新型梁柱式支架施工工法

'新型梁柱式支架施工工法编制单位：山东省路桥集团有限公司编制时间：2008年7月24 新型梁柱式支架施工工法1、前言预应力混凝土连续箱梁已广泛应用于城市高架桥和大型桥梁的引桥建设中。而混凝土连续箱梁的施工方法，在国内已由使用比较普遍的是满堂支架、滑移模架等现浇，向各种新型的施工方法转变，尤其是新型梁柱式配合行走式侧模的使用，更拓展了预应力混凝土连续箱梁的施工空间。相比之下，新型梁柱式支架法施工具有以下明显的优点：第一是结构简单，杆件受力明确，计算简便；第二是逐孔施工，具有明显的经济效益；第三是要求地基处理较少，简单，只做局部的基础处理；第四是支架的搭设简单，不需要大型设备，施工周期相对较短；第五是除侧模的落架采用钢管螺旋外，其它落架采用了钢砂桶落架，砂桶体积小，压缩量小，承载能力大，方便落架；针对济南黄河三桥混凝土连续箱梁的结构特点(桥面宽19.75m，最大节段重2200T)，路桥集团采用了自行研制设计的新型梁柱式支架，该新型支架适用于混凝土箱梁的逐孔现浇施工，同时可进行预制安装施工。2、工法特点2.1、节省成本：本工法使用的新型梁柱式支架结构简单，周转次数多，使用辅助设备少。2.2、施工周期短：底模和侧模分开落架，解决了7天龄期张拉和模板周转速度之间的矛盾。侧模在砼强度达到80％以后就可以落架，行走至下一孔以连续施工，且所需人员少。利用侧模板的行走轮，使侧模板桁架在轨道（外纵梁）上走行，无需平衡重，操作方便，移动灵活、平稳，一次移动到位，缩短了移动时间。2.3、通用型好：单片桁架刚度大，节段间采用等强度连接，且设计成准标准化结构，能够根据需要组拼成各种结构形式，方便在各种场合施工。2.4、结构受力明确：结构简单，杆件受力明确，计算简便；理论计算结果与实际发生情况极为吻合，结构安全可靠，而且有利于箱梁的施工控制，保证良好的线形。2.5、标高调整方便：预拱度设置时，每组横梁只需调整2个支点位置标高即可实现全断面标高的调整，无需调整每一根模板支撑。3、适用范围24 本工法适用于预应力混凝土连续箱梁逐孔现浇，构件的预制安装施工。特别是墩身超过一定高度搭设满堂支架有困难，且施工滑移模架等工艺又不经济，施工现场地基较为软弱时，以本新型支架施工具有很大的优越性。本工法主要以陆上施工为主。4、施工工艺原理、流程及操作要点4.1、工艺流程4.1.1场地准备对于土质比较好，地基承载力满足要求的场地可以直接进行整平即可；对于土质较软，含水量较大，地基承载力不够，不适宜用做地基的场地，需要对地基进行处理。在处理前，要先用含水量较低的土，把泥浆池范围的土全部换填掉，并把工作场地整平。基础结构：每个钢支架基础采用30～50cm厚的碎石垫层上面放置预制好的钢筋砼垫梁。4.1.2、支架架设和纵横梁施工支架采用2根H200×200mm的H型，中间用H148×100mm的H型钢作为横杆和弦杆焊接而成，宽度为205cm，高度方向分为600cm、400cm和200cm三种规格。将支架在地面拼装好后，使用吊机将其吊起，放在垫梁上面且与之用螺栓连接好，安放钢砂桶落架，调整好标高。支架调整好后，铺设横纵梁，横梁采用H588×300mm的H型钢，铺设横梁时要保证纵梁的稳定性，使用U形卡子将横梁和支架腿连接成整体；纵梁采用H600×200mm的H型钢，铺设纵梁时，使用[5或φ20钢筋连接成剪刀撑，使其保持相对位置的稳定。4.1.3、支架布置支架布置前先进行荷载计算，最后在确定支架的布置形式。支架搭设完成后需对支架进行纵横向的固定。4.1.4、施工过程第一步：支架和纵横梁架设完毕后，立即铺设第一、二孔箱梁底模的方木和竹胶板，调整好底模的线型和高程后，吊装侧模，按照常规的箱梁施工程序进行第一孔的箱梁施工。24 第二步：待砼的强度达到80％后（一般3天左右），侧模落架，按照行走轮，通过卷扬机拖至下一孔，即可以开始进行第二孔箱梁的钢筋施工。第三步：待砼达到7天龄期后，进行第一孔的预应力施工。第四步：底模的纵横梁系统落架，用精轧螺纹吊住纵横梁，拆除支架并进行第三孔支架的架设。第五步：用精轧螺纹把纵横梁和底模整体降落到地面，转运至第三孔并安装。第六步：浇筑第二孔箱梁砼。重复第二步至第六步的步骤，直至完成所有箱梁的施工。4.2系统设计4.2.1、支架系统该支架用Q345型H钢制作。支架系统是主要承重构件，支架由准标准化的单片桁架组成。每片桁架由2根间距205cm的H200×200作为上下弦杆，用H148×148作为斜撑和横撑构成，接头采用φ36mm高强螺栓连接，达到了等强连接。根据受力的需要，变换桁架的组拼形式，即可以作为支撑柱使用，也可以作为桁架梁使用。为适应不同的施工高度，做成6m、4m和2m三种规格。（见图4.2.1-1，4.2.1-2）图4.2.1-1单片桁架结构图图4.2.1-2两组桁架组装图支架使用时采用成组使用，组件连接可采用万能杆件等以获取构件，也可以针对实际工程自行加工连接构件。支架支放在混凝土底座上，防止支架移位，在混凝土垫块上埋设地脚螺栓与支架连接。24 该支架结构简单、组装灵活，加工制作的难度不大。由于单片桁架的刚度很大，可以象贝雷片一样组拼成不同的结构形式，用于桥梁施工的不同场合。（见图4.2.1-3，4.2.1-4）图4.2.1-3组拼后的支架图4.2.1-4支架与基础的连接4.2.2、模板系统模板系统指的是侧模板系统，主要使用[100a槽钢、50×50×5mm方钢管、10×15cm方木、δ＝5mm钢板等材料加工制作成桁架形式。每组侧模板长4.0m，桁架之间采用∠50×50×5mm剪刀撑连接。采用整块钢板做模板，模板刚性好、平整度高，外表美观，将钢模板直接固定在桁架的方木上。图4.2.2-1侧模结构图侧模板直接放在外侧纵梁上，行走方便，落架简单，自身稳定性好，使用对拉螺栓固定外侧模和内模板。（见图4.2.2-1，4.2.2-2）底模板采用10×15cm方木和δ＝12mm的竹胶板。不仅铺设方便，且减轻了整体的自重。4.2.3、横、纵梁系统图4.2.2-2侧模结构图横梁分为两种，墩柱处的横梁采用H700×300mm，支架上的横梁采用H588×300mm。纵梁分为两种，支架外侧处于横梁悬臂端的两根和腹板下的纵梁采用H588×300mm的，底板下的纵梁采用H600×200mm的。横梁、纵梁主要起分配箱梁的重量的作用。纵梁将箱梁的重量分配给横梁，横梁将纵梁传递下来的力传递给支架。24 底板下的横、纵梁之间连接采用U型卡子连接，外侧纵梁采用螺栓和压板与横梁连接。落架放在支架上，在支架处采用扁担梁连接横、纵梁。（见图4.2.3）图4.2.3纵横梁之间的连接方式图4.2.4、行走系统行走系统是指侧模板的行走，包括行走轮和落架两部分。落架采用δ＝6mm钢板和φ89mm、φ83mm钢管制作而成。两根钢管采用正反丝连接，调节落架高度。当浇注箱梁混凝土时，落架处在工作状态，支撑侧模板，承载混凝土重量；当侧模板行走时，落架处在不工作状态，旋转钢管，使落架收缩处于自由状态，行走轮承载箱梁重量。（见图4.2.4-1）图4.2.4-1侧模落架结构示意图行走轮采用δ＝10mm钢板、φ80mm的轮套、φ32mm圆钢和6306型轴承等制作而成。（见图4.2.4-2）24 每组侧模板设置四组行走轮，放在外侧的纵梁上，沿纵梁行走。图4.2.4-2侧模行走轮结构示意图4.3新型支架的梁段施工过程4.3.1、模板制作及安装4.3.1.1模板制作及安装箱梁外模板采用钢模板，根据横梁结构尺寸现场加工。横向铺10×10cm的方木，纵向用δ=12mm竹胶板用钉子固定，内模采用组合木模。⑴、底模采用大块竹胶板，铺在分配梁上。⑵、外侧模分段（4.0m一段）直接立于纵梁上，当内外侧模板拼装后用Φ18对拉螺杆对拉。当施工完成后，利用外侧模底部的行走轮沿纵梁移动到下一梁段。⑶、内模板的紧固主要用对拉螺杆，并用脚手架连接。⑷、堵头模板：堵头模板因有钢筋及预应力管道孔眼，模板采用竹胶板挖孔，按断面尺寸挖割。孔眼必须按钢筋及预应力管道位置精确定位切割。4.3.1.2模板施工应注意事项⑴、制作模板前首先熟悉施工图和模板配件加工图，核实工程结构或构件的各细部尺寸，复杂结构应通过放大样，以便能正确配制。⑵、按批准的加工图制作的模板，经验收合格后方可使用。⑶、模板的接缝必须密合，如有缝隙，采用107胶堵塞严密，以防漏浆。⑷、模板涂脱模剂。4.3.2、钢筋加工及安装24 钢筋由工地集中加工制作，运至现场由汽车吊提升现场绑扎成形,顶板、底板、腹板内有大量的预埋波纹管，为了不使波纹管损坏，一切焊接在波纹管埋置前进行，管道安装后尽量不焊接，当普通钢筋与波纹管位置发生矛盾时，适当移动钢筋位置，准确安装定位钢筋，确保管道位置准确。钢筋绑扎前由测量人员复测模板的平面位置及高程，其中高程包括按吊架的计算挠度所设的预拱度，无误后方进行钢筋绑扎。先进行底板普通钢筋绑扎及竖向预应力钢筋梁底锚固端（包括垫板、锚固螺母及锚下螺旋筋）的安装，再进行腹板钢筋的绑扎、竖向波纹管及预应力钢筋的接长、腹板内纵向波纹管的安装，最后进行顶板普通钢筋的绑扎、顶板内纵向波纹管的安装、横向钢绞线及波纹管的安装。为使保护层数据准确，保护层垫块不被压坏，箱梁施工垫块采用定型塑料垫块。4.3.3混凝土浇筑及养护4.3.3.1混凝土浇筑采用混凝土泵车泵送砼。先浇注底板，再浇注腹板，浇注时对称进行,分层浇筑，每层30cm，从两端向中间浇注。混凝土的振捣严格按振动棒的作用范围进行，严防漏捣、欠捣和过度振捣，当预应力管道密集，空隙小时，配备小直径30型的插入式振捣器,振捣时不可在钢筋上平拖，不可碰撞预应力管道、模板、钢筋、辅助设施（如定位架等）；混凝土在振捣平整后即进行第一次抹面，顶板混凝土应进行二次抹面,第二次抹面应在混凝土近初凝前进行，以防早期无水引起表面干裂,混凝土浇筑完毕后，覆盖麻袋或草袋进行湿润养护。4.3.3.2混凝土养护浇筑时产生大量的水化热，必须派专人在表面覆盖麻袋或草袋进行湿润养护。冬季施工时，混凝土用热水搅拌，在顶托上铺彩条布，混凝土施工完成将箱梁全部覆盖通蒸气养护。4.3.4预应力张拉箱梁既有纵向预应力也有横向预应力，施工过程较复杂。先张拉纵向再张拉横向预应力；纵向束张拉顺序为先张拉腹板束再张拉顶板束最后张拉底板束；顶板、底板束先中间后两边，张拉时以箱梁中心线为准对称张拉。均采用一段张拉，根据张拉力的不同选择相应的千斤顶。4.3.4.1钢绞线应符合设计要求,24 钢绞线进场须有生产厂家合格证书，按监理工程师指定的试验单位作钢绞线的最大负荷、屈服负荷、伸长率、弹性模量检测，作为施工依据。合格的钢绞线系上标签放在棚内存放台上，存放台高于地面50cm以上。4.3.4.2钢绞线开盘：将成捆钢绞线竖向放入开盘器中，将钢绞线自盘的中心抽出，钢绞线下料台面须光洁卫生，不得使钢绞线受到磨损。4.3.4.3下料：下料长须计算确定，钢绞线只准用砂轮切割机切割。钢束长度＝钢束通过的孔道长度＋（工作锚高度＋限位板厚度＋千斤顶长度＋工具锚高度＋预留长度）×1（两端张拉×2）注：预留长度一般为15～20cm。4.3.4.4编束：用其锚环作为梳理工具，将一束钢绞线由一端开始向另一端梳理，使其平行顺直，自一端开始每距1m用20＃铅丝绑扎一道，其扣应插入钢束内不准外露。待全长绑扎完即成钢束。将编好的钢束挂牌分别放在存放台上。　　　　　　　　　　　　　4.3.4.5钢束定位采用钢筋定位架，定位架用直径Φ8钢筋加工焊接。定位架的间距直线段内为１m，曲线段内间距50cm，钢束的定位架，依据其在相应的钢束座标图上的位置确定其座标值，加工制作成下列形式后，与底板、腹板、顶板钢筋焊在一起。图4.3.4.5钢束定位架图4.3.4.6钢束入模采用一段张拉，再绑扎钢筋的同时将钢束调整好，确保锚固端锚固结实。4.3.4.7张拉控制应力σconJTJ041-2000规范中第449页12.8施加预应力12.8.31对于拉丝体系的后张结构件,设计规范规定了锚下的预应力筋的张拉控制力，加上锚固圈口预应力损失值才是体外最大张拉控制力。4.3.4.8准备工作（1）、清除锚垫板和钢绞线上的污物、锈蚀。24 （2）、锚环、夹片作硬度检查。（3）、张拉顺序号写在锚垫板上。（4）、千斤顶校正、操作工人培训。4.3.4.9操作工艺（1）、将张拉端的钢绞线理顺，严禁交叉。（2）、装工作锚环和夹片。（3）、装限位板：限位板上的每一个孔对准相应的钢铰线和锚卡环小孔后，使限位板紧贴锚环，无缝。（4）、装千斤顶：钢束穿过穿心千斤顶的孔道，千斤顶紧贴限位板使千斤顶、限位板、锚环、锚垫板都在同一中心线上（即四对中）。（5）、装工具锚环、夹片。4.3.4.10张拉程序持荷2分钟测量伸长值与理论伸长值校核0→初应力（15%σcon）→30%（σcon）→50%(σcon)→75%(σcon)→100%(σcon)→锚固记录张拉缸行程持荷2分钟（1）、对称张拉，规定联络信号，行动统一，规范操作。（2）、初应力停拉，记录张拉缸行程，作为测算实际伸长值的起点数。（3）、张拉缸继续进油分级张拉，达到100%σcon后持荷2min，核对伸长值与理论伸长值对照在±6%范围内即符合规范要求，否则应停止张拉，分析原因，采取措施后再张拉。（4）、当钢束伸长值大于千斤顶行程时应分次锚固，千斤顶回油后再张拉至达到张拉控制应力后锚固。填写施工原始记录。（5）、张拉完后不要切断外露钢绞线，待压浆后切割。（6）、预应力施工安全张拉现场应设明显的警告标志或绳索阻挡，非工作人员不得进入。千斤顶对面严禁站人。操作人员戴防护面罩。张拉操作人员应培训，合格后方可上岗，有专业人员负责指挥。钢束锚固后，严禁踏、踩、撞击锚具或钢束。卸油管时，先放松油管内油压，以防油压大喷出伤人。24 4.3.5、孔道压浆4.3.5.1孔道压浆按JTJ041-2000中12.1后张孔道压浆、本工程技术规范、监理工程师的要求施工。水泥浆的强度设计无具体规定，应不底于30Mpa。4.3.5.2水泥浆的要求（1）、灰浆用水泥强度等级不宜低于P.O32.5水泥。（2）、灰浆要具有较好的稠度，水灰比控制在0.4～0.45，稠度控制在14～18S之间，每次调制的水泥浆应在30min内用完，浆筒内的灰浆必须不断的低速搅拌。（3）、水泥颗粒要细，有块的严禁使用，必要时过筛，以保证能顺利的压入孔道。4.3.5.3掺外加剂泌水率较小的水泥浆，通过试验证明能达到孔道饱满时可采用一次压浆方法；不掺外加剂的水泥浆可采用二次压浆方法；两次压浆的间隔时间为30～45min。4.3.5.4压浆的最大压力为0.5～0.7Mpa，当孔道较长或采用二次压浆时，最大压力为1.0Mpa。4.3.5.5孔道压浆的进口处必须安装阀门，以防止压浆完成后水泥浆的流出，待初凝后把阀门取下。4.3.5.5压浆过程中及压浆后48h内结构砼温度不得低于5℃，否则应采取保温措施。当气温高于35℃时，压浆应在夜间进行。4.3.5.6压浆时每一工作班应留取三组试件，填写压浆施工记录。4.3.5.7每次压浆结束，应立即对机具、阀门进行冲洗。4.3.5.8锚具压浆后应将其周围冲洗干净，梁端凿毛，切割外露钢束，安装堵头板；或进行钢筋绑扎后浇封锚砼。5、质量标准及质量控制5.1、选定梁体混凝土配合比时，除混凝土强度必须达到设计强度外，其弹性模量及最大水泥用量必须满足现行规范要求。5.2、钢筋、水泥、地材、钢绞线、锚具等原材料的检验与试验均按现行规范有关规定执行。5.3、千斤顶的标定应委托有资质的单位进行，标定的频率按现行规范及设计图纸有关规定执行。24 5.4、梁体预应力工程如预应力材料的保护、预应力材料的下料、预应力管道定位、预应力筋张拉、预应力孔道压浆等质量检查和质量标准按《公路桥涵施工技术规范》（JTJ041－2000）中预应力混凝土工程有关规定执行。5.5、梁体钢筋工程如钢筋加工、钢筋连接、钢筋网绑扎等质量检查和质量标准按《公路桥涵施工技术规范》（JTJ041－2000）中钢筋工程有关规定执行。5.6、梁体线形及断面尺寸标准按《公路桥涵施工技术规范》（JTJ041－2000）15.8.2条第2款表15.8.2-1悬臂浇注预应力混凝土梁质量标准执行。其控制方法是：在翼缘端头模板立模时每2米设置一个标准点，按此标准点立模，确保梁体线形，同时在桥面设置找平参照系统，确保梁体表面平整度及标高符合要求。5.7、为防止施工缝位置出现错台现象，模板包裹上跨箱梁长度不宜过长。混凝土浇注前应在施工缝位置设置后锚点，张拉锚固模板，使模板紧贴梁体6、机具设备7、安全措施24 支架施工均是高空作业，危险性很大，在施工中除严格遵守桥梁施工安全技术规程的有关规定外，还应注意以下几点：7.1、支架搭设过程中均需用起吊设备，利用起吊设备安装时要注意吊机位置，起吊高度，防止出现吊机倾覆事故；同时加强现场指挥，施工人员必须佩戴安全带。7.2、在施工作业现场及运输道路上，设置醒目的警示标志及各类操作规程和安全规则。施工区的人员注意安全，都必须配带安全帽、安全带和安全通行证。7.3、支架上应在梁端、栏杆断开处及上下人行梯挂好安全网。同时应配备消防器材，以防止电焊作业等原因可能引燃防雨遮晒篷布、安全网等易燃物而出现的火灾。7.4、浇注混凝土施工过程中，必须安排专人经常检查支架螺栓、砂筒、支撑托架及外模架关键受力杆件的状态。7.5、加强起重用千斤顶、钢丝绳等机具设备的维修养护，发现问题，及时处理。7.6、施工人员上支架前，必须经过培训。工作时间不得推搡打闹，酒后严禁上桥作业。7.7、随着箱梁的伸长，特别在夏季，箱体内应及时安装通风、降温、照明设备，以改善施工人员的工作环境。7.8、每浇完一跨箱梁，需对主梁支点处和跨中段连接螺栓进行检查，发现异常及时处理。7.9、张拉安全：7.9.1张拉现场应有明显警告标志，严禁非张拉工作人员接近，张拉两端设有安全防护措施，张拉千斤顶对面严禁站人，以防意外。7.9.2锚固后，严禁摸、踏、撞击钢绞线7.9.3工具锚、工作锚的夹片分别标示、存放和使用。7.9.4卸油管时，先松开解压阀，以免油压喷出伤人。8.环保措施1）施工机械注意保养，维修时防止油料洒落污染；2）废弃砼，清洗罐车、泵管的废水必须集中处理。3）经常对施工机械进行保养，尽量减少噪音污染。24 4）施工过程中的废弃物、边角料、包装袋等及时收集、清理、集中处理。9、效益分析以济南黄河三桥引桥箱梁施工为例，黄河三桥北岸河滩引桥上部施工由于采用了新型钢支架系统进行施工，缩短了施工周期，比使用滑移模架缩短了5天左右，接近满堂支架的施工周期，降低了施工成本。我们把碗扣支架施工和新型支架施工在方案的经济性、施工便宜性和技术性能等方面进行了对比分析。见表8-1。表8-1碗扣支架施工新型支架施工材料总重量632.5T（122540m）283.05T（包括横纵梁）施工工期15个月12个月材料来源租赁购买新购经济性154.4万元285万元购置费：93万元加工费：16万元施工便宜性需要大面积处理地基，约17980m2；不需要大面积处理地基，只需处理4200m2；需要大量人工搭设支架；搭设支架较方便，需用人工少；搭设和拆除需要较长时间。拆装时间较短；需要大量的人工和材料进行预压操作；只需要预压基础（可提前操作），可以节约时间和人力、物力；技术性能承载能力较弱；不适宜做较高的支架；截面大，承载能力大；设计成准模数，能够自由拼装成各种形式的支架，设计自由度较大；H形截面方便设计，利于设计各种连接；10、工程实例1)济南黄河三桥河滩引桥上部结构形式为等高度现浇预应力连续箱梁，其中北侧为10×46m，5孔一联。标准断面梁高为3.00m，全断面宽19.55m，标准梁段重约为1820T，首跨约2200T。采用该新型梁柱式支架配合行走式侧模系统进行施工，考虑到预应力张拉有龄期要求（至少7天），每孔施工周期计划为15天。该支架同时还运用在本项目索塔横梁施工和主桥岸侧钢箱梁的安装施工中。2)24 济宁梁济运河大桥西引桥上部结构为单箱三室直腹板预应力混凝土连续箱梁，采用该新型新型支架施工，提高了施工效率，缩短了施工周期，工程质量优良。24'