墩柱式长线台座的设计与施工

墩柱式长线台座的设计与施工张伟卿【摘要】在高速公路中，先张台座有多种结构形式，本文主要介绍了墩柱式长线台座的设计与施工。实践证明了采用墩柱式长线台座进行大批量T梁预制是可行的，经济合理，安全适用，施工操作方便。%Thereareseveralstructuralformsofpre-tensioningpedestalsusedonexpressway.Thepapermainlyintroduceddesignandconstructionofpier-columntypelong-linepedestal.Ithasbeenprovedthatusingpier-eolumntypelong-linepedestaltomakemassT-girdersfeasible,economical,safeandeasytoconstructinpractice.【期刊名称】《广东交通职业技术学院学报》【年(卷)，期】2011(010)003【总页数】6页(P31-35,42)【关键词】墩柱式;台座;设计;施工【作者】张伟卿【作者单位】广东冠粤路桥有限公司，广东广州511400【正文语种】中文【中图分类】U445.47近年来，随着先张法预应力砼梁在工程中的广泛应用，先张法预应力梁的施工工艺有了长足的发展和进步。相应于此，先张梁台座的设计与施工，也取得了很大的突破：在以往传统结构的基础上，出现了多种新的结构形式；在使用的工程材料上，也由单一的钢筋砼为主，发展为应用钢、钢管砼等多种不同的材料；使用场所也由固定的预制工厂发展到现场流动施工的预制场地。先张梁台座的设计与施工正朝着经济合理、安全适用，操作简便的方向发展。1工程概况本标段为广东省某高速公路第X标段，起讫桩号为K66+000~K80+300，全长共14.3km。合同工期31个月。其中制梁场主要承担本标段内17孔16mT梁，5孔12mT梁及1859孔8mT梁的预制任务，制梁场T梁预制存在工期紧、工程量大的制梁特点，选取安全适用的制梁台座是保障工期的关键因素。2先张梁台座结构形式选定2.1台座结构形式选定原则针对制梁场的生产特点，台座结构形式的选定需考虑下述原则：制梁场场地条件；T梁预制工艺的要求；⑶适宜大批量T梁预制；(4)经济合理，安全适用，施工操作方便。2.2方案比选轴心压柱式台座的优点是受力直接明确，承载力大，工程量小，节省材料，但其缺点是传力柱在地面上位置较高，对绑扎、灌注、拆模、移梁等施工造成很大的不便;偏心压柱式台座承载力大，但其材料耗用量大；而墩柱式台座其构造特点是：利用铰与平衡重的作用，使传力柱由原来的偏心受压转变为中心受压，从而有效地解决了上述两种台座的不足，其结构合理，承载力大，材料消耗低，施工操作方便，有较好的技术经济效果。经比选，制梁场采用墩柱式张拉台座。3墩柱式张拉台座设计基本参数3.1设计张拉吨位本制梁场最大张拉吨位的梁型为跨度16m的先张法预应力砼T梁，根据其设计张拉吨位，再考虑18%的安全储备，即：因此，采用设计张拉吨位为5500kN。3.2偏心距偏心距是指预应力钢筋重心线至台座传力柱顶面的距离。此值决定于预应力钢筋重心'线至梁底面的距离以及模板的布置条件。本梁预应力钢筋重心线至梁底面(即底模顶面)距离为17.2cm，梁底至台座传力柱顶面距离为22cm，考虑结构安装偏差5cm,由此得偏心距：因此，采用偏心距为45cm进行台座设计。3.3台座有效长度确定台座长度的相关因素有：(1)梁的类型；(2)砼的灌注能力；⑶工艺要求的操作间隙，如梁之间间隙、梁端部至端横梁间的间隙等。综合考虑以上因素，取57.92m作为台座的有效长度，其中相邻两片梁端之间的间隙按不小于0.9m设计，同时考虑制梁场8、12、16m三种型号T梁预制生产的通用性。该台座每次可生产3片16mT梁，或4片12mT梁，或6片8mT梁。3.4台座有效宽度制梁场所生产梁型底宽均为0.68m，故取0.68m为台座有效宽度。4墩柱式张拉台座结构设计墩柱式张拉台座是先张法预应力砼梁生产工艺的一项主要工装设备，其主要由承力系统、台面系统和张放系统三大部分组成。墩柱式张拉台座概图见图1。图1墩柱式张拉台座概图4.1台座承力系统墩柱式张拉台座的主体承力构件，由重力式墩和传力柱两大部分组成。重力式墩由直接承受张拉荷载的牛腿及连接牛腿传递水平力给传力柱的下柱和平衡悬臂梁组成。在下柱和平衡悬臂梁之间及平衡悬臂梁的外侧两边均设置托板。托板的作用是把两片重力式墩连成整体，另一方面用以承托压重。重力式墩依靠压重和本身自重保持其抗倾覆稳定。传力柱承受重力式墩传给它的水平力，以保证重力式墩的抗滑稳定，从而使整个结构处于静止平衡稳定状态。4.1.1传力柱设计墩柱式张拉台座中传力柱承受部分水平张拉荷载，因此，应有一定的强度和刚度。为方便施工，采用对称的矩形断面，所用材料为C40钢筋砼。整个传力柱由10节压柱组成（不含端节压柱），每节压柱长4.1m，相邻两节压柱间设置联系梁，共计11道，以防止传力柱失稳。传力柱横断面结构形式见图2。图2墩柱式台座正面图（单位：cm）端节压柱有牛腿，水平张拉荷载作用于此牛腿上，产生倾覆力矩。因此，必须设置平衡重以平衡倾覆力矩，保持端节压柱之稳定。通过重力式墩的底部托板，使平衡重与端节压柱连为整体。重力式墩结构形式见图3。图3n-n截面（单位：cm）台座端节压柱与中间压柱接触面设置600mmx600mmx30mm支承钢板两块，作为传力铰。4.1.2端横梁设计端横梁是主要的传力构件，它安放在台座两端。端横梁中部承受锚梁传来的张拉力荷载，通过支承在台座两端的牛腿立面，传递给传力柱。由于集中荷载较大，所以，要求端横梁要有足够的刚度和稳定性。端横梁采用钢结构，制梁场采用钢板焊接成箱形钢结构，为了便于预应力钢筋穿过，每组端横梁是由两根梁组成，两根梁之间留有足够的间距，而且在与牛腿立面和锚梁接触处设置加劲肋板。端横梁的布置方式和张拉工艺有关。制梁场固定端的端横梁为单排，张拉端的端横梁采用双排。端横梁布置见图4。图4m-m截面（单位：cm）锚梁是直接承受预应钢筋张拉力，并将张拉力传递给端横梁的受力构件。锚梁支承在端横梁上，并通过设在端横梁上的丝杠调整装置调整其位置，使其对中、调平，以满足预应力钢筋合力中心与端横梁中心线相一致的要求。4.2台座台面系统墩柱式台座的端节压柱和中间传力柱的顶面共同构成台座的台面。于压柱顶面预埋钢板，考虑T梁底模安装时与台座连接。施工中注意预埋钢板的位置与T梁底模横担槽钢位置相配匹。4.3台座张放系统制梁场T梁预应力钢筋张放采用于千斤顶整体张放工艺。千斤顶在张拉完毕后油缸内的油不受力，压力由夹片承受，放张前需适当超顶，以便取出夹片。4.4台座各部件尺寸关系为保证台座的承力系统和台面系统等各部件都很好地发挥功能，共同作用，因此必须明确各部件之间的尺寸关系。4.4.1平面尺寸关系台座的承力系统、台面系统、张放装置都按对称原则布置，即各部件都以台座的纵、横中心线为轴对称布置。4.4.2竖向尺寸关系各部件的竖向尺寸关系确定的原则为合力重心原则，即各部件都以梁体预应力钢筋合力重心高度为基准进行布置。现以制梁场生产的跨度16m先张法预应力砼简支T梁为例，台座各部件竖向尺寸关系如下：底模标高与预应力钢筋合力重心标高之差，应符合设计要求，即为172mm。端横梁中心高度与预应力钢筋合力重心高度相一致。锚梁中心与端横梁中心线高度相一致，即锚梁中心高度亦与预应力钢筋合力重心高度相一致。压柱顶面标高与预应力钢筋合力重心高度之差，不大于设计偏心距45cm。5墩柱式张拉台座检算先张梁台座是一种承受较大张拉荷载的结构。在工作状态下，除了各种部件可能造成台座损坏之外，还存在着台座整体失稳，如侧移、倾覆等，而造成台座破坏的可能性。因此，必须对台座的整体稳定问题进行分析和计算。根据台座结构受力特点，只有端节压柱抗倾覆能力满足要求，才能保证台座整体稳定。5.1几点说明重力式墩、传力柱均采用C40钢筋砼，密度以2.4x103kg/m3计；压重采用5MPa浆砌片石，密度以2.0x103kg/m3计；⑶采用以上数据进行检算，结构抗倾覆能力是偏于安全的。5.2验算5.2.1重力式墩、压柱等自重弓I起的台座抗倾覆力矩M抗平衡悬臂梁引起的M抗1压重引起的M抗2⑶牛腿及下柱弓I起的M抗3(4)端节压柱引起的M抗45.2.2倾覆点的确定台座端节压柱在偏心张拉荷载作用下发生倾覆，必将以端节压柱与中间压柱接触面上的某点为轴旋转，该点即为倾覆点。该点的位置应为端柱与中间压柱接触面上反力的位置。张拉荷载合力N作用点距压柱轴线距离e为0.75m。当N向上移至某一位置时，(偏心距为e')，使其对C点的力矩等于自重对C点的力矩，此时，Rb=0。平衡方程式为：而此时压柱反力位置e0=0.3m当张拉荷载处于压柱截面轴线上时，e'=0,e0=0。而实际e=0.75m。用内插法可求得e0=0.75x0.3/2.1=0.107m5.2.3张拉控制力引起的台座倾覆力矩M倾5.2.4重力式墩抵抗倾覆稳定系数a=2.8>1.5，符合设计规范要求。所以，该端节压柱能满足抗倾覆要求，不致失稳。6墩柱式张拉台座施工墩柱式张拉台座是先张梁预制施工中一项关键性的工艺设备，它直接关系到T梁的底模铺装，张拉系统安设等，因此在台座施工中，要严格把关，依照图纸要求和设计规范进行施工。6.1台座放样根据制梁场总平面布置图和台座设计图，精确测量台座位置中轴线，同时在台座区设置临时水准点，以统一控制水平标高。其中对于台座的有效长度及台座两侧牛腿立面的平行性，要求具有较高的测量精度，以便于在台座砼施工中精确控制。依照台座放样结果，进行重力式墩及传力柱基坑开挖。制梁场地地质条件好，为砂砾土，所以台座基础要求严格凿平、清理干净，确保结构设计尺寸；若地基条件较差，地基承载力要求大于2kg/cm2，一定要按规定深度换填，并分层夯实，以避免冻胀和不均匀沉陷，造成台座的破坏。6.2模板张拉台座施工用模板采用标准模具进行拼装，考虑错台、跑模、漏浆等施工特点，不设底模，直接以地基为模板，侧模采用标准模板拼装，侧模纵向及侧模上部均以钢管加固连接，以保证模板的强度及刚度，同时避免跑模现象，侧模底部与地基相接处，可以用砂土埋填，以防漏浆。由于传力柱顶面直接铺设底模，因此对传力柱立侧模施工，要严格控制标高，以保证传力柱砼浇注时顶面的平整度，建议立模时，用水准仪进行标高控制。台座结构构件允许偏差见表1。表1偏差表项次123456项目截面尺寸（长、宽、高）预埋件中心线位移保护层厚度压柱轴线位移压柱表面平整度台座标高允许偏差/mm±510-5，+1088±106.3钢筋6.3.1下料进场钢筋复检合格后，在钢筋加工区采用调直机进行调直、号料和放线。用钢筋切割机下料，台座传力柱构造钢筋采用闪光对焊成整根，钢筋弯曲成型均采用钢筋弯曲机，全部成型钢筋经检验合格后，将成品钢筋入库存放，为了便于施工，不易出错，存放时分类堆码，并用标识牌标识。6.3.2绑扎为了方便施工，保证成型钢筋笼的质量，钢筋笼绑扎直接在制梁台座相应部件的基坑上进行。为了保证钢筋保护层厚度，施工中采用特制的NORMOFIX承重型和MINIFIX圆型硬质塑料钢筋保护层垫块，收到了较好的效果。6.3.3钢结构构件制作钢结构构件要用卡具固定位置，并采用点焊对称焊接，以保证尺寸准确，减少焊接引起的变形。6.4台座砼施工采用JS750强制式搅拌机进行C40砼拌制，砼输送泵配合砼泵管，通过液压式布料机完成砼入模。同一条长线台座浇注时，可分三次进行，即台座两端的重力式墩及中间传力柱。砼浇注时，采用纵向分段，水平分层，斜坡形连续灌注，分层厚度不大于20cm，以插入式振动棒进行砼振捣。每一部分砼浇注（即重力式墩或中间传力柱），都必须—次成型，不允许分次浇注。传力柱砼施工，按设计要求于传力柱顶面预埋连接钢板。施工中，精确控制传力柱顶面砼面和预埋连接钢板的平整度，平整度要求每米不超过2mm。端节压柱与中间传力柱接触面设置600mmx600mmx30mm支承钢板两快，作为传力铰。台座牛腿砼施工中，两端牛腿四个立面分别预埋80mmx180mmx30mm钢板各一块，作为预应力施工中施加预应力的作业面。因此，要求同一端的两块钢板位于同一平面且垂直于地面，不在同一端的两块钢板要求作业面平行。重力式墩的压重采用5MPa的浆砌片石，通过重力式墩底部托板使其和重力式墩形成一个整体。6.5其它设施台座两端设有作业池，作为预应力工程的作业场地，并于作业池端部设置挡墙，起安全挡护作用。台座排水设施：台座两传立柱沟槽面及作业池面均铺筑12cm厚C20砼，并形成1%的排水坡，由台座中部流向两端作业池，作业池挡墙底部设置泄水孔，与场内排水管道相通，完成张拉台座的排水。6.6墩柱式张拉台座养护采用棚罩法蒸汽养生，待台座砼强度达到设计强度的70%，方可拆模