矩形钢壳混凝土拱肋施工工法

矩形钢壳混凝土拱肋施工工法矩形钢壳混凝土拱肋施工工法 1.1工法概况简述 1.2形成的原因和形成过程 1-1.2.2形成过程 2工法特点 4工艺原理 5施工工艺流程及操作要点 5.1施工工艺流程 5.2.2测量放样 5.2.4搭设现浇支架 5.2.8矩形钢壳运输 5.2.9矩形钢壳安装 5.2.12矩形钢壳部分顶板安装 5.2.13混凝土浇筑与部分矩形钢壳顶板安装 5.2.16剩余矩形钢壳顶板安装 20- 7质量控制 7.1执行规范、标准 8安全措施 9环保措施 矩形钢壳混凝土拱肋施工工法 27- 矩形钢壳混凝土拱肋施工工法该工法依托于湖北省黄石市的黄石至阳新一级公路大冶湖特大桥及接线工程中大冶湖特大桥主桥建设中，该桥横跨大冶湖，全长3967m,桥面净宽2×14.75m,交角90°。通航孔主桥采用(30+120+30)m的中承式钢管混凝土系杆拱桥。主桥拱结构由钢管混凝土和箱型钢筋混凝土组成。其中边拱肋及主拱肋根部采用C50钢筋混凝土箱凝土主拱肋为实心结构，截面尺寸宽×高=2.5×3.4m;边拱肋四角为R=0.5m的圆倒角，主桥钢筋混凝土拱肋共有钢筋338.5t,C50混凝土1083.6m³,外包钢板采用1cm厚Q345D钢板，重约153.2t。该工法主要为主桥4座矩形边跨产生“塑蠕”位移，从而存在极大的拱肋开裂风险。根据调查，云南海口大桥(飞燕式钢管混凝土系杆拱桥)在施工过程中边拱拱脚截面出现开裂现象，肇庆大旺大桥在粘贴钢板法、调整主拱圈内力法(调整拱轴线与压力法、顶推加固法)、改变结构体系加固法(梁拱结合体系加固法和转换桥型加固法)等方法。根据拱桥实际情况选择拱肋现今混凝土拱肋进行加固成本高，工期长，且使用范围及效果有限，通过分析讨论，要低成本、高效率的完成混凝土拱肋加固，则需对混凝土拱肋加固方法进行创新。1.2.2形成过程多形成过程：项目团队对拱桥拱肋加固的各类方法的利弊进行了归纳，调查目前主要的拱肋加固方法为增大截面法、粘贴钢板法、调整主拱圈内力法、改变结构体系法等，并对其进行了系统的分析比较，最后创新研究出了一种矩形钢壳混凝土拱肋施工方法，并结合钢模板加固形成了本新工法。研究开发单位：中交路桥北方工程有限公司黄阳项目关键技术的成熟性与可靠性：经验证通过从该工法的实施，有效的解决了项目大冶湖特大桥主桥施工中混凝土拱肋增设矩形钢壳后的矩形钢壳设计、矩形钢壳加工、矩形钢壳安装、拱肋钢筋绑扎、混凝土浇筑等施工难题，其关键技术较成熟、可靠性高。鉴定结果：该工法成功的解决了项目矩形钢壳混凝土拱肋的施工问题，其相应的课题被中国公路学会鉴定为达到了国内领先水平，该工法具有良好的推广价值。获奖情况：该工法相关的《混凝土拱肋加固方法创新》创新型QC成果已荣获2017年全国工程建设质量管理小组活动优秀成果I类奖。该工法相关的课题《黄石大冶湖特大桥中承式钢管混凝土系杆拱桥施工技术研究》成果已被中国公路学会鉴定为达到了国内领先水平。已申请该工法相关的《一种混凝土拱肋外包钢板套组及其加固装置》发明型专利正在实质审查中，申请号：201810935452.7;《一种混凝土拱肋外包钢板套组及该工法解决了混凝土拱肋增设矩形钢壳后的矩形钢壳设计、矩形钢壳加工、矩形钢壳安装、拱肋钢筋绑扎、混凝土浇筑等施工难题，该工法具有比常规施工工法拱肋线型控制好、拱肋外观质量好、施工工效高、施工成本低等特点。该工法适用于拱桥中的混凝土拱肋在施工前增设矩形钢壳的施工，让钢壳与混凝土拱肋协同受力，有利于改善拱桥的局部受力性能，特别是能有效预防混凝土拱肋拱脚处依据中承式钢管混凝土系杆拱桥受力原理，通过在混凝土拱肋特别是拱脚处研究设计一种矩形钢壳形成钢混组合结构，使拱肋混凝土受力通过剪力钉传递到矩形钢壳上，达到钢板与混凝土共同受力的目的，改善钢管混凝土拱肋的局部受力性能从而降低混凝土拱肋开裂的风险，并提高了混凝土拱肋的安全性能，提升了混凝土拱肋外观质量。5.1施工工艺流程矩形钢壳混凝土拱肋施工流程图见下。钢筋加工及安装矩形钢壳安装支架预压搭设现浇支架测量放样施工准备矩形钢壳背肋拆除混凝土养生检查验收防腐处理支架拆除装5.2操作方法及要点5.2.1施工准备1)测量组检查测量仪器，计算好测量放样坐标，准备好测量放样工作。2)技术部根据设计图纸对现场施工人员做好安全技术交底工作。3)物资部门按设计要求采购所用材料。4)试验室提前做好混凝土配合比设计，并报总监办批复。5)试验室对所用原材按规范频率进行检查，确定合格后才允许使用。6)物资部门对所用机械设备进行检查，并定期组织检修，确保设备正常。5.2.2测量放样 矩形钢壳混凝土拱肋施工工法测量人员在工程开工前对施工图纸中拱肋平面位置和拱上每1.5m间隔标高进行认真复核，提前进行测量放样的内业资料计算、复核工作。5.2.3现浇支架设计及加工1)混凝土边拱肋现浇支架设计混凝土边拱肋采用现浇支架形式施工，由上至下依次为[14a分配梁，横桥向布置，布置间距为30cm;承重桁架片，其弦杆采用2[20a,腹杆采用2[14a,平联采用[14a,桁架片横桥向布置，间距100cm;2I40a桩顶横梁，置于钢管桩顶；630×8mm钢管桩，共4排2列，顺桥向间距为300cm+600cm+300cm+600cm+300cm,横桥向间距为350cm。钢管间平联采用[20a。除靠近主墩一排钢管桩，其余钢管桩利用震锤插打入土。67#～68#承台间土质较好，钢管桩需穿过粉质粘土层11m;69#～70#承台间土质较差，淤泥层较厚，钢管桩需打至岩层，钢管桩底标高为0。承重桁架底标高根据现场浇筑模板情况预留5～20cm,利用钢楔块进行落架脱模。 5图5.2-2混凝土边拱肋现浇支架三维模型图图5.2-3承重桁架结构图2)边拱肋现浇支架加工边拱肋承重桁架结构分3段节段在工厂内加，然后运输至现场组拼。分段位置选取在桁架高度变化处。63)混凝土主拱肋现浇支架设计支架从下往上为630×8mm钢管桩，钢管桩顶设置2I40a(靠近拱座侧)或2I56a工字钢桩顶承重梁，承重梁上安放I56工字钢，工字钢顶设置2cm厚调节线型钢板，在调节线型钢板顶每30cm布置一道[14a分配梁。钢管桩间设置[20a平联、剪刀撑。三根通长的I56工字钢端部与拱座预埋钢板焊接，另外两根6m长工字钢直接简支在支架中部和上部每边设置4根25精轧螺纹钢拉杆，支架共设置8根φ25精轧螺调整线型钢板工厂焊接成“T”型，其腹板采用2cm钢板，顶板采用1cm厚钢板，顶板钢板宽10cm,调整线型钢板两侧每60cm焊接一道宽5cm的矩形加劲钢板，加劲钢7支架预压前将[14a槽钢与调整线型钢板点焊，待支架预压后将[14a槽钢与调整线型钢板焊接固定。承台上钢管桩采用预埋地脚螺栓固定，湖中钢管桩需打入岩顶。84)混凝土主拱肋现浇支架加工2)现场严格控制钢管桩平面位置及竖直度，确保钢管桩竖向在承重梁桁架竖杆节3)钢管桩振沉验收合格后，测量实测现场钢管桩平面位置，然后根据实测位置，4)桩间平联及斜撑施工前需实测桩间距，然后在后方进行下料后用于施工，平联5)支架基础及下部验收合格后，开始分节段吊装混凝土边拱肋承重桁架并进行现91)支架分配梁安装完成后进行支架预压，支架的预压采用钢筋堆载预压方式进行，预压重为混凝土拱肋自重的110%。经计算使用成捆钢筋堆载，边拱肋堆载宽度为3m,2)支架变形监测点每设置在钢管桩顶及承重桁架跨中位置。3)预压加载时按照荷载总重的0→50%→100%→110%进行加载及卸载，并测得各级4)荷载施加110%后，前四个小时每小时观测一次，以后每四小时观测一次，并测量各测点数据；压重为24小时后，再次测量各测点数据。5)按照加载及卸载步骤分别测得各级荷载下的模板下沉量及地面下沉量，并在卸6)直至最后三天的平均沉降值<3mm时方可卸载。7)支架预压完成后垫钢板调节分配梁高度进行后续施工。1)矩形钢壳采用与主桥钢结构同等强度材质的Q345D钢板，钢板厚1cm,钢板外部防锈、涂装与钢拱肋相同，钢板内壁涂刷环氧富锌底漆2)矩形钢壳内尺寸为混凝土拱肋截面外尺寸，剪力钉布设在原拱肋主筋、箍筋交3)边拱肋顶板、底板钢板均伸入端横梁30cm,侧板不伸入端横梁。4)拱肋的矩形钢壳上钢板开30cm布料孔和φ10cm振捣孔，振捣孔在混凝土浇筑时5)当钢板剪力钉与钢筋冲突时，可适当调整钢筋间距。6)钢板可根据现场实际情况分节段、分块制作，在现场采用坡口焊焊接成型，焊7)钢板在制作运输过程中可在钢板上打螺栓孔，用螺栓在钢板上固定型钢，以增图5.2-10矩形钢壳混凝土拱肋设计图二(单位：cm)1)矩形钢壳横向板块划分：将矩形钢壳横向划分为3大块，即底板、侧板、顶板，2)矩形钢壳纵向板块划分：由于拱轴线原因，顶板比底板长，侧板上缘比下缘长，向采用1.5m宽钢板加工。顶板矩形钢壳顶板、侧板与底板焊缝错开，其中侧板与底板纵向接缝对齐，侧板竖向接缝与顶板、底板错开0.75m。3)矩形钢壳纵向节段划分：混凝土主拱肋矩形钢壳拱轴线长1301cm,纵向划分为向划分为2节段加工，分段运输至现场后再对接。4)按照设计要求对钢板进行检测，并进行防腐处理。5)画图确定各块钢板尺寸后，将尺寸参数输入到数控切割机内进行钢板下料。6)在侧板上按照设计图纸钻螺栓孔，圆孔直径φ20mm。7)在顶板钢板上气割布料孔、振捣孔，同时将切割下来的布料孔、振捣孔钢板编8)在矩形钢壳上焊接22剪力钉，其材质为ML15,尺寸为φ22×170。9)制作加工胎架：混凝土主拱肋底板胎架采用现浇支架的5道I56a纵向承重梁工10)在胎架上先焊接底板，然后再焊接侧板，最后焊接顶板，焊接采用二级焊接标1)矩形钢壳采用半挂车从加工厂运输至现场。2)运输时，将矩形钢壳顶板临时扣在侧板顶上形成整体矩形钢壳，并用马板焊接3)矩形钢壳运输出厂前在内部焊接临时间距3m每道的φ48×3.5mm钢管剪刀撑，并在顶板焊接临时间距3m每道的φ48×3.5mm钢管水平撑，增加矩形钢壳刚度，防止变4)运输至现场后，再次校正矩形钢壳线型及截面尺寸。1)矩形钢壳采用50吨履带吊分节段底板、侧板、顶板整体吊装至现浇支架上。边2)拱脚处矩形钢壳与拱座的采用钢筋连接图设计，钢筋为“L”型钢筋，矩形钢壳3)节段吊装至现浇支架后，进行节段拼接。矩形钢壳现场节段拼接方式采用马板先栓后焊拼接设计。矩形钢壳节段拼接马板先栓后焊拼接，马板对称焊接，60cm一个，4)节段定位好后立即对拉竖向加劲肋和横向大肋。矩形钢壳加固设2cm厚、5cm宽的钢板横向加劲肋、[8槽钢竖向加劲肋和最外侧][20双拼槽钢横向大肋。5)矩形钢壳加固方式为矩形钢壳侧模模板支承在[8槽钢竖肋上，竖肋沿拱轴线径向布置，间距50cm。[8槽钢竖肋支承在2[20a槽钢上，边拱肋2[20a槽钢竖向间距为 (75+75+75+95)cm,主拱肋2[20a槽钢竖向(75+75+75+115)cm。两侧竖向2[20a纵肋间每1m设置一道对拉杆。顶面模板横肋采用2[20a槽钢，2[20a槽钢设置两道拉杆，拉杆间距110cm。具体布置图如下所示：6)背肋安装完成后，将矩形钢壳顶板临时连接拆除，用履带吊将顶板拆除。7)矩形钢壳安装加固好后检查钢板的垂直度、平面位置及标高。若有偏差及时进行调整。8)矩形钢壳焊接采用二级焊接标准。5.2.10钢筋加工及安装1)钢筋安装前检查凿毛是否符合要求，检查矩形钢壳底板平面位置及高程是否正2)钢筋下料及加工：钢筋下料前应将钢筋除锈、调直，不得有局部弯折钢筋。下料严格按设计尺寸进行，根据骨架长度，尽量减少接头和废料，尽量用整根钢筋。钢筋在钢筋加工场地采用钢筋成型机加工成型，在钢筋加工过程中，由质检人员对其逐根进行检查，合格后报请监理检查。加工成型的钢筋要进行分类、按顺序堆放。钢筋堆放时，其下部距离地面30cm以上，并保证钢筋不变形。3)钢筋安装：先安装箍筋，再安装主筋。首先将箍筋沿着剪力钉间隙从矩形钢壳顶插入到底部，然后再高的一侧向低的一侧依次底板、侧板、顶板插入主筋。4)顶板钢筋安装时在顶板上先开设人孔，待钢筋安装完毕后，将顶板钢筋人孔封5)主筋与箍筋之间均采用铅丝绑扎固定，并垫好钢筋保护层垫块。6)钢筋安装时，如钢筋与底板剪力钉有冲突，可适当调整钢筋位置。7)安装预埋件：边拱肋施工的预埋件有系杆支撑结构钢筋、系杆索穿索孔道、拱上立柱钢筋。混凝土主拱肋施工的预埋件有钢拱肋拱脚接头、系杆索穿索孔道。1)测量放出空心处平面位置，并在矩形钢壳底板上弹出边线。2)空心处模板采用1cm竹胶板，边拱肋钢筋安装时，用钢筋或钢管焊接支架支撑3)空心处模板安装好后用胶带封堵模板间接缝，同时增加圆钢管或钢筋与边拱肋1)钢筋安装完后，再安装顶板，顶板采用履带吊整体吊装。2)顶板安装工序：混凝土拱肋钢筋安装完成后先检查侧板的平面位置、标高及侧 矩形钢壳混凝土拱肋施工工法5.2.13混凝土浇筑与部分矩形钢壳顶板安装1)混凝土C50混凝土采用汽车泵浇筑，边拱肋、主拱肋混凝土均采用一次性浇筑。2)混凝土浇筑总体施工顺序如下所示，混凝土浇筑顺序按照从拱脚至拱顶施工。4)按照每30cm一层分层振捣布料原则，绘制拱肋分层布料振捣图，并明确每一层混凝土浇筑方量。同时在距离拱肋底部1米处两侧布设附着式振捣器，附着式振捣器纵向间距1.5米。5)边拱肋混凝土浇筑过程中布料孔处顶板在混凝土浇筑过程中可先不安装，待混6)浇筑混凝土达到下部拱肋顶板位置时候，采用[20槽钢电焊并对拉，以堵住较低7)边拱肋空心处混凝土浇筑时注意卸料高度，浇筑过程中观察空心处模板是否稳8)浇筑过程中，同步焊接已灌满混凝土处的振捣孔钢板。采取先点焊，待排出水9)边拱肋水平段混凝土浇筑时，从拱上立柱处灌入混凝土，并在下游振捣孔插入11)混凝土浇筑过程中，采用铁锤敲击矩形钢壳外壁，检查混凝土是否灌注密实。12)混凝土浇筑过程中，及时对外流至矩形钢壳上的混凝土进行清理，可采用水冲水养护，养护时间为7天。1)混凝土养生结束后，拆除矩形钢壳背肋螺栓，再依次拆除纵肋、竖肋。2)背肋拆除后，采用切割机切割背肋拉杆，并用角磨机将拉杆磨平至矩形钢壳外1)边拱肋支架拆除拆砂箱：将砂箱上卸砂孔的螺丝松掉掏出砂箱里砂子使工字钢及拱盔下落。拆拱盔：首先按照拱盔的拼装焊缝，将拱盔分解为原来的3节，然后拆除拱盔与工钢的限位装置，然后将拱盔用倒链拉出，最后用吊车分节段吊走拱盔。拆除工字钢：用倒链将拱盔拉出，用吊车吊走拱盔。拔钢管桩：边拱肋支架钢管桩采用QUY75履带吊配合DJZ-120型振动锤拔除。2)混凝土主拱肋支架拆除混凝土主拱肋支架落架应分步卸落，在横向同步卸落，在纵向应对称均衡卸落，卸落顺序为从拱脚至拱顶的方式。其具体型钢拆除及拔钢管桩的方式见边拱肋支架拆除方5.2.18防腐处理1)首先对矩形钢壳进行清理，清除矩形钢壳上的混凝土、水泥浆、锈迹等杂物。2)钢板外部防锈、涂装与钢拱肋相同，现场涂刷面漆。12工字钢纵向承重梁3工字钢4槽钢5槽钢桁架片腹杆、平联、竖向背肋6牛腿7精轧螺纹钢891HB66K-6S1台2履带吊1台3履带吊1台4汽车吊1台材料装卸51辆6半挂车1辆74辆81台9DZJ-1201台1台提供电力电焊机5台1台50型5台混凝土振捣30型5台混凝土振捣附着式振动器台混凝土振捣1套华测1套水准仪苏州一光1套1把垂直度检测1把长度量测10)《焊缝无损检测超声检测技术、检测等级和评定》GB/T11345-20131)混凝土拱肋支架必须满足技术规范要求。检查项目1钢管桩壁厚(mm)不小于设计游标卡尺量测2钢管桩外径(mm)不小于设计皮尺量测3钢管桩桩位(mm)4钢管桩倾斜度(mm)铅垂仪检测5钢管桩桩底标高(mm)不高于设计水准仪6钢板厚度(mm)不小于设计游标卡尺量测7游标卡尺量测8支架纵轴的平面位置(mm)9支架高程(mm)水准仪焊缝等级2)矩形钢壳混凝土拱肋按就地浇筑拱圈进行实测验收。检查项目检查方法混凝土强度(Mpa)在合格标准内F80/1-2017附录D检查2轴线偏位(mm)全站仪：每肋测5处内弧线偏离设计弧线(mm)L≤30m水准仪：每肋测L/4跨、3L/4跨、拱顶3处两侧±L/1500,且不断面尺寸(mm)高度尺量：每肋、L/4跨、3L/4跨、拱顶测5个断面顶、底、肋拱宽度混凝土脱空率(%)敲击法或超声法：检查全肋3)外观质量：应无建筑垃圾、杂物和临时预埋件。拱圈线形不得出现异常折变。1)施工人员进入施工现场和施工作业区，一律佩戴上岗证，并按规定穿戴安全帽2)各施工场所设置明显的禁止、警告、安全、防火、指令、减速、缓行等标志。3)各种吊车操作人员必须经过培训取得上岗证，并且要熟练操作手进行操作，其4)严格遵守吊装作业操作规程，吊装操作人员还要做到十不吊。正式吊装前进行5)电工须持证上岗，严禁无证操作。按规定要求设置高压电器警示标志。6)电气工作人员必须持有效特殊工种操作合格证上岗；非电工不得装拆、修理和7)施工现场配备应急船只，以便发生溺水时应急救援。所有水上施工人员必须佩8)油漆燃气瓶等易燃、易爆物资，应存放在专用库房内，随用随取，库房处设置9)气瓶、压缩空气储气包等压力容器存放间距不小于5米，且不得在阳光下暴晒。11)施焊人员要穿着阻燃工作服和绝缘鞋，佩戴防护罩和长臂手套。12)严禁将电线搭靠或固定在机械、栏杆、钢筋等金属设施上。13)移动照明灯具必须使用36伏以下安全电压。禁止使用碘钨灯取暖，禁止私拉14)矩形钢壳、胎架等吊装、装卸起吊时，先试吊，吊空5cm确保安全后再正式吊15)混凝土浇筑过程中，安排专人检查支架稳定情况，及矩形钢壳背肋和压顶牢固1)合理规划场地，节约用地，合理利用土地、水源、能源等自然资源，保障生产2)施工及生活中产生的废弃物，运至当地环保部门同意的指定地点弃置。如无法3)施工机械防止严重漏油，禁止机械在运转中产生的油污水未经处理就直接排放，4)禁止使用一次性塑料餐具，防止白色污染。交通船舶、施工机械产生的废油料5)生产用油料严格保管，防止泄漏，污染湖水。6)水上施工人员的生活污水，用固定容器收集，定期运至岸上的规定地点。7)施工过程中的废弃物、边角料、包装袋等及时收集、清理，运至垃圾场掩埋。8)机械车辆途经居住场所时减速慢行，不鸣喇叭。9)合理安排施工作业时间，尽量降低夜间车辆出入频率，夜间施工不安排噪音很元/t,现场仅投入4套侧模板与4套底模板，约180t,则模板安装需4人工作，共需16天，人工费250元/天，需使用25t吊车1辆，租金800元(包含吊车司机费用)壳费用可计量),故安装需要8天，安装需要3人，人工费250元/天需要60t吊车1梁，租金1000元(包含吊车司机费用)万元/t,回收成本21×0.24=5.04万元材料费/模板费人工费机械费回收费用比较钢筋混凝土拱肋/万元矩形钢壳式钢筋混凝土拱肋7费用差额综上，矩形钢壳式钢筋混凝土拱肋为企业节省费用76.92万元。该工法不仅节约了施工成本，而且依据中承式钢管混凝土系杆拱桥受力原理，在混凝土拱肋特别是拱脚处研究设计一种矩形钢壳形成钢混组合结构，使拱肋混凝土受力通过剪力钉传递到矩形钢壳上，达到钢板与混凝土共同受力的目的，改善钢管混凝土拱肋的局部受力性能从而降低混凝土拱肋开裂的风险。同时不仅保证了拱肋线型，还提升了拱肋的外观质量。通过一系列的措施和工艺优化，节省了混凝土拱肋的施工模板，提高了材料的利用率，