转体梁施工技术总结(宝兰-陈明涛).pdf
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1、 1 跨既有线连续梁转体施工技术总结 (中铁二局宝兰客专甘肃段项目经理部 陈明涛)摘要:本文结合宝兰客专称沟驿特大桥(40+56+40)m 连续梁转体为例,对连续梁转体施工工艺进行了详细的阐述,对转体系统施工控制要点进行了详细的总结,为今后连续梁转体施工积累了宝贵的施工经验。关键词:连续梁 转体施工 安全防护 控制要点 1 工程概况简述 称沟驿特大桥在 DK962+011DK962+167 处上跨既有陇海铁路,上部结构为(40+56+40)m 预应力混凝土连续梁,下部结构为圆端形桥墩,钻孔桩基础。既有陇海铁路为 I 级双线电气化铁路,宝兰客运专线与既有陇海铁路线夹角为 85。为保证既有线运营安
2、全,减少施工过程中既有线运营干扰和加快施工进度,连续梁采用转体施工,即在 21#、22#墩处平行于既有陇海铁路挂篮浇筑悬灌段施工,待施工至最大悬臂状态后,结合既有线运营,施工要点及天气等因素,择机实施转体施工。将梁体及桥墩逆时针旋转 85,转体到位后再进行合拢段施工(详见图 1 称沟驿特大桥跨陇海线平面图)。连续梁主跨跨越陇海铁路双线长度 13.3 米,宝兰铁路梁底距离陇海铁路轨面 10.89m,距接触网线顶面 2.735m。其中 21#墩承台边距陇海铁路防护网最小距离为 10.3m,22#墩承台距陇海铁路防护网最小距离为17.71m(详见图 2 称沟驿特大桥跨陇海线立面图)。2 图 1 称沟
3、驿特大桥跨陇海线平面图 图 2 称沟驿特大桥跨陇海线立面图 2 工程特点 2.1 转体系统安装工艺精度要求高。2.2 临近既有线陇海铁路施工,安全防护要求高。3 既有线施工安全防护 称沟驿特大桥 21#22#墩连续梁主梁跨陇海铁路采取转体施工,转体后在陇海铁路上部施工合拢段。施工前在既有铁路防护栅栏与 21#墩之16.41856单位以米计4.76 3 间设置防抛网防护,在施工中跨合拢段时,在挂篮底模下部设置一处安全防护平台。3.1 临边防护 3.1.1 钢管柱防抛网 在施工桩基前,先在既有线防护网外侧施工临边防护。21#墩明挖基础距陇海铁路防护栅栏最小距离为 10.3m,22#墩承台距陇海铁路
4、防护栅栏最小距离为 17.71m。由于 22#墩距离既有线较远,不设防护网,仅 21#墩与铁路防护栅栏之间设置防抛网。防护方法为:200mm钢管柱,间距 4m,高出地面 18m,钢管柱之间采用 L7.5 角钢连接,钢管柱上挂金属防抛网,基础采用 1.5m1.5m1.5mC20 混凝土,每个钢管立柱设置一根缆风绳,顶部距离钢管顶下 2m 设置 4 个耳筋,缆风与钢管栓结牢固,下部与锚固桩预埋件栓结牢固,锚固桩直径 1m,深度 5m,桩顶预埋32 圆钢拉环。防抛网总长 60m(比连续梁每侧长 3m)。图 3 防抛网设置示意图 4 3.1.2 防撞墩 为了防止施工机械撞击防抛网,在距离防抛网外侧底部
5、 0.6 的位置设置混凝土防撞墩,具体参数为:0.6m(长)0.6m(宽)0.6m(高),中心间距 2m。3.2 地下管线保护 钻孔桩施工前,及时联系既有铁路工务段、通信段等部门探明地下管线,避免破坏地下管线,影响行车。3.3 旋挖钻机防倾覆方案 3.3.1 场地平整碾压 防抛网安装完成后,进行场地平整,为防止旋挖钻机施工过程发生倾覆必须采取牢固的防倾覆措施,将松软土层置换,然后用压路机分层碾压,确保基底稳固和设备就位稳定牢固。3.3.2 钻机桅杆上部设缆风绳 旋挖挖钻机施工时保持与接触网至少 2 米以上的安全距离。为防止旋挖钻机施工过程发生倾覆倒向铁路,在相对侧设缆绳(采用直径不小于9.3m
6、m 的圆钢丝绳 6 股)施加抗拉力。缆绳基础设置在铁路相对侧临近转体墩的地锚上。地锚采用采用 1.5m 直径深 5m 的钻孔桩,预埋32 钢筋与缆绳连接。旋挖钻机施工时用缆绳将钻机主臂与地锚连接在一起。钻机正对既有线摆放,两缆风绳的夹角不得小于 60。地锚按承台正中线左右15m 布置,地锚距最远桩基的水平投影距离为 24.34m,保证两缆风绳的夹 5 角为 611735,从而所有桩基的两缆风绳的夹角不小于 60。图 4 缆风绳、地锚设置示意图 3.3.3 配置专业操作人员和盯防人员 旋挖钻机操作人员按国家有关规定经培训考试合格后持特种设备作业人员操作证上岗。大型机械临近营业线施工时,要严格执行
7、“一机一人”的专职防护,“人随机动”,来车时提前停止作业,现场设置警戒线的防护措施。4 转体系统施工工艺 4.1 转体结构概况 称沟驿特大桥主桥采用平转法施工,转体结构由下转盘、球铰、上转盘和转体牵引系统组成。其中,转动球铰是转动体系的核心,在转体过程中支撑转体重量,是整个平衡转体的支撑中心,为转体施工的关键结构。称沟驿特大桥主桥球铰竖向承载力为 4500t,平面直径为 270cm,它 6 由上下球铰、球铰间聚四氟乙烯滑片、固定上下球铰的27cm 钢销、下球铰钢骨架组成。图 5 转体系统立面图 图 6 转体系统平面图 图 7 转体系统构造形式图 图 8 转体球绞构造形式图 下转盘设置于下承台上
8、;下承台顶面设置环形滑道、助推反力支座、牵引反力支座等设施。球铰布设在上下承台之间,上下球面板设置圆柱形滑块,上球面板顶面与托盘相连,托盘上设置转盘,采用1320mm8mm 钢管混凝土作支撑,对称预埋钢绞线作为牵引设施,在转盘上浇筑上承台、墩身、梁体。上转盘设有 8 组撑脚,每个撑脚为双圆柱形,下设 20mm 厚钢走板。7 下球铰上镶嵌聚四氟乙烯滑动片,球铰间填充黄油聚四氟乙烯粉;定位销轴采用27cm 的钢销。4.2 转体系统安装 4.2.1 下转盘施工 下转盘第一次混凝土浇筑 为保证下球绞及滑道的安装质量下转盘混凝土分两次施工。第一次混凝土浇筑至下球绞及滑道骨架底部。图 9 下转盘第一次浇筑
9、段钢筋绑扎完成 图 10 下转盘第一次混凝土浇筑完成 下球绞的安装 安装要求:下球铰中心,顺桥向误差不大于 1mm,横桥向误差不大于1.5mm;球面顶部边缘各点的高程不大于 1mm。下球铰采用 25T 吊车吊装就位,就位后将其连接到骨架上,带上螺母,对其进行对中和调平。用全站仪采用坐标放样法,进行定位控制。水平调整使用精密水准仪粗平、精平。具体做法是:现将球绞中心确定及粗平后,将下球绞钢骨架与下转盘预留钢筋焊接牢固,防止精平时整个下球绞钢骨 8 架移位,在球铰圆周上取 8 个点进行观测对比,使其周围顶面各点相对误差不大于 1mm,球铰调整校平由调节螺母实现。采取“边测边调,先松后紧,对角抄平,
10、步步紧跟”的原则和方法来操作,直至达到规范的要求,将调整螺栓固定。球绞安装如图 11 所示。图 11 下球绞安装 滑道的安装 安装要求:3m 长度内平整度不大于1mm;径向对称高差不大于环形滑道直径的 1/5000。滑道钢板厚度 20mm、宽度 900mm。加工时按 8 等分加工,现场安装拼装成整体。环形滑道设置在钢撑脚的下方,利用调整螺栓调整固定。为保持转体结构平稳,撑脚转体时在滑道内顺畅滑动,要求环道、球铰支架定位牢固,角钢顶面平整、水平,相对高差小于 5mm,环道钢板由螺母调整调平,顶面高程误差控制在0.5mm。环道钢材表面加工平整,加工完毕后,做好防腐、防锈工作,特别在安装到位后做好防
11、尘、防腐、防锈措施。滑道顶 9 面设置排气孔,在混凝土浇筑过程中对不密实的位置采用注浆填充的方法保证其密实。滑道安装如图 12 所示。由于滑道由八块骨架组合而成,每块之间要进行焊接。滑道钢板出厂时就留有用于三角形坡口,如直接焊接容易造成焊缝处冷却后下凹,每块滑道中间又上凸,造成成型后的滑道顶面不平整,无法由螺母调整调平。焊接前将两道滑道钢板上下用钢板焊接在一起,缓慢焊接,减小变形。焊接完成后取掉连接钢板。施工完下承台第二次混凝土后,再进行不锈钢板焊接。不锈钢板焊接在滑道骨架顶部 20mm 厚普通钢板时采用不锈钢焊条。不锈钢板在厂家加工时已预留 2 排塞焊的小孔,将不锈钢板平铺钢板上后,将不锈钢
12、焊条将塞焊小孔焊满,高出不锈钢板部分用打磨机打磨光滑。并在不锈钢板外侧边缘将不锈钢板于底部钢板焊接密实。为防止在施工梁体时损坏四氟板,不锈钢板上暂时不放置四氟板,等转体施工时再在撑脚与滑道间塞填四氟板。图 12 下滑道的安装 10 下转盘第二次混凝土浇筑 在加工转盘及滑道钢板时就充分考虑到混凝土施工时的密实性问题,在下转盘上留有振捣孔和排气孔。安装过程中采用高精度水准仪进行全过程测量控制,并在盘下及滑道下部混凝土浇注前后进行监测。转盘盘面用多层塑料布进行封闭,在形成对盘面保护的同时,更有利于浇筑完毕后对盘面的清理。在盘下混凝土浇筑到接近下盘、滑道底面约 20 时,首先将已经浇筑的混凝土充分振捣
13、密实后上层混凝土采用单方面向整体推进浇筑,浇筑层厚控制在 50 左右,即让混凝土将盘面充分掩埋,一次浇满盘下混凝土。利用下转盘球铰上设置的混凝土排气孔分块单独浇筑各肋板区,在水平方向振捣的同时,采用插入式振捣设备从振捣孔深入盘下,混凝土的浇筑顺序由中心向四周进行,捣固密实,现场观察混凝土不产生下沉,而周围排气孔充分有混凝土冒出。人员在搭设好的工作平台上作业,避免操作过程对其产生扰动。下球铰面混凝土灌注前,埋设测试混凝土应力的元件,以便混凝土应力测试。为防止下球绞盘底和滑道底部出现空洞,混凝土采用微膨胀混凝土。混凝土浇筑完后及时检查下球绞盘底和滑道底部是否出现空洞。如果出现 11 空洞,可采用风
14、镐沿盘身外侧凿除空洞混凝土,用高压注浆机压注孔道压浆剂,以保证盘底及滑道底部混凝土密实。图 13 待浇筑的下转盘 图 14 浇筑完成后的下转盘 4.2.2 支撑系统 撑角施工 安装要求:安装撑脚时确保撑脚与下滑道的间隙为 10mm。上转盘共设直径 1320mm 的 8 组撑脚,撑脚内灌注 C45 纤维混凝土,对称分布于纵轴线的两侧。撑脚内灌注 C45 纤维混凝土,为减少撑脚与环形滑道的摩擦,撑脚底部焊接 20mm 厚的不锈钢板,不锈钢板磨光度不下于 6.3 级。在下转盘混凝土浇筑完成上球铰安装就位时即安装撑脚。为了加强钢管与承台混凝土之间的连接,在撑脚预埋段分别设置 4 个80mm孔洞。为确保
15、上部结构施工时转盘、球铰结构不发生移动,用钢楔将钢混凝土撑脚与环道之间塞死。12 图 15 撑角安装 图 16 撑角全部固定到位 砂箱施工 为保证上部梁体的稳定,施工时在上、下转盘之间设置 8 组砂箱承受上部荷载,砂箱内用标准砂填充。砂箱上部支撑选用钢管,砂箱根部设置卸砂孔。砂箱在转体前拆除,使上部荷载集中于球铰之上,形成转动体系。砂箱内用砂选用干燥细砂,采用 M24mm 螺栓封闭,脱架时拧去螺栓,让砂自然流出即可,或者用高压水枪冲击。砂箱均匀布置在撑脚之间,设 8组,每组2 个。安装砂箱前将砂箱做预压,以消除因砂在砂箱内不密实受压产生的变形。砂箱采用千斤顶进行反向张拉预压,预压后的砂箱高度控
16、制在比上下转盘之间 1.0m 的间距高出 0.01m。砂箱安装后做好防水措施,防止水流入砂箱内冻胀砂箱,在墩身及梁部混凝土施工完成后砂箱解冻下沉,失去支撑作用,造成整个重量全部落入撑脚和球绞处。砂箱结构及预压如图17、图 18 所示。13 图 17 砂箱构造图 图 18 砂箱预压图 临时固结 在上下转盘中间对称设置4个临时固结型钢,型钢采用工40C工字钢,工字钢上部埋入上转盘 1m,下部与预埋至下转盘的钢板螺栓连接。保证上下转盘纵向、横向临时锁定,确保上转盘连续梁在施工过程中不发生滑移。图 19 临时固结施工 4.2.3 上转盘施工 14 上球绞安装 安装上球铰前,应注意保护好球铰。将上球铰凸
17、球面涂抹黄后,用防水塑料布将整个上球铰严密包起来,放置在厚木块上。使用时,将上球铰吊起,去除防水塑料布,用纱布将凸球面擦拭干净,检查凸球面上有无生锈,如有,可用酸洗或布轮抛光方法清除,清理时穿鞋套进行施工,防止二次污染。下球绞的清理如图 20 所示。图 20 球铰表面清理 中心销轴放到套管中(预先放入黄油四氟粉),调整垂直度与间隙。中心销轴安装后,多次转动销轴,促使套管内的黄油四氟粉均匀分布在销轴中(转动次数以套管内黄油四氟粉均匀冒出顶面为准)。在下球铰凹球面上按照顺序由内到外安装聚四氟乙烯滑板,用黄油四氟粉填满聚四氟乙烯滑板之间的间隙,使黄油面略高出四氟滑板面。球绞面抹黄油如图 21 所示。
18、15 图 21 球铰面涂抹黄油 四氟乙烯滑片安装时,按照事先编好的编号与下球铰上的编号对号入座,然后涂黄油四氟乙烯粉,(黄油四氟乙烯粉重量配比为,黄油:四氟乙烯粉=120:1),编号向下,白色部位朝上,相邻滑片间和滑片上面涂满黄油四氟乙烯粉。涂抹完黄油聚四氟乙烯粉后,严禁杂物掉入球铰内,并安装上球铰。将上球铰吊装到位,套进中心销轴内。微调上球铰位置,使之水平并与下球铰外圈间隙垂直。中心钢销轴定位后,吊装上球铰,吊装上球铰前,将锅形上球铰底面用抹布擦洗干净,均匀涂抹少量黄油,然后进行吊装。上球绞安装后,人工转动上球绞使球面的黄油四氟乙烯粉均匀分布,内部无空气。转至黄油四氟乙烯粉均匀的挤出盘面为止
19、。人工转动上转盘如图 22 所示。16 图 22 人工转动上转盘 图 23 安装完成的上球绞 上球铰精确就位并将上球铰用角钢与承台焊接相连,防止长时间放置,而影响精度。上下球铰吻合面四周用胶带缠绕密封,严禁泥沙或杂物进入球铰摩擦部位,待上转盘混凝土浇筑完毕,球铰转体之前,用刀片讲胶带划开使用。4.2.4 上转盘施工 上转盘是一个直径为 9m 的圆盘,内镶上球铰、撑脚、牵引索锚具,外面缠绕牵引索钢绞线。本转体系统牵引索采用 7-j15.2 钢绞线两束,锚具采用 H 型锚具 OVM15-7H 两套。浇筑上转盘前按照施工放样位置,将牵引索分散预埋,牵引索锚固端埋入转盘 3m 以上,同一对索的锚固端对
20、称于圆心,每根索的预埋高度和牵引方向一致,每对索的出口点对称于转盘中心,并圆顺地缠绕在转盘上,在施工时特别注意牵引索的牵引方向,详见图 24图 27 所示。17 图 24 牵引索导向钢管 图 25 牵引索端头发散式固定 图 26 牵引索端头锚具 图 27 牵引索双锚具固定 牵引索的另一端应在上转盘灌注时预埋入上转盘混凝土体内,作为牵引索固定端。牵引索固定端的钢绞线每束解开缠绕在三层 10*10cm 间距的钢筋网片上。在钢绞线处上转盘处预埋80mm 钢管,钢管长 3.51m,安装前提前 R=250 的半径冷弯,以使钢绞线顺畅传力。牵引索外露部分圆顺地缠绕在转盘周围,互不干扰地搁置于预埋钢筋上,并
21、做好保护措施(采用塑料胶纸包裹封闭,再采用塑料套管包裹),防止施工过程中钢绞线损伤或严重生锈。特别注意防止电焊打伤或电流通过,另外要注意防潮防淋避免锈蚀。用 U 型钢筋将钢管固定在上转盘钢筋上,防止混凝土浇筑捣固时将钢管移位。18 在正式转体完成后,上下转盘之间存在空隙,需对其进行封铰作业,为了确保在后期封铰作业过程中,混凝土能对其空隙部分完全填充,在上转盘施工时,需要预留一定数量的后浇孔,后浇孔呈梅花形布置,在球绞中心位置布置需要加密,呈 1m1m 梅花形布置。图 28 牵引索保护措施 图 29 上转盘施工预留后浇孔 5 不平衡称重试验及配重 当上部构造砼浇筑完毕,强度和龄期满足要求,且纵向
22、预应力已经张拉完成,至此即具备了转动体系脱架的条件。脱架步骤:清除上下承台间杂物拆除撑脚下钢楔块拧开砂箱卸砂孔螺栓使砂箱内砂自然流出或用高压水枪冲击移走砂箱拆除临时固结工字钢转动体系形成。为了判断转动体系脱架前后实际的重心偏离情况,在浇筑上承台时在其四周设置永久观测标志,并在施工全过程观测记录(精度 0.5mm)它们的变化。如果脱架后,上盘四周标高是均匀下沉,则初步判断重心状态与设计要求基本吻合。脱架完成后进行不平衡称重及配重。19 拆除砂箱时先拆除左右侧砂箱,最后拆除大小里程砂箱。转体连续梁不平衡称重是转体梁施工最重要的环节,通过测试转动体部分的不平衡力矩、偏心距、摩阻力矩及摩阻系数等参数,
23、实现桥梁转体的配重要求。转体前对结构进行称重,并采用压重来平衡或消除施工误差以及其它因素引起的不平衡力矩,根据称重试验配重。本试验于上盘承台施加顶力,设置千斤顶,对转体梁进行顶放,通过油压表读数以及所提供的回归方程得到反力值,同时在上转盘底纵向两侧布置位移传感器,用以测试球铰的微小转动。经过现场监测及不平衡称重测试,得到如下参数:解除所有固结措施后,21#墩位结构下沉 0.86mm,22#墩位下沉1.5mm。撑脚底板与滑道间隙为 20mm,转动体球铰摩阻力矩(Mz)大于转动体不平衡力矩(MG),为小偏心姿态。21#墩位纵向不平衡力矩 515.4 kN.m,摩阻力矩 8039.5 kN.m,静摩
24、阻系数 0.027,纵向偏心距 0.013m,偏向南侧。22#墩位纵向不平衡力矩 1162.5 kN.m,摩阻力矩 3817.5 kN.m,静摩阻系数 0.014,纵向偏心距 0.034m,偏向南侧。22#墩位横向不平衡力矩 540.5kN.m,摩阻力矩 3226.5kN.m,静摩阻系数 0.013,横向偏心距 0.016m,偏向东侧。采用配重方案如下:21#墩配重 7.5 吨,配重位置在南侧距梁中心 20 米,配重后理论偏心 20 距为 5cm,偏向南侧。配重后复测得到纵向不平衡力矩 2559.6kN.m,摩阻力矩 8584.4kN.m,静摩阻系数 0.029,纵向偏心距 6.5cm,偏向南
25、侧,满足 515cm 的要求。22#墩位转体梁配重 14.5 吨,配重位置在北侧距梁中心 20 米,配重后理论偏心距为 5cm,偏向北侧(边跨侧)。图 30 不平衡称重试验 图 31 梁体配重(采用成捆的钢筋)6 牵引转体 6.1 试转 由于兰州铁路局给予称沟驿特大桥线路内转体要点时间为 60 分钟,21 桥梁转体角度为 83。现以规范允许的最大转体角速度 0.02rad/min,计算转体 83(预留 2作为最后转体设备点动操作)所需时间,t=833.1415/1800.02=72min,凭以往类似工程经验点动操作 2所需时间为 5min。总共需要 77 分钟左右。经过与兰州铁路局、第一勘察设
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