暴风雨低温下桥梁墩身施工控制技术

暴风雨低温下桥梁墩身施工控制技术

1冬施区的施工难点兰新铁路红柳河至七墩段的电气化改造工程是兰新红柳河至五西端的组成部分。该部门负责40公里的建设，包括2座特桥和2座大桥，总建筑面积为343450.61米，共有99座墩体。该工程2010年8月上场,2011年4月达到铺轨的条件,在施工任务艰巨,施工工期如此吃紧的情况下,开展冬施是势在必行。目前我国低温环境下进行桥梁墩身砼施工的技术已很成熟,但在风力强度达到十级以上、温度-30多℃的气候条件下进行冬季桥梁墩身施工在国内未见相关文献报道,没有成熟的施工经验可借鉴。2在寒冷和低温的寒冷环境下，桥梁扶手的结构技术2.1脚手架安装及搭设脚手架采用双层钢管搭设,钢管型号采用ϕ48×3.5,钢管自重G1=0.0384kN/m。脚手架纵、横间距为1.2m,两层脚手架之间距离为1.2m。钢管之间采用扣件连接,立杆每隔3.6～4.5m之间设置一道剪刀撑。脚手架围绕墩台身全断面搭设。考虑所处地段位于烟墩风区,立杆需采取缆风绳使其牢固。墩身连接部分加密为1m,步距为1.2m。2.2瘫痪误差检算方法2.2.1标准负荷参数作用于脚手架的荷载包括静荷载、活荷载和风荷载。2.2.1.脚手板抗压强度(1)每米立杆承受的结构自重标准值,本例为0.1538kN/m。NG1=每米立杆承受结构自重标准值×H=1.63kN。(2)脚手板的自重标准值,本例采用竹串片脚手板标准值为0.350kN/m2。NG2=脚手板的自重标准值×n1×La×(Lb+k)/2=4.19kN,其中,n1为脚手板共铺层数,本例取2;La为立杆横距,本例取1.2m;Lb为立杆纵距,本例取1.2m;K为脚手架离墙距离,本例为2m。(3)栏杆与挡脚手板自重标准值,本例采用竹串片脚手板标准值为0.140kN/m。NG3=栏杆与挡脚手板自重标准值×n2×La=0.336kN,其中,n2为脚手板同时工作层数,本例取2。(4)吊挂的安全设施荷载,包括保温篷布(内外两层篷布,中间为两层棉毡),标准值0.018kN/m2。NG4=吊挂的安全设施荷载×La×H=0.229kN。经计算得到,静荷载标准值NG=NG1+NG2+NG3+NG4=6.38kN。2.2.1.外立杆保温带为施工荷载标准值产生的轴向力总和,内、外立杆按一纵距内施工荷载总和的1/2取值。脚手架结构自重:GK1=10.6m×0.149kN/m=1.58kNGΚ1=10.6m×0.149kΝ/m=1.58kΝ剪刀撑自重:GK2=0.0384kN/m×(1.22×1.22)−−−−−−−−−−−√×7=0.387kNGΚ2=0.0384kΝ/m×(1.22×1.22)×7=0.387kΝ外立杆保温棉被自重(脚手架外围全封闭):GK3=1.2×0.018×(14.4×10.6×2+8.8×10.6×2+14.4×8.8)=13.36kN竹串片脚手板自重:GK4=1/2×1.2×1.2×4×0.14+0.14×1.2×4=1.07kN架面施工荷载:QK=1/2×2×1.2×2kN/m2×1.2=2.88kNN外=1.2(GK1+GK2+GK3+GK4)+0.9×1.4QK=23.3kNN内=1.2(GK1+GK4)+0.9×1.4QK=6.8kNNQ=1/2×(N外+N内)=15.1kN2.2.1.u3000风荷载风荷载标准值应按照以下公式计算:ωk=βz×μz×μs×ω0其中,βz为脚手架规范编制时,考虑到脚手架附着在主体结构上,故取βz=1;μz为风荷载高度变化系数,按照《建筑结构荷载规范》(GB50009-2001)的规定采用,地面粗糙度本例地处戈壁沙漠取A类,差表7.2.1:μz=1.38;μs为风荷载体型系数,μs=0.920;ω0为基本风压,按历史最大风力13风计算,v=0.84×FΛ(3/2)=0.84×13Λ(3/2)=39.3s/m,ω0=1/2ρv2=γv2/(2g)≈v2/1600=39.32/1600=0.97kN/m2。经计算得到,风荷载标准值:ωk=βz×μz×μs×ω0=1×1.38×0.92×0.97=1.23kN/m2考虑风荷载时,立杆的轴向压力设计值:N=1.2NG+0.9×1.4NQ=26.68kN风荷载设计值产生的立杆段弯矩:MW=0.9×1.4ωklah2/10=1.97kN·m其中,ωk为风荷载基本风压值(kN/m2);la为立杆的纵距(m);h为立杆的步距(m)。2.2.2钢管立杆抗压强度计算方法计算截面面积δ=NφA+MWW≤[f]δ=ΝφA+ΜWW≤[f]其中,N为立杆的轴心压力设计值,N=26.68kN;φ为轴心受压立杆的稳定系数,由长细比l0/i的结果查表得到0.386,i为计算立杆的截面回转半径,i=1.580cm,l0为计算长度,由公式l0=kμh确定,l0=1.94m,k为计算长度附加系数,取1.155,μ为计算长度系数,由脚手架的高度确定;μ=1.403,h为步距,取1.2;A为立杆净截面面积,A=489.000mm2;W为立杆净截面模量(抵抗矩),W=5.080cm3;MW为计算立杆段由风荷载设计值产生的弯矩,MW=1.97kN·m;δ为钢管立杆受压强度计算值;[f]为钢管立杆抗压强度设计值,[f]=205.00N/mm2。经计算得到:δ=1000N/(ϕA)+MW106/1000W=180.13N/mm2考虑风荷载时,立杆的稳定性计算δ≤[f],满足要求。2.3挡墙效果钢身份证考虑到所处施工地段的强风偶发性及夹带龙卷风情况的发生,脚手架两侧对称设置揽风绳稳定架体。揽风绳选用钢丝绳,绳直径不小于2mm。15m以下设置一组揽风绳,每增加10m加设一组揽风绳,每组4根,揽风绳与地面夹角在60°至45°之间,下端与地锚相连。3制作整体材料安装考虑到所处施工环境气温低达零下34℃以及13级大风的高寒地区,故保温大棚的保温材料采用内外两层篷布,中间为两层棉毡,尺寸根据现场墩高进行调整,保温材料采用12m×10m。制作时两块保温材料的连接端错开5cm预留孔眼,同时眼距错开2cm,确保两块材料之间的链接以及连接防止大风的贯入,保温材料尽量确保迎风面为一整体材料。保温保湿棚布搭设在双排脚手架的外侧,搭设时先从墩顶开始固定,然后依次将四周的篷布锁定。两块材料进行链接时需注意将顺风方向的篷布放在上层,已确保绑扎后的篷布不被大风撕开。将保温棉毡整体绑扎初步固定后,沿墩身纵横方向每2m一道用钢管对保温棉毡进行再次加固,钢管间通过扣件进行固定,使纵横向钢管链接成一个整体。施工时先将墩顶钢管按预定方案布置,其次依次将四周钢管与顶部钢管用碗扣进行锁定。待上部加固完成后,在保温篷布加固钢管的底部四周用钢管再次进行加固,同时增加扫地杆对底部一周钢管进行最终加固。最后就近利用墩身四周的基坑开挖土方对保温棉毡的四周进行覆盖加固。4混凝土质量保证措施4.1仓暖棚至粉碎机拌和站采取用彩钢板进行全封闭包封,范围从料仓暖棚至搅拌机。搅拌机下的罐车通道采用推拉门形式,搅拌站内采用暖气片散热保温,并在棚内加设火炉,确保拌和站内温度控制在10℃左右。4.2材料的保温(1)暖棚内硬化加热砂石料场搭建暖棚,采用棉篷布覆盖,防止积雪和大风侵袭,在暖棚内对砂石料进行加热。暖棚内进行场地硬化,在片石砼的基础上方沿暖棚四周布设暖气片,同时在棚内加设火炉对暖棚进行加热。在暖棚内安设温度计,拌和站值班人员定时对温度进行记录,随时保持与锅炉房的联系,确保棚内温度≥10℃。(2)对生产用水池进行连接在2台750搅拌机左右两侧与水泥罐之间砌筑蓄水池,用于生产用水水池,砂石料暖棚内地热蒸汽与生产用水池连接,对水进行加热;另在蒸汽锅炉房旁砌筑一个加热水池,通过蒸汽对水池进行加热,同时加热水池的热水分别供向两个生产用水池,对生产用水池水温进行调控,并保证生产用水池热水的正常供应。在生产用水池内安设温度计,确保生产用水池内水温在30～80℃之间。4.3混凝土出机温度(1)严格按照冬施配合比生产混凝土。(2)为确保混凝土的出料温度和入模温度,拌和料须采取加热处理。水加热温度不宜高于80℃,水泥严禁加热。当拌制的混凝土出现坍落度减小或发生速凝现象时,应重新调整拌和料的加热温度。混凝土搅拌时间宜较常温施工延长50%。(3)每隔2h进行温度记录,并根据温度控制加热器加热速度。混凝土出机温度必须≥10℃,每台班对混凝土出机温度至少记录4次,以便及时调整。(4)冬季施工混凝土按规范应较常温至少多留置2组同条件养护试件,根据同条件养护试件结果确定保温及拆模时间。4.4预处理混凝土质量分数(1)提前对混凝土运输罐车的水泥罐外部以及泵车包裹保温棉篷布,使用前罐车内用30℃以上热水冲冼进行预热,保证整个运输过程混凝土拌和物温度损失小于5℃。(2)须确保混凝土运输罐车通行顺畅,缩短混凝土运输时间。(3)认真做好温度记录,供试验室参考。到达施工现场混凝土入模温度必须≥10℃,随时进行抽查。(4)当道路出现结冰和积雪时,罐车轮胎安装防滑链。4.5模板温度控制混凝土灌筑前,对模板升温,尽量减少混凝土同周围环境的温度差,混凝土入模温度必须在5℃以上,在暖棚生火炉8～10个,在混凝土施工前提前升温,保证混凝土施工时模板温度在10℃以上。混凝土下料采用直径35～40cm串筒,串筒壁厚2～3mm,混凝土采用插入式振捣并分层连续浇筑,分层厚度30cm左右。5混凝土结构的拉应力大体积混凝土结构在施工初期,由于水泥水化热的产生,内部温度比外部温度升高快,混凝土体积膨胀大,从而在结构表面产生拉应力;在后期降温过程中,由于受到基础或混凝土的约束以及混凝土内部温差的约束,在混凝土结构中也会产生拉应力;严寒季节混凝土表面温度骤降而产生很大收缩变形,再加上因混凝土施工质量的不均匀性,受到内部的约束而产生很大拉应力。特别是在寒冷地区,裸露在大气中的混凝土结构,如果混凝土表面没有采取任何保温措施,则由于昼夜温差和寒潮引起的温度应力导致混凝土结构十分容易开裂。因此,保温棚内的保温控制措施是十分关键的。5.1暖棚表面系数保温棚搭设面积为14.4m×8.8m,棚高10.6m。暖棚单位面积的耗热量采用Q1=3.6MbKβ(Tb-Ta)计算。其中,棚内温度Tb取10℃,暖棚外大气温度Ta取-34℃;暖棚散热系数β取1.8。暖棚表面系数:Mb=[(2×14.4×10.6+2×8.8×10.6+14.4×8.8]÷(10.6×14.4×10.6)=0.382m-1。暖棚结构传热系数:k=10.43+δλ=10.43+0.020.06=1.31w/(m2⋅K)k=10.43+δλ=10.43+0.020.06=1.31w/(m2⋅Κ)则Q1=3.6×0.382×1.31×1.8×44=143(kj/h·m3)单位体积暖棚需要供热量:Q=Q1×10.6×14.4×8.8=192082(kj/h)=45865Kcal·h暖棚内每小时耗煤量:45865÷7000≈6.5kg·h5.2围温度的确定暖棚内部采用火炉加热养护,在模板周围升火炉,保证模板周围温度在10～15℃。具体布置为,沿线路方向左侧摆放两个煤火炉,右侧摆放两个煤火炉,沿线路前后方向各摆放一个煤火炉。六个煤火炉采用钢板加工而成,煤火炉的燃料采用焦炭。5.3棚内温度与温湿度过渡为确保混凝土浇筑时的质量,在浇筑前24h对保温棚进行升温,使浇筑前的棚内温度达到10℃以上。在距离火炉最远处悬挂分上、中、下三层悬挂温度计,每层不少于4个,每隔2个小时进行温度记录,并根据温度控制加煤速度,确保棚内温度始终≥10℃。为确保棚内的湿度,在每个火炉上添加一个水锅,安排专人续水。混凝土浇筑完毕后,养护期间混凝土的表面温度与环境温度之差不宜大于20℃。采取逐渐减少煤火炉的办法进行棚内温度与环境温度的过渡。根据试验室试块强度报告,试块强度达到设计强度的40%后,开始减少两个煤火炉,保持一天后,再减少两个煤火炉,使棚内温度逐渐过渡到棚外的环境温度,防止混凝土表面产生裂纹。6桥梁墩身保护系统在高寒地区强风低温环境下,通过对桥梁墩身脚手架搭设、墩身保温保湿大棚的搭设、混凝土质量保证措施、棚内的保温保湿等关键技术进行控制,保证了桥梁墩身混凝土的质量。采用的强风低温环境下桥梁墩身保护