牛腿支架现浇门式钢构帽梁施工工法

'牛腿支架现浇门式刚构帽梁施工工法工法编号：2011-24G工字06号完成单位：中铁二十四局集团南昌建设有限公司主要完成人：刘为民薛勇何国强杨昆1前言跨既有运营线的门式墩帽梁结构自重大、跨度大，通常采用钢桁梁进行施工。其支架主要由两部分组成：下部采用钢结构支撑（立式），上部采用钢结构桁架梁。中铁二十四局集团南昌建设有限公司在南昌枢纽向莆线引入工程D1K1427+303芦坑双线特大桥施工中，成功运用钢牛腿支架和贝雷片组装而成的钢桁梁组成的整体支架完成75#、77#刚架门式墩施工。由此总结出牛腿支架现浇门式刚构帽梁施工工法，提高了既有线施工的安全保障，丰富了门式墩的施工方法。以本工法关键技术之一《缩短门式墩钢牛腿支架安装时间》为课题的QC攻关成果，荣获2009年度江西省工程建设优秀QC小组一等奖。2工法特点2.0.1不需要对地基单独进行处理，节省了基础施工及强度保养需要的时间，加快了施工进度，降低了工程造价。2.0.2可以充分利用行车限界的上部空间，有效减小上部的钢结构桁架梁的跨度，降低了对桁架梁刚度要求，扩大了桁架梁的选择范围。2.0.3采用贝雷片组装的钢桁梁结构，可在现场分组拼装，减少了专用设备需求，可实现较大跨度梁的施工。2.0.4结构的主要受力构件预压方法简单可靠。施工工艺安全、简单、经济，推广价值高。3适用范围本工法适用于桥梁工程中跨越铁路、公路、河道、软土地基的现浇帽梁施工。且在高墩桥梁施工中，应用效果突出，经济效益显著。16 4工艺原理4.0.1充分利用门式墩柱，采用张拉精轧螺纹钢将钢牛腿用钢铰座附着在墩柱上，将帽梁及施工荷载通过上部桁架梁传递到分配梁，再传到钢牛腿上，最后传到墩柱上，使得整个结构系统满足施工要求。4.0.2当墩柱施工到预埋件标高位置时，预埋φ48mm的钢管，拆模后穿φ32mm精轧螺纹钢。安装铰座、张拉精轧螺纹钢、安装钢牛腿、横梁、贝雷纵梁，铺设10cm厚方木，铺设底模，绑扎钢筋、定位预应力管道、安装侧模、浇筑混凝土。当混凝土达到设计要求的张拉强度后，进行预应力钢束张拉，并及时压浆。压浆结束后，即可拆除模板及支架。4.0.3牛腿支架立面如图4.1所示。图4.1牛腿支架立面图16 5施工工艺流程及操作要点5.1施工工艺流程铺设方木及槽钢浇筑混凝土混凝土养生张拉灌浆拆除模板支架混凝土强度试验检测钢筋、钢绞线准备安装贝雷片钢桁梁制作底模冷却管、钢筋、钢绞线安装搭设钢管防护排架模板安装冷却管下料柱身养生安装牛腿安装槽钢横梁牛腿支架加固精扎螺纹钢张拉预埋件加工贝雷梁场外预压安装铰座测量定位安装预埋件浇筑门式柱混凝土牛腿放样焊接加工张拉设备准备、校检牛腿反顶预压检查图5.1牛腿支架现浇门式刚构帽梁施工施工工艺流程图16 5.2操作要点5.2.1安装预埋件当墩柱施工到预埋件标高位置时，预埋φ48mm的钢管、剪力销盒子及其它预埋件。按相应标高位置预埋，与墩柱钢筋固定形成整体。墩柱钢筋与预埋件位置相抵触时，可适当调整墩柱钢筋并采用等强方式进行替代。预埋件均固定牢靠，防止在混凝土振捣时发生偏移。施工中必须确保预埋件位置精确，使各预埋件的中心线在横向和竖向保持垂直。1剪力销盒子盒子口紧贴模板，下部采用φ20钢筋网片布置三层，网格间距10cm，宽度30cm，长度80cm,上下层间距10cm，固定在墩柱主筋上。剪力销盒子大样如图5.2.1所示。图5.2.1剪力销盒子大样图2预埋φ48mm的钢管为确保钢管相对位置准确，并且提高铰座底部混凝土的承压能力，在钢管的两端，采用45cm×25cm×1cm的钢板，中间按具体尺寸留φ50mm的洞，进行现场安装。5.2.2安装铰座、剪力销及钢牛腿拆模后进行穿φ32mm精轧螺纹钢、安装铰座、张拉精轧螺纹钢、安装剪力销、安装钢牛腿等工序施工。安装牛腿时，需要封锁既有线路。1墩柱浇筑完混凝土后，拆除模板，将I20a工钢与20mm钢板组成的剪力销插入矩形盒中，安装铰座。在铰座与混凝土面之间垫一层5mm厚的橡胶，以保护混凝土面不受损伤。若预埋钢板与混凝土面不平齐，则采用薄钢板进行支垫，保证铰座中心位置紧贴密实。2用φ32mm的精轧螺纹钢穿过预留钢管铰座固定在墩柱侧面，用千斤顶在铰座另一端张拉。上铰座每根精轧螺纹钢施加P=450kN的预应力，下铰座每根精轧螺纹钢施加16 P=400kN的预应力。张拉到位后，用扭力扳手将精轧螺纹钢螺帽拧紧，使精轧螺纹钢不出现回缩，精轧螺纹钢端头安装双螺帽。在施工中注意确保精轧螺纹钢在同一竖直线上，铰座孔中心在同一水平轴线上。3根据现场情况，用30t汽车吊吊装钢牛腿，人工配合精确安装，用I20a将每边4个牛腿横向连成整体，形成刚构体系。安装完后，逐个检查销子是否用卡子卡死，防止牛腿滑落。5.2.3安装槽钢横梁1安装槽钢横梁之前，要先对每侧4个钢牛腿用水准仪抄平。不在同一水平线时可在4个钢牛腿支点处采用钢板垫平，然后再进行槽钢横梁安装。槽钢横梁断面如图5.2.3所示。图5.2.3槽钢横梁断面图2用30t汽车吊将槽钢横梁吊装到位，人工配合放置在牛腿上，并与钢牛腿接触面进行焊接牢固，两侧采用钢支撑进行斜撑加强。3钢支撑由I20a工钢焊接在槽钢横梁两侧，钢支撑与横梁和牛腿焊接在一起，形成整体刚构。4在安装槽钢横梁时，需要封锁既有线路。5.2.4安装贝雷片钢桁梁1将贝雷片提前在墩柱侧面按相应要求每7片拼成一排，每3排为一联，采用450mm的标准贝雷支撑架进行连接，排距为225mm。贝雷片钢桁梁侧面图及贝雷片钢桁梁安装步骤分别见图5.2.4-1和图5.2.4-2。图5.2.4-1贝雷片钢桁梁侧面图16 图5.2.4-2贝雷片钢桁梁安装步骤图2在安装贝雷片分配梁时，采用不小于50t的吊车进行吊装，共需吊装6次。吊装过程需要封锁线路。3在每一联贝雷片（重7t）吊装到横梁上后，两头各采用2个6t导链进行临时固定，后吊装上去的贝雷片要及时与先吊装上去的贝雷片连接形成整体。5.2.5铺设方木及槽钢在贝雷梁顶部满铺一层塑料膜，再铺设10cm厚方木作为横向分配梁。每隔100cm铺设一根6m长的22a槽钢作为操作平台骨架，在距槽钢端部8cm（每根）和68cm（隔一根）处焊接一根钢管底座。槽钢用U字型卡扣与贝雷片连接在一起，上铺5cm厚木板。槽钢大样图见：图5.2.5。16 图5.2.5槽钢大样图5.2.6搭设钢管防护排架外侧搭设双排钢管防护排架，铺挂安全网。整个支架进行全封闭，防止杂物掉入铁路限界内部。1第一排立杆采用内径为4cm、高6m的钢管，连接在预先焊接在槽钢上的钢管底座，进行第一排防护架搭设。立杆间距为102cm，横杆间距80cm。第二排立杆采用内径为4cm、高4.5m的钢管，具体操作方法与第一排防护架相同。立杆间距为204cm，在高度超过2.0m后布置横杆，间距80cm。第一排与第二排在2m以上高度用钢管进行连接。2左右两侧防护钢管搭设好后，在防护架上部每隔2m设一根水平对拉钢管及斜撑将防护架连结成整体，加强钢管防护排架刚度。防护排架上挂设安全网，底部设30cm高的档板并与防护排架钢管用铁丝绑扎牢固。帽梁底模及防护支架立面布置见图5.2.6-1。帽梁底模及防护支架侧面布置见图5.2.6-2。16 图5.2.6-1帽梁底模及防护支架立面布置图16 图5.2.6-2帽梁底模及防护支架侧面布置图5.2.7铺设底模1由于底模标高与方木标高之间有一定的距离（65cm），施工中采用四周用砖围护，中间用砂子进行填满。16 2方木铺完后，按帽梁底宽砌筑砖块，每侧砌双排砖，每隔2m设一个加强墩，砖顶面标高比帽梁底标高低10cm左右。3砂子顶面与砖顶面设10cm左右厚的M10水泥砂浆，抹水泥砂浆时，考虑支架的变形量，跨中按贝雷片预压结果设置预拱度。4整个砂浆硬化后，在顶面采用10mm厚的大块竹胶板满铺，作为帽梁的底模。5.2.8现浇帽梁混凝土1钢筋、钢绞线、冷却管、侧模安装、混凝土浇注和预应力张拉的施工工艺采用制梁工艺。2在施工前在墩柱一侧用钢管搭设跑道架和一个承重平台。人员上下、零星小构件及材料的运输用跑道架，钢筋、砖等量大的构件通过承重平台转运到支架上。3浇注时安排专人重点观测模板中心预拱度的变化值，并与预压值进行比较，进行安全监控。5.2.9模板及支架拆除总体拆除步骤按照各部件安装顺序反向进行。1混凝土浇筑结束达到设计强度后，拆除帽梁的侧模，安装完吊蓝后拆除上面两层防护栏（保留立柱两侧的上下走行梯），所有的材料都转到帽梁顶上，放在端头使用吊机吊下来。2张拉压浆达到强度后，拆除底模竹胶板、砖块，移走砂子，转到施工承重平台上使用吊机吊下来。3拆除最后一层防护栏，贝雷片组装梁上竹胶板、方木，转到施工承重平台上使用吊机吊下来。4拆除槽钢，平移到承重平台，使用吊车吊移下来。5拆除贝雷片桁架梁，双线封锁。按安装时的相反顺序对贝雷梁进行分解，利用两个6T导链葫芦把贝雷片组装梁平行移出梁底，并用50T的吊车进行吊装移走。6拆除槽钢分配梁封锁单侧线路，在封锁前拆除牛腿间的联接件，使用钢丝绳捆绑固定好，封锁时使用吊车吊下来。716 牛腿拆除时单侧封锁线路，在封锁前作好精扎螺纹钢松张，除上下铰座各保留1组螺帽联接外拆除其余的螺帽联接件，保留的必须预先拆下打油，在封锁时拆除螺帽，使用吊车吊移牛腿。5.2.10支架预压由于该部位混凝土自重大，且位于既有铁路上方，若采用堆载预压，则需要长时间的封锁既有线施工，对既有线影响很在大，根本无法实现。因此，为减小对既有线运营的影响，确保施工安全及混凝土浇筑后的质量，对此部位的支架采用牛腿和贝雷支架分别预压。1牛腿预压安放预埋件——地基加固——细沙找平——铺枕木——垫钢板——安放液压千斤顶——加载——观测——卸载。牛腿预压正、侧面图：见图5.2.10。侧面正面图5.2.10牛腿预压正、侧面图1）安放预埋件：在承台以上墩身1.62m处安装剪力盒，钢管安放在剪力盒下端，钢管间距为0.16m。2）地基加固：在千斤顶的位置用片石及混凝土对地基进行处理。3）细沙找平:用细沙在承台上进行一次找平。4）铺枕木及垫钢板:枕木并排摆放在细沙上，并保持枕木顶面平整，用铁丝连接成一个整体，然后在中心位置摆放一块厚20mm钢板。5）安放液压千斤顶：为保证牛腿两端支点位置不变，将[40槽钢分配梁吊在牛腿下端,用两个100t液压千斤顶在槽钢分配梁底面进行顶压。16 6）加载：预压总重量按结构自重的1.2倍考虑（即7811÷8=976kN），加载过程按50%、100%、120%荷载加载。7）观测：密切注意各构件变形情况。8）卸载：卸载按加载反顺序。2贝雷支架预压贝雷支架预压流程：清理场地——用砂找平——搭枕木墩——垫钢板——安放槽钢分配梁——安放贝雷片——加荷载——观测——卸载。1）清理场地及找平：按77#贝雷支架跨度要求在支架位置用砂找平。2）搭枕木墩及垫钢板：采用纵横搭设，长4m×宽2.5m的枕木墩，保持枕木顶面平整并在木墩顶摆放一块钢板。3）安放槽钢分配梁：按77#支架跨度在钢板上摆放已加工好的槽钢分配梁。4）安放贝雷片：根据设计将贝雷片先组装，再吊放在槽钢分配梁上。5）加载：预压总重量按结构自重的1.2倍考虑(即11.38×26×22×1.2=7811kN)，加载过程按50%、100%、120%荷载加载。6）观测：在槽钢分配梁及贝雷片端部、跨中处共3个截面设置观测点，每个截面分别设置2个观测点，共计6个观测点。对观测点位的沉降量在加载之前观测。对统计的数据进行分析，确定出弹性变形量及非弹性变形量。结合检算资料中计算的挠度，分析确定出预拱度。根据确定出的预拱度采用高标号的水泥砂浆进行设置，以保证帽梁浇注完后达到设计要求。7）卸载：卸载按加载反顺序并观测。6材料与设备6.1材料6.1.1根据材料分析和施工进度计划的要求，编制材料需要量计划，为施工备料，确定堆放场地及组织运输提供依据。6.1.2搅拌站供应混凝土，保证混凝土拌合料的不间断供应。主要材料见表6.116 表6.1主要材料表材料名称弹性模量E（N/mm2）截面惯性矩I（cm4）截面抵抗矩W（cm3）截面积A（cm2）10×10方木9000833.3166.7100面板0.15×1.2×2.4350033.754528800[40C槽钢20600019711985.691.01贝雷片3×1.520600250497.23578.545000[32b槽钢2060008144.250955.1[10槽钢206000198.339.712.74I20a工钢206000237023735.55φ48×3.2钢管206000121.95.14.896.2机具设备主要施工机具设备见表6.2。表6.2主要施工机具设备表序号设备名称型号规格数量国别产地制造年份额定功率(kW)生产能力备注1发电机250GF1舟山2008250kW2钢筋切断机GQ40J1南京200783钢筋弯曲机GW40A1浙江2005124钢筋调直机GTJ-4/141杭州2006415对焊机UN1-1001上海20061006交流电焊机BX3-300-22上海20057搅拌机HZS-60m3/h1无锡200560m3/h8混凝土输送车三菱FV415JR型9日本200089泵车SY5313THB40D2无锡2003140m3/h10轮式吊车30t1江苏200330t11轮式吊车50t1江苏200650t16 12导链6t8浙江200813千斤顶100t2泰州200814压浆机BW100/5型1济南200815kW100L/min15穿心式张拉千斤顶YCW350B型2山西200816张拉油泵ZBI-630型2长沙2008637质量控制7.1质量控制标准施工时应严格执行以下标准、规范：《钢管脚手架扣件》（GB15831）；《钢结构工程施工质量验收规范》（GB50205-2001）；《建筑工程施工质量验收统一标准》（GB50300-2001）。7.2质量控制措施7.2.1施工控制1在施工中控制支架的焊接质量，焊缝采用超声波探伤检测。2铰座、牛腿、横梁等进行加工时，应检查焊缝是否满足规范和设计要求，各部位连接是否牢固。3张拉应严格按双控施工，精轧螺纹钢必须张拉到位。4压浆必须确保预应力束管道注浆饱满。5封孔混凝土及封锚混凝土必须插捣密实，外表颜色保证一致，做到内实外美。6严格按照跟踪检测、复检、抽检等三个步骤，对每个施工环节进行全面有效的质量监控，严格按项目质量保证体系操作。7.2.2焊接及焊缝要求1焊缝总体要求：焊缝宽度≥0.7d,且不得小于8mm。2分配梁上钢板与槽钢焊缝厚度不小于8mm。3牛腿之间采用I20a工钢横向焊接连接为整体，焊缝厚度不小于8mm。16 4牛腿所有杆件接触部位的焊缝必须确保不小于15mm，焊缝厚度均不小于10mm。5铰座采用破口焊和直角焊缝，焊缝厚度不小于最薄的钢板厚度，接触部位全部围焊。7.2.3预拱度的现场观测和监控1帽梁模板全部安装完毕后，按照支架预压所确定的预拱度，在帽梁两侧模板外侧，水平及竖直方向的中间位置分别弹一条墨线，在横向水平墨线处拉一根扎丝，与竖向墨斗线成90度相交。2在混凝土浇筑时，要适时观测横向墨斗线与扎丝的距离。并以观测数据与预拱度数据进行比较，以控制好混凝土灌注速度，必要时可放慢或停止混凝土灌注，防止模板竖向弯曲值大于预拱度。8安全措施8.0.1桥上施工时，必须保证梁上两侧各有一人进行安全巡视，避免桥上落物伤人。8.0.2张拉时应对现场的安全防护设施、张拉机具设备等进行全面检查，确认符合安全要求后方可进行张拉精轧螺纹钢。8.0.3贝雷片、槽钢横梁、钢筋等材料的吊装必须设专人指挥，且每次吊装前必须检查吊装机具是否正常运转，吊装作业时，吊装物下面不得站人。8.0.4浇筑混凝土前，应对混凝土泵送管、支架等进行全面检查，确保符合要求后才可进行混凝土浇筑施工。8.0.5浇筑混凝土及预压过程中，应设专人对支架的沉落量进行观测。9环保措施9.0.1对上部结构施工环境进行完全围蔽，不仅保证了施工安全，而且有效避免了施工垃圾的随意丢弃。9.0.2生产及生活污水采用渗井或其它办法处理后排放，建筑垃圾及时运往指定地点集中填埋。9.0.3精心保养施工机械，拌和机应具备良好的密封性并安装减震器和集尘装置，减少噪音、粉尘等对施工人员的影响。10效益分析10.1经济效益16 本工法节省了大型支架的基础工作量，减少了上部钢桁梁的刚度要求，节省了钢材用量，降低了配套吊机和运输机械的要求，经济效益显著；且本工法不用等基础处理的强度，有效缩短了整个工程的工期。10.2社会效益本工法在施工中完全实现了在既有线行车不施工，施工不行车的安全法则。对既有线没有任何扰动，不需要列车慢行，保证了列车平稳、安全的运行。10.3环境效益本工法在上部结构施工中进行了完全围蔽，不仅保证了下部行车的安全要求，同时也避免了建筑垃圾的随意丢弃。减少了大型安装设备的空气污染、噪音污染、柴油消耗，同时减少了临时工程，避免了大量钢材和混凝土的浪费在节能方面具有重要的意义。11工程实例我单位施工的南昌枢纽向莆线引入工程DK1427+303芦坑双线特大桥中75#墩、77#墩设计为刚架门式墩。75#墩跨越新建昌九城际铁路右线，与线路成20°角相交，结构净跨度为16m，帽梁长23.2m,宽3.2m，高3.55m,顶部0.5m高处设0.1m宽帽檐，顶面设3%排水坡。77#墩与京九线成25°角相交。左边承台距京九下行线中心最小为3.88m，右边承台距京九上行线中心最小为6.01米。左右幅净跨22m，帽梁长29.2m,宽3.2m，高3.55m,顶部0.5m高处设0.1m宽帽檐，顶面设3%排水坡，施工荷载近千吨。该工法于2009年8月应用于芦坑双线特大桥75＃、77#刚架门式墩，并获得了成功。预应力牛腿支架法施工在我公司是首次施工，科技含量高，填补了公司在这方面施工技术领域的空白，在桥梁门式刚构帽梁的施工中有广泛的推广应用价值。16'