空心高墩施工工艺(共24页).doc
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1、精选优质文档-倾情为你奉上 1.概述赣龙铁路16标段松头江特大桥、芋子英特大桥及森坑1号大桥设计有50m以上空心高墩13个,其中最大墩身高96.9m,最大墩径达13.2m,累计墩身高度1074.1m,混凝土方量达3万多方。墩身设计采用C20-25钢筋砼,墩身外坡为40:1,内坡为59:1,结构要求最小墩身厚度不小于50cm。1.1高墩的设计1.1.1设计荷载活载设计活载采用铁路标准活载,即“中活载”。其它荷载a、风压强度:按有车和无车两种情况根据铁路桥涵设计基本规范计算风压强度。b、离心力:按铁路桥涵设计基本规范第4.3.6条计算。c、制动力或牵引力:按铁路桥涵设计基本规范第4.3.7条规定为
2、竖向静活载的10%,当与离心力或冲击力同时计算时,制动力或牵引力按竖向静活载的7%计算。d、冲击力:顶帽设计时考虑活载冲击力,冲击系数采用1.194。1.1.2设计与计算墩身结构尺寸的确定:空心墩内外边坡的选择,除与各种荷载有关外,还受墩顶尺寸及墩顶壁厚的影响。本设计墩顶壁厚最小采用0.5m,墩底处壁厚在0.871.84m之间,考虑施工要求,内外坡率不小于40:1,在满足墩顶应力、墩顶位移和截面尺寸的前提下,确定经济、合理的墩身边坡顶帽纵横向尺寸满足铁路桥涵设计基本规范第5.3.6条、第5.3.8条和第5.3.9条。托盘下配筋计算:按均匀荷载作用下环形简支薄板或双向简支薄板计算。桥墩的计算墩身
3、计算截面上合力偏心距,主力+附加力时,圆形截面,e0.5S;墩身整体稳定性检算按铁路桥涵混凝土和砌体结构设计规范第5.1.2条计算。局部稳定由结构尺寸控制。根据铁路工程设计技术手册桥梁墩台,当最小壁厚t满足下式:t(0.0670.1)R(R为墩身半径)时,可不检算局部稳定性。墩身强度按铁路桥涵混凝土和砌体结构设计规范第5.1.3条计算。墩顶弹性水平位移计算墩顶位移由三部分组成,即墩身弹性位移、日照位移、基础弹性变形产生的位移。a荷载引起的弹性水平位移,按下端固结的悬臂梁计算,设计时采用弹性荷载法简化计算:式中:Sii至(i-1)点的距离Si+1i至(i+1)点的距离Mi-1所有荷载对(i-1)
4、点截面所产生的弯矩,kNmMi所有荷载对i点截面所产生的弯矩,kNmMi+1所有荷载对(i+1)点截面所产生的弯矩,kNmE墩身材料弹性模量,kPaI墩身截面惯性矩,m4 hi各点至墩顶距离,mb日照温差引起的墩顶偏移R=2 (h2+h3+hn)/h1+2 (h3+h4+hn)/h2+2n-1hn/hn-1+1+2+n式中:h1、h2、h3hn墩身分段高度,m2、n分段按i=hi2/(2Rc)式计算,mRc受日照温差而产生的桥墩曲率半径。c明挖扩大基础地基不均匀压缩产生的墩顶位移,明挖扩大基础不均匀压缩产生的桥墩墩顶水平位移:d=H。d桥墩墩顶位移桥上有车时,墩顶处的弹性水平位移应符合下列规定
5、:纵向:x0.5 =28.3mm横向:y0.5 =28.3mm 在计算时,对于较高的桥墩,桥上无车时,风压很大,考虑风振作用后,部分墩顶位移超出了容许值,考虑到铁路桥涵设计基本规范规定墩顶位移的限值,是为了行车平稳,保证行车的舒畅,因此桥上无车时,墩顶位移超过允许值少许,也不再加大墩身尺寸。自振周期计算按柔度矩阵法计算,将桥墩简化成多质点体系,墩顶处放一换算质量,仍按悬臂杆计算。基本周期的限值,按下式计算:T1=0.25式中:T1桥墩自振周期,s;H桥墩墩顶至基础顶面的距离,m固端干扰应力计算:按乘以增大系数的简化方法求局部应力。式中:N实体段顶面以上的竖直力总和,以负值代入,kN;M实体段顶
6、面以上横向水平力所引起的弯矩,kNm;Me实体段顶面以上总竖直力因偏心产生的弯矩,kNm;A0实体段顶面处墩身截面面积,m2;W0实体段顶面处墩身截面抵抗矩,m3。倾覆稳定性检算按铁路桥涵地基和基础设计规范第3.1.1条计算。滑动稳定性检算按铁路桥涵地基和基础设计规范第3.1.2条计算。墩身混凝土弹性模量Eh的采用:周期计算、墩顶弹性位移计算、日照位移计算、纵向稳定性检算、强度检算等E=Eh(Eh为混凝土的受压弹性模量)1.1.3构造及配筋墩身为方便施工,墩身尺寸不考虑托盘颈缩,采用一坡到底的形式。墩顶、墩底均设置一定高度的实体段。曲线墩设置0.5m的预偏心。墩身内不设置纵横隔板。实体段及墩身
7、壁厚按铁路桥涵设计基本规范第5.3.13条及第5.3.14条计算。为了调节墩壁内外温差,在离地面5m以上或设计水位以上每隔3m高度在墩身周围对称设置通风孔,其直径不小于20cm。墩身底部实体段顶部应设置排水坡,并在墩壁设置排水孔,以排除施工积水,竣工后应予以封堵。为了检查内部墩壁,在桥墩纵向上实体段上设置进人洞一个,墩身内壁设置爬梯。支承垫石、顶帽及墩身配筋原则支承垫石及顶帽钢筋,按构造要求进行配筋。墩身配筋时,当考虑温度影响时,温度应力产生的拉应力并不大,但由于壁厚较大,应力转换为弯矩的值较大,按此值配制的钢筋很多,与实际情况不符。因此,不考虑温度应力,墩身设置护面钢筋,按构造要求配筋。墩身
8、均采用级钢筋。在上实体段与空心墩身、空心墩身与下实体段连接处,考虑混凝土收缩和固端干扰,设置内外侧双层钢筋,以加强连接。墩顶上实体段内、外侧加强钢筋,上端伸至顶帽下,下端至局部干扰区。为梁部施工中预埋托架,上实体段长度根据现场需要进行了加长。建筑材料顶帽采用C25钢筋混凝土,墩身采用C20混凝土钢筋采用:级带肋钢筋(HRB335),级光圆钢筋(Q235)钢料:Q2351.2本项目及桥梁高墩设计情况 本标段几座桥梁高墩的设计情况见表1.1。图1.1为采用爬模施工的松头江特大桥。高墩设计情况表 表1.1桥名墩号墩高(m)下口直径(cm)上口直径(cm)钢筋数量(kg)混凝土方量(m3)松头江特大桥
9、468.91065720544441843596.91325840850073871676.41162780645712380759.9880580391491216芋子英特大桥963.084253022712.611351073.59856205119017631184.512398207554429821294.513098408549836071352.080755033379939森坑一号大桥471.0944600422711543592.51152700741002975687.01125700636162680759.5807420318031035汇总13979.6/.62796
10、9图1.1 采用爬模施工的松头江特大桥空心高墩2.爬模设计2.1爬模的结构2.1.1模板模板在竖向分为两层,外模采用大块钢模板,每节高4.0m,按照墩径大小不同共有39节,每节按照卷扬机的起重能力设计为8、12、16块三种类型的钢模板,模板为框构结构,具有足够的强度、刚度和稳定性,并且满足桥墩外形尺寸的要求,单块宜进行整体组合或装配组合。相邻模板间,上下节钢模间均用栓接,并配有定位销,定位销探伤检验应为100%合格。内模采用翻模,每节高度2m,每个墩设3组,随墩身的逐节上升按照4m级数向上翻动。内模的安装与拆除通过墩内设置的可调式工作盘实现,工作盘悬挂在爬架上,可随爬架上升,亦可自行调节位置,
11、方便墩内及墩上作业。内模采用KS2050双曲可调钢模,四块或五块模板利用KH2520或KH2530可调桁架组合成一个模板单元,单元内模板之间采用螺栓连接。墩身收坡通过在模板单元之间设置变角可调KB2020尖板实现,单元之间桁架的连接采用特制可收缩连接件,形成上小下大的变截面。每次立模高度4m,与外模同步。2.1.2爬升架爬升架具有承重和滑升作用,是特殊设计的稳定桁架。每组爬架有6对钢夹头,每对钢夹头都带有安全钢销(安全装置),在提升过程中采用人工限位。限位装在钢夹头上,可垂直滑动,卡在工字钢腹板上起着限位导向作用。爬架提升采用yCD23/250型提升千斤顶。2.1.3滑道滑道采用I320工字钢
12、与大块钢模焊接为整体,不需预埋螺栓。爬升架与滑道之间采用销接,配有特殊的钢夹头在爬升架支点处与钢滑道连接,有足够的稳定支点和长度。钢滑道不垂直度1m内为0.5mm。爬升架与滑道之间采用栓接,配有特殊的钢夹头在爬升架支点处与钢滑道连接,有足够的稳定支点和长度,并能适应墩柱外壁变坡。 2.1.4提升桁架提升桁架为N型万能杆件拼装成的“井”字形,爬升架的斜爬升通过调整提升桁架下的楔形块来实现(17、18杆件)。斜向爬模比较复杂,架体与模板都有一个导向与平衡问题。爬升架与滑升桁架为刚性固结确保在最不利的外力组合下的稳定性。提升时吊点设在爬升架与提升桁架的重心,设有防倾和稳定设施。 2.1.5扒杆解决主
13、墩施工材料和小型机具的升高问题,在每个爬升桁架上设2付吊重为3.0t的起重扒杆2.2爬模的检算2.2.1计算荷载的确定爬模的设计本着安全、先进、实用及经济的原则。作用在墩身上的荷载主要有:模板自重P1:模板重量随着墩径不同而变化,计算时按每节(4m)模板最大重量180kN考虑,两节模板为2180=360kN。爬模重P2:爬架重量为260kN (2个)。扒杆吊重P3:扒杆起吊重量为每个扒杆30kN,吊臂水平距离最大L=5m。混凝土侧压力q4:取50kPa。施工人群机具荷载P5:取20kN。风荷载:不予计算。摩擦力:摩擦系数对内力计算有很大影响,参照已有爬模资料,偏于安全取较小摩擦系数f=0.08
14、。2.2.2模板计算竖直力作用:P=P1+P2+P3+P5=360+260+304+20=760kNtg1=f=0.08tg2=1/40=0.025P为竖直力,R为混凝土对模板的反力,Q为P和R的合力,由模板内力平衡得(计算简图见图1.2):图1.2 模板计算简图Q=P/tgQ=qh(2d)环向力:模板:螺栓M27,有效面积:每个螺栓内力: N1=120140=30.03kN爬架及吊重偏心:M=1/4(P1+P3+P5)1.4m=1/43801.4=133kNm模板:螺栓内力:N2=1.411040.0050.1=7.05kN内力合计:模板内力:=1+2=6.03104+1.41104=7.4
15、4104kPa螺栓内力:N=N1+N2=30.03+7.05=37.08kN =37.08/(4.410-4)=8.43104kPa混凝土侧压力作用:q=50kPa 螺栓内力也不控制。2.2.3爬升架爬架设计计算如下(计算简图见图1.3):P=P1/2+P2+P5=260/2+30+10=170kNM=P3L=30(5+2)=210kNm立柱最大轴力:N1 =160/4+210/2=145kN另一立柱轴力:N2=160/4=40kN图1.3 爬架计算简图横梁220计算w=21.9110-3=3.82=44.82(3.8210-3)=1.17104kPa立柱下螺栓60,面积A=0.062/4=2
16、.8310-3m2爬架与轨道连接R1=(0.524N1+2.524N2)/3.35=(0.524145+2.52440)/3.35=52.81kNR2=-52.81kN假定N1竖向力全部由上节点承担,上节点4个28螺栓,其A= 0.0282/4=6.1510-4m2(不控制)2.2.4滑道滑道与大块钢模的焊缝高4mm,计算长度按0.6m计算。桥规规定焊缝计算长度不大于焊高的50倍,是由于焊缝太长受力不均匀,但本连接受力情况与桥规规定有所区别,故以此计。环向肋与轨道连接按L=0.12=0.2m计A=0.70.00420.6+0.70.00420.2=(3.36+1.12)10-3=4.4810-
17、3m22.2.5提升桁架提升桁架为N型万能杆件拼装成的“井”字形,爬升架的斜爬升通过调整提升桁架下的楔形块来实现(17、18杆件)。其受力不大,故不检算。2.2.6扒杆扒杆主要解决墩身施工材料和小型机具的升高问题。扒杆采用2306无缝钢管做成,其受力情况由其自身的长细比控制。L=7.5m2.3爬模的加工制作及加工精度要求爬架、滑道、大模板及滑升桁架的非标杆件的加工全部在工厂进行,制作的关键是拼装的位置要准确和拼节部件具有互换性。为了确保加工质量,除在加工过程中严格按照设计要求的加工精度进行控制外,出厂前应在厂内分阶段进行整体试拼,试拼要求不仅同一组各块件进行组装检查外,相临上下节间进行互拼。待
18、检查合格后再解体节段大块模板运往现场组装。制作的关键是拼装的位置要准确和拼节部件的互换性。模板上口直径误差要求达到30mm,模板纵横肋在相交位置应相互开高7520mm槽口,正交焊接。待检查合格后,再解体运往现场组装。3.爬模施工工艺流程3.1大模板提升流程检查提升动力设备拆除上组次模板4m提升爬架、安装下组模板4m清理模板和涂刷隔离剂就位、安装、校正3.2 爬升架安装流程灌筑第一节墩身混凝土(4m)清 理 杂 物检查模板与提升设备安装与调整爬架位置固定爬架钢夹头螺栓安装与调整提升桁架安装与调整提升机具检 查 验 收投 入 使 用3.3爬模施工工艺流程测 量 定 位提 升 爬 模安装与检查内模绑
19、扎与检查钢筋及预埋件提 升、就 位外 模 测量校正、检查验收外模浇 筑 混 凝 土4.爬模施工工艺4.1调节段及墩底实体段施工桥墩在设计时不可能完全是模板高度4m的整倍数,且受大模板尺寸限制,所以就会在墩身底部出现非4m高度的调节段。为满足墩身结构物尺寸,墩身开始施工时,需要先施工到适宜使用大模板施工的高度,即先施工调节段(零数段),然后才能使用4m一节的大模板施工。调节段施工立模时,要求墩径比设计尺寸大出20cm,以便为大模板的安装提供一个工作平台。墩底实体段施工按照大体积混凝土施工的要求施做,要严格控制混凝土的温度,作好混凝土防裂。实体段施工中,需要预埋一定的支架,以便空心段开始施工时,内
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