娄江大桥悬臂节段箱梁挂篮施工技术.doc

娄江大桥悬臂节段箱梁挂篮施工技术        一、工程概况        娄江大桥位于312国道改线段陆家正仪一级公路新建工程中的一座大桥，上跨娄江。该工程于2002年10月开工，2004年8月竣工。主桥为三跨预应力混凝土连续梁桥，跨径组合为：30m+50m+30m，并以道路中心线为对称布置分离式上、下行二座桥。连续箱梁为单箱单室，箱宽6.8m，翼板悬臂3.35m。一侧桥面分5个节段（不包括0块和跨中合拢段6#块），采用无压重自锚式挂篮法悬臂对称浇筑。娄江大桥立面、箱梁断面如图一所示。        二、支架、锁定柱及挂篮       （一）、0块支架        由于本工程的主墩均在水中，为保证0施工过程中的变形得以控制，0块支架将主要利用主承台布置扇形支架，在浇注承台混凝土前先在承台表面预埋40cm×40cm×2cm钢板若干块，作为扇形支架的支点。每只承台布置5片扇形支架。为防止扇形排架失稳，扇形排架上横向用双拼30槽钢焊接联接，使5片扇形支架相互联结成整体。扇形支架采用双拼30槽钢作为骨架材料，所有联结点均采用电焊焊接，根据所处位置不同分为a、b两种型号，a型位于立柱两端，为整体式扇形支架，自重3t，每个0#块设2片；b型位于立柱范围内，为两片分离式结构，两片之间用4根25冷拉iv级钢筋锚固，每片自重1.5×2=3t，每个0#块设3片。        1、扇形支架施工验算：        本工程0#块共有钢筋混凝土122.08m3，按比重2.6计，0#块总重317.408t，底模、侧模、内模等其它施工荷载按30t计，荷载总计347.408t；验算荷载a型为150t、b型为130t，总计为150×2+130×3690t；保险系数为690÷347.4081.986。验算采用bsacs桥梁结构分析系统进行，应力验算结果：a型支架的最大应力为143mpa，b型支架的最大应力为129mpa，无论a型还是b型支架的最大应力均小于允许应力170mpa，验算通过。根据验算结果支架的最大变形均小于1cm。        2、b型支架对拉25冷拉iv级钢筋验算：同样根据bsacs计算结果得知每片b型支架在对拉接头处的拉力为12.589t，每根25冷拉iv级钢筋的允许拉力为33t，从理论上分析一根25冷拉iv级钢筋就能满足要求，为了确保安全采用2根25冷拉iv级钢筋作为一个锚固点。      （二）、抗倾覆锁定柱        为防止悬臂施工中不平衡因素造成大t构件倾覆，必须在0块根部设置抗倾覆锁定柱。抗倾覆锁定柱采用600mm×600mm的钢筋混凝土柱，标号c50，每个0块设四根。每根锁定柱内布置1束6孔钢铰线，通过波纹管穿过0#块腹板张拉锚固于0#块顶面。锁定柱顶紧贴0#块底板，通过张拉钢铰线使锁定柱与箱梁结构联成整体，锁定柱与箱梁无直接连接构造。        1、锁定柱施工荷载验算：        1/4桥恒载自重为2132.52÷4×2.6533.13×2.61386.138t    每根锁定柱承受压应力为：    1386.138÷4÷（0.6×0.6）962.6t/m29.626mpa。    允许压应力为50mpa>9.626mpa，验算通过。        2、锁定柱抗倾覆验算：        假定最不利状态为悬臂长度最大时的不平衡施工，即进行5和5'块施工时5'块节段混凝土已经浇注完毕而5节段还未进行混凝土浇注施工。设定立柱两侧锁定柱分别为x和y，根据不平衡节段重量、悬臂长度值（略）和力矩平衡y0原理，计算得    x236.43t，2根锁定柱分别承受x/2=118.215t    y899.58t，2根锁定柱分别承受y/2=449.79t    在最不利状态下4根锁定柱所受均为压应力，没有出现拉应力，最大压应力为449.79÷（0.6×0.6）1249 t/m212.49mpa，小于允许应力。因此，锁定柱能够满足抗倾覆要求。        3、锁定柱稳定性验算：        失稳临界力pij(2ei)/(2l)2=(3.142×3.5×106×1.08×10-2)/（2×5）23726.93t > 449.79t    故锁定柱不会失稳。      （三）、挂篮        1. 挂篮设计、制作及安装：      （1）本工程采用无压重式挂篮。挂篮后部份与桥体锚固，解决倾覆问题。挂篮自重约40t，挂篮重量与块体之比约为0.4左右。      （2） 挂篮由以下几个部份组成：主桁架、悬吊系统、锚固系统、 行走系统、底模板平台。主桁架中主梁由两根双拼1m工字钢组成，后下横梁、后上横梁以及前上横梁均由双拼56#工字钢组成，前下横梁由双拼45#工字钢组成。悬吊系统采用钢制吊带和32冷拉钢筋。锚固系统采用在箱梁腹板内预埋冷拉钢筋形式，冷拉钢筋将后锚座固定在箱梁顶面，而后锚座与挂篮之间通过吊带锚固。挂篮的整体纵移采用滑移方式，其动力用卷扬机，使挂篮与滑道相对滑移行走。 挂篮底平台由下横梁、底平台小纵梁（30#双拼槽钢）、方木等组成。挂篮及挂篮配件表见示意图二      （3） 挂篮主桁架与前上横梁以及后上横梁电焊连结，形成类似井字型整体结构。      （4） 根据现场条件及设计要求，精加工部件由工厂制作，部份较长构件在现场制作。每只0#块上一组两只挂篮分别在现场拼装就位。      （5） 由于本工程0块在水面上，给挂篮安装带来一定的困难。挂篮主梁以及上部结构采用履带吊进行吊装，下部结构采取在驳船上拼装组合，整体起吊就位。挂篮行走系中滑槽下设置了水泥混凝土滑道，消除桥面横坡对挂篮行走时产生横向力的影响，防止挂篮行走过程中偏移纵轴线。        2、挂篮构件验算        采用bsacs桥梁结构分析系统。验算荷载包括箱梁节段自重和施工荷载，最大节段重量100t，施工荷载取20t，故验算荷载为120t。计算结果如下：    主梁应力：最大应力为119mpa<170mpa。    前上横梁应力：最大应力为73mpa<170mpa。    后上横梁应力：最大应力为84mpa<170mpa。    主梁变形：最大变形点位于主梁与前上横梁连接处，变形3.4cm。    前上横梁变形：最大变形点位于两个端点处，变形1.2cm    挂篮施工变形3.4+1.24.6cm。    主梁支点反力为77.88t    主梁后锚拉力为30t        三、节段浇筑      （一）、0块施工        根据经验，在上部结构悬臂施工当中主墩支座是承受部分荷载的，为了保证在全桥合拢前支座不受偏心荷载，在主墩顶部设置砂箱，这样既能保证支座不受力，又能利用主墩承受部分竖向荷载，减轻四根锁定柱负担，再者在体系转换时也可使上部结构平稳下落。        按照挂篮施工的具体要求，我们在0#块箱梁浇注前予埋挂篮后锚予埋件，卷扬机固定件等予埋件。      （二）、连续梁悬臂浇筑        第一块箱梁浇注前，对挂篮进行予压，即西半桥北主墩南1#块进行等载予压，并选择所有节段中最重的节段作为予压荷载，即3'#块，92吨。测得其弹性变形和非弹性变形数值，以后，每浇注一个节段，不再进行予压，就以此数据为依据，结合设计院提供的数据，进行模板标高的微量调整。        本工程连续梁浇筑采用全挂篮对称浇筑。施工流程图为：浇筑锁定墩=>搭设支架浇筑0块=>加工并安装挂篮=>悬臂浇筑15块（1'5'块）=>搭设支架浇筑边跨直线段=>浇筑边孔合拢段=>拆除锁定装置进行体系转换=>浇筑跨中合拢段。挂篮的稳定性对于连续梁浇筑施工十分重要。本工程抓住了以下施工关键技术，确保了工程质量。        1检查挂篮上千斤顶等设备的状况，如完好无损时，放松吊带，先松后吊带，再松前吊带。前后吊带放松时注意均衡同步。        2挂篮后锚固解除时，两根主桁架后锚注意均衡同步进行。       3挂篮移动时，注意同步前进，前进50cm作一次观察，防止挂篮有转角引起误差，同时也防止挂篮受扭变形。        4挂篮移动就位后收紧吊带，吊带收紧时，先观察横梁上4根吊带是否均衡同步收紧。挂篮前横梁吊带的收紧工作和测量同步进行。       5混凝土浇筑前，复测标高。混凝土浇筑后，作标高观察，每浇筑一次箱梁块件，应作次标高观测。注意混凝土应从外到里进行浇筑，以避免箱梁根部新老混凝土之间产生裂缝。箱梁混凝土强度达到设计强度的80%后，进行预应力的张拉工作。      （三）、边跨合拢段浇筑        娄江大桥共有4个边跨合拢块，对其中的1个边跨合拢块进行等载予压，其变形数值作为后3个合拢块浇注立模的依据，目的使理论更符合实际，梁的变形得以控制，线形更完美。模板的高程将严格按图纸尺寸并预抛一定的数值，预抛值将根据现场的支架情况、以往的施工经验及设计院提供的数值（1、挂篮的自重引起的变形；2、节段的自重引起的变形；3、予应力张拉引起的变形；4、砼的徐变引起的变形）来确定。        边跨合拢后预应力束的张拉在混凝土强度达到100后进行。      （四）、中跨合拢段浇筑及体系转换        中孔的合拢是梁体从单悬臂向连续梁的转换，是梁体从静定结构向超静定结构的转换。施工流程如下：边跨合拢段施工完毕并拆除支架拆除0块下锚固束及0块抗倾覆临时固定柱打开砂箱慢慢放砂让单悬臂的0#块处支座受力安装中孔合拢段吊架在合拢段内焊接内外刚性支撑(水平支撑)按设计要求张拉部分顶板和底板合拢束合拢段吊架与模板锁定合拢段钢筋安装浇注合拢段混凝土张拉预应力钢束及孔道压浆拆除吊架及外支撑        为防止中孔合拢段浇筑后产生收缩裂缝，在施工中采取两项措施。第一，按设计的位置和数量焊接型钢支撑(水平支撑)，并张拉部分顶板和底板合拢束，以限制混凝土的自由收缩；第二，混凝土浇筑时间为当天气温最低的时候，减少混凝土收缩徐变的影响，防止裂缝的产生。中孔合拢段混凝土强度至设计要求以后，进行连续梁连续束的张拉，张拉从底板正弯矩束开始，完成体系最终的转换。        四、预应力张拉        对于用挂篮施工的节段箱梁，预应力施工的质量对工程结构的安全性和可靠性显的尤为重要。本工程主体结构预应力连续箱梁采用三向预应力体系。纵、横、竖向预应力钢束的张拉顺序：张拉n节段纵向预应力钢束，张拉(n-3)节段横、竖向预应力钢束。      （一）纵向张拉作业，按照两端张拉并锚固结的方法进行。以"左右对称、两端同时"为原则。操作顺序为：初试张拉力（控制张拉力的10）控制张拉力张拉（持荷2分钟）自锚固，钢铰线束张拉采用张拉力与伸长值双控法，即在张拉力达到设计要求时伸长值与理论伸长值之间的误差控制在±6之间。      （二）竖向预应力张拉：采取同一梁段两端对称张拉的方案。张拉力以双控法控制。并在24h内完成压浆。      （三）面板横向预应力张拉：钢铰线束张拉采用张拉力与伸长值双控法，以控制张拉力为主，控制伸长值为辅。       五、结束语       312国道娄江大桥主桥施工采用无压重自锚式挂篮进行，取得了显著的效果。有成本低、操作简单、质量优的特点。        1、 无压重自锚式挂篮用竖向锚固索替代压重，大大降低了挂篮自重，克服了传统挂篮大而笨重的缺点。       2、 中孔的合拢是梁体从单悬臂向连续梁的转换，是梁体从静定结构向超静定结构的转换，所以只有正确的体系转换，才能够保证桥梁的应力状态与设计相符。准确而科学的体系转换对挂篮法施工非常重要。        3、 对于用挂篮法施工的节段箱梁，轴线与标高测量十分重要，只有准确的测量，才能使梁的位置和变形得以控制，桥的线形才更符合设计。                                                        作者单位：上海耿耿市政工程有限公司  2005年5月第157期