千斤顶加载挂篮荷载试验施工工法

'企业级工法申报书工法名称千斤顶加载挂篮荷载试验施工工法申报单位四川路航建设工程有限责任公司申报时间二0一0年十一月三日 千斤顶加载挂篮荷载试验施工工法四川路航建设工程有限责任公司田贵洪张剑宁1.前言在国内，大跨度桥梁采用挂篮悬浇成型施工工艺已比较普遍，作为桥梁施工的主要承重结构，挂篮的安全性至关重要。在悬浇结构施工前须对挂篮进行模拟荷载试验，以检验挂篮的承载能力和安全可靠性，进而消除非弹性变形并获得弹性变形规律，为挂蓝施工提供参考数据。通常对挂篮进行荷载试验主要是通过堆载的方法进行，此方法消耗大量的人力、物力，且加载期较长，已不适应本企业快节奏、高效益的施工发展需要。四川路航建设工程有限责任公司在雅泸高速公路C21合同段栗子树特大桥挂篮悬浇施工前采用千斤顶加载挂篮进行荷载试验的方法施工，现将该技术予以整理，形成工法，供本企业推广使用。图1.0.1千斤顶加载挂篮荷载试验施工图2.工法特点2.1节约大量人力、物力，加载可在地面或承台上操作，安全环保、缩短工期。2.2操作简便，加载数据准确，可对挂篮各重要节点、杆件及整体桁架结构直观验证其安全可靠性。2.3加载所用主要材料、设备可再利用。 3.适用范围本工法基本不受地形限制，特别是在高桥墩、山区地理环境中运用，其综合效果更显突出。本工法主要针对的是三角形挂篮承重结构，其他类型的挂篮荷载试验也可参照采用。4.工艺原理根据理论计算分析挂篮的受力情况，找出挂篮模板系统的受力分配点，利用受力分配梁连接钢绞线牵引至地锚，通过千斤顶施加荷载来完成对挂篮的荷载试验。挂篮主要受力节点可通过千斤顶与传力杆单独加载进行安全检验。挂篮主桁架、前支点、后锚、吊带、上下横梁及底板纵梁为主要受力部位，将挂篮模板的面受力简化为点受力状态，千斤顶施加的荷载通过钢绞线传递给分配梁再传递到挂篮底板各受力点，最终通过各吊带及横梁将荷载传递给挂篮主桁架并因前支点和后锚作用而平衡，从而检验各部件的安全状况。5.施工工艺流程及操作要点5.1施工工艺流程（见图5.1.1）YesNo挂篮系统受力计算与分析，找出模板系统受力分配点传力分配梁设计挂篮悬浇总体施工组织设计挂篮系统设计拼装挂篮安装节点传力杆与千斤顶节点荷载试验布置挂篮变形观测点安装挂篮整体试验加载系统分级加载挂篮变形观测构件状况观测完成试验、成果分析及整理投入使用分级卸载挂篮变形观测构件状况观测图5.1.1千斤顶加载挂篮荷载试验施工工艺流程图 5.2操作要点5.2.1三角挂篮加载试验方案设计1.三角挂篮结构形式（见图5.2.1）三角挂篮系统主要由纵梁、立柱、斜拉带、前上横梁、吊带、底板纵梁、内（外）滑梁、后锚、钢支点、内外模板等组成。挂篮主桁架、内（外）滑梁后端、后下横梁通过后锚系统锚固在已浇筑的混凝土上，前下横梁、内（外）滑梁前端通过吊带与挂篮前上横梁连接。a）三角挂蓝侧面b）三角挂蓝正面图5.2.1三角挂篮结构形式2.加载系统设计1）加载系统主要由地锚、千斤顶、传力分配梁、反力架、钢绞线及配套锚固装置等组成。2）地锚为加载的反力支点，其设置的位置和数量根据加载的大小、地形条件、千斤顶数量等因素综合考虑，一般可在承台上预埋；3）根据加载量大小、直接施加荷载点的布置情况综合确定千斤顶的型号与数量；4）传力分配梁的形式由面受力简化为点受力的数量及布置位置确定；5）反力架的形式根据加载量的大小及千斤顶、钢绞线位置并经受力计算确定；6）钢绞线及配套锚具的数量根据受力计算确定；7）节点传力杆的形式通过力学计算分析确定。3.挂篮斜拉带与立柱、纵梁之间受力节点的加载方案1）计算斜拉带需承受拉力的大小，确定传力杆的用材及截面形式；2）在主纵梁前端适当位置焊接千斤顶反力临时支座；3）安装传力杆、千斤顶并固定；4）施加荷载，检验节点、斜拉带的安全情况。图5.2.2斜拉带与节点组合试验施工图4.挂篮整体加载试验方案挂篮侧模、底模、内模上的荷载分别由前下横梁及内（外）滑梁前端通过吊带向挂篮前上横梁 传递，并由前上横梁将荷载传递给挂篮三角桁架承受，三角桁架又因后锚及支点作用而平衡。挂篮整体模拟荷载试验主要验证三角桁架、前上横梁、吊带、前下横梁、后锚及支点的组合受力安全情况。1）在0#块上对称拼装三角挂篮；2）将滑梁吊带延伸至底板前下横梁连接；3）确定前下横梁简化受力点位置并安装传力分配梁、钢绞线、反力架、千斤顶等加载系统；4）布置变形测量观测点在挂篮后锚、支点、前上横梁等部位（可根据情况增加或减少测点）布置变形测量观测点（如图5.2.3中Hi点）。水准仪安设在0#块中点，测量在逐级加载作用下各观测点的位移变化。图5.2.3挂篮变形观测点平面布置图5）加载与测量在桥墩两侧用千斤顶逐级（按计算荷载的20%、40%、60%、80%、100%）同步施加荷载，每级停留30分钟，进行挂篮主桁架、后锚、支点、前横梁等部位观察和变形测量，最大有效荷载按最重节段混凝土的1.3倍重量计。6）卸载与测量用千斤顶逐级（分别按计算荷载的80%、40%、0%）同步卸除荷载，每级停留30分钟，进行挂篮主珩、后锚、支点、前横梁等部位观察和变形测量。7）整理测量数据并进行分析，以判定挂篮的受力状况能否满足安全性及施工变形控制要求。5.2.2加载试验操作要点1.根据施工荷载的大小，系统分析计算挂篮主要构件受力及经简化的受力点位置，从而设计传力分配梁的结构形式，确定加载用钢绞线的数量、牵引点的位置与拉力大小，使其受力效果尽量与实际浇注混凝土时挂篮的受力情况接近。2.传力分配梁的受力点与简化计算所确定的底板受力点对应安装固定，计算确定传力分配梁用材，确保其具有足够刚度。3.挂篮整体施加荷载前，先选择重要杆件或节点单独试验，如三角挂篮的斜拉带与节点组合部份的试验等。4.设计张力端型钢锚固框架时，除考虑受力因素外还应综合考虑钢绞线的引伸量与千斤顶的行程，应设置行程锚具以利千斤顶换行程和卸载。5.挂篮整体荷载试验时，墩两侧千斤顶分级同步施加或卸除荷载，维持墩身整体受力不偏心，最大有效荷载按最重节段混凝土的1.3倍重量计。6.各级加载和卸载的间隔时间为30分钟，以确保挂篮在本级荷载作用下不再发生变形，然后进行后锚点、支点处、主桁架上下前横梁处的变形测量，同时检查各构件、节点的外观状况。 7.进行三角挂篮的斜拉带与节点组合部份的试验前，应计算出需施加的有效荷载数据，并采取临时固定拉杆等措施确保传力杆稳定。6.材料与设备施工主要机械设备见表6.0.1。挂蓝荷载试验主要机具、设备表表6.0.1序号名称规格型号单位数量备注1张拉端锚固框架片2单个重约160Kg2千斤顶2500KN台2含配套油泵等3传力分配梁型钢焊件片4单个重约600Kg4反力架型钢焊件片2单个重约1100Kg5节点传力杆型钢焊件根1单个重约500Kg6钢绞线Ø15.24吨1.580m墩高7水准仪PENTAX台19对讲机台47.质量控制7.1质量保证体系7.1.1质量管理机构成立以项目经理为组长、项目总工为第一副组长，各相关部门负责人组成的质量管理领导小组。质量管理的日常工作由项目总工领导，质检科组织实施。项目质量管理机构根据国家法律法规、工程合同文件及现行技术规范、规程，运行公司在该项目建立的质量·环境·职业健康安全整合型管理体系，通过在本项目开展员工质量培训、教育和技能练兵，建立健全项目质量管理制度，落实各级人员生产质量责任制，采取必要的质量管理措施和质量检查手段，确保工程质量。7.1.2质量保证措施坚持“百年大计，质量第一”的方针，按照IS09001标准和公路工程质量管理的特点，建立“五保证、四提高、三落实、二控制、一否决”的质量管理体系，制定完善的工程质量管理制度，采取保证质量的组织措施、管理措施和控制措施，控制工程质量，以实现工程质量创优的目标。1.工程质量的五保证思想保证，组织保证，技术保证，创优保证，经济保证。2.工程质量四提高提高质量第一的观点，提高为用户服务观点，提高预防为主的观点，提高用事实和依据说话的观点。3.工程质量三落实落实以工程质量为中心的项目经理承包制，落实每位职工对工程质量的责权，落实职能部门的岗位责任制。4.工程质量二控制 1）对施工中的每道工序实行监督控制，用不定期专检作保证。2）对工程质量不稳定的工序实行攻关控制，用动态分析、数据说话作保证。5.工程质量的一否决现场质量施工监督，把关控制人员相对独立，不受外来干预，有责有权，能行使质量一票否决权。7.2过程质量控制7.2.1挂篮严格按照《钢结构设计规范》GB50017-2003和《公路桥涵施工技术规范》（JT041/1-2000）的相关规定设计，挂篮用材严格按设计执行并选用正规厂家生产的合格型材。7.2.2加载用张拉设备必须符合每6个月或每200次或在使用中出现不正常现象或检修后（以先到为准）重新校验的强制性校准规定，确保加载数据准确。7.2.3承台的预埋反力支点满足受力需要，传力分配梁、反力架等的焊接质量符合规范要求。7.2.4严把材料质量关，确保各种材料符合相关规范要求。7.2.5挂篮拼装前应进行施工安全技术交底，确保施工人员熟知施工流程、操作要点及安全防范措施，严格按规定进行施工。7.2.6专人检查并确保钢绞线的锚固情况，以及传力分配梁、传力杆等受力部件的固定质量。7.2.7挂篮加载试验前完成各构件的力学分析与设计加工，科学制定荷载试验程序，并进行加载试验的安全技术交底。确保按规定进行试验。8.安全措施8.1安全保证体系8.1.1安全管理机构成立以项目经理为组长，各相关部门成员组成的安全生产领导小组。以项目经理为第一责任人，率领安全领导小组带动全体参建员工根据国家法律法规，运行质量·环境·职业健康安全管理体系，通过开展员工安全培训、教育和群众活动，建立健全各项安全管理制度，落实各级人员安全生产责任制，采取必要的安全管理措施和检查手段，促进安全生产。8.1.2安全技术保证措施1.通过传媒将公司在项目的安全管理方针、目标告知业主、监理、当地各级政府、主管部门及附近群众，便于相关方对本项目的安全监督。2.对参建员工（含临时用工）进行安全技术操作规程、规范要求、工作程序和有关制度方面的教育培训，实现生产制度化、规模化、程序化，对安全管理作出具体工作要求。3.制订现场安全生产的管理制度，建立施工现场安全日志和安全检查制度，实施安全技术三级交底，确定各级人员的岗位职责，全方位管理施工安全。4.经常巡视工地的工作情况，发现问题立即整改，杜绝事故隐患，严把安全关。5.加强协作，相互配合，发现存在事故隐患时，任何人都有责任及时提出，制止事故，保证有效实施安全管理。6.常开安全生产会，对施工现场进行安全检查的情况进行总结评述，查找不足，采取安全措施，保证顺利施工。7.增加安全防护投入，落实安全防护设施，配备必要的安全防护用具，购买防暑降温药品。做到组织上有保证，经济投入上有落实，杜绝安全事故的发生。8.2安全管理措施8.2.1进行施工临时用电及挂篮安全防护设计，加强用电管理并建立操作区防护体系（建立安全标志、安全防护措施、机械安全操作、物资的安全使用、安全教育和安全生产），做好防火、防洪和交通安全管理等工作，保证生产安全。 8.2.2施工现场设立可靠的避雷装置，遇六级以上强风、浓雾、雷电的恶劣气候后，禁止高空作业。8.2.3雨、雪天施工前及时清除冰、霜、雪，并采取可靠的防滑措施。8.2.4配备专职安全员，施工现场的张拉操作人员、电工、电焊工、机械工等特殊工种必须持证上岗操作，杜绝违章作业。8.2.5所有施工人员须佩戴安全帽，高处作业人员还需佩挂安全绳并穿防滑鞋。8.2.6千斤顶油泵操作人员应避开挂篮下方，无关人员远离施工现场，墩顶人员同墩下人员之间用对讲机保持联系；8.2.7分级加载或卸载时加强对挂篮等结构变形的观察，遇异常情况时立即停止加载，消除不安全因素后再继续施工。9.环保措施建立项目环保管理机构，根据国家法律法规，运行公司在该项目建立的质量·环境·职业健康安全管理体系，建立健全环保、水保管理制度和监察机制，落实各级人员岗位责任制。在施工期间通过对参建员工在环境保护和水土保持政策、法律、法规等方面的培训、教育，促进项目节能减排，减少环境污染，并防止发生重大环境污染事件。9.1硬化施工场地，设计临时排水设施并予以固化，出水口设沉淀池使污水经净化后排出。9.2本方案不需砂袋加载法所用砂袋的临时堆放场。加载所用的地锚直接用型钢埋设于承台，不需单独挖坑浇注混凝土地锚，节约了施工用地。9.3机械设备操作时，尽量减少噪声、废水、废气等污染，噪声控制按《建筑施工场界噪声限值》（GB12523-1990）的规定执行。9.4施工用原材料、半成品摆放均整齐有序，保持场地整洁。9.5千斤顶、油泵、机械设备定时保养，防止油污泄露。9.6焊渣、焊条头及废机油等废弃物均按规定回收处理，防止土质污染。10.效益分析10.1经济效益同挂篮堆载试验相比，采用千斤顶加载方法的挂篮荷载试验只需增加如传力分配梁、反力架、钢绞线等少量材料费用，这些结构部件加工和安装简便，且可再利用，大量节约了堆载所需的人工费用、配重材料和机械吊装等费用，并减少了材料堆放场地费用（见表10.1.1）。挂篮千斤顶加载同挂蓝堆载试验成本对比表表10.1.1序号挂蓝堆载试验成本挂蓝千斤顶加载试验成本名称单位单价数量合价名称单位单价数量合价1袋装砂袋39280/0.254600加载设备材料费t100006.9/2345002场地占用费元30003000张拉费台班40014003人工费元20280/0.228000吊装费台班3000130004机械转运费t528014005吊装费台班300026000合计元9300037900由上表可见，对挂蓝采用千斤顶加载试验所产生的成本 为37900元，比用堆载试验方案节约成本55100元，节约59%的试验费用，具有良好的经济效益。10.2社会效益挂篮千斤顶加载试验是通过地面千斤顶施荷，避免了堆载试验所产生的扬尘、土质污染，降低了吊装安全风险，做到了安全、环保，且加载试验过程时间短，节约了工期。11.工程实例由四川路航建设工程有限责任公司承建施工的雅（安）泸（沽）高速公路C21合同段栗子树特大桥地处雅安市石棉县栗子坪，桥梁全长2212米，桥梁上部结构为简支T梁+连续刚构，桥宽2×12.25m，其中连续钢构为跨沟谷设计，墩高85米，预应力混凝土箱型结构，采用挂篮悬浇施工形成，连续刚构桥跨结构组成为49.68m+2×82m+45.68m。悬浇箱梁共分13个节段逐节浇注形成，所用挂篮为三角形结构形式，挂篮承受的最大现浇段重量约110吨。采用千斤顶加载挂篮试验方案完成后，顺利测得挂篮及各结构部件的力学数据，鉴定了挂篮的安全性能。 栗子树特大桥三角挂篮节点荷载试验记录表试验目的通过对挂篮三角桁架片销节点与斜拉带的组合荷载试验，以检验销节点与斜拉带在计算最大受力情况下的实际安全状况。计算千斤顶须提供最大顶力（KN）3#顶（YDC1000型）对应压力表（358）读数备注900.050试验日期2009.8.17试验操作结论通过在立柱顶端和主纵梁销节点处焊接反力支撑，通过千斤顶与传力杆缓慢施加外力至900KN，停留10分钟观察销节点处、斜拉带有无异常状况。试验加载过程中和加载结束后，观察销节点处、斜拉带、焊缝及原材无异常状况，实际最大受力状况安全。 栗子树特大桥千斤顶加载挂篮荷载试验观测成果记录表日期：2009.08.19天气：阴，风力1-2级试验状态荷载持荷时间观测点位（雅安端挂篮mm)分析结论H1（左）H1（右）H2（左）H2（右）H3（左）H3（右）H4试验加载和卸载过程中，观察各受力部件无异常状况，实际受力状况安全，最大变形量在施工中可控，可以投入使用。加载0.000%　10080709793289090160KN20%30分钟118907096930890104320KN40%30分钟12310172101927888112480KN60%30分钟13811877105928889128640KN80%30分钟15213181107928889142800KN100%30分钟15713582108929890146累计变形量5612-258卸载640KN80%30分钟15113382108930890142320KN40%30分钟140119781079318911300.000%30分钟12810675104931891117累计弹回变形量-29-64-30累计计算弹性变形量前下横梁（边）前支点后锚点主纵梁前吊点　-6422 栗子树特大桥千斤顶加载挂篮荷载试验观测成果记录表日期：2009.08.19天气：阴，风力1-2级试验状态荷载持荷时间观测点位（泸沽端挂篮mm)分析结论H1（左）H1（右）H2（左）H2（右）H3（左）H3（右）H4试验加载和卸载过程中，观察各受力部件无异常状况，实际受力状况安全，最大变形量在施工中可控，可以投入使用。加载0.000%　533786119103990845160KN20%30分钟724387121103890858320KN40%30分钟855188121103890768480KN60%30分钟1037090122103790787640KN80%30分钟11982921251037908101800KN100%30分钟12387941261036907105累计变形量608-262卸载640KN80%30分钟12081931251038908101320KN40%30分钟9666911241039909810.000%30分钟935991125103991176累计弹回变形量-29-25-30累计计算弹性变形量前下横梁（边）前支点后锚点主纵梁前吊点　-2520'