跨既有線連續(xù)梁“零”號(hào)塊預(yù)應(yīng)力三角托架施工工法

1、<p>　　跨既有線連續(xù)梁“零”號(hào)塊預(yù)應(yīng)力三角托架施工工法</p><p>　　中鐵十一局集團(tuán)第一工程有限公司</p><p>　　李曉波 陳林生 曾國(guó)升</p><p><b>　　1 前言</b></p><p>　　石武客?？绾衔涮卮髽蚴鞘淇瓦\(yùn)專線的重難點(diǎn)工程之一，該橋主跨跨麻漢鐵路連續(xù)梁施工安全

2、風(fēng)險(xiǎn)高、工期要求緊。中鐵十一局通過研制連續(xù)梁“零”號(hào)塊預(yù)應(yīng)力三角托架施工工藝，實(shí)現(xiàn)了高墩連續(xù)梁“零”號(hào)塊安全、快速施工，技術(shù)先進(jìn)，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益和環(huán)保節(jié)能效益。經(jīng)查新，該工藝新穎，2012年6月《跨既有線連續(xù)梁“零”號(hào)塊預(yù)應(yīng)力三角托架施工技術(shù)》通過了科技成果評(píng)審，總體技術(shù)達(dá)到了國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平。為便于推廣應(yīng)用，我們將該施工技術(shù)進(jìn)行總結(jié)、整理、形成本工法。</p><p><b>　　2 工法特點(diǎn)

3、</b></p><p>　　2.0.1節(jié)省材料。預(yù)應(yīng)力三角托架施工時(shí)，墩身內(nèi)只需要預(yù)留穿精軋螺紋鋼的孔和把精軋螺紋鋼連成整體的鋼板，這大大減少了預(yù)埋件的數(shù)量，節(jié)省了材料。</p><p>　　2.0.2有效保護(hù)成品。施工完畢后，墩身內(nèi)預(yù)埋件可拆卸，不存在預(yù)埋件的切割，不損傷墩身混凝土。</p><p>　　2.0.3降低成本。預(yù)應(yīng)力三角托架的桿件全部采

4、用高強(qiáng)螺栓進(jìn)行拼裝，運(yùn)輸及拆卸非常方便，可循環(huán)利用多次，提高了托架的利用率，降低了工程成本。</p><p>　　2.0.4安全性能高。預(yù)應(yīng)力三角托架受力非常好，力學(xué)結(jié)構(gòu)非常合理，安全性能非常高，由于各個(gè)節(jié)點(diǎn)均采用高強(qiáng)螺栓進(jìn)行連接，加強(qiáng)了三角托架的整體性。</p><p>　　2.0.5施工方法簡(jiǎn)單，施工環(huán)境限制小，不干擾既有線行車。</p><p><b&g

5、t;　　3 適用范圍</b></p><p>　　本工法適用于所有的公路、鐵路、市政等工程連續(xù)梁高墩“零”號(hào)塊的施工。尤其適用于因場(chǎng)地限制不能采用鋼管支架方法施工零號(hào)塊的工程。</p><p><b>　　4 工藝原理</b></p><p>　　橋墩施工時(shí)在橋墩頂部根據(jù)計(jì)算好的三角托架的位置，用直徑50mm的鋼管進(jìn)行預(yù)留孔設(shè)置

6、，并把定位鋼板按設(shè)計(jì)位置預(yù)埋到墩身內(nèi)，在預(yù)埋鋼板下部預(yù)埋“U”型螺栓，用來安裝“П”型加強(qiáng)小牛腿。墩身施工完畢后，將“П”型小牛腿用螺栓安裝到預(yù)埋的“U”型螺栓上，同時(shí)將精軋螺紋鋼穿入預(yù)留的孔內(nèi)，將三角托架在地面上拼裝好，單片整體吊裝到預(yù)定位置，用螺帽固定在精軋螺紋鋼上。待所有的三角托架全部吊裝完畢，并全部用螺栓固定后，采用YC60B型千斤頂進(jìn)行單端張拉，張拉力在10t，張拉完畢上緊螺帽，可以松千斤頂。此時(shí)預(yù)應(yīng)力三角托架整體安裝完畢，然

7、后用型鋼對(duì)每邊6片托架進(jìn)行整體可靠連接，確保三角托架整理受力。見圖4。</p><p>　　5 施工工藝流程及操作要點(diǎn)</p><p><b>　　5.1施工工藝流程</b></p><p><b>　　見圖5.1。</b></p><p><b>　　5.2操作要點(diǎn)</b>

8、</p><p>　　5.2.1預(yù)應(yīng)力三角托架的設(shè)計(jì)原理</p><p>　　根據(jù)連續(xù)梁“零”號(hào)塊的長(zhǎng)度和寬度來確定托架的平面尺寸和預(yù)應(yīng)力精軋螺紋鋼的根數(shù)。本三角托架應(yīng)用在跨麻漢鐵路連續(xù)梁“零”號(hào)塊施工中。連續(xù)梁設(shè)計(jì)為（48+80+48）m單箱單室、變高度、變截面預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁結(jié)構(gòu)，其中“零”號(hào)塊長(zhǎng)12m，中支點(diǎn)處梁高6.65m，梁底寬6.7m，頂寬12.0m。</p>

9、<p>　　圖4 預(yù)應(yīng)力三角托架布置原理圖</p><p>　　1.在三角托架設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)綜合考慮：“零”號(hào)塊自重、模板及施工機(jī)具、堆載及人員等的重量，由于湖北省不處于風(fēng)區(qū)和雪區(qū)，風(fēng)荷載和雪荷載影響可不考慮。在設(shè)計(jì)時(shí)要考慮到型鋼在各種荷載作用下的應(yīng)力、應(yīng)變，精軋螺紋鋼的抗剪、抗拉是否超過容許應(yīng)力，高強(qiáng)度螺栓的抗剪強(qiáng)度是否在容許范圍，通過一系列計(jì)算得出所用的材料類型及具體數(shù)量，便于制作預(yù)應(yīng)力三角托架并進(jìn)行組裝

10、。</p><p>　　2.計(jì)算時(shí)考慮1.2倍的荷載增大系數(shù)。</p><p>　　3.綜合考慮三角托架的穩(wěn)定問題。</p><p>　　5.2.2 “零”號(hào)塊預(yù)應(yīng)力三角托架計(jì)算過程</p><p>　　1.所用的材料計(jì)算參數(shù)</p><p>　　三角支架比重按7.850，彈性模量取210GPa。全部采用Q235鋼材，

11、容許軸向應(yīng)力，容許彎曲應(yīng)力，容許剪應(yīng)力。材料應(yīng)力提高系數(shù)按《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》（JTJ 041-2000）可取1.3，但實(shí)際計(jì)算未提高。</p><p>　　2.預(yù)應(yīng)力三角托架總體受力計(jì)算</p><p><b>　　1）荷載取值</b></p><p>　　0號(hào)塊總重670t，考慮到模板及施工機(jī)具、堆載及人員等的重量后：</p>

12、;<p>　　0號(hào)塊順橋長(zhǎng)12m，在一側(cè)支架上的長(zhǎng)度為4.1m，按均布考慮0號(hào)塊自重（偏安全）。每側(cè)共6片三角支架，考慮到腹板位置受力較大，按4片承載考慮，則每片三角支架上的荷載為：</p><p><b>　　2）模型建立</b></p><p>　　用ANSYS計(jì)算三角支架的受力情況，單元為BEAM189，三角支架的截面為雙槽32a。計(jì)算模型如圖5.

13、2.2所示。</p><p><b>　　3.計(jì)算結(jié)果</b></p><p>　　運(yùn)用嚴(yán)格的受力分析得到的計(jì)算結(jié)果如下：</p><p>　　1）三角支架的最大豎向位移為6mm；</p><p>　　2）三角支架的最大拉應(yīng)力為90MPa，最大壓應(yīng)力為103MPa；</p><p>　　3）最大軸

14、力為85.1t ；</p><p>　　4）上支點(diǎn)的水平反力為拉69t ，豎向反力56t；</p><p>　　5）下支點(diǎn)的水平反力為壓69t ，豎向反力50t。</p><p>　　由計(jì)算結(jié)果可知，桿件的受力均小于容許應(yīng)力，滿足規(guī)范要求。若用安全系數(shù)表示則可達(dá)到：。</p><p>　　4.三角托架各部位連接計(jì)算</p>&l

15、t;p><b>　　1）三角架螺栓連接</b></p><p>　　螺栓采用精制螺栓，螺桿直徑30mm，槽32a腹板厚度8mm。</p><p>　　一個(gè)螺栓的抗剪能力：</p><p>　　一個(gè)螺栓的承壓能力：</p><p>　　最大軸力發(fā)生在ADE桿為85.1t，需要螺栓數(shù)量為個(gè)，為安全考慮實(shí)際為24個(gè)。AB

16、C桿的拉力為69t，需要的螺栓數(shù)量為：個(gè)，實(shí)際采用12個(gè)。</p><p>　　2）精軋螺紋鋼根數(shù)計(jì)算</p><p>　　水平拉力為69t ，每個(gè)支點(diǎn)上的精軋螺紋鋼根據(jù)構(gòu)造選用4根φ32（HRB400），其強(qiáng)度足夠。</p><p><b>　　3）角焊縫計(jì)算</b></p><p>　　在C處的角焊縫為焊高16mm，

17、長(zhǎng)度為320mm的4條角焊縫，受到的拉力為69t。焊縫抗拉能力為：>69t，滿足要求。</p><p>　　5.2.3預(yù)應(yīng)力三角托架施工順序</p><p>　　1.“零”號(hào)塊施工預(yù)應(yīng)力三角托架整體由以下幾部分構(gòu)成：①上水平桿②斜桿③內(nèi)撐桿④加強(qiáng)小牛腿⑤精軋螺紋鋼⑥節(jié)點(diǎn)板⑦高強(qiáng)螺栓等組成。</p><p>　　2.預(yù)應(yīng)力三角托架施工順序</p>

18、<p>　　1）首先根據(jù)設(shè)計(jì)好的每片三角托架的位置，在墩身上對(duì)穿精軋螺紋鋼預(yù)留孔進(jìn)行定位，定位時(shí)要考慮立模的空間位置。在施工最后一節(jié)墩身時(shí)，用直徑50mm鋼管進(jìn)行預(yù)留孔設(shè)置。同時(shí)要預(yù)埋好托架下部加強(qiáng)小牛腿的“U”型螺栓。</p><p>　　2）按預(yù)應(yīng)力三角托架設(shè)計(jì)圖對(duì)所有的桿件進(jìn)行場(chǎng)內(nèi)制作并預(yù)拼裝，有誤差位置進(jìn)行調(diào)整。</p><p>　　3）預(yù)拼裝合格后用汽車托運(yùn)到現(xiàn)場(chǎng)。&l

19、t;/p><p>　　4）墩身全部施工完畢后，將精軋螺紋鋼穿入到預(yù)先預(yù)留好的孔內(nèi)。</p><p>　　5）安裝加強(qiáng)小牛腿。</p><p>　　6）由于在施工連續(xù)梁時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)安裝有塔吊，所以用塔吊對(duì)單片三角托架進(jìn)行吊裝（也可用汽車吊進(jìn)行吊裝）。共有12片三角托架，吊裝時(shí)要人工進(jìn)行配合，先將三角托架吊裝到位后放在加強(qiáng)小牛腿上，然后將精軋螺紋鋼穿入到三角托架設(shè)計(jì)好的孔內(nèi)，擰

20、上螺帽。</p><p>　　7）用YC60B型千斤頂進(jìn)行單端張拉，張拉力控制在10t，張拉完畢擰緊螺帽，松千斤頂。</p><p>　　8）用型鋼將單邊6片三角托架進(jìn)行輔助連接，確保整體受力不變形。</p><p>　　9）在三角托架上面鋪分配梁型鋼，立零號(hào)塊模板。</p><p><b>　　5.3施工注意事項(xiàng)</b>

21、;</p><p>　　5.3.1在預(yù)應(yīng)力三角托架加工前要進(jìn)行詳細(xì)的理論計(jì)算，對(duì)每個(gè)桿件的受力都要考慮全面。</p><p>　　5.3.2廠內(nèi)制作時(shí)要確保每個(gè)桿件的精度，確保整體拼裝時(shí)誤差控制在規(guī)范允許范圍內(nèi)。</p><p>　　5.3.3墩身上預(yù)留孔及“U”型螺栓的位置要精確定位，確保三角托架受力在一個(gè)平面內(nèi)。</p><p>　　5.

22、3.4整體拼裝完后，要檢查每個(gè)高強(qiáng)螺栓是否施擰到位。</p><p>　　5.3.5同一個(gè)節(jié)點(diǎn)處，精軋螺紋鋼的張拉力要一致。</p><p><b>　　5.4勞動(dòng)力組織</b></p><p>　　按單墩預(yù)應(yīng)力三角托架施工進(jìn)行人員配置，勞動(dòng)力組織見表5.4。</p><p>　　表5.4 勞動(dòng)力組織表</p&g

23、t;<p><b>　　6 材料與設(shè)備</b></p><p><b>　　6.1主要材料</b></p><p>　　本預(yù)應(yīng)力三角托架主要材料為：ABC桿、ADE桿、BD桿、CD桿采用32a[鋼，填板、綴板采用10mm厚鋼板，輔助連接型鋼采用20aI字鋼，加強(qiáng)小牛腿及墩身預(yù)埋件采用10mm厚、20mm厚、30mm厚鋼板，節(jié)點(diǎn)板采

24、用16mm厚鋼板，連接兩側(cè)三角托架采用φ32mm精軋螺紋鋼，預(yù)埋“U”型螺栓采用φ20mm圓鋼。</p><p><b>　　6.2主要設(shè)備</b></p><p><b>　　見表6.2。</b></p><p><b>　　表6.2 主要設(shè)備</b></p><p><

25、;b>　　7 質(zhì)量控制</b></p><p>　　7.0.1原材料控制，在制作三角托架前要確保原材料合格；</p><p>　　7.0.2經(jīng)校正后各種變形公差不得超過《鐵路鋼橋制造規(guī)范》TB10212-1999規(guī)定的容許值；</p><p>　　7.0.3焊條選用Q235鋼母材采用E43焊條，Q345鋼母材采用E60焊條；</p>

26、<p>　　7.0.4焊后進(jìn)行探傷檢查，合格后方可使用。如有對(duì)接焊縫應(yīng)進(jìn)行全面探傷檢驗(yàn)；</p><p>　　7.0.5所有栓孔均采用鉆孔，不容許現(xiàn)場(chǎng)沖孔，銷孔及銷軸要嚴(yán)格按設(shè)計(jì)制作；</p><p>　　7.0.6三角托架試拼合格后，構(gòu)件表面涂紅丹一度，橘黃色漆兩度；</p><p>　　7.0.7三角托架在拼裝完成后要進(jìn)行預(yù)壓，以消除非彈性變形，測(cè)試

27、彈性變形量。</p><p><b>　　8 安全措施</b></p><p>　　8.0.1檢查所有的高強(qiáng)螺栓是否施擰到位，并要有檢查記錄。</p><p>　　8.0.2加強(qiáng)高空作業(yè)安全防護(hù)，高空作業(yè)人員必須系安全帶，所有臨邊部位均要按照國(guó)標(biāo)要求設(shè)置高度不小于1.2m的圍護(hù)欄桿并掛網(wǎng)防護(hù)，所有作業(yè)人員要佩戴安全帽。</p>

28、<p>　　8.0.3檢查塔吊設(shè)備工狀況，塔吊操作人員必須持有操作證書。</p><p>　　8.0.4預(yù)壓用的沙袋重量必須按要求配置，且不得超出塔吊允許吊裝重量。</p><p>　　8.0.5吊裝操作人員與現(xiàn)場(chǎng)指揮人員攜帶配套的對(duì)講機(jī)，專機(jī)專線，方便統(tǒng)一指揮。</p><p>　　8.0.6吊裝人員在施工現(xiàn)場(chǎng)必須攜帶安全帽，非施工人員不得進(jìn)入施工現(xiàn)場(chǎng)。

29、</p><p>　　8.0.7預(yù)壓時(shí)必須兩側(cè)對(duì)稱加載或卸載，兩端加載不平衡重量不得超過10 t。</p><p>　　8.0.8吊裝、卸載施工時(shí)，安全員必須在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行監(jiān)督巡查，發(fā)現(xiàn)異常情況時(shí)要及時(shí)停止加載預(yù)壓，查明原因后方可繼續(xù)進(jìn)行。</p><p><b>　　9 環(huán)保措施</b></p><p>　　9.0.1施

30、工過程中遵守國(guó)家和地方有關(guān)施工現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境保護(hù)管理規(guī)定。定期組織參建人員學(xué)習(xí)環(huán)保和節(jié)能減排方面的法律法規(guī)，提高參建人員的環(huán)保和節(jié)能意識(shí)。</p><p>　　9.0.2施工場(chǎng)地平整暢通，排水系統(tǒng)良好。材料、機(jī)具堆放整齊，嚴(yán)格用地管理，場(chǎng)地內(nèi)的管線嚴(yán)格按設(shè)計(jì)和安全規(guī)定架設(shè)，并嚴(yán)加管理，杜絕亂搭亂接等。</p><p>　　9.0.3做好設(shè)備的保養(yǎng)維修，做好污水排放工作。</p>&

31、lt;p>　　9.0.4在整個(gè)施工過程中生產(chǎn)、生活設(shè)施均按環(huán)保要求布設(shè)，并接受當(dāng)?shù)卣坝嘘P(guān)部門的監(jiān)督，采取的安全、保衛(wèi)、環(huán)境保護(hù)和水土保持措施，上報(bào)業(yè)主和監(jiān)理工程師及有關(guān)部門，并對(duì)其提出的要求進(jìn)行整改。</p><p>　　9.0.5及時(shí)清除現(xiàn)場(chǎng)施工垃圾。施工完畢后，組織施工人員清理施工現(xiàn)場(chǎng)剩余的材料和廢棄物，并依據(jù)建設(shè)方的要求，將廢棄物運(yùn)至指定位置。</p><p>　　9.0.

32、6施工人員撤離生活居住區(qū)后，對(duì)場(chǎng)地進(jìn)行平整清掃，盡量恢復(fù)原貌，不得有任何遺留物。</p><p><b>　　10 效益分析</b></p><p>　　本工法與傳統(tǒng)的托架施工方法相比，具有實(shí)用性強(qiáng)、施工方便、施工環(huán)境限制小、安全可靠、成本材料需求少，施工周期短的特點(diǎn)，達(dá)到前期投入少，見效快，受益時(shí)間長(zhǎng)得目的。</p><p>　　通過采用此

33、工法石武客?？绾衔涮卮髽蚩缏闈h鐵路連續(xù)梁零號(hào)塊施工工期提前15天，并且由于此預(yù)應(yīng)力三角托架是采用高強(qiáng)螺栓進(jìn)行拼裝，周轉(zhuǎn)次數(shù)增加，可以循環(huán)利用，直接成本節(jié)約50余萬(wàn)元。</p><p>　　該工法在實(shí)施過程中，施工控制措施到位，無(wú)安全、質(zhì)量事故發(fā)生，得到業(yè)主和監(jiān)理認(rèn)可，并組織相關(guān)施工單位進(jìn)行觀摩學(xué)習(xí)，并在監(jiān)理、業(yè)主組織的檢查中多次獲得好名次。</p><p><b>　　11 應(yīng)

34、用實(shí)例</b></p><p>　　實(shí)例1：2009年11月，該工法成功運(yùn)用于石武客?？绾衔涮卮髽蚩缏闈h鐵路48m+80m+48m連續(xù)梁零號(hào)塊施工，通過運(yùn)用本工法，使得該連續(xù)梁的施工工期提前15天完成，直接成本節(jié)約50余萬(wàn)元。創(chuàng)造了很好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。</p><p>　　實(shí)例2：2010年3月，該工法成功運(yùn)用于石武客專灄口特大橋跨灄水西支32m+48m+32m連續(xù)梁零號(hào)