暴風(fēng)雨低溫下橋梁墩身施工控制技術(shù)

暴風(fēng)雨低溫下橋梁墩身施工控制技術(shù)

1冬施區(qū)的施工難點蘭新鐵路紅柳河至七墩段的電氣化改造工程是蘭新紅柳河至五西端的組成部分。該部門負責(zé)40公里的建設(shè)，包括2座特橋和2座大橋，總建筑面積為343450.61米，共有99座墩體。該工程2010年8月上場,2011年4月達到鋪軌的條件,在施工任務(wù)艱巨,施工工期如此吃緊的情況下,開展冬施是勢在必行。目前我國低溫環(huán)境下進行橋梁墩身砼施工的技術(shù)已很成熟,但在風(fēng)力強度達到十級以上、溫度-30多℃的氣候條件下進行冬季橋梁墩身施工在國內(nèi)未見相關(guān)文獻報道,沒有成熟的施工經(jīng)驗可借鑒。2在寒冷和低溫的寒冷環(huán)境下，橋梁扶手的結(jié)構(gòu)技術(shù)2.1腳手架安裝及搭設(shè)腳手架采用雙層鋼管搭設(shè),鋼管型號采用?48×3.5,鋼管自重G1=0.0384kN/m。腳手架縱、橫間距為1.2m,兩層腳手架之間距離為1.2m。鋼管之間采用扣件連接,立桿每隔3.6～4.5m之間設(shè)置一道剪刀撐。腳手架圍繞墩臺身全斷面搭設(shè)?？紤]所處地段位于煙墩風(fēng)區(qū),立桿需采取纜風(fēng)繩使其牢固。墩身連接部分加密為1m,步距為1.2m。2.2癱瘓誤差檢算方法2.2.1標(biāo)準(zhǔn)負荷參數(shù)作用于腳手架的荷載包括靜荷載、活荷載和風(fēng)荷載。2.2.1.腳手板抗壓強度(1)每米立桿承受的結(jié)構(gòu)自重標(biāo)準(zhǔn)值,本例為0.1538kN/m。NG1=每米立桿承受結(jié)構(gòu)自重標(biāo)準(zhǔn)值×H=1.63kN。(2)腳手板的自重標(biāo)準(zhǔn)值,本例采用竹串片腳手板標(biāo)準(zhǔn)值為0.350kN/m2。NG2=腳手板的自重標(biāo)準(zhǔn)值×n1×La×(Lb+k)/2=4.19kN,其中,n1為腳手板共鋪層數(shù),本例取2;La為立桿橫距,本例取1.2m;Lb為立桿縱距,本例取1.2m;K為腳手架離墻距離,本例為2m。(3)欄桿與擋腳手板自重標(biāo)準(zhǔn)值,本例采用竹串片腳手板標(biāo)準(zhǔn)值為0.140kN/m。NG3=欄桿與擋腳手板自重標(biāo)準(zhǔn)值×n2×La=0.336kN,其中,n2為腳手板同時工作層數(shù),本例取2。(4)吊掛的安全設(shè)施荷載,包括保溫篷布(內(nèi)外兩層篷布,中間為兩層棉氈),標(biāo)準(zhǔn)值0.018kN/m2。NG4=吊掛的安全設(shè)施荷載×La×H=0.229kN。經(jīng)計算得到,靜荷載標(biāo)準(zhǔn)值NG=NG1+NG2+NG3+NG4=6.38kN。2.2.1.外立桿保溫帶為施工荷載標(biāo)準(zhǔn)值產(chǎn)生的軸向力總和,內(nèi)、外立桿按一縱距內(nèi)施工荷載總和的1/2取值。腳手架結(jié)構(gòu)自重:GK1=10.6m×0.149kN/m=1.58kNGΚ1=10.6m×0.149kΝ/m=1.58kΝ剪刀撐自重:GK2=0.0384kN/m×(1.22×1.22)???????????√×7=0.387kNGΚ2=0.0384kΝ/m×(1.22×1.22)×7=0.387kΝ外立桿保溫棉被自重(腳手架外圍全封閉):GK3=1.2×0.018×(14.4×10.6×2+8.8×10.6×2+14.4×8.8)=13.36kN竹串片腳手板自重:GK4=1/2×1.2×1.2×4×0.14+0.14×1.2×4=1.07kN架面施工荷載:QK=1/2×2×1.2×2kN/m2×1.2=2.88kNN外=1.2(GK1+GK2+GK3+GK4)+0.9×1.4QK=23.3kNN內(nèi)=1.2(GK1+GK4)+0.9×1.4QK=6.8kNNQ=1/2×(N外+N內(nèi))=15.1kN2.2.1.u3000風(fēng)荷載風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值應(yīng)按照以下公式計算:ωk=βz×μz×μs×ω0其中,βz為腳手架規(guī)范編制時,考慮到腳手架附著在主體結(jié)構(gòu)上,故取βz=1;μz為風(fēng)荷載高度變化系數(shù),按照《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》(GB50009-2001)的規(guī)定采用,地面粗糙度本例地處戈壁沙漠取A類,差表7.2.1:μz=1.38;μs為風(fēng)荷載體型系數(shù),μs=0.920;ω0為基本風(fēng)壓,按歷史最大風(fēng)力13風(fēng)計算,v=0.84×FΛ(3/2)=0.84×13Λ(3/2)=39.3s/m,ω0=1/2ρv2=γv2/(2g)≈v2/1600=39.32/1600=0.97kN/m2。經(jīng)計算得到,風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值:ωk=βz×μz×μs×ω0=1×1.38×0.92×0.97=1.23kN/m2考慮風(fēng)荷載時,立桿的軸向壓力設(shè)計值:N=1.2NG+0.9×1.4NQ=26.68kN風(fēng)荷載設(shè)計值產(chǎn)生的立桿段彎矩:MW=0.9×1.4ωklah2/10=1.97kN·m其中,ωk為風(fēng)荷載基本風(fēng)壓值(kN/m2);la為立桿的縱距(m);h為立桿的步距(m)。2.2.2鋼管立桿抗壓強度計算方法計算截面面積δ=NφA+MWW≤[f]δ=ΝφA+ΜWW≤[f]其中,N為立桿的軸心壓力設(shè)計值,N=26.68kN;φ為軸心受壓立桿的穩(wěn)定系數(shù),由長細比l0/i的結(jié)果查表得到0.386,i為計算立桿的截面回轉(zhuǎn)半徑,i=1.580cm,l0為計算長度,由公式l0=kμh確定,l0=1.94m,k為計算長度附加系數(shù),取1.155,μ為計算長度系數(shù),由腳手架的高度確定;μ=1.403,h為步距,取1.2;A為立桿凈截面面積,A=489.000mm2;W為立桿凈截面模量(抵抗矩),W=5.080cm3;MW為計算立桿段由風(fēng)荷載設(shè)計值產(chǎn)生的彎矩,MW=1.97kN·m;δ為鋼管立桿受壓強度計算值;[f]為鋼管立桿抗壓強度設(shè)計值,[f]=205.00N/mm2。經(jīng)計算得到:δ=1000N/(?A)+MW106/1000W=180.13N/mm2考慮風(fēng)荷載時,立桿的穩(wěn)定性計算δ≤[f],滿足要求。2.3擋墻效果鋼身份證考慮到所處施工地段的強風(fēng)偶發(fā)性及夾帶龍卷風(fēng)情況的發(fā)生,腳手架兩側(cè)對稱設(shè)置攬風(fēng)繩穩(wěn)定架體。攬風(fēng)繩選用鋼絲繩,繩直徑不小于2mm。15m以下設(shè)置一組攬風(fēng)繩,每增加10m加設(shè)一組攬風(fēng)繩,每組4根,攬風(fēng)繩與地面夾角在60°至45°之間,下端與地錨相連。3制作整體材料安裝考慮到所處施工環(huán)境氣溫低達零下34℃以及13級大風(fēng)的高寒地區(qū),故保溫大棚的保溫材料采用內(nèi)外兩層篷布,中間為兩層棉氈,尺寸根據(jù)現(xiàn)場墩高進行調(diào)整,保溫材料采用12m×10m。制作時兩塊保溫材料的連接端錯開5cm預(yù)留孔眼,同時眼距錯開2cm,確保兩塊材料之間的鏈接以及連接防止大風(fēng)的貫入,保溫材料盡量確保迎風(fēng)面為一整體材料。保溫保濕棚布搭設(shè)在雙排腳手架的外側(cè),搭設(shè)時先從墩頂開始固定,然后依次將四周的篷布鎖定。兩塊材料進行鏈接時需注意將順風(fēng)方向的篷布放在上層,已確保綁扎后的篷布不被大風(fēng)撕開。將保溫棉氈整體綁扎初步固定后,沿墩身縱橫方向每2m一道用鋼管對保溫棉氈進行再次加固,鋼管間通過扣件進行固定,使縱橫向鋼管鏈接成一個整體。施工時先將墩頂鋼管按預(yù)定方案布置,其次依次將四周鋼管與頂部鋼管用碗扣進行鎖定。待上部加固完成后,在保溫篷布加固鋼管的底部四周用鋼管再次進行加固,同時增加掃地桿對底部一周鋼管進行最終加固。最后就近利用墩身四周的基坑開挖土方對保溫棉氈的四周進行覆蓋加固。4混凝土質(zhì)量保證措施4.1倉暖棚至粉碎機拌和站采取用彩鋼板進行全封閉包封,范圍從料倉暖棚至攪拌機。攪拌機下的罐車通道采用推拉門形式,攪拌站內(nèi)采用暖氣片散熱保溫,并在棚內(nèi)加設(shè)火爐,確保拌和站內(nèi)溫度控制在10℃左右。4.2材料的保溫(1)暖棚內(nèi)硬化加熱砂石料場搭建暖棚,采用棉篷布覆蓋,防止積雪和大風(fēng)侵襲,在暖棚內(nèi)對砂石料進行加熱。暖棚內(nèi)進行場地硬化,在片石砼的基礎(chǔ)上方沿暖棚四周布設(shè)暖氣片,同時在棚內(nèi)加設(shè)火爐對暖棚進行加熱。在暖棚內(nèi)安設(shè)溫度計,拌和站值班人員定時對溫度進行記錄,隨時保持與鍋爐房的聯(lián)系,確保棚內(nèi)溫度≥10℃。(2)對生產(chǎn)用水池進行連接在2臺750攪拌機左右兩側(cè)與水泥罐之間砌筑蓄水池,用于生產(chǎn)用水水池,砂石料暖棚內(nèi)地?zé)嵴羝c生產(chǎn)用水池連接,對水進行加熱;另在蒸汽鍋爐房旁砌筑一個加熱水池,通過蒸汽對水池進行加熱,同時加熱水池的熱水分別供向兩個生產(chǎn)用水池,對生產(chǎn)用水池水溫進行調(diào)控,并保證生產(chǎn)用水池?zé)崴恼９?yīng)。在生產(chǎn)用水池內(nèi)安設(shè)溫度計,確保生產(chǎn)用水池內(nèi)水溫在30～80℃之間。4.3混凝土出機溫度(1)嚴(yán)格按照冬施配合比生產(chǎn)混凝土。(2)為確保混凝土的出料溫度和入模溫度,拌和料須采取加熱處理。水加熱溫度不宜高于80℃,水泥嚴(yán)禁加熱。當(dāng)拌制的混凝土出現(xiàn)坍落度減小或發(fā)生速凝現(xiàn)象時,應(yīng)重新調(diào)整拌和料的加熱溫度。混凝土攪拌時間宜較常溫施工延長50%。(3)每隔2h進行溫度記錄,并根據(jù)溫度控制加熱器加熱速度。混凝土出機溫度必須≥10℃,每臺班對混凝土出機溫度至少記錄4次,以便及時調(diào)整。(4)冬季施工混凝土按規(guī)范應(yīng)較常溫至少多留置2組同條件養(yǎng)護試件,根據(jù)同條件養(yǎng)護試件結(jié)果確定保溫及拆模時間。4.4預(yù)處理混凝土質(zhì)量分?jǐn)?shù)(1)提前對混凝土運輸罐車的水泥罐外部以及泵車包裹保溫棉篷布,使用前罐車內(nèi)用30℃以上熱水沖冼進行預(yù)熱,保證整個運輸過程混凝土拌和物溫度損失小于5℃。(2)須確?；炷吝\輸罐車通行順暢,縮短混凝土運輸時間。(3)認(rèn)真做好溫度記錄,供試驗室參考。到達施工現(xiàn)場混凝土入模溫度必須≥10℃,隨時進行抽查。(4)當(dāng)?shù)缆烦霈F(xiàn)結(jié)冰和積雪時,罐車輪胎安裝防滑鏈。4.5模板溫度控制混凝土灌筑前,對模板升溫,盡量減少混凝土同周圍環(huán)境的溫度差,混凝土入模溫度必須在5℃以上,在暖棚生火爐8～10個,在混凝土施工前提前升溫,保證混凝土施工時模板溫度在10℃以上?；炷料铝喜捎弥睆?5～40cm串筒,串筒壁厚2～3mm,混凝土采用插入式振搗并分層連續(xù)澆筑,分層厚度30cm左右。5混凝土結(jié)構(gòu)的拉應(yīng)力大體積混凝土結(jié)構(gòu)在施工初期,由于水泥水化熱的產(chǎn)生,內(nèi)部溫度比外部溫度升高快,混凝土體積膨脹大,從而在結(jié)構(gòu)表面產(chǎn)生拉應(yīng)力;在后期降溫過程中,由于受到基礎(chǔ)或混凝土的約束以及混凝土內(nèi)部溫差的約束,在混凝土結(jié)構(gòu)中也會產(chǎn)生拉應(yīng)力;嚴(yán)寒季節(jié)混凝土表面溫度驟降而產(chǎn)生很大收縮變形,再加上因混凝土施工質(zhì)量的不均勻性,受到內(nèi)部的約束而產(chǎn)生很大拉應(yīng)力。特別是在寒冷地區(qū),裸露在大氣中的混凝土結(jié)構(gòu),如果混凝土表面沒有采取任何保溫措施,則由于晝夜溫差和寒潮引起的溫度應(yīng)力導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)十分容易開裂。因此,保溫棚內(nèi)的保溫控制措施是十分關(guān)鍵的。5.1暖棚表面系數(shù)保溫棚搭設(shè)面積為14.4m×8.8m,棚高10.6m。暖棚單位面積的耗熱量采用Q1=3.6MbKβ(Tb-Ta)計算。其中,棚內(nèi)溫度Tb取10℃,暖棚外大氣溫度Ta取-34℃;暖棚散熱系數(shù)β取1.8。暖棚表面系數(shù):Mb=[(2×14.4×10.6+2×8.8×10.6+14.4×8.8]÷(10.6×14.4×10.6)=0.382m-1。暖棚結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù):k=10.43+δλ=10.43+0.020.06=1.31w/(m2?K)k=10.43+δλ=10.43+0.020.06=1.31w/(m2?Κ)則Q1=3.6×0.382×1.31×1.8×44=143(kj/h·m3)單位體積暖棚需要供熱量:Q=Q1×10.6×14.4×8.8=192082(kj/h)=45865Kcal·h暖棚內(nèi)每小時耗煤量:45865÷7000≈6.5kg·h5.2圍溫度的確定暖棚內(nèi)部采用火爐加熱養(yǎng)護,在模板周圍升火爐,保證模板周圍溫度在10～15℃。具體布置為,沿線路方向左側(cè)擺放兩個煤火爐,右側(cè)擺放兩個煤火爐,沿線路前后方向各擺放一個煤火爐。六個煤火爐采用鋼板加工而成,煤火爐的燃料采用焦炭。5.3棚內(nèi)溫度與溫濕度過渡為確?；炷翝仓r的質(zhì)量,在澆筑前24h對保溫棚進行升溫,使?jié)仓暗呐飪?nèi)溫度達到10℃以上。在距離火爐最遠處懸掛分上、中、下三層懸掛溫度計,每層不少于4個,每隔2個小時進行溫度記錄,并根據(jù)溫度控制加煤速度,確保棚內(nèi)溫度始終≥10℃。為確保棚內(nèi)的濕度,在每個火爐上添加一個水鍋,安排專人續(xù)水?；炷翝仓戤吅?養(yǎng)護期間混凝土的表面溫度與環(huán)境溫度之差不宜大于20℃。采取逐漸減少煤火爐的辦法進行棚內(nèi)溫度與環(huán)境溫度的過渡。根據(jù)試驗室試塊強度報告,試塊強度達到設(shè)計強度的40%后,開始減少兩個煤火爐,保持一天后,再減少兩個煤火爐,使棚內(nèi)溫度逐漸過渡到棚外的環(huán)境溫度,防止混凝土表面產(chǎn)生裂紋。6橋梁墩身保護系統(tǒng)在高寒地區(qū)強風(fēng)低溫環(huán)境下,通過對橋梁墩身腳手架搭設(shè)、墩身保溫保濕大棚的搭設(shè)、混凝土質(zhì)量保證措施、棚內(nèi)的保溫保濕等關(guān)鍵技術(shù)進行控制,保證了橋梁墩身混凝土的質(zhì)量。采用的強風(fēng)低溫環(huán)境下橋梁墩身保護