移动模架砂袋分仓蓄水预压施工工艺

移动模架砂袋分仓蓄水预压施工工艺1前言移动模架是一种自带模板的特种作业机具。移动模架拼装完毕后，在正式投入现浇箱梁施工作业前，为了验证移动模架的设计和制造质量，保证施工安全，同时消除其非弹性变形以及取得弹性变形数据，需对模架进行预压施工。常见的预压方法为水袋加水预压、吊运钢材或砂（土）袋预压。若采用水袋预压法，由于本移动模架底模形式特殊的原因，需要在底模两侧焊接大量钢板用于限位，预算成本极高；而采用调运钢材的方式，由于挂梁与吊杆的存在，对调运工作产生了很大阻碍，施工难度较大。本工艺对传统预压方法进行创新，通过CAD、Ansys软件进行数字化模拟，采用砂袋堆码、分仓蓄水预压。2工艺特点采用数字化模拟加载、预压工艺验证、数字化动态监控三个方面的技术，验证模架安全性，取得模架的各种变形参数，与其他方法对比，本工法具有以下特点：2.0.1预压前利用CAD、Ansys软件可以模拟移动模架在混凝土浇筑成型后的受力情况，对移动模架承受实际现浇箱梁荷载的受力情况模拟度达到95%以上。2.0.2施工工效高，基本就地取材，无需运输大堆材料，资源配置合理，大幅缩短施工工期，具有较大经济效益。2.0.1现场实施可行性高，安全保障系数高。3适用范围本工法适用于截面形式复杂或者承受荷载较大的现浇梁桥移动模架的预压施工，尤其适用于上行式移动模架的预压施工。4工艺原理4.0.1数字化模拟加载。利用图形软件工具，精确模拟加载，拟合混凝土浇筑顺序，并模拟各区域砂袋堆载数量和模拟分仓蓄水，使用Ansys软件对预压工况和混凝土浇筑工况进行受力分析对比。通过对加载能数不断调整，最终实现工艺试验与混凝土浇筑工况受力吻合。4.0.2预压工况验证。在预压中根据箱梁结构特点，综合考虑移动模架吊杆的影响，在腹板荷载集中处进行砂袋堆载，其他部位蓄水加载，采取三仓六区复合加载法，采用1.15全部施工荷载，利用砂袋和水进行分区分仓，实现分步加载。砂袋采用人工装袋堆码形式进行，通过专人旁站抽检记录砂袋重量、防水膜覆盖及提前标注水位线等措施对各荷载等级加载对称性、准确性进行控制，达到预压荷载的精确稳定加载。4.0.3数字化动态监控。在预压过程中全方位地对关键部位进行测点布置，适时进行安全监控和安全预警，并对移动模架应力和变形进行监控量测。5施工工艺流程及操作要点5.1施工工艺流程5.2操作要点5.2.1模拟预压经相关计算分析，本工程首跨48m（含8m悬臂端）最大施工荷载=钢筋重量+钢绞线重量+混凝土重量+内模重量+施工荷载-墩顶处荷载=2208吨。参考相关技术要求及规范，预压荷载取最大施工荷载的1.15倍，即预压荷载=1.15*2208=2540吨。1各腹板荷载计算箱梁设计配合比的C50混凝土密度取2.43T/方，分别计算中腹板附近（区域5）和边腹板附近（区域3）以及翼缘板附近（区域1）的横截面面积为：2.31㎡、2.0312㎡、0.9208㎡。由此可以计算各区域每延米箱梁混凝土荷载如下：中腹板附近（区域5）：2.31×2.43×1=5.6133T边腹板附近（区域3）：2.0312×2.43×1=4.9358T翼缘板附近（区域1）：0.9208×2.43×1=2.2375T2确定砂袋布置为保证移动模架在混凝土实际浇筑过程中的安全性，一般应选择其在不同浇筑顺序中受力和变形的最不利情况进行预压加载。本次预压结合现场实际情况，遵循尽量模拟实际浇筑工况的原则，制定了先在悬臂段两侧对称加载、后加载剩余位置的总体加载顺序。1）端横梁与悬臂端砂袋布置预压按尽量模拟混凝土荷载实际情况的原则，先对悬臂端两侧进行对称加载。在端横梁与悬臂端横截面全部进行砂袋堆载。2）标准段砂袋布置利用砂袋堆载精确模拟出箱梁横截面各腹板混凝土荷载，剩余部分进行蓄水加载预压，以保证预压加载能够真实模拟实际荷载情况。考虑到若完全按照腹板及翼缘板设置堆载区域会在横截面划分出五个仓室，不利于蓄水加载作业的进行，砂袋过于分散堆载费工费时，同时综合考虑移动模架吊杆的影响，将中腹板和边腹板附近荷载集中分区进行砂袋堆载布置。取砂袋密度为1.5由混凝土荷载反算得出砂袋堆载区域的横截面积为：中腹板、边腹板区域：（5.6133+4.9358）÷1.5=7.033㎡翼缘板区域：2.2375÷1.5=1.492㎡3确定砂袋数量现场砂袋按50kg每袋进行填装，每袋质量偏差值≤2kg，按照平面布置图计算得到各区域预压所需砂袋数量如下：利用ansys软件对移动模架建模，分别以主鼻梁、上横梁与挂梁、中支腿为计算模型，进行有限元分析得出计算结果。4预压荷载效率系数验算根据预压工况（100%）和首跨48m浇筑工况的有限元计算结果，选取二者主梁40m跨跨中附近的最大竖向位移、受力最不利2#挂梁的弯矩、受力较大1#吊杆的拉力以及中支点反力（合力）等荷载效应的对比，得到主梁、挂梁、吊杆以及中支腿的荷载效率系数。在100%工况预压荷载作用下，移动模架各主要构件的效率系数（预压荷载效应/实际浇筑荷载效应）均大于0.95。5主要构件应力安全系数验算分别计算移动模架各主要构件预压工况下最大应力值，并与理论应力允许值（Q345钢材容许应力值260MPa）比较，得到各主要构件的应力安全系数如下表。5.2.2预压前检查1试验前的检查预压前应对移动模架进行全面的检查。检查应包括下列内容：1）移动模架整体安装位置正确，模板中线及高程符合设计图纸要求。底模横梁与主梁垂直。2）各构件之间的结合面密贴。主梁、鼻梁、支腿、挂梁等各接头处的连接螺栓符合设计并达到设计扭矩。3）加载前垂直油缸机械锁留2mm间隙，同时锁定一切安全装置。4）预压所用的机具、材料准备充足。5）检查墩旁脚手架是否安全牢固。6）液压油管与电缆的布置是否规范合理，能够避让运动部件。2空载试验同时对移动模架进行空载情况下的运行试验。1）模板调整功能试验（1）底模、侧模各段各块微调动作是否可实现。（2）底模、侧模预拱度设置是否可靠。2）模架整体顶升,降落动作是否可靠，检查顶升油缸的锁定性能。3）模架横移,横移距离单边行程为4.5m，指移位台车从制梁位置横移到主梁纵移位置，且在墩旁托架的横移轨道上设有挡板。检查模架的平稳性、侧向稳定性，检查底模底模桁架及施工平台的开合对接可靠，模板接合处间隙是否符合要求。4）模架纵移,纵移距离为0.3m～0.5m，检查纵移是否可靠。5.2.3根据移动模架预压施工工况，采用ansys有限元结构计算分析软件对移动模架进行整体建模，确定各主要构件的变形和应力数据，进而确定各构件受力不利，需要布点的位置。对关键构件进一步进行分析，确定局部细节布点位置如下。1变形测点布置变形测点选在最能反映变形特征且便于观测的位置，并尽可能分布均匀，能够反映模架预压期间的挠度变化规律。主梁变形、支座和基础沉降采用精密水准仪测试，挂梁变形采用位移计或精密水准仪测试。2应力测点布置应力测点选在模拟中受力较大且监测方便的位置，对预压过程中移动模架各主要构件的应力水平进行实时监测，以评价移动模架结构的受力状态和安全性。5.2.4预压准备1材料机械准备根据制定的施工方案，需准备的材料机械主要有：抽水泵18.5kw和7.5kw分别一台和四台，50t/h传送带两台，中粗黄沙1400t，优质编织袋30000个，彩条布和防水膜各1500㎡和2500㎡。2预压前模架修补在预压开始前，对模架各处螺栓、焊缝等细小构件进行检查，对有缺陷的部位实行螺栓加固拧紧、补焊等措施，检查应覆盖模架所有角落，确保没有检查遗漏点。同时对模架底模的缝隙处，使用泡沫胶逐处进行封堵，以免在蓄水过程中漏水过多影响荷载作用效果和增加不必要的施工时间和能耗。在各项细微修补措施全面实施完毕并检查合格后方能准备开始加载。5.2.5砂袋加载1砂袋堆码界线标识在准备开始加载前，按照制定的砂袋分仓蓄水加载方案对各区域砂袋的堆放界线和高度进行标识。在底模上用反光贴或类似标志物划分出各区域砂袋边界线，同时在吊杆（竖向连接受力杆）上标识出相应区域砂袋的高度线，以便施工过程中控制各区域砂袋是否堆码到位。同时为了防止两侧坡度较大处砂袋滑动，在底模上焊接限位条。2砂袋堆码加载在进行完必要检查并划分出各区域砂袋堆码界线后，可以开始准备进行砂袋的堆码加载。首先，黄沙入场后停在移动模架施工后场，使用铲车经由50t/h的传送带直接将黄沙传送至移动模架底模上。然后使用人工装袋的形式将砂分装成袋，每袋质量为50kg，误差控制在±2kg以内，以确保尽量减小最终荷载偏差值。在装袋过程中，派专人对砂袋进行随机抽检过磅，抽检数量不低于30%。通过样本统计的方法评估整体装袋质量是否控制在预定范围之内。砂装袋后，再由人工配合斗车运送至指定堆码区域，按照划分好的界线和高度一层一层均匀堆码直至达到此区域堆码总量。砂袋堆载顺序按照分仓蓄水预压平面布置图所示分区为：A横-1堆载完成→A纵-1和A纵-2对称堆载15米→B横-1堆载完成→B纵-1、B纵-2堆载完成→继续对称堆载A纵-1和A纵-2→A横-2对称堆载完成。在砂袋堆载过程中务必注意对称性，以免模架两侧受压值出现偏差导致可能存在的倾覆隐患。根据预定的四级加载顺序，前60%预压荷载均由砂袋完成。在堆码至20%和60%荷载等级时需注意分别进行2小时和4小时的静置，并在达到相应荷载等级后注意做好各测点监控作业。静置过程中注意检查模架各构件稳定状况，对螺栓焊缝等位置再次进行全面检查。5.2.6水加载1水加载前准备工作在达到60%荷载等级即砂袋堆码完毕并静置4小时后，可开始着手准备加水工序。砂袋堆码作业完毕后，使用彩条布覆盖整个移动模架底模，保证将所有砂袋堆码区域覆盖于彩条布之下。彩条布覆盖完毕后，在彩条布上再覆盖一层优质防水薄膜，覆盖薄膜过程中嘱咐工人不要野蛮操作以保证薄膜在过程中保持完好。以上操作是为了防止加水过程中水渗入砂袋被黄沙吸收后使预压荷载陡增，甚至可能超过移动模架最大承载总值，导致事故发生。同时，根据预定的加载计划，把各个被砂袋分隔出来的蓄水区最终需要加至的水位线进行标识，以便抽水过程中进行控制。做好以上准备措施后，按下图所示平面图布置抽水泵，另有一台抽水泵备用，在蓄水不均匀时以平衡各仓室水量。2注水做好防水覆盖措施后可开始进行加水作业。在正式开始加水前，先对各仓室的容积进行复核以确认蓄水量是否满足要求。复核完毕后，可开始水泵抽水作业。水加载顺序为先加载1区间至水位上升约50cm，然后对称加载2区间直至达到100%荷载等级水位线。加载至100%荷载等级后，按要求静置8小时并进行监测工作。静置8小时后，在监测结果一切正常的前提下可继续注水加载至最终荷载115%。加载至最终荷载等级后，再次静置24小时并做好各项监测工作，确保模架处于安全作业状态内。5.2.7观测在加载过程中，要详细记录加载时间、吨位、位置，及时通知测理进行跟踪观测，并对移动模架进行检查，发现异常情况，应停止加载，及时分析原因，并采取相应措施，每级荷载加载完成并静止一定时间后，进行挠度观测，或实测值与理论值相差太大，分析原因后再进行下一步方案。在进行各个等级加载的同时也要加可观测，以便分析加载所用的时间本身对变形曲线的影响。5.2.8分级卸载在达到最终荷载静置24小时后，再进行一次各测点的监测以及数据采集作业，然后可安排进行卸载作业。卸载过程是加载过程完全的逆过程，需要注意的是在卸载过程中每卸载至相应荷载等级时同样需要进行静置。首先泄水至100%荷载等级，静置6小时或更多，同样做好监测数据采集工作。100%荷载等级静置完成后，继续泄水至60%荷载等级（即蓄水全部排空）后，静置2小时或更多，安排监测人员做好数据采集工作。60%荷载等级静置完成后，可进行砂袋卸载操作。卸载的过程可直接由60%卸载至0，需要注意的是卸载原则为“先加后卸，后加先卸”，同时也要注意卸载的对称性（与加载时同理），以保证移动模架始终处于平衡受力状态。卸载至0后，再次对各测点进行监测，做好数据采集工作。将卸载下来的砂袋装车转运至后场回收，留作日后施工中其他用处。至此预压施工现场作业基本完成。在预压施工完成后，利用预压所得数据确定预拱度，根据预拱度值调整每根挂梁标高，最终完成立模标高的调整。卸载完毕后，对模板进行清理，对出现磨损或者泡沫胶脱落的部位进行修补。在安排验收之前先进行一次全面自检并整改，合格后可通知相关方进行移动模架投入使用前的最后一次全面验收。验收通过后，移动模架可正式投入到桥梁的现浇施工作业中。5.2.9监测移动模架构件众多，模板变形叠加因素来源多，测设难度大。采用三维变形精确测控技术，根据预压试验中得到的主梁、上横梁、挂梁的变形数据，并结合软件中模拟混凝土箱梁在张拉和拆模后各截面的变形量，计算每根挂梁的预拱值，最终确定底模的立模标高。通过竖向顶升液压系统进行总体调整。中横梁下方的机械螺旋顶、吊杆进行局部微调，实现对底模标高的精度控制。为了保证预压过程中取得移动模假各项变形数据以及随时了解移动模架的结构安全状况，在加载前、分级加载和分级卸载的每一个阶段和卸载完毕后，对移动模架各测点进行监测工作。1预压观测1）预压观测步骤（1）测量各观测点的预压前的原始标高；（以每1个小时观测一次，沉降值不超过2mm时为稳定状态）（2）第一级按加载60％后，测量各观测点的标高值；（3）第二级按加载100％后，测量各观测点的标高值；（4）第三级按加载115％后，测量各观测点的标高值；（5）静置24小时后，再次测量各观测点的标高值；（6）卸载过程中再次测量各观测点的标高值。（7）预压过程中实时监测并记录各应力传感器应力数据情况，保证预压施工安全性。2）结果分析2弹性、非弹性变形阶段观测从预压加载开始直至加载完成的过程中，模架主梁非弹性变形及弹性变形（杆件本身的弹性变形）就基本完成。各测点的弹性、非弹性变形之和=各测点的原始标高-这个阶段各观测点实测加载后标高3卸载阶段的观测模架主梁变形稳定后，即可卸除预压荷载，卸载过程是加载程序的逆过程，卸载过程同样分三个步骤：各测点的弹性变形量=卸载完成后实测各观测点标高-卸载前各观测点实测标高4预压结果分析采用统计法分析各阶段观测值，剔除个别值，找出观测值的规律性。计算模架的弹性、非弹性变形量：模架的非弹性变形ΔL塑＝预压前标高－卸载后标高模架的弹性变形ΔL弹＝卸载后标高－卸载前标高模架的总沉降值ΔL总＝预压前标高－卸载前标高分析得出观测点总沉降值、非弹性变形、弹性变形，进而得出移动模架首跨浇筑的预拱度。7质量控制本工法质量标准参照《公路桥涵施工技术规范》（JTG/TF50-2011)和《铁路移动模架制梁施工技术指南》。预压过程中的具体质量控制措施如下：7.1荷载控制7.1.1对压重应认真计量，以保证加载的准确性，由项目部材料员对每袋砂袋进行过磅，误差控制在±2kg范围内。7.1.2在加载过程中，要详细记录加载时间、吨位、位置，及时通知监测人员进行跟踪观测，并对移动模架进行检查，发现异常情况，应停止加载，及时分析原因，并采取相应措施。每级荷载加载完成并静止一定时间后，进行挠度观测，若实测值与理论值相差太大，分析原因后再确定下步方案。7.1.3加载时模拟混凝土浇筑顺序分级加载，应注意加载的对称性。7.1.4堆载严禁局部堆积过高，必须随吊随时转移，否则局部荷载过大引起塑性变形。7.1.5相关责任人做好预压荷载记录工作，统计每级荷载下砂袋和水加载的重量，并做好签字工作。7.2防水措施7.2.1加载过程中应注意天气变化，如果下雨应用彩条布遮盖砂袋。7.2.2砂袋堆载完毕后，在预压之前应用彩条布对每个部位进行严密覆盖，起到隔水的作用。7.3监测事项4997.3.1每达到加载过程中的一个荷载等级对各测点进行一次观测，做好登记为后续分析提供依据。7.3.2注意对中支腿进行偏移观测，如有较大偏移应立即停止加载（最大10cm），并逐步卸载，防止倾覆。7.3.3检查顶升液压缸的液压表读数。（中支腿前后液压缸读数差不得超过5MPa）7.3.4查看每次加载过程中的主梁、挂梁变形情况，看是否和理论数据接近，并注意观察各部件之间的连接及焊缝情况。8安全措施工法安全措施主要遵守《建筑施工安全检查标准》（JGJ59-2011）、《建筑机械使用安全技术规程》（JGJ33-2012）的规定。为保证移动模架预压施工过程的结构安全和现场人员的人身安全，应采取以下预压施工安全保证措施：8.1结构安全控制8.1.1加载过程中，应锁定一切安全装置，在加载过程中时刻注意各支撑、各连接处变形情况，并做好相关记录。8.1.2对中支腿进行测量监控，如有较大偏移应立即停止加载（最大10cm），并逐步卸载）。8.1.3检查顶升液压缸的液压表读数（中支腿前后液压缸读数差不得超过5MPa）。8.1.4如果加载的吨位没有达到设计加载荷载，且变形及应力大于设计变形及应力允许值，应停止加载试验，对其原因进行分析并采取相应的措施。8.1.5卸载后对模架所有螺栓、销轴等连接部位重新进行一次全面检查，根据实际情况对螺栓进行复拧，还要对模板及侧模支撑进行检查，看是否有变形。8.1.6委托第三方对移动模架各位置焊缝进行检测，对主梁、鼻梁、挂梁等关键部位的一级焊缝全检测，二级焊缝抽检20%，对不合格部位进行整改直至完全合格；加载超过60%以上，专人定时进主梁内部查看焊缝情况，看是否有脱焊现象，如有脱焊现象应立即进行卸载（观察油漆有无脱落和起皱情况）。8.2现场人员的人身安全8.2.1砂袋堆载区务必堆码为梯形截