桥墩与横系梁同步施工工法

'桥墩与横系梁牛腿托架同步施工工法中铁二局第一工程有限公司何寿海刘汉龙唐江唐丽茹周莉1.前言桥梁高墩设计时，需要在两墩柱间设置横系梁以增加墩身横向刚度，防止墩身横向失稳。高墩横系梁传统的施工方法有支架法、钢棒法和抱箍法等。钢棒法和抱箍法需要先将墩柱施工完毕，在墩柱上穿设钢棒或安装抱箍后安装系梁施工平台再施工系梁，即墩柱与横系梁按两道工序分开组织施工；支架法可采取墩柱与横系梁分开或同步施工，需将墩柱模型或墩柱混凝土施工完成后方能搭设支架。横系梁传统施工方法存在施工周期长、施工速度慢、施工工序繁琐等缺点，不能达到墩柱与横系梁同步、快速、简便的施工。在汕昆高速公路贵州境板坝（桂黔界）至江底（黔滇界）第一合同段桥梁下构施工中，课题小组通过对墩身及横系梁施工工序、模型结构进行深入研究，总结形成桥墩与横系梁牛腿托架同步施工技术，实现桥墩与横系梁同步、快速施工，加快桥梁下构施工进度，提高施工效率。通过该项目成功应用，总结形成此工法。2.工法特点2.0.1墩柱与横系梁同步施工横系梁利用墩柱模型作为支撑柱，改变传统方法依靠墩柱支撑的方式，实现墩柱和横系梁混凝土同步施工。2.0.2操作简便、施工进度快牛腿事先焊接在墩柱模型上，墩柱模型安装到位后，在牛腿上安装型钢搭设系梁施工平台，然后安装系梁底模、钢筋、侧模，同步施工墩柱、系梁混凝土，减少传统方法穿设钢棒、搭设支架安装系梁施工平台时间，操作简便、施工进度快。2.0.3施工成本底牛腿托架法施工横系梁从材料的投入上分析，较传统施工方案投入的材料费用低，同时横系梁平台材料可全部倒用于盖梁施工，材料的周转利用率高，施工成本底。3.适用范围本工法适用于公路和市政桥梁桥墩设有横系梁的施工。4.工艺原理双柱式桥墩与横系梁牛腿托架同步施工工法原理为：墩柱模型即作为墩身混凝土施工的外模又作为横系梁施工的支撑柱，同时承受墩柱混凝土、系梁及施工平台的施工荷载。事先在墩柱模型上焊接牛腿，墩柱模型安装就位后在牛腿上安装横系梁施工平台，安装系梁钢筋、模型，系梁混凝土和墩身混凝土同步浇筑；砼达到设计强度后，拆除系梁模型、托架平台、墩柱模型倒用至该墩位上一节墩柱和横系梁，同样方法完成上一节墩柱和上一道横系梁的施工，直至该墩位施工完成。5.施工工艺流程及操作要点5.1施工工艺流程见图5.18 图5.1施工工艺流程图5.2操作要点5.2.1牛腿施工牛腿设计：牛腿采用两根长500mm、200mm的[20a槽钢焊接成“口”字型；槽钢顶部安放垫板，采用200×200mm、δ=20mm钢板制作并与槽钢焊接,用来搁置千斤顶；焊缝间满焊。牛腿设计见图5.2.1-1。牛腿与墩身模型连接：牛腿与墩柱模型连接采取焊接方式，焊接在半圆形墩柱中间位置，竖向距模型顶1170mm（焊接位置由系梁托架平台千斤顶、工字钢、槽钢及系梁底模厚度确定）；牛腿长边与墩身模型竖向肋（墩身模型设计采用[80槽钢）焊接，焊接长度不小于400mm，焊缝厚度不小于5mm（经验算焊缝长度200mm能满足设计要求，安全系数按2倍考虑）；为加强模型结构的稳固，对牛腿连接处的一节墩柱模型的竖向肋与面板焊缝满焊处理。牛腿与墩柱模型连接见图5.2.1-2。图5.2.1-1牛腿设计图图5.2.1-2牛腿与墩柱连接图5.2.2墩柱钢筋模型安装1钢筋安装：墩柱钢筋在钢筋加工场集中加工，采用平板运输车运至施工现场，再采用吊车起吊安装就位；钢筋吊装前，在钢筋笼四周布设砼垫块，垫块按梅花形、不少于4个/m2布置。2模型制作与安装1)模型设计：墩柱模型设计为大块钢模、分节制作（节段长1.5m和2.0m），每节由8 两个半圆形组合。面板采用δ5mm钢板、横向连接法兰采用12mm钢板气割而成、竖向连接法兰采用75×8mm角钢、竖向加强筋采用80×8mm扁钢和8号槽钢（间隔设置）、水平筋板采用80×8mm扁钢；周边设置φ18mm、间距200mm螺栓孔,通过φ16mm螺栓连接。焊接要求：水平筋板双面焊接，筋板与面板之间断焊，距离150-200mm、焊接长度40-50mm。2)模型安装：按照墩柱设计高度，对模型进行现场组拼；墩柱模型按半圆形方式组拼，采用汽车吊车一次起吊安装就位。墩柱模型组拼时，根据系梁设计高程推算组拼模型高度，然后确定所需组拼模型模数（节数及节长度），并将事先焊接有牛腿的一节墩柱模型置于顶部。3)模型固定：墩柱模型采取缆风固定，在模型上部拉设三处（模型周边均分布设），设置角度45～60°,以保证模型稳定。墩柱模型安装完成后，在墩柱一侧安装定制的安全爬梯作为操作人员上下通行通道。安全爬梯沿墩柱竖向搭设，采用φ10钢筋、每间距5m在墩柱上固定一道，以保证爬梯稳定性；同时爬梯四周挂设安全密目网，采用扎丝严实绑扎在爬梯上，爬梯底部四脚采用10×10cm方木支垫，方木安放在实地上，以保证架体的稳定。现场安全爬梯搭设见图5.2.2-1。注意事项：必须在中部位置布设一道[8号槽钢作竖向加强筋，利于牛腿焊接；模型每处螺栓孔位置必须按照设计采用的螺栓进行连接，严禁漏连。图5.2.2-1安全爬梯搭设图5.2.3系梁托架平台安装托架平台由QLD50螺旋千斤顶（最大顶伸长度150mm，经验算32吨螺旋千斤顶能满足设计要求）、I45a工字钢（长度12m）和［14b槽钢（长度4m，考虑了两侧操作平台所需宽度）组成。系梁施工完后，千斤顶、工字钢和槽钢可用于盖梁施工，系梁托架平台兼做工人操作平台。墩柱模型按照设计位置校正后，安装系梁托架平台。具体操作步骤及要点如下：1千斤顶安装：先旋出千斤顶的螺旋杆，旋出长度7~10cm，然后将千斤顶安放在牛腿上；测量千斤顶螺旋杆顶部高程是否满足设计要求，若与设计高程有偏差，则调节千斤顶使螺旋杆顶部高程满足设计要求。2工字钢安装与加固：采用汽车吊车起吊工字钢，并将其安放在墩柱模型两侧的千斤顶上。工字钢的固定措施为分别在距工字钢两端3.9m位置采用φ20mm拉杆将其紧固在墩柱模型上。将工字钢固定完毕后，方能进行下道工序施工。3槽钢安装：槽钢采用汽车吊车起吊安装，在工字钢上按间距45cm均匀安放。系梁托架平台设计见图5.2.3-1，现场系梁托架平台安装见图5.2.3-2。8 图5.2.3-2现场系梁托架平台安装图图5.2.3-1系梁托架平台设计图5.2.4系梁模型钢筋安装托架平台安装完毕后，对高程、平面位置等进行检测，检查合格后进行下道工序施工。具体施工顺序为：横系梁底模安装→横系梁钢筋安装→横系梁侧模安装。系梁底模、侧模设计成大块钢模。底模安装完成后测量放样，进行系梁钢筋和侧模安装。具体见图5.2.4-1所示。横系梁底模安装完成后，及时安装操作平台。托架平台设计时，已将[14槽钢加长至4m，操作平台充分利用横系梁两侧的空余空间（每侧1.3m）设置；在平台槽钢上铺设厚12mm木板，槽钢端部竖向焊接长1.2m钢管，钢管中部、顶部横向焊接φ16钢筋，外侧挂设安全密目网。施工注意事项：为了便于上一节墩柱模型的定位连接及系梁模型的倒用，在系梁模型上再增加一节长度1.0m或1.5m的墩柱模型。增加一节墩柱模型的长度需根据施工的上一节墩柱的长度确定，同时注意墩柱钢筋下料时也随之加长。图5.2.4-1横系梁模型安装图8 5.2.5墩身系梁砼浇筑对模型垂直度、中线位置、墩柱模型加固、系梁平台加固等检验合格后，进行下道工序混凝土施工。混凝土在拌和站集中拌制，罐车运至现场，吊车起吊入模。模型内挂设串筒，混凝土对称、水平分层浇筑，层厚控制50cm，采用插入式振捣器捣固。混凝土采用土工布覆盖洒水养生，模型拆除后缠裹塑料薄膜养生，养护时间不少于14天。施工注意事项：为减小混凝土入模时产生的冲击荷载对托架平台的影响，系梁混凝土从两侧墩柱位置入模，并保证对称施工。5.2.6模型拆除待混凝土强度达到设计强度后进行模型拆除。模型拆除采取人工配合汽车吊车进行拆除，按照后支先拆、先支后拆的原则顺序进行，具体为横系梁侧模→横系梁底模及托架平台→墩柱模型。拆除后的系梁、墩柱模型就近倒用到该墩位上一节墩柱和横系梁的施工。横系梁、墩柱模型的倒用见图5.2.6-1，现场墩柱及横系梁施工完成图片见图5.2.6-2。施工注意事项：横系梁顶增加的一节墩柱模型保留不拆除，便于上一节墩柱模型的定位连接。图5.2.6-2现场墩柱及横系梁施工完成图图5.2.6-1横系梁、墩柱模型倒用5.3劳动力组织本工法需要的劳动力按钢筋制安、模型托架安装、混凝土施工等工序划分，需要劳动力见表5.3.1劳动力配置表。表5.3.1劳动力配置表序号工种人数（人）工作内容备注1现场负责人1现场指挥、协调2技术员1施工技术指导3试验员1试验检测4安全员1现场安全检查8 5吊车指挥员1吊车操作指挥6钢筋工6钢筋制作安装7模型工6模型、托架平台的安装及拆除8混凝土工4混凝土浇筑合计216.设备与材料6.1主要设备本工法需要的设备主要有：钢筋加工设备、模型托架平台安拆设备、砼拌制运输设备、砼捣固设备等。需要设备见6.1主要设备配置表。表6.1主要设备规格数量表序号设备名称规格单位数量(台)备注1砼拌和设备套12钢筋加工设备套13汽车吊车25吨台14砼罐车12m3台25插入式振捣器ZDN80台31台备用6.2主要材料本工法无特殊材料，使用的工程材料主要有：Q345钢筋，钢模型，QLD50螺旋千斤顶、I45a工字钢、[14槽钢。7.质量控制7.1质量控制标准双柱式桥墩与横系梁牛腿托架同步施工质量控制执行《公路桥涵施工技术规范》（JTGTF50-2011）相关规定标准。7.2质量控制要点经现场施工总结，双柱式桥梁墩身与横系梁牛腿托架同步施工质量控制要点有几个方面：7.2.1牛腿长边与墩身模型竖向肋（[80槽钢）焊接，焊接长度不小于400mm，焊缝厚度不小于5mm；肋筋与面板焊缝满焊处理（只针对牛腿连接处的一节墩柱模型），以加强模型结构的稳固。7.2.2必须在中部位置布设一道[8号槽钢作竖向加强筋，利于牛腿焊接；模型每处螺栓孔位置必须按照设计采用的螺栓进行连接，严禁漏连。7.2.3千斤顶安装完成后测量螺旋杆顶部高程满足设计要求，偏差控制在±10mm范围内。8.安全措施8.0.1墩柱系梁施工属高空作业，整个施工过程操作工人仍应按规定要求配戴安全帽、安全绳等安全设施。8.0.2施工工程中，搭设定制安全爬梯作为上下通行通道。安全爬梯沿墩柱竖向采用φ10钢筋、间距5m在墩柱上固定一道，以保证爬梯稳定性;同时爬梯四周挂设安全密目网，用扎丝严实绑扎在爬梯上，爬梯底部四脚用10×10cm方木支垫，方木安放在实地上。8.0.3托架平台工字钢采用φ20mm拉杆紧固在墩柱模型上，未固定完毕之前，不能进行下道工序施工。8 8.0.4横系梁底模安装完成后，及时安装操作平台，以保证后续工序的施工操作人员的安全。9.环保措施9.0.1施工便道采用洒水车洒水，防止扬尘。9.0.2混凝土浇筑完成后若有剩余，由拌和站调度人员统一安排处理，严禁随意倾倒在施工现场。9.0.3养护完成后，将覆盖的土工布、塑料薄膜集中收集堆放，避免其在施工现场随意飘散影响环境。10.效益分析10.1经济效益本工法不仅为墩柱与横系梁同步快速施工提供了技术支撑，而且创造了良好的经济效益，具体分析情况如下：本工法与支架法相比，从材料的使用上分析，两种方法只是在横系梁平台的支撑上使用不同的方式，本工法采用牛腿、千斤顶加工字钢方式、支架法采用满堂架作方式，上部平台使用的材料槽钢均一样；从施工时间分析，支架法施工需要先安装墩柱模型，然后搭设支架安装系梁施工平台再施工系梁，但本工法能实现墩柱模型安装完成后立即进行系梁施工平台的搭设，经现场实施情况统计支架法施工循环周期为9天，对比后一个循环本工法较支架法减少施工时间2天。与支架法相比，本工法节约成本费用4.24万元（针对本项目），节约施工时间约30%，成本费用分析见表10.1。本工法与穿钢棒施工方法相比，从材料的使用上分析，两种方法只是在横系梁平台的支撑上使用不同的方式，本工法采用牛腿加千斤顶方式、穿钢棒法采用钢棒加千斤顶方式，上部平台使用的型钢材料均一样（工字钢、槽钢）；从施工时间分析，穿钢板施工需要先将墩柱施工完毕后，再穿设钢棒安装系梁施工平台再施工系梁，即墩柱与系梁分两道工序组织施工，但本工法能实现同步施工，减少一道横系梁循环施工周期，经现场实施情况统计本工法施工循环周期（含砼养生期）为7天，穿钢棒施工循环周期为11天，对比后一个循环本工法较钢棒法减少施工时间4天。与穿钢棒法相比，本工法节约成本费用9.29万元（针对本项目），节约施工时间约50%，成本费用分析见表10.1。本工法与抱箍施工方法相比，从材料的使用上分析，两种方法只是在横系梁平台的支撑上使用不同的方式，本工法采用牛腿加千斤顶方式、抱箍法采用抱箍加千斤顶方式，上部平台使用的型钢材料均一样（工字钢、槽钢）；从施工时间分析，抱箍施工需要先将墩柱施工完毕后，再安装抱箍安装系梁施工平台再施工系梁，即墩柱与系梁分两道工序组织施工，但本工法能实现同步施工，减少一道横系梁循环施工周期，经现场实施情况统计本工法施工循环周期（含砼养生期）为7天，抱箍施工循环周期为11天，对比后一个循环本工法较抱箍法减少施工时间4天。与抱箍法相比，本工法节约成本费用11.25万元（针对本项目），节约施工时间约50%，成本费用分析见表10.1。表10.1成本费用比较表序号施工方案每道横系梁一套支撑体系材料费用（万元）拟投入数量（套）费用（万元）备注1支架法1.601219.202钢棒法1.571421.983抱箍法1.711423.94按1.6m墩径计算4牛腿托架法1.41912.698 本工法较支架法节约成本费用6.51万元、较穿钢棒法节约成本费用9.29万元、较抱箍法11.25万元。注：1.以上费用计算根据本工程所在地材料价格计算，上表不含工期节约的成本费用。2.上表投入套数根据本项目工期安排计算。10.2社会效益采用墩身与横系梁牛腿托架同步施工方法安全、质量可靠，且施工工艺简便、施工进度快、成本低，效益良好。本项目桥梁多、工期紧、施工任务艰巨，采用此工法安全、快速地完成了桥梁下部结构施工，迅速为上部梁体的铺架创造了工作面，保证了现场均衡施工，实现了业主既定的工期目标。施工期间，受到业主、监理单位的高度赞誉。11.应用实例汕昆高速公路贵州境板坝（桂黔界）至江底（黔滇界）第一合同段位于贵州省黔西南州册亨县境内，起点里程K1+226.480，终点里程K7+729.218，全长6.453公里，工程于2009年5月开工，2011年3月完工。该项目为全立交双向四车道高速公路，路基宽度26m，由桥梁工程、涵洞工程、路基及防护工程组成。其中桥梁6座，特大桥1座、大桥5座，桥梁长4.31km。桥梁下部设计为双柱式圆柱墩，墩间距6.7m（墩柱中心距），墩径分别为180cm和200cm，最大高度42m（涉及圆柱墩与横系梁同步施工的墩柱）；横系梁设计为1.2×1.6m、1.4×1.8m（宽×高）两种规格截面尺寸，砼数量分别为10.9m3和12.29m3（设计验算时采用截面尺寸较大的上系梁）；涉及圆柱墩与横系梁同步施工的墩柱302根/7728.4m、横系梁241道。经现场对墩身及横系梁施工工序、模型结构进行深入研究，确定双柱式桥墩与横系梁采取牛腿托架同步施工技术，完成该项目墩柱302根、横系梁241道同步施工。该技术施工安全、质量可靠，且施工工艺简便、施工进度快、成本低，效益良好。并通过在本项目桥梁工程中的应用，技术成熟可靠，除在本合同段全面推广应用外，已在全线其他合同段内推广使用。施工期间，本工法得到业主、监理单位的高度赞誉。8'