连续弯梁桥悬灌施工工法

连续弯梁桥悬灌施工工法1.前言随着悬臂灌注法越来越广泛地应用于施工中，其施工技术也趋于成熟，但从有关资料查知，该方法用于连续弯梁桥中的施工并不多见。本工法是在2006年～2007年中铁七局集团郑州公司承建的武汉天兴洲公铁两用长江大桥北岸引桥连续弯梁桥悬灌施工中，通过成立科技攻关小组，开展调研和技术攻关，不断完善施工工艺，经过总结整理形成的。通过大桥检测单位检测的应力和线性数据说明，悬灌箱梁线性圆顺，悬灌施工平衡且安全，抗风能力强，横向稳定性好，各种工况下应力和挠度均满足设计和规范要求，施工工艺具有先进性和安全性，社会效益和经济效益显著，对桥梁的悬灌施工具有很高的应用价值和指导作用。2.工法特点2.1梁体采用菱形挂篮（图2-1、2-2）悬臂浇注施工。挂篮结构简单、轻便、受力合理、横向稳定性好、行走一次到位，模板升降全部采用机械化和自动化，提高生产效率、降低工人劳动强度；2.2模板和内外作业平台一次安装形成封闭整体，施工作业防护设施齐全，安全可靠；2.3箱梁节段线性圆顺，两端悬臂重量平衡，混凝土应力及挠度变化稳定，节段施工横向稳定性好、抗风能力强；2.4受环境影响小，可在较恶劣的气候条件下施工，且保证桥下正常的通航要求；2.5施工方法简单，易于掌握；且有较好的社会效益和经济效益；2.6需配置较完整的配套机械设备，机械化程度高；图2-1挂篮施工正面图图2-2挂篮施工侧面图3.适用范围本工法适用于公路、铁路预应力混凝土连续刚构悬臂浇注施工，尤其是安全因素复杂、风力在10级以下的大跨度预应力混凝土连续刚构。4.施工工艺及关键技术

4.1工艺原理利用墩身预埋牛腿焊接三角形托架（图4-1）浇注墩顶0#、1#梁段，在1#梁段顶面沿纵向对称安装悬臂菱形挂篮（图2）。挂篮是一个能沿梁顶纵向滑道滑动的承重构架，其后端锚固在已浇注完梁段上，在挂篮前端悬挂平台上可进行下一个梁段的模板、钢筋、预应力管道安设、混凝土灌注和预应力张拉、压浆等作业。完成一个梁段的循环后，挂篮对称纵向前移并锚固，两端对称平衡进行下一梁段的施工，如此循环直至悬臂灌注完毕。通过挂篮横向连接和箱梁腹板设置通风孔加强悬灌横向稳定。体系转换时利用挂篮做合拢吊架，按设计合拢温度、在平衡配重条件下进行合拢锁定，完成全梁体施工。4.2挂篮构造与设计4.2.1挂篮构造菱形挂篮主要由菱形主桁架、承重系统、底篮及模板、走行系统以及后锚固系统五部分组成。4.2.1.1菱形主桁架每套挂篮由10片H型钢组合梁组成，挂篮主桁采用两片外型呈菱形的桁片，在其横向设置前后横梁组成一空间桁架，并在前后横梁桁片上设置上下两层平面联结杆件。主桁杆件采用H型钢两侧焊钢板，杆件间销子连接。两主桁置于悬灌箱梁腹板中心位置，纵向长度根据箱梁节段的长度及重量确定

图4-1三角形托架示意图4.2.1.2承重前横梁：采用2根I36a工字钢栓接于主梁前端上翼缘，竖向配置4根承重吊杆。后横梁：采用2根I36a工字钢，竖向配置2根承重吊杆，2根后锚吊杆。底篮后横梁采用锚杆锚固在前段已完梁段上，锚杆上方设置千斤顶，进行锚固力的转换并可调整挂篮悬臂端挠度。4.2.1.3底篮由前下横梁、后下横梁、纵梁及分配梁组成，横梁与纵梁连接采用焊接，底模直接铺于底篮上，点焊适宜为止。前后下横梁通过吊杆悬吊在主桁的分配梁上。模板包括底模、外模、内模。外模采用大块钢模，内模采用组合钢模，内外模利用对拉螺杆（精轧螺纹钢）连接紧固，外加钢管支撑固定。腹板内用同标号混凝土预制块作内支撑，保证腹板结构尺寸。外模上部支承在外滑梁上，前端悬吊于主桁外侧分配梁，后端悬吊于已浇箱梁翼板上。外模吊杆均采用精轧螺纹钢，同样，内模支承在箱室的内滑梁上，前端悬吊于主桁前分配梁，后端悬吊于已浇箱梁内顶板上。内模横梁上设置活动销来调节内模宽度以适应腹板厚度的变化。内模及底篮的升降均采用受拉葫芦和液压千斤顶来配合完成，既可多台千斤顶同时工作，也可以单台千斤顶个别调整，使得模板标高调整方便准确。同时，底篮前端、两侧可作为操作平台，操作平台设计应满足堆放施工机具及工人作业空间要求，可用手动葫芦调整其高度。4.2.1.4走行走行系统分为菱形组合梁走行系统，侧模走行系统及内模走行系统三部分。菱形组合梁走行系统：在每片梁中部设滑动点2个，后部设平衡导向滑轮，箱梁顶面上设2个滑道，向前滑移。侧模走行：外模走行，在侧模上安装调节杆，当松开后锚拴、底模连接螺栓及支撑拆模时，在模板自重和调节杆共同作用下，侧模、底模向下脱落在主梁上，主梁、侧模、底模、内模滑梁同时前进。内模走行：放松内模后，内模板即落在内导梁上，与主梁、侧模、内模同时前进。4.2.1.5后锚固在已浇注0#、1#梁段上预留有内导梁后锚孔，后锚栓采用Φ25精轧螺纹粗钢筋。作用是将挂篮承受的荷载传至箱梁上，并防止挂篮倾覆。主梁移动的倾覆稳定由主梁后端压紧器来维持。4.2.2挂篮设计参数：挂篮主体采用Q235H型钢：[σ]=170MPa，E=2.1×105MPa。焊缝采用E43焊条焊接：[τ]=140MPa，[σ]=140MPa。采用高强螺栓连接：[σ]=400MPa，[τ]=250MPa。联结板采用16mm钢板（型钢板厚15mm）。孔位布置：边孔距边缘距离：≤1.5d0≤d≤4d0。中间孔中心间距：≤3d0≤d≤8d0。荷载：设计荷载混凝土自重26.5kN/m3，混凝土侧压力60kPa，混凝土与模板吸附力100kPa，施工机具及人群荷载2.5kPa，基本风压值766kPa，恒载安全系数取ΥG＝1.2，活载安全系数取ΥQ＝1.4。变形：挂篮变形5mm，模板变形2mm，后横梁变形6mm，总体变形为11mm。挂篮后锚采用Ø32mm精轧螺纹和锚箱，行走时利用锚箱轴承反压滑道向前滚动，移动到位后利用Ø32mm精轧螺纹锚定。挂篮的施工平台在底模上，底模长度比施工段长1.5m。4.3工艺流程

清洁波纹管道混凝土养生模板制作塑料波纹管制作箱梁段钢筋制作拆模及梁段接缝处理调整钢筋及波纹管至设计位置孔通内压浆安装梁段波纹管预应力钢筋切割后两端封锚

预应力钢筋穿管对称灌注箱梁段混凝土按设计张拉顺序依次对称张拉预应力钢筋立模钢筋束吊装及绑扎预压后调整挂篮模板标高挂篮吊装、拼装就位、锚固牢靠编制钢筋束制作混凝土试块混凝土养生强度至85%以上以上挂篮前移进行下一循环

灌浆机具准备

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图4-3挂篮施工工艺流程示意图4.4施工要点4.4.1挂篮施工前准备工作4.4.1.1挂篮拼装a.挂篮加工完毕及时进行检测。检测合格后在加工现场进行结构拼装，并进行静载试验，经试验满足设计和施工要求后才能出厂运达施工现场。b.在施工现场拼装时，先将部分杆件进行组装，组装多少根据起吊设备的起吊能力确定，以减少在梁顶高空拼装时间。c.挂篮拼装要注意各杆件的拼装顺序。先拼装走行系统、主桁结构及主桁后锚部分，然后拼装承重及底篮平台部分，再拼装挂篮模板及工作平台，最后安装液压千斤顶等调整设备。4.4.1.2挂篮静载试验a.挂篮试验加载按照在最不利梁段最不利荷载组合的等效荷载作用下，检验挂篮的稳定性及整体安全，测出挂篮的实际变形。b.通过千斤顶反压加载，将梁段底板及腹板荷载施加于底篮，使加载对挂篮底篮及前吊杆产生的效应与梁段荷载对挂篮底篮及前吊杆产生的效应基本相同。c.数据分析整理。先计算最不利荷载组合的各级荷载作用下挂篮各测点竖向变形值及相应节段两点的平均值，绘制出荷载与挂篮变形关系曲线，并与挂篮设计值比较，检验是否满足设计和规范要求要求；再计算最不利荷载组合的各级荷载作用下挂篮主要受力杆件应力，绘制出荷载与挂篮杆件应力关系曲线，并与挂篮设计值比较，检验是否满足设计要求及为以后挂篮设计提供参数。4.4.1.3挂篮前移到位每施工完一个节段，悬臂两端挂篮要对称前移施工下一个节段。a.拆除外模板下缘的顶紧器使外模向底模两侧靠；拆除腹板模板拉筋及钢管支撑杆；拆除顶模及底模后锚杆，并转换为内外滑梁扁担挑临时锚固。b.在挂篮前支点处涂上一层黄油，用于减小支点与滑道间的摩擦力。c.在轨道前端安装倒链葫芦，解除轨道的锚固筋，将轨道前移就位并找平。d.通过锚筋将轨道锚固在已完箱梁上，用倒链葫芦拉动挂篮慢慢向前移动，直至就位。控制每次顶推最大行程≤600mme.通过后锚千斤顶将后锚上拔力转换为后锚扁担挑承受。f.安装后锚杆使其与竖向预应力筋连接，通过后锚千斤顶将后锚扁担挑的上拔力转换由竖向预应力筋承受。4.4.2节段箱梁施工4.4.2.1非预应力筋施工。先绑扎底板底层钢筋，将腹板箍筋与底板底层钢筋散绑，安装腹板水平筋和腹板联系筋，腹板钢筋形成整体骨架后再将腹板箍筋底部与底板底层钢筋焊接。绑扎底板顶层钢筋，将底板上下层钢筋的联系筋焊接牢。安装顶板钢筋。4.4.2.2预应力筋的施工。纵向、竖向预应力管道在腹板和顶板钢筋绑扎时安装固定，预应力管道定位钢筋网片间距0.5m。纵向预应力管道随着箱梁施工逐节加长，接口要封严，不得漏浆。浇注混凝土时，管道可内衬硬塑料管芯（混凝土浇注完成后即拔出），防止管道变形、漏浆。预应力穿束采用卷扬机牵引。4.4.2.3混凝土浇注顺序：箱梁底板－腹板与底板倒角－腹板(左右腹板分四次循环浇注)－顶板倒角－内顶板－外顶板。混凝土浇注宜先从挂篮前端开始。4.4.2.4箱梁预应力张拉时必须按预留试块测定混凝土的抗压强度和弹性模量，达到设计的85%时才能张拉。梁端张拉遵循“同步、对称”的原则。4.4.2.5箱梁预应力孔道采用真空压浆。真空泵工作一分钟后压力稳定在-0.075Mpa至-0.08Mpa，继续稳压1分钟后，开启进浆管球阀并同时压浆；压浆泵的最大压力宜保持在0.6～0.7Mpa，孔道过长时压力可稍加大到1.0Mpa左右。4.4.3悬灌施工在悬臂施工中，影响悬灌箱梁挠度及线型的主要因素有：挂篮受力变形；后浇梁段的自重引起悬臂产生挠度；预应力施工对悬臂产生的挠度；施工荷载引起悬臂挠度；混凝土收缩与徐变使施加的预应力不断减小，致使悬臂产生挠度；日照与温度变化等。4.4.3.1施工预拱度计算a.挂篮变形值的测定。挂篮的变形值通过挂篮荷载试验测定；在施工现场挂篮拼装完后，采用千斤顶反压加载试验。按照最不利荷载分级加载，加载过程中测定各级荷载下挂篮前端变形值，得到挂篮荷载与挠度关系曲线。b.施工临时荷载测定。施工临时荷载包括施工挂篮、人员机具等；其中挂篮重量可根据设计图计算得出，施工机具及人群荷载按2.5kPa计算。c.箱梁混凝土容重和弹性模量的测定。在悬灌箱梁各节段施工中，按照常规方法取样检测混凝土容重。混凝土弹性模量主要测定其弹性模量E随时间t的变化过程，即E—t曲线，采用现场取样分别测定混凝土在7d、14d、28d、60d龄期的E值，绘出完整的E—t曲线。d.钢绞线管道摩阻损失的测定。在预定的测点位置，将波纹管开孔，采用电阻应变片和电阻应变仪测量钢绞线的实际管道摩阻损失，了解有效的预应力情况，以便计算由预应力施工引起的悬臂挠度。e.混凝土的收缩与徐变。混凝土的收缩与徐变采用现场取样，进行长期观测，在观测结果未出来之前，可采用其它桥梁施工中相同或相似条件下同标号砼的试验数据。也可提前做好混凝土的试配及收缩、徐变试验。f.温度观测。温度观测分为大气温度观测和箱梁体内部温度观测，大气温度观测与高程测量同时进行，以便主梁高程代表性的确认。箱梁体内温度观测采用预埋测温元件。由此可知，悬灌箱梁设计预拱度值=累计弹性挠度+累计徐变挠度+施工气温影响，将其反向设置。其中累计弹性挠度包括箱梁自重、施工预应力、体系转换、二期恒载、施工荷载产生的挠度；累计徐变挠度可考虑为自施工起累计到通车前止的徐变挠度。但因实际施工中的施工条件、使用材料及实际工期与设计不尽相同，故施工中需根据现场测定的各项参数由程序计算得出，并与设计值进行比较以便及时调整。在悬灌箱梁施工中，为了保证线性控制良好，必须成立专门的监控小组，加强观测每个节段施工中混凝土浇注前后、预应力张拉前后四种工况下悬臂的挠度变化。根据各节段预拱度及设计标高，确定待灌梁段的立模标高，严格按立模标高立模。每节段施工后，整理出挠度曲线进行分析，及时准确地控制和调整施工中发生的偏差值，有偏差时在一个节段内进行调整。合拢前相接的两个悬臂最后2～3个节段在立模时应进行联测，以保证合拢精度。4.4.3.2梁体中线线型控制由于梁体为弯形，挂篮模板为直线，弯梁的中线控制十分重要；控制方法为：计算出挂篮每移动一个梁段（3m），其中线偏移出梁体中线的距离，然后采用划线吊垂球或经纬仪定线的方法，将挂篮向曲线内侧偏移，计算偏移量可用autoCAD画图或编写公式直接计算，偏移量指的是挂篮前端的偏移量。实际施工中若有偏差，及时在一个节段内纠正，确保梁体走向光滑、圆顺。4.4.4挂篮施工不平衡重控制桥墩两端梁段悬臂施工进度应对称、平衡，实际最大不平衡偏差不得超过设计要求值。4.4.4.1挂篮推移不平衡重控制根据设计要求的两端悬臂最大不平衡偏差值，计算出挂篮推移过程中最大不平衡距离。两端挂篮每一个主桁片配置一个顶推千斤顶。在顶推挂篮前，将主桁片对应的行走轨道沿纵向做好尺寸标记。顶推挂篮时，四台液压千斤顶同时顶推，保证挂篮四片主桁匀速、平行、同步前移，挂篮的内模骨架、外模骨架通过倒链葫芦拖拉，使其与主桁同步前进。4.4.4.2挂篮施工不平衡重控制施工中所用到的各种材料和机具应堆放在0#段顶部，不得堆放在悬臂部位，并且前后、左右对称堆放。在各个节段钢筋施工过程中，计算出每个节段钢筋及工作面需要的材料总重量，若总重量超过设计允许的不平衡重偏差值，则严格对称进行钢筋的绑扎和运输。4.4.4.3浇注混凝土不平衡重控制浇注混凝土前，两悬臂端钢筋及模板均已安装完毕，基本处于对称平衡状态。浇注混凝土过程中两端不平衡主要有混凝土重量引起。按照设计允许的不平衡差值计算出混凝土方量，先浇注一端底板最大不平衡重的一半，再浇注另一端最大不平衡重的一半，如此循环往复。先浇注节段箱梁的中部，后浇注箱梁两侧；先浇注挂篮前端，后浇注挂篮根部。4.4.4挂篮施工中的体系转换4.4.4.1连续刚构每跨体系转换过程在两悬臂端平衡配重；若设计有要求时，顶推合拢段两侧箱梁；焊接锁定临时劲型骨架；初次张拉合拢段临时预应力束；绑扎剩余钢筋并浇注混凝土；混凝土养护到设计要求的强度时，张拉纵、竖向预应力筋；拆除配重；终张拉剩余预应力束并压浆。具体合拢顺序为：先在中跨合拢，形成两单悬臂梁，最后在边跨跨合拢，形成三跨连续梁（图4-4）。中跨、边跨利用其中一套挂篮合拢。合拢后拆除临时固定支座约束，并张拉预应力钢绞线完成体系转换。图4-4连续梁体系转换过程图4.4.4.2体系转换过程注意事项a.合拢施工顺序要按照设计要求办理，设计无要求时，一般先中跨，再边跨，后次边跨。多跨一次合拢时，必须同时均衡对称地合拢。合拢前，一切临时荷载均要与设计单位协商决定。b.合拢前，测量箱梁顶面标高和轴线，连续测试温度影响偏移值，观测合拢段在温度影响下梁体长度及竖向的变化。c.合拢前，应在两悬臂端预加与混凝土重量相等的配重。加配重时要按中轴线对称加载，并在浇注混凝土过程中逐级卸载，使悬臂端挠度保持稳定。d.合拢锁定时，复查、调整两悬臂端合拢施工荷载，使其对称相等，如不相等时，应用压重调整；检查梁内预应力钢束是否张拉完成；复测调整中跨、边跨悬臂的挠度及两端的高差。e.合拢宜在设计温度范围内合拢，若温度超过设计范围，需与设计单位协商另行采取措施合拢。合拢段混凝土浇注时间应在日气温较低、温度变化幅度小的时间区内进行。浇注完混凝土后，时值气温开始上升为宜。混凝土强度要求早强，须做特殊配合比设计，注意捣固和养生质量，以防裂缝发生。混凝土浇注完成后，悬臂端应覆盖，防止日晒。f.张拉合拢段预应力钢束时，必须先上后下、左右对称进行，以免侧向产生较大变形。5.机具设备悬灌施工所需的机具设备见表5-1：

表5-1机具设备表序号名称型号数量主要用途1塔吊1000KN.m1台吊装模板、机具2拌和站H5001套拌和混凝土3混凝土输送泵SANY60C1台泵送混凝土4混凝土运输车/4辆运输混凝土5电焊机φ40以下6台焊接、固定钢筋6钢筋切断机5-401台钢筋加工7钢筋弯曲机WT4-1401台钢筋加工8钢筋调直机4~14mm1台钢筋加工9全站仪徕卡TC12011台梁体控制点放样10精密水准仪精度0.1mm1台挠度监测11普通水准仪精度1mm1台调模、复测标高12手动葫芦1t、5t各16只升降、移动挂篮13液压千斤顶5t、10t各8台顶推挂篮、升降模板14插入式振捣棒φ50插入式12台混凝土施工振捣15千斤顶200t4台纵向张拉预应力16千斤顶60t1台竖向张拉预应力17油泵ZB-5005台张拉预应力18真空压浆泵柳州HVM1套抽真空压浆19抽水机扬程100m1台供水养护6.劳力组织悬灌施工作业要求组织好管理小组和作业班组，将劳力分为两个班组，循环施工，见表6-1：表6-1劳动组织表序号职务人数分工1现场管理队长1负责悬灌施工现场组织和协调2现场管理副队长2负责现场施工指挥、监督指导3技术负责人1负责施组、交底及培训等技术工作4技术人员2负责技术指导、施工质量控制与验收5安全员2负责本工点的安全工作6工班长1负责本工班的全面工作7工班小组长2负责本班组的全面工作8塔吊司机2塔吊操作与保养9运输车司机4混凝土运送10电工2现场电器的安装与维修11模板工8模板安装、拆除、加工与维修12混凝土工10混凝土的振捣与养护13钢筋工18钢筋下料、焊接、绑扎14张拉工10预应力张拉与压浆15测量工2协助技术人员做好放样、标高测量7.质量控制7.1质量标准本工法执行《铁路桥涵施工技术规范》和《铁路桥涵质量检验评定标准》。7.2挂篮及模板质量控制按表7-1规定标准表7-1挂篮及模板质量控制规定标准序号检查项目容许偏差/mm检查部位1挂篮及模板加工长度+0-1.0中间及侧模2挂篮及模板加工宽度+0-1.0中间及底模3挂篮及模板加工高度±1.0中间及侧模4模板挠曲<2.0长、宽方向5边肋孔距±1.0任意两孔间距6端肋孔距±1.0任意两孔间离7焊缝长度-0+5.0所有焊缝8焊缝高度-0+1.0所有焊缝9倒角模角度<1.0内模倒角10挂篮模板间拼接缝<1.5所有拼接缝11向临模板面错台<2.0拼接缝12相邻模板上口高差<1.5拼接缝7.3质量控制措施在施工中贯彻GB/T19002-ISO9002标准，使施工全过程在有效的控制状态下操作；制定质量计划，落实“以人为本，遵规守纪，信守合同，以优良的工程质量和周到的服务赢得用户信任”的质量方针。

a.制定质量创优目标，确保工程质量检验合格率100％，优良率90％以上。

b.积极开展全员质量管理活动，层层签署质量责任状。

c.质检工程师由富有施工经验并具有专业技术职称、熟悉规范和图纸、作风严谨的技术人员担任。各施工队及工班设质检员，负责各道工序质量自检。

d.认真做好施工技术交底，加强施工技术培训，持证上岗。

e.认真贯彻执行技术规范，听从监理工程师的工作指令，做到监理工程师满意。

f.经常教育全体员工，强化质量意识，并建立质量创优激励机制，奖优罚劣，奖罚分明。

g.严格“三检”制度，加强测量和试验工作。

h.对工程中的质量通病，积极开展QC活动进行攻坚。8.安全措施悬灌施工除严格遵守建设部发布的《建筑工程安全法律法规》和本工法中的施工工艺外，还需注意以下事项：a.建立完善的施工安全保证体系，加强施工过程中的安全检查和控制，确保作业标准化、规范化；b.对参与施工的全体员工进行岗前培训和安全教育，贯彻“安全第一、预防为主”的思想方针。作业时必须配戴安全帽、穿施工鞋、系安全绳；c.针对菱形挂篮悬臂施工的特点，制定切实可行的高空悬灌施工安全措施，建立健全各项安全规章制度，加强岗位责任制，并在施工过程中认真执行和总结完善；d.挂篮移动过程中，如有构件移动不同步,须先查明原因,解决问题，然后利用千斤顶或倒链葫芦拉推就位，再继续前移；e.在挂篮推移、节段施工过程中，严格控制两悬臂端