大跨度鋼筋混凝土箱形拱橋支架施工技術

大跨度鋼筋混凝土箱形拱橋支架施工技術

徐溝大橋位于河南省宜馬市郊區(qū)，洛陽至大門高速公路k49.750公里。該橋橋孔布置為:9×20m+220m+4×220m,全長493.14m。主孔為等截面懸鏈線箱型無鉸拱,主要技術參數(shù)為:拱軸系數(shù)m=1.543,凈跨徑L0=220m,凈矢高f0=40m,矢跨比f0/L0=1/5.5。采用有支架現(xiàn)澆拱箱施工。220m大跨度鋼筋混凝土箱形拱橋采用有支架施工在我國目前尚屬首例。該橋支架采用軍用制式器材、萬能桿件、碗扣式支架并輔以方木、可調(diào)托撐等拼裝成拱形支架(圖1),多點卸架進行主拱圈脫架。主橋共需軍用制式器材2000t;萬能桿件1800t;碗扣式支架500t;方本650m3?？烧{(diào)托撐5600個。桿件型號達300余種。支架的拼裝拆卸工藝復雜,技術含量高,施工難度大,其質(zhì)量的好壞直接關系到支架的穩(wěn)定性,拱圈的線形控制,乃至該橋建設的成敗。1剛性整體形成形貌支架拼裝就是將各類桿件按設計要求進行聯(lián)結,最后形成剛性受力整體,頂端形成拱形。施工中要加強桿件之間的聯(lián)結,確保支架的穩(wěn)定性和安全性,避免支架非彈性變形過大。1.1混凝土施工質(zhì)量為了避免地基變形影響支架穩(wěn)定,該橋共設有8個片石混凝土澆筑而成的臨時支墩來支撐支架。臨時支墩的地基承載力要求≥600kPa,片石混凝土施工時要嚴格控制混凝土的質(zhì)量。相鄰墩之間標高誤差要求≤5mm,以防橫梁偏載;用于臨時支墩和支架連接的U型螺栓,預埋位置偏差要求≤3mm,預埋時采用鋼框架固定,頂面混凝土的平整度偏差要求≤3mm,以防支架支墩豎向偏移。1.2拼裝立柱的安裝支架拼裝前應對所有桿件進行質(zhì)量檢查,清除銹蝕、損壞、變形和尺寸不符的桿件。支墩、萬能桿件、碗扣式桿件采用4臺1.5t卷場機和6套倒鏈配套起吊、定位和聯(lián)結,軍用梁、縱橋向聯(lián)結系在地面上拼裝,用2臺50t起重機配合起吊,整體安裝;螺栓、螺母等小型物件采用2臺獨腳拔桿運輸。具體拼裝步驟如下。(1)墊梁安裝完畢后,測量各處中心是否正確,頂面是否平整,上、下兩層墊梁要正交,矩形對角線長度差≤5mm。(2)為避免高空作業(yè)多,拼裝立柱前即上滿接頭板。(3)立柱與墊梁間的螺栓連接,每個立柱8個螺栓,立柱與立柱間的螺栓每個連接處不得少于8個。螺栓要均勻涂抹黃油防止螺栓銹蝕呈脆性斷裂,每個螺栓派專人用力矩扳手檢測扭矩是否達到200～250kN·m,并做好每個螺栓的檢測記錄。(4)為保證立柱水平與垂直,下墊梁與立柱之間,立柱與立柱之間以及最下兩個節(jié)間的拉撐聯(lián)結時,均應過沖,安裝過程中應隨時檢查立柱的垂直與水平。(5)立柱安裝完畢后要緊接著安裝拉撐。(6)安裝最后一層的水平拉撐時,要注意保證立柱的垂直度和間距的準確,以免安裝上墊梁時出現(xiàn)偏差。(7)安裝過程中,如遇桿件錯孔而不能安裝聯(lián)結螺栓時,可用過沖糾正,如過沖糾正也不行,則應松開附近桿件若干螺栓,調(diào)整附近桿件的相對位置。(8)上、下方木的尺寸嚴格按設計施工,上方木的接頭應位于可調(diào)托撐內(nèi),上方木可按設計鋸成楔形,亦可用方木加上三角墊,嚴禁采用方木代替,以免模板處方木應力過大,下沉量大。(9)碗扣式支架應盡量放開可調(diào)托撐,以防落架量不足,如受尺寸限制,可調(diào)節(jié)桿件配置,利用可調(diào)底座調(diào)節(jié)。1.3弧形成1.3.1設計結構標志拱弧標高由公式:Hl=HS+Δy+Δe+Δue+Δf來確定。式中:Hl為拱架的立模標高(拱弧標高);HS為拱腹的設計標高;Δy為設計預拱度;Δe為拱架的彈性變形;Δue為拱架的非彈性變形;Δf為地基的彈性變形。拱架的彈性變形由拱架結構計算得到,拱架的非彈性變形,由預壓試驗獲得,地基彈性變形由地基計算獲得。1.3.2形成拱門根據(jù)各個部位拱弧標高的計算結果,逐個調(diào)整支架頂端的可調(diào)托撐直到標高符合計算要求,然后再拼裝拱圈模板并進行拱圈施工。1.4支架材料制備過程支架拼裝施工工藝流程見圖2。1.5支架壓和預壓測試1.5.1水平力作用失穩(wěn)在拱圈的施工過程中,整個支架中的碗扣式支架部分屬于薄弱環(huán)節(jié),即在水平力作用下容易失穩(wěn)。為了驗證支架拼裝方案是否合理,檢查碗扣式支架的安全、穩(wěn)定性能,在地面上模擬拱架上碗扣式支架搭設平臺,施加主拱圈混凝土相同荷載,通過檢測試驗來考查其穩(wěn)定性。(1)桿、桿間距模擬碗扣式支架由縱、橫向水平桿、豎桿及斜桿形成空間剛性體系,豎桿縱向間距為120cm,橫向間距為120cm;水平桿豎向間距為120cm,頂端設可調(diào)托撐?？紤]加載方便,橫擬支架設計為平臺,長10.8m,寬4.8m,高9.0m,見圖3。(2)預壓持續(xù)2d采用砂袋均布加載,最大荷載為1080kN,預壓持續(xù)2d;第3d施加斜力,拉力與水平夾角為36°,當斜拉力達到246kN時,支架外側一排豎桿脫離方木支撐,試驗結束。(3)支架安裝水平受精度豎桿受力不均,中間豎桿單根最大壓力為23.1kN,邊豎桿最大壓力只有14.0kN;水平橫桿與斜桿主要起力的傳遞作用,斜桿較水平橫桿壓力大;當水平力達200kN時,支架外側豎桿懸空,但通過計算,拱上碗扣式支架實際水平力不到100kN。通過試驗說明:支架設計方案是合理可行的;碗扣桿件的內(nèi)力儲備較大;支架是安全穩(wěn)定的。1.5.2支護預壓試驗支架拼裝完成后,為了驗證其整體受力性能,消除非彈性變形,掌握支架受力后彈性變形規(guī)律,在拱頂122排和133排立桿之間,利用堆放砂袋仿真拱圈混凝土施工加載過程對支架進行預壓試驗。(1)測量點的配置用表面鋼弦式傳感器作為測試元件。在軍用墩、軍用梁,上、下系梁上,共布設12個測點。(2)荷載作用下聚合式kn用砂袋對支架均布加載,每天加載約800～1000kN,加載總重為5700kN,按荷載2900kN、3940kN、5030kN、5700kN分4個階段進行測試。(3)桿件力學性能預壓過程中應力測試結果見表1所示:測量結果表明:隨著荷載增加,各桿件內(nèi)力逐漸增大,增大幅度規(guī)律性較強;各桿件內(nèi)力儲備較大,支架結構是穩(wěn)定安全的;最大加載時,拱頂支架最大豎向位移達5.6cm,卸載后的剩余豎向位移為3.1cm,由此可以推算出支架各部位在荷載作用下的變形規(guī)律。2調(diào)必須落架與調(diào)格的選擇主拱圈混凝土強度達到設計值的90%后,即進行主拱圈脫架。由于支架設計中采用可調(diào)托撐來調(diào)整標高和落架,其落架點多達5600個,因此,落架施工技術難度大。根據(jù)計算分析,確定卸架原則為:橫橋向必須同時均勻卸落,在縱橋向從拱頂向拱腳逐排卸落,并保持拱頂兩側對稱同步進行。2.1計算每個框架的拆卸總額各落架點卸落總量由兩部分組成,即主拱圈裸拱的彈性變形Δg與拱架的彈性變形量Δe之和,由計算可得,拱頂最大卸落量達9cm。2.2支架卸落過程許溝大橋支架設計中采用了碗扣式支架頂端設可調(diào)托撐,用以調(diào)整標高和落架。上、下半幅拱圈落架點各為2800個點(每排橫向10個可調(diào)托撐,縱向共280排),對于如此多的落架點,就不可能達到各點同步均勻地卸落。為了獲得一種合理的卸架順序,將拱架與主拱圈組成的復合體系用多種方法進行計算比較,以確定落架方案。支架卸落首先要使支架與拱圈脫離接觸,根據(jù)卸架原則制定支架卸落程序如下。第一步:卸落拱頂?shù)?號軍用墩至第5號軍用墩范圍內(nèi)的支架,125～133號桿卸落量3cm。卸落第3號(第5號)軍用墩至第4號(第6號)軍用墩范圍內(nèi)的支架,110～124號桿卸落量2cm,100～109號桿卸落量1cm。第二步:再次卸落拱頂?shù)?號軍用墩至第5號軍用墩范圍內(nèi)的支架,125～133號桿卸落量3cm。再次卸落第3號(第5號)軍用墩至第4號(第6號)軍用墩范圍內(nèi)的支架,110～124號桿卸落量2cm,卸落第1號(第6號)軍用墩至第3號(第8號)軍用墩范圍內(nèi)的支架,48～109號桿卸落量1cm。第三步:從拱頂開始到拱腳全部卸落各立桿,卸落量均大于3cm。要求模板與主拱圈完全脫離。根據(jù)落架過程中的測量結果,理論分析與實測值比較接近。落架方案是可行的。3拆除支撐主拱圈脫架后,即進行支架拆卸,支架拆卸與拼裝過程逆向,所用方法和設備一致。4成功實踐了支架技術在現(xiàn)澆支架施工中的可行性(1)支架的拼裝與拆卸施工,應制定完善的施工安全保護措