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38.3m宽幅大悬臂斜腹板箱梁挂篮设计与施工技术 于 2010年06月28日 发布 点击数:
一、工程概况及挂篮设计方案比选
1 工程概况
西江特大桥位于珠江三角洲经济区外环公路江门至肇庆段高速公路的g13标段,是江肇高速公路项目的关键性控制工程。
江肇西江特大桥主桥为(128 3×210 128)m四塔五跨连续的单索面预应力混凝土矮墩、矮塔斜拉桥,主桥长为886 m。主桥上部构造为对称结构,对称轴为中跨中心处的竖垂线。其结构为墩、塔、梁固接的五跨连续刚构体系。
主梁采用预应力混凝土结构,混凝土为c60混凝土。主梁采用变高度斜腹板单箱三室宽幅箱梁断面,其顶板宽为38.3 m。翼板宽8.15m,其中翼板后浇带宽5.15m。底板宽度从0#截面处的16m变化到16#截面处的19.072m,16#截面到30#截面底板宽度保持不变均为19.072m。跨中梁高为3.8 m,主塔根部梁高为6.8 m。
墩塔单侧悬臂浇筑分节数量为24节、长度为2×3.5m 22×4.0m。按全断面考虑,悬臂浇筑节段的最大重量达到432t,其中翼板重37t。有索区为7#~22#块,无索区为1~6#块、23#块、24块。每节段在距离前端1m处设一横隔板,无索区横隔板为中空环状设计,有索区为全封闭设计,对应横隔板位置翼板设横向加劲肋,斜拉索锚头置于横隔板处。
 
 
 
 
图1 箱梁结构图
2 挂篮设计方案比选
2.1挂篮结构形式选择
挂篮结构形式采用菱形挂篮,其受力结构体系为:后锚的拉力和悬浇块自重、挂篮底篮及模板自重等由吊带传至挂篮前端的作用力,通过前支点支撑相互平衡,达到挂篮整体稳定的状态;在稳定状态下,桁架各构杆件为二力杆,主要承受拉,压力。菱形挂篮结构简洁、受力明确,桥体硬化并达到足够的强度后,液压装置把挂篮向前推进,然后再浇筑新的一段桥体,施工方便。
2.2两种浇注方案比选
根据西江特大桥主桥箱梁构造特点,拟定两种备选挂篮浇注方案。
2.2.1方案一
翼板后浇筑方案:将箱梁结构分为主体和翼板两部分,挂篮施工中只浇筑主体部分及3m宽翼板,其余5.15m宽翼板作为后浇筑部分。
2.2.2方案二
全断面浇筑方案:将主桥箱梁主体部分和翼板部分在挂篮施工中一次浇筑成型。
可以解决现浇块与后浇块的龄期差问题,有利于控制线形及外观,有利于翼板实体结构质量的控制。
2.3 挂篮设计方案选定
经综合考虑及比选、设计院复核计算,满足受力情况下,选用全断面浇筑方案,箱梁主体部分和翼板部分一次性浇筑成型。这样能有效降低人员、设备、材料的投入,减少安全隐患,简化了施工工序、加快施工进度,有利于施工质量的控制。
挂篮设计基本参数:
1、挂篮主体结构按浇注砼块件最大重量为440t设计,采用4片主桁。
2、挂篮适应浇注砼块件长度2.5~5m,浇筑高度3.0~7.0 m,最大浇注顶板宽度38.3m、底板宽度19.072m。
3、挂篮起步长度规定:挂篮连体起步长度9m,分体起步长度14m。
4、挂篮采用间歇式前移,每行程1.1m,时间约2分钟。
二、大悬臂宽幅挂篮设计需解决的难点
箱梁选择整体一次性浇注以后,箱梁宽度达到38.3m,悬臂部分达8.15米,重量达到432吨,同时由于箱梁的斜腹板、存在横隔梁及翼板,挂篮浇注的宽度、重量、悬臂长等都达到了一个前所未有的要求,挂篮的设计难度大大加强。为保证挂篮的安全、便捷,需要解决一系列与常规挂篮不同的难题。
 
1 大悬臂宽幅挂篮设计需解决的难点
 
1.1 挂篮施工整体稳定性及扭曲变形问题
挂篮整体稳定性主要包含四片菱形主桁架结构体系的稳定性、前上横梁与后上横梁悬臂端的稳定性、移机时底篮的稳定性。如此宽的桥面(38.3m,翼板悬臂8.15m),如何保证挂篮浇注及移机时的整体稳定性?
箱梁翼板悬臂8.15m,翼板边缘距离斜腹板中心线为8.8m,则挂篮设计时前后上横梁悬臂较长,达到9米或以上。如何保证其不发生扭曲变形?
箱梁底板宽度从0#截面处的16m变化到16#截面处的19.072m,挂篮底篮宽度较大(后下横梁长达39.5m),移机时如何保证其不发生扭曲变形?
1.2 大悬臂翼板模板桁架受力及变形问题
翼板为大悬臂结构,且设置有加劲肋,斜腹板与翼板施工难度大,模板桁架受力及变形难控制。
1.3 挂篮移机的同步性问题
挂篮移机时桥面上各主桁架如何保证同步、挂篮上部与底篮如何同步?挂篮移机不同步将会引发一系列问题。
1.4 如何有效控制箱梁线型、防止混凝土结构开裂?
主桥箱梁采用全断面一次浇注,宽度达38.3m,一次浇注长度4m,施工过程中材料的性能、挂篮移动、施工荷载、预应力损失、孔道压浆、混凝土收缩及徐变、温度、湿度以及体系转换等因素将对箱梁的线形产生影响。
桥梁施工跨夏、秋、冬三季。夏季高温,受环境影响入模温度高,混凝土绝热温升高;冬季气温低,强度上升慢。箱梁钢筋、预应力管道、锚管等预埋件密集,存在倾斜面,致使砼振捣质量难以保证;箱梁顶板宽度达38.3m,此处砼容易开裂。
c60 高强混凝土早期自收缩大,易产生收缩裂缝。混凝土绝热温升大、芯部温度高、内外温差大、表面水分散失快,易产生温度裂缝。混凝土内部降温,外部保温、保湿协调困难。
1.5 如何组织大悬臂宽幅挂篮安装及施工安全“三同时”的跟进?
四个主墩箱梁施工同时展开,箱梁施工面临工期紧张、施工面广、挂篮底篮拼装难度大等特点。如何统筹安排工、料、机的投入?如何编排挂篮底篮拼装工艺?如何采取有效措施控制挂篮施工危险源?
 
三、箱梁施工
 
图12  主墩箱梁施工
1、箱梁混凝土悬浇施工的相关工艺
主梁为变高度斜腹板单箱三室宽幅脊梁断面,主梁顶板宽38.3m,悬臂长8.15m,两侧设5.15m宽后浇带,跨中梁高3.8m,主塔根部梁高6.8m,梁底曲线按1.8次抛物线变化。
箱梁混凝土悬浇施工包括箱梁外模、箱梁钢筋、预应力安装、内模安装、斜拉索锚管安装、混凝土浇筑施工、张拉压浆施工、斜拉索张拉施工、挂篮移机调篮施工等步骤。
1.1、主梁悬浇施工工艺流程
 
a 无索区节段施工工艺流程图
 
 
b 有索区节段施工工艺流程图
四、项目总结
挂篮是悬臂浇注施工的主要机具,据了解,如此大悬臂宽幅菱形挂篮一次性浇注成型在国内使用尚属首次。本特大型菱形挂篮在江肇高速西江特大桥主桥施工中成功使用,实现大悬臂宽幅箱梁整体一次性浇筑成型,能很好地控制桥梁线形及外观,混凝土质量得到更好的保证;
施工工期可控:通过对施工重要部位和关键工序进行优化设计,将传统的、单一文字表达方式等的技术交底改变为“一纸式”和视频及简单动画的技术交底。使各项施工工艺达到国内先进水平,提高挂篮的施工效率及安全性,大大缩短了节段工期,实现12-13天一个工期的目标。
节约了可观的成本:本特大型菱形挂篮的成功设计,优化前后上横梁及菱形主桁架、外侧模桁架等关键部位,单套挂篮重量约为180t(含模板),节约了大量材料;实现全断面一次性浇筑成型,箱梁与翼板同时浇注,解决了原设计的龄期差问题,大大减少了人员及设备材料的投入使用,缩短了全桥施工工期,节约了可观的施工成本。为同类桥梁施工积累了很好的施工经验。
 
五、主要技术创新点及推广应用价值
1  挂篮试验方法技术创新
挂篮试验是整个挂篮施工过程管理必不可少的一部分,是确保挂篮施工安全、减少挂篮的非弹性变形、获取弹性变形参数、得出压重与挂篮本身的变形关系、为挂篮施工和线性控制提供挂篮弹性挠度计算的可靠依据。
本项目挂篮试验抛弃水箱、沙包预压底篮整体试验或护筒支架试验方法等,采用主桁平面对拉、在0#块上预埋拉杆反拉加载整体试验,大大减少工、料、机的投入,缩短了试验时间,安全性更有保障。可为今后相关类似挂篮试验提供借鉴及参考。
 
2  挂篮标准化施工技术管理推广
本挂篮体积庞大,施工难度高。为快速、高效、准确地将技术要求及操作规程交底给工人朋友,我们将传统的、单一文字表达方式等的技术交底改变为“一纸式”和视频及简单动画的技术交底。
传统质量、技术、安全交底后,补充“一纸式”交底,将关键技术控制点尽量压缩在一张纸上,不仅能快速、清楚明了的表达技术和操作等控制点,也便于随身携带,以供及时查阅。
挂篮施工视频交底具体、生动、形象,通过对挂篮构造、移机、定位及安全要求等步骤进行分解,简单化、标准化,规范操作过程,工人一看就懂、一学就会,易于掌握。
施工过程形成以下标准化管理要求:
挂篮浇注前由工班、施工员、设备及安全员做好挂篮浇注前三检工作,整改落实不到位不准浇注混凝土。
挂篮移机前做好挂篮三检工作,检查整改完成后,由墩长担任总指挥控制挂篮前移,设备人员及安全员现场监督移机过程。工人操作定人定岗、责任明确。
挂篮施工是项目施工的重大危险源之一,如何将挂篮施工规范化、标准化,确保施工安全高效,是我们面临的一个重大课题。本项目在此做了一定的尝试,特别是在工人流动性频繁、熟练工人缺乏的大环境下,通过“一页纸”、视频交底能使工人易于接受和掌握。
这样的管理思路尝试,可为同类施工提供借鉴,推进挂篮施工向管理精细化、标准化发展。
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