特大桥1-80m钢-砼组合桁梁施工技术研究[详细]

1、中国中铁航空港建设集团有限公司,西平铁路后河村特大桥1-80m钢-砼组合桁梁施工技术研究,西平铁路后河村特大桥1-80m钢-砼组合桁梁施工技术研究,主要内容介绍如下 ：,1 工程概况 2 施工重难点分析 3 关键技术 4 主要施工方案的确定 5 钢管柱+贝雷片膺架设计与施工 6 80m钢-混凝土组合桁梁的线形控制技术 7 组合桁梁钢腹杆膺架上的安装技术 8 组合桁梁1:1节点工艺试验 9 施工该桥后的体会,1-80m钢-混凝土组合桁梁位于西平铁路后河村特大桥7号8号墩上，桥梁跨越银川至福州高速公路，与公路斜交角为48度。桥址范围内高速公路设计为填土路基，大小里程填土高度分别为2.5m和3.3m

2、，路肩宽度为29m。 1-80m钢-混凝土组合桁梁，是近年来发展起来的一种新型桥梁结构，其实质是桁架梁与槽形梁的组合结构，具有结构新颖、用钢省、跨度大、梁面薄等优点（与其它混凝土结构桥梁相比，能取得更大的桥下净空） 。它由上弦、腹杆、下弦（槽型梁）构成。梁长82m，支座纵距为80m，桁高9m，节间距10m，桁中心距6.7m，桁式采用无竖杆三角桁。上弦为钢筋混凝土结构，下弦为预应力钢筋混凝土结构。 腹杆通过节点板与上下弦钢筋混凝土连接。节点板和腹杆钢箱材质采用Q345qE，钢箱壁厚采用16mm、24mm、32mm和40mm四种规格，其他钢板及管材采用Q235钢材 。,1 工程概况,总 体 结 构

3、示 意 图,1 工程概况,1 工程概况,80m钢-混凝土组合梁效果图,1 工程概况,80m钢-混凝土组合梁现场照片(1),2 施工重难点分析,2.1 1-80m钢-混凝土组合桁架桥梁是目前国内首次使用，是世界同类型桥梁中跨度最大的，没有可参考的成熟施工经验。2.2 钢-混凝土组合桁架桥梁下弦节点处钢筋密布，节点板定位困难，混凝土采用C55纤维混凝土，混凝土配合比设计要求高，节点处混凝土浇注难度大。2.3 钢腹杆在浮动状态下安装，安装精度要求高。2.4 钢-混凝土组合桁梁受力复杂，对桥梁线性和内力监控要求高。2.5 本桥上跨银武高速公路，交通繁忙，对施工过程中安全保畅要求高，施工安全风险较大。,

4、3 关键技术,3.1 支架方案的优化与设计 原设计采用满堂支架进行组合桥梁的拼装，在充分考虑桥下高速公路施工行车安全和交通保畅的条件下，经过对满堂支架和钢管柱+贝雷片膺架两种方案的比选，选用钢管柱+贝雷片膺架的型式，并进行相应设计和力学验算。,3 关键技术,3.2 钢腹杆安装施工技术 采用在膺架上拼装20t龙门吊进行组合桥梁钢腹杆安装，采用将钢腹杆预拼成人字型后再实施吊装，在雨水口处设定位工装来完成钢腹杆的固定和安装，避免了多次吊装的风险，保证了钢腹杆的安装质量。,3.3 线性控制技术 通过对支架预压变形、地基沉降的观测调整支架预拱度的设置，达到设计线性控制精度;委托兰州交通大学通过对桥梁施工

5、过程的内力监测、静载试验,对设计受力状态进行验证。,3.4 1：1节点试验施工工艺技术 通过对组合桥梁下弦钢节点进行1：1工艺试验，对设计钢筋布置进行优化调整，总结出节点钢筋安装顺序、预应力筋安装工艺、节点处钢腹杆定位及加固方案、混凝土配合比的验证和浇注、振捣工艺方法，保证钢节点施工质量。,4主要施工方案的确定4.1 80m钢-混凝土组合桁梁原位现浇膺架方案的确定,根据现场实际情况，我们制定了下列2个膺架方案 方案一：钢管轮扣满堂膺架方案 优 点：膺架搭拆方便。 缺 点：由于是跨福银高速公路，首先膺架基础处理要伤及公路边坡， 公路部门不同意，其次是上跨公路需另做方案。 方案二：钢管柱+贝雷片膺

6、架方案 优 点：膺架上跨公路半幅1跨跨过，可以保证车辆通行宽度；基础处 理基本不损伤公路工程。 缺 点：膺架搭拆所需人力和机械台班较多。 我们对以上2个方案都进行了细化设计，经过多次论证， 确定方案二“钢管柱+贝雷片膺架方案”为本工程膺架实施方案。,4主要施工方案的确定4.2 腹杆安装方案的确定,钢腹杆现场安装有3个方案选择： 方案一：在梁的端部侧面各立塔吊1座进行吊装； 方案二：采用汽车吊进行吊装； 以上2个方案，经技术、安全、经济核算被否定。 方案三：采用膺架上安装走行龙门吊进行吊装，该方案技术上可行， 安全上有保证，经核算比较经济。,4.3 80m钢-混凝土组合桁梁混凝土模型及浇筑方案的

7、确定,（1）混凝土模型 经研究采用钢支架竹胶板组合模型。 （2）混凝土浇筑 经研究下弦采用2台混凝土汽车泵由梁的中部分别向梁端连续浇筑，混凝土罐车运输。上弦采用1台混凝土汽车泵由梁的一端向另一端连续浇筑。,5钢管柱+贝雷片膺架设计与施工5.1钢管柱+贝雷片膺架的基础设计与施工,钢管柱+贝雷片膺架钢管柱基础，采用砼扩大条形基础并预埋地脚螺栓（大桥7号8号墩侧的钢管柱基础利用墩的承台为基础）。 (1)公路上钢管柱基础 公路路肩和中央分隔带处，采用现浇混凝土条形基础（置于水稳层或沥青路面上），根据计算布设尺寸图如下：,混凝土条形基础高度取0.9m，宽度取2.5m；沿条形基础长度方向分块布置（长度不得

8、大于1.0m）且每块之间设2cm的伸缩缝，以便拆除。,5钢管柱+贝雷片膺架设计与施工5.1钢管柱+贝雷片膺架钢管柱基础设计与施工,（2）公路外钢管柱基础 在既有福银高速公路外设置钢管柱，其基础同样采用扩大条形基 础（尺寸同上），顺公路方向布设。 条形基础四周2m范围用M7.5水泥砂浆处理（厚度6cm），横向流水坡10%，并做好排水沟，确保基础不被来水的侵害。,5钢管柱+贝雷片膺架设计与施工5.1钢管柱+贝雷片膺架钢管柱基础设计与施工,5钢管柱+贝雷片膺架设计与施工5.2钢管柱+贝雷片膺架的钢管柱设计与施工,（1）根据计算钢管柱选5008mm钢管，为了增加其稳定性，钢管柱之 间的连接采用10号槽

9、钢连接，钢管柱顶分配梁为2根40b工字钢。 （2）根据现场地形情况，设计每排钢管柱的长度，根据长度决定分节加工 （各节间采用法兰连接）或整节加工，本工程钢管柱长度最大为12m，根据 已有材料情况采用了整节加工。 （3）钢管顶2根40b的工字钢分配梁之间采用点焊，焊点间距50cm。 （4）单排钢管柱组拼结构方式如下图：,单排钢钢管柱组拼结构示意图,（5）单排钢管柱沿线路方向的稳定措施： 福银高速公路上的3排及路外的 各1排钢管柱顶部纵向设3道通长16 连接钢筋，钢筋与钢管柱顶焊接，在公 路外的钢管柱上设双向钢丝绳拉线固定。,5钢管柱+贝雷片膺架设计与施工5.3钢管柱+贝雷片膺架的承重梁设计与施工

10、,（1）承重梁布设 承重梁为25片贝雷梁，设计基本跨度为9m+12m+15m3+9m，每排贝雷梁之间用10号槽钢相互连接，其中在下弦左右翼板位置各设1片，间距60cm；左右腹板下各设置5片，间距30cm，底板下设置5片，间距90cm，左右翼板外侧各设3片贝雷梁，间距50cm（龙门吊行走之用），雨水孔位置左右各设置1片，间距45cm。 （2）贝雷梁间的连接及安装 a.贝雷片每2片为1组，用10号槽钢连接成9m或15m的贝雷梁，如图：（平断面图）,b.用20吨汽车吊提升连接好的贝雷梁，将贝雷梁安放在钢管柱分配梁上的设计位置。 c.在分配梁上的各组贝雷梁间同样用10号槽钢进行十字连接。 d.施工时与

11、公路交管部门联系，封闭半幅公路进行吊装作业，半幅吊装施工完后封闭另外半幅公路，完成公路范围内贝雷梁的架设。,5钢管柱+贝雷片膺架设计与施工5.3钢管柱+贝雷片膺架的承重梁设计与施工,(3)钢管柱+贝雷梁膺架横断面示意图、平面示意图如下,贝雷梁及钢管柱与线路正交立面图(断面垂直于线路中线),5钢管柱+贝雷片膺架设计与施工5.3钢管柱+贝雷片膺架的承重梁设计与施工,(3)钢管柱+贝雷梁膺架横断面示意图、平面示意图如下：,5钢管柱+贝雷片膺架设计与施工5.4钢管柱+贝雷片膺架的落架装置设计,（1）落架装置为钢楔块，图示如下：,（2）对成品的钢楔块进行抽样压力试验检验（依据计算书对其承受压力的要求判定

12、其是否合格），检验合格后方可使用。,5钢管柱+贝雷片膺架设计与施工5.5钢管柱+贝雷片膺架现场照片,钢管柱-贝雷片膺架全景照,5钢管柱+贝雷片膺架设计与施工5.5钢管柱+贝雷片膺架现场照片,5钢管柱+贝雷片膺架设计与施工5.5钢管柱+贝雷片膺架现场照片,施工中的钢管柱-贝雷梁支架,6 80m钢-混凝土组合桁梁的线形控制技术,6.1该桥梁线形控制的目的 （1）保证成桥后桥梁的线形满足设计线形的要求。 （2）保证成桥后各构件的施工质量满足设计要求。,6.2 膺架的加载预压,鹰架搭设完成按设计及有关要求进行预压。膺架预压加载材料为预制砼立方块，按照梁体截面形式模拟实际荷载分布进行预压砼块布置加载，加

13、载重量为梁体重量的1.2倍。采用分级均匀加载，按三级进行，即50%、 100%和120%的加载总重，每级加载后15分钟，3小时后分别测设膺架和地基的沉降量。加载全部完成后，再次测设膺架和地基的沉降量，若沉降不明显或趋于稳定可卸载。卸载应分级进行，即120%-100%-50%-0%，每级卸载后均静载1小时后分别测设膺架和地基的恢复量。做好数据的记录工作。,6 80m钢-混凝土组合桁梁的线形控制技术6.2 膺架的加载预压,6 80m钢-混凝土组合桁梁的线形控制技术6.2 膺架的加载预压,膺架加载预压现场照片（侧面）,6 80m钢-混凝土组合桁梁的线形控制技术6.3 膺架的变形观测,（1）本膺架变形

14、监控为一般性变形监控，主要监控膺架的地基沉降和膺架本身的变形情况，为调 整梁底线形供依据。 （2）膺架地基沉降的监控 基本点设置 在梁的外侧约15m处分别设2个基本点（点的埋设要符合有关规定）； 观测点布设 在每条砼基础顶部分左、中、右布设3个观测点； 观测点测量 膺架搭设完成即开始对观测点进行观测测量，根据沉降量确定观测频次。 测量 工具 精密水准仪 。 沉降量评估 根据观测数据绘出“时间”与“沉降量”曲线，找出沉降的变化量，确定观测频次 和梁底标高预留量结果。 本工程观测频次：第1个月，每3天1次；第2个月以后，每7天1次； 梁底标高预留量：根据实际的沉降的变化量和梁体浇筑的工期，在底模安

15、装时预加高5mm。 (3) 膺架变形的监控 1)膺架预压变形的数据统计整理及结果分析（详见下节） 2)梁体砼浇筑过程膺架变形的监控 观测点布设 在膺架变形较大处设置测点，即在膺架梁的跨中分别设2个测点； 测量的方法 方法一：在测点的下方地面上设相对应固定测点，用测绳测距以判定膺架梁的变形量。 方法二：变形测定仪 变形量评估 根据变形量数据及时掌握膺架梁变形是否在允许范围内，有效监控膺架的安全使用。 结果为：本工程膺架变形在设计范围，同时钢筋混凝土梁底的变形也在设计范围。,6 80m钢-混凝土组合桁梁的线形控制技术6.4膺架的预拱度设置,按照设计施工图纸给定的跨中最大预拱度值（=66mm），以二

16、次抛物线设置上拱的要求，结合预压观测的膺架梁弹性变形值大小，综合考虑膺架梁的不同跨度，确定各相应断面的不同底模标高，设置最终的施工预拱度，确保成桥后梁底线形符合设计要求。,6.5膺架的线形控制数据统计整理及结果分析,（1）膺架预压沉降测点布置 （2）膺架预压沉降数据整理结果 （3）膺架预拱度设置结果,6 80m钢-混凝土组合桁梁的线形控制技术 膺架顶面预压沉降观测点位布置平面图,6 80m钢-混凝土组合桁梁的线形控制技术,6 80m钢-混凝土组合桁梁的线形控制技术,6 80m钢-混凝土组合桁梁的线形控制技术,6 80m钢-混凝土组合桁梁的线形控制技术,根据设计，成桥后的上拱度为12mm，实际成

17、桥后的上拱度为8mm， 比设计小4mm，经咨询设计单位，拱度偏差4mm对结构安全无影响。 偏差原因分析： 膺架弹性变形考虑偏小。 测量偏差的影响。 在今后施工同类工程时，这方面作进一步研究。,(4)结果分析,7 组合桁梁钢腹杆膺架上的安装技术7.1安装工艺流程,（ 临时工作平台的搭设） （底模铺设） （预压） 20吨龙门吊架设 构件支撑工装的安装（雨水口处） 钢腹杆桥上人字形拼装 人字形构件安装 横、纵向支撑安装 检查并精调腹杆 （浇注下弦混凝土） 检查并精调腹杆 （浇注上弦混凝土） 腹杆面漆涂装,7 组合桁梁钢腹杆膺架上的安装技术7.2主要吊装机具选择,根据现场地形情况，本桥梁跨高速公路，考

18、虑到不影响下方道路通行的前提 下，采用20吨门式起重机为主要吊装机具，在搭设的临时工作平台上架设跨度11米，起吊高度13米的门式起重机。如图（一）、图（二）所示：,7组合桁梁钢腹杆膺架上的安装技术7.2主要吊装机具选择,7组合桁梁钢腹杆膺架上的安装技术7.3工装设计与安装,依照图纸所示，节点采用钢板连接，下节点板下部与底模板之间距离为600mm，图纸中无设计出钢腹杆的固定方案，为了不破坏下弦梁的结构，根据雨水口的布置情况，工装钢结构件固定在雨水口处，工装与贝雷梁用U型卡连接。如图（三）所示：,工装结构设计如下图：,(1)上下节点板、腹杆桥上人字形拼接,7组合桁梁钢腹杆膺架上的安装技术7.4安装

19、具体步骤,a)吊车将构件按顺序分组吊至桥头拼装平台上，待第一组两个人字形拼装、安装完成后，在起吊第二组构件，依次完成八组16个人字形单元的拼接。 b)拼装过程中，应严格控制好两腹杆构件之间的角度（58度6分34秒），螺栓只是带帽安装不进行初拧和终拧。如图（五）所示：,c)人字行构件为平面桁架结构，故采用卧式拼装，可以减少胎具高度，降低连接难度，将构件放在胎架上，按照桁架施工详图固定杆件的位置，用高强螺栓进行连接。,7组合桁梁钢腹杆膺架上的安装技术7.4安装具体步骤,(2)人字形构件安装a)构件安装前，将设计控制点引至贝雷梁上，当构件吊至相应位置时，两端拉设缆风绳配合对位，待吊车松钩后，用千斤顶

20、微调纵横向位置，使构件控制点与设计控制点相重合，用同样方法，固定其它构件单元。如图（六）所示：,b)杆件安装顺序：杆件安装应根据编号从一个方向两侧依次安装。,7组合桁梁钢腹杆膺架上的安装技术7.4安装具体步骤,(3)横、纵向支撑的安装 钢桁架纵向连接：上弦杆之间采用14b槽钢连接，下弦杆之间无连接。在施工中，为确保桁架的稳定性，固定一组人字梁后，依次进行了横向支撑和纵向支撑的连接。(4) 精调桁架腹杆及高强度螺栓的施工 a)检查腹杆部位的平面坐标和高程，对不符合要求的部位进行精确调整。 b) 高强度螺栓的施工分为初拧和终拧，在完成精调桁架腹杆和高强度螺栓初拧的条件下，进行高强度螺栓的终拧工作，高强度螺栓的终拧扭矩检查应在终拧4小时以后、24小时之内完成。,7组合桁梁钢腹杆膺架上的安装技术7.5现场安装照片,固定人字形钢腹杆的钢支撑工装,7组合桁梁钢腹杆膺架上的安装技术7.5现场安装照片,人字形钢腹杆用20t龙门吊提吊安装,7组合桁梁钢腹杆膺架上的安装技术7.5现场安装照片,人字形钢腹杆用20t龙门吊提吊安装,7组合桁梁钢腹杆膺架上的安装技术7.5现场安装照片,人字形钢腹杆用20t龙门吊提吊安装,7组合桁梁钢腹杆膺架上的安装技术7.5现场安装照片,安装完成的人字形钢腹杆,8 组