件容许荷载为0.5t,0.5*2=1.0t大于0.895t(可)⑵预制板检算ⅰ)预制板受剪检算:0.895*10000/(42*π*150)=0.45MPa<[τ]=0.99MPa(可)ⅱ)预制板局部承压检算:取d/2=100mmA=((d/2)*2)*((d/2)*2))=40000mm2β=(A/Ac)1/2=(40000/424)1/2=9.7>3取β=3[σ]=7.6*β=7.6*3=22.8MPaσ=0.895*10000/424=21.1MPa<[σ]=22.8MPa(可)ⅲ)地基检算小凌河特大桥原地基表层为粉砂土,其承载力为100Kp(设计图上提供),经过反复碾压后取σ0=0.1Mp混凝土预制板下压应力σy=2.6*2.5+(0.48+0.33)+0.15*2.5=7.685t/m2取σy=0.08Mp<σ0=0.1Mp(可)(三)静载试验选泥浆池与原地基交界处做静载试验。在碾压后的地基上铺预制板,在预制板上按腹板下钢管间距安装支架，支架平面尺寸为2.8*2.8m，高度为5m，立杆搭接区的搭接长度为1m，搭接区上下两端处分别用旋转扣件扣接，扣件的螺旋扭力矩为40N·M。钢管顶端安放，天托上背靠背放14号槽钢，槽钢上按腹板及其两侧混凝土重量的1.5倍进行压重(即压重45t)。在钢管上下两端做观测点观测其沉降量。对压重前后及压重后支架沉降稳定的观测，得出地基平均沉降值为18.44mm。考虑到静载试验荷载偏重（1.5倍）且作用面积小（存在局部效应）等因素，实际沉降值要小于18.44mm。根据秦沈客运专线施工设计图纸第三设秦沈桥通07-01（3/4）图，在跨中的桥面及梁底设置-20mm左右的反拱，故最终确定在施工第一孔梁时按-5mm进行测量放样。预拱度设置按跨中值最大，梁端值为零，沿梁纵线其余处按抛物线设置。在实际箱梁施工中对混凝土灌注沉降观测，得出底模沉降在-8、-9mm左右。根据梁体实际预应力张拉上拱度在30mm左右（终张后30天上拱值），箱梁底模安装时按-20mm设置预拱。三.施工工艺（一）地基处理1）泥浆池换填:小凌河特大桥下部工程由中铁四局施工，施工过程中在每跨跨中留下很大的泥浆池。我们要对泥浆池进行处理，把泥浆池中泥浆全部挖出、运走，再回填原地基土或山皮土，并对回填土进行分层夯实，夯实厚度为30cm一层，夯实可采用机械夯实也可人工夯实。回填到原地面。2）承台周边回填:中铁四局施工承台时留下的施工坑，在施工墩身时有的回填有的没回填。小凌河大桥河滩表面土层为砂粘土，其承载力较高（σ0=160kp），但对承台周边没有夯实回填土来讲存在湿陷问题。我们要把四局回填土挖出来，重新分层夯实，分层厚度为30cm一层。3）地基碾压:用15t光面碾压路机来回反复碾压，在碾压过程中随时找平，碾压4～5遍，直到没有明显压痕为止。碾压过的地基基本保持水平，中间高度不得低于周边。4）铺防水彩条布:在雨水季节或雨水频繁时间施工时，要在压好的地基上铺一层防水彩条布，彩条布搭接宽度≥15cm，并且要按从高到底的方向进行搭接，保证雨水不倒流入地基。5）铺设预制板:在彩条布上铺设140cm*65cm*15cm的预制板，按钢管支架布置图铺设预制板，预制板间隙为5～10cm，铺设时若发现预制板有翘曲时及时抄平。6）挖排水沟:预制板铺好后，地基两侧挖30*30cm排水沟，排水沟要通畅且在梁端处设汇水井，以防下雨及时向外排水，避免雨水长期浸泡地基。（二）支架安装1）我们选用φ48mm壁厚3.0mm钢管作支架，根据支架空间高度确定材料长度。我们采用2.5m和3.5m长的钢管通过扣件搭接形成立杆，两钢管搭接长度为1m左右，搭接区内用两个旋转扣件进行扣接。立杆直接布置在地基预制板上。腹板下宽1.05m内，立杆布置间距为35cm×35cm，其余部分间距为50cm×50cm。2）纵、横加固钢管分三层，顶层距底模板下50cm，底层距预制板上50cm，中间有一层，与上下两层间距为2m。纵向加固钢管与同排的立杆逐个用扣件扣接起来，横向加固钢用来连接纵向扣固钢管，顺桥向其间距为2m一根，局布打剪刀撑进行加固。保持支架良好的整体性，具体尺寸见图1。3）每根立杆下端须与预制板密贴，且垂直度控制在3%以内。扣件扭力矩（尤其是立杆搭接扣件）控制在40N.M～60N.M。4）钢管顶端放置天托，天托直径为φ38mm长60cm，可调长度为45cm，为了保持天托横向稳定性，一般把天托高度控制在20cm左右，天托插入钢管里的长度不得小于30cm。底板高度以及预拱度设置均通过旋转天托来调整，考虑材料能重复回收利用，天托上的分配梁采用ㄈ14槽钢，ㄈ14槽钢背靠背设置，两根槽钢要相对固定起来。（三）模板施工小凌河特大桥支架法施工的箱梁模板均采用钢模，钢模设计均按钢度控制，底模面板厚10mm，沿梁纵向12块。外侧模板面板厚为6mm，沿梁纵向每侧8块。内模为P3015组合钢模，每个支架点底模共2套，侧模、内模各1套，每个支架点钢模总重218t。1）模板铺设：先铺底模，先按设计值预设反拱值，后根据沉降、张拉上拱度及时调整反拱值。底模与底模之间连接缝隙贴上软塑双面胶，通过连接螺栓拧紧，挤压，调整错台后，铲除多余双面胶，可达到接缝处平整、严密不透光，效果良好。端底模A4在支座处预留100mm间隙，用来调整底模拼装时累计误差，最后用木模拼填预留100mm间隙，木模上再加一层白铁皮。2）外侧模拼装同底模相似，拼装外侧模时，控制好模板角度与标高，底模与外侧模连接螺栓上足且拧紧。3）涂刷脱模剂：底模、外侧模拼好后，打磨其上异物及铁锈，然后涂刷BTT脱模漆。脱模漆表面光洁度好，自然形成瓷釉，每公斤BTT可涂刷10m2左右，防漆脱模剂须在干燥的环境下涂刷，不能在有露水的夜里或雾天里涂刷，否则形成脱皮现象。3）内模安装：内模板面由P3105组拼而成，内支架由ㄈ14槽和L75角钢组成，内模板面由于钢度不够，经过几次拆拼，变形较大，组拼后其错台、缝隙较大，我们通过刮上白腻，使其表面平整，不漏浆。32m长内模分成4块组拼，待梁体底、腹板钢绑扎好后，通过10t的龙门吊整体吊装，然后再把每块连接起来，内模放在钢筋焊接的支墩上，支墩放在底模上，支墩下面放上聚乙烯工程塑料垫块。支墩与底板钢筋点焊起来。4）内外侧模板通过梁体两侧通风孔用φ16mm拉杆对拉起来，由于内模是钢模自重较大，再加上拉杆，克服内模上浮现象。刚开始时，内模底部倒角处有40cm宽的压边，后来发现由于腹板底部预应力波纹管较密，砼内翻现象较轻，为了保证腹板内倒角处砼的密实，我们取消内模的压边，效果挺好。5）脱模：砼灌筑后，第二天拆除端模，待砼强度达到设计强度50%时，拆除内外侧模，底模须待预应力初张拉后再拆除。内模拆除后及时组拼，外侧模拆除后移到下一孔安装，底模拆出后移到下下一孔已拼好的支架上进行拼装。（四）钢筋制安1）组织技术人员对图纸进行会审，边会审边做模型，因为此箱梁为两端张拉，且梁端预留施工槽只有40cm，N7、N8预应力张拉是在相邻梁的端隔墙内进行，端隔墙里要预留张拉通道，考虑到张拉时千斤顶尺寸以及摆放位置的准确性，我们做距梁端5m内的梁体模型以及千斤顶模型，模型是用木板制作，比例为1：1，模型做好后进行模仿张拉。2）设计图上对预应力孔道处的钢筋没有明确具体的大样图，只在附注说明里提到：“若钢筋与预应力管道干扰时，可截断，并加焊门型钢筋连接”，至于哪些钢筋与预应力管道干扰须截断，不能确定，为了节约施工工期，我们边对钢筋图会审，边绑扎梁端5m段的钢筋。经过实际定位测量，确定哪些钢筋须截断，我们对须截断的钢筋预先成型，避开预应力管道。这样缩短工期，又使绑扎后的钢筋整齐，底模清洁。3）预应力定位网是用φ10mm圆钢制作的，网格为100×100mm，波纹管外径为φ90mm。为了确保波纹管定位准确，砼浇筑时不致于移动，定位网按间距50cm布置，每个截面上的定位网互相连接成整体。准确定位后定位网与腹板箍筋点焊起来，保证波纹管孔道与设计偏差值满足秦沉客运专线《桥梁制造与架设施工技术细则》要求：距跨中4m范围内不得大于其余部位不得大于6mm。4）小凌河特大桥梁体钢筋另一个特点是梁端5m内的钢筋特别密，端隔墙以及张拉齿槽钢筋作了特别加强，施工起来比较慢，我们把梁端4m部分先预扎好，作整体吊装入模，然后再绑扎中间部分钢筋，这样可以节约大量时间。5）预应力孔道利用φ90mm的波纹管制孔，波纹管相接处接头方向须一致（与穿钢绞线方向一致），且内圈波纹管不得有倒刺，以防穿预应力束时接头卷曲堵孔。接头处用胶布缠绕密实。为了确保波纹管在浇筑砼时漏浆堵孔，浇筑砼前在波纹管内穿入φ75mm厚3.5mm软塑PVC管，在浇筑砼时定人、定时抽动，最后在砼初凝后拨出，确保制孔通畅。（五）梁体砼施工1）砼搅拌站1.1）砼搅拌站占地面积4000m2，搅拌站地坪为在原地面上铺30cm山皮土，压实后铺5cm碎石，然后浇筑15cmC20砼，总计山皮土1140方，碎石190方，C20砼615方。1.2）砼搅拌站设置3台JS1000型搅拌机，施工时两台搅拌机工作，一台备用，砂石料通过半自动上料系统上料，水泥通过人工用小车上料，实际产量35m3/h2）砼配合比2.1）原材料：碎石是用松山太平石矿5～25mm连续级配碎石，砂是用葫芦岛市倒流河中、粗砂，细度模数2.7～3.6。水泥是河北冀东水泥厂盾石牌水泥，品种标号为普硅525R，含碱量0.55%左右。附加剂采用南京建科院砼增强剂JM-Ⅱ，其含碱量为5.84%。和北京建工新材厂缓凝高效减水剂SN-8，其含碱量为6.59%。2.2）梁体每立方砼用料：水泥495kg，沙737kg，石子1018kg，水183kg，JM-Ⅱ外加剂1.98kg，SN-8外加剂1.98kg，水灰比0.37。3）水泥复检检验以每个批号且不超过200t为一批，现场随机抽取20袋按要求取样，做凝结时间、安定性、强度、细度检验。4）秦沈客运专线工程对砼碱量骨料反应有特殊要求，当骨料含有碱碳酸盐反应时不宜采用，当含有碱硅反应时，应采用含碱量小于0.6%的水泥，且控制第立方砼中总碱含量不超过3kg，我们选用砼配合比的含碱量为1.98*5.84%+1.98*6.59%=2.967Kg/m3,满足秦沈客运专线工程预防碱集料反应的有关规定。5）砼运输与泵送5.1）砼采用3台6m3搅拌运输车运送，砼通过两台60m3/h的砼泵送到梁上，再通过两台半径15m的布料机把砼灌筑到箱梁的每个部位。5.2）砼在倒入地泵料斗时，有专人监视喂料，以防颗粒过大的骨料或异物入泵造成堵塞。同时观察砼外观质量好坏，保证砼和易性符合泵送要求。6）砼灌筑6.1）因梁体端部钢筋太密，砼很难顺利灌筑到腹板底部支座处，我们就在外侧模板上布置附着式振动器，端部5m内分上下两层，纵向间距1m，设置10台，中间部分在下层设置，纵向间距2m，每孔梁设附着式振动器62付，具体尺寸见图3。6.2）混凝土灌筑工艺6.2.1)布料机布置:两台布料机分别布置在跨中两侧，并紧靠钢管支架布置。布料机出料口接5m长的软管。6.2.2)灌筑顺序:两台布料机一起从梁的一端向另一端灌筑；先灌筑底板，再灌筑腹板，最后灌筑顶板。6.2.3灌筑注意事项1）在灌筑梁端时，从距梁端4m处下料向端部推移，待端部混凝土灌筑完毕后再向另一端灌筑。底板砼通过软管插入内模顶板开的天窗进行灌筑。2）灌筑底板混凝土时要控制混凝土高度，并使底板混凝土距内倒角边留出30~40cm距离（内模不设压边），底板混凝土与腹板混凝土、顶板混凝土同步向前推移。3）筑腹板混凝土时，一定要保证混凝土从内倒角处翻出，并和底板混凝土衔接好。内翻的混凝土及时向前铲平，最后多余混凝土及时铲除、抹平。腹板混凝土一次性灌筑到与翼缘相交处。4）灌筑腹板上层混凝土时，控制插入式振动棒插入深度，不得使下层已捣固好的混凝土再次被振，以防混凝土内翻，造成腹板下部混凝土脱落。5）每个布料机设4人负责振动棒振捣，定人定区，责任到人，不得漏振、过振。附着式振动器固定操作人员，操作人员与内箱指挥者联系通畅、及时。每次振动时间为6～10秒，直到腹板内倒角处砼有良好的外流为止。附着式振动器不得空振、过振。6）顶板混凝土灌筑后，及时进行两次收光，第二次收光后用土工布覆盖养护。（六）预应力钢绞线张拉1）锚固体系采用OVM系列锚具，张拉体系采用YCW250B、YCW400B新型千斤顶。2）当梁体混凝土强度达到设计强度的100%且弹性模量达100%时，混凝土龄期满足4天方能进行第一批张拉。当梁体混凝土强度达到设计强度的100%且弹性模量达100%时，混凝土龄期满足10天方能进行第二批张拉。3）第一批预应力张拉（即初张拉）顺序及张拉值为：N3（40%σk)→N4（40%σk)→N5（40%σk)→N6（40%σk)→N9外侧（40%σk)→N10外侧（40%σk)→N7（100%σk)→N8（100%σk)第二批预应力张拉（即终张拉）顺序及张拉值为：N3（60%σk)→N4（60%σk)→N5（60%σk)→N6（60%σk)→N9外侧（60%σk)→N10外侧（60%σk）→N9内侧（100%σk）→N10内侧（100%σk）→N1（100%σk）→N2（100%σk）4）按设计图的规定及张拉顺序张拉钢绞线。张拉时应左右对称，最大不平衡束不超过一束。5）预应力筋张拉程序为：0→0.1σk(作伸长量标记)→设计值(持荷3分钟，测伸长值)→锚固（张拉顶油压回零，测量总回缩量及夹片外露量）。6）张拉操作规程工艺：6.1)先按每束根数与相应的锚具配套，带好夹片，对N7、N8、N9、N10单端张拉的预应力束进行单根预拉，预拉应力为0.1σK,σK为张拉控制应力,预拉顺序为首先张拉中间一根,再对称张拉其余各根。6.2)将钢绞线从千斤顶中心穿过。张拉时当钢绞线的初始应力达0.1σk时停止供油。检查夹片及钢绞线情况完好后，画线作标记。6.3)当油压达到张拉吨位时，持荷3分钟，测量钢绞线伸长值加以校核。千斤顶回油，夹片自动锁定则该束张拉结束，及时作好记录。7）有关规定：7.1)张拉钢绞线之前，对梁体应作全面检查，如有缺陷，须事先征得监理工程师同意修补完好且达到设计强度，并将承压垫板及锚下管道扩大部分的残余灰浆铲除干净，否则不得进行张拉。7.2)高压油表必须经过校验合格后方允许使用。校验有效期不超过一周。7.3)千斤顶必须经过校正合格后方允许使用。校正期限不超过一个月。7.4)张拉前要对孔道、锚垫板进行检查，锚垫板承压面必须与孔道中心线相垂直，否则应在锚板下垫薄铁板调整垂直度。7.5)每跨梁张拉时，必须有专人负责及时填写张拉记录。7.6)千斤顶不准超载，不准超出规定的行程；转移油泵时将油压表拆卸下来另行携带转送。7.7)千斤顶的给油、回油缓慢平稳进行。特别是要避免大缸回油过猛，产生较大的冲击震动，发生滑丝。两端张拉钢绞线时，两边同时、同步给千斤顶主油缸徐徐充油张拉，两端伸长基本保持一致。8）预应力施加满足有关规定：8.1)张拉值的大小以油压表的读数为主，以预应力纲绞线的伸长值加以校核，实际张拉伸长值与理论伸长值均在±5%范围内。8.2)全梁无断丝、滑丝现象。8.3)钢丝回缩量不大于6mm。8.4)每端夹片外露量不小于2mm。九．孔道压浆、封端工艺9.1）压浆采用525#硅酸盐水泥，水泥浆水灰比0.37，泌水量控制在2%以内，压浆时的压力为0.6—0.7MPa。水泥浆28天强度不低于35Mp。9.2）小凌河特大桥箱梁采用原位现浇，其梁端预留20cm预应力张拉通道，在封端时要把梁端上面横隔墙以及下面横隔墙上边缘处钢筋凿露出来，把梁体纵向钢筋顺桥中线调直，或者用Φ12的钢筋弯成L型与梁体钢筋焊接接长，焊接长度为6cm，接长的长度需保证端部砼3cm保护层要求。锚垫板处用Φ12钢筋插入压浆孔或安装孔，并与之点焊接长。9.3）梁端砼凿毛：把要封端的接口砼凿毛，清扫凿除的砼表面浮尘，铲除锚垫板表面浮浆以及锚环上面灰浆，敲掉封锚砼，检查有无漏压管道。清除支座周围以及墩帽上的杂物。9.4）绑扎封端钢筋网片：按图纸要求，绑扎封端钢筋网片，网片钢筋为Φ10，网格间距为15*15cm，净保护层为3cm，每端设两片钢筋网片，钢筋网片与梁体接长钢筋绑扎或点焊。9.5）伸缩缝预埋板安装：按设计图要求下料N5预埋钢板，并焊上N2定位钢筋。若预埋钢板分块下料，须点焊相接。安装预埋钢板时要控制标高和距离。9.6）立模灌筑砼：封端砼采用无收缩砼进行封端，混凝土强度为C50。十．防水层及保护层施工10.1）为保证防水层的铺设质量和节省防水