浅谈钢—混叠合梁安装施工技术

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  摘 要:现阶段我国正处于基础建设的高峰时期,特别是城市基础建设发展较快,各种市政桥梁和高架桥的建设,大大减轻了城市日益严峻的交通堵塞问题。但是由于城市空间、施工要求以及施工阶段交通不中断等问题,公路上应用较为普遍的钢筋混凝土桥往往不能很好地协调施工过程中的各种问题。本文结合107快速化项目跨平安大道和相济路工程实例,从工艺原理、流程、质量及安全措施等方面介绍一种新型组合结构形式即钢-混叠合梁安装施工技术,为类似工程提供借鉴。
  关键词:钢-混叠合梁;施工技术;工艺原理;工艺流程;质量控制
  中图分类号:U445.4 文献标识码:A 文章编号:1004-7344(2018)27-0174-02
  1 前 言
  钢-混叠合梁是在钢结构和混凝土结构的基础上发展起来的一种新型结构形式,通常其肋部采用钢梁,翼板采用混凝土板,而两者间用抗剪连接件连成整体。由于充分利用了钢材的拉伸性能和混凝土的受压性能,施工简单方便,钢-混叠合梁的钢梁部分可以作为施工的辅助构件,这种结构的跨径比普通混凝土梁要大。加上施工周期短、桥型美观的效果,钢-混叠合梁在桥梁结构领域显现出了广阔的应用前景。在我国的应用实践表明,在高架桥需跨越交通干道、交通枢纽、河道、地面桥等较大跨度位置的情况下,采用钢-混叠合梁不仅可以很好地满足结构功能要求,而且具有良好的技术经济效益。郑州市107辅道快速化工程在跨平安大道采用一孔58m钢-混简支叠合梁,跨相济路采用1孔50m钢-混简支叠合梁,叠合梁的钢梁采用开口槽型钢箱梁,桥面板采用预制+现场浇筑拼接的形式。
  2 工艺原理
  (1)钢-混叠合梁主要通过预制混凝土桥面板剪力槽内混凝土与钢主梁集束式剪力钉相互作用组合成整体。桥面板组合示意图如图1。
  (2)钢-混叠合梁能够充分发挥混凝土结构抗压、钢结构抗拉的材料特性,承载力高,承载力相同时,比非组合梁节约钢材达15~25%。由于钢结构参与受拉,致使组合梁相比较全混凝土梁,截面大大减小,自重大大减小,对吊装设备起重能力要求大大降低;同时,混凝土结构的参与受压,在主梁满足承载力的情况下,大大提高主梁刚度,提高主梁稳定性,抗震性能好。
  (3)新型组合钢混叠合梁主要采用“胎架支撑高空原位拼装工艺”进行安装。在叠合梁下方设置临时支撑胎架,在临时支撑体系上原位安装所有构件以达到设计初始位形。构件安装顺序需要严格按照预定构件安装顺序进行安装:钢-混叠合梁按照横向为“先中央块体,后横梁块体”,纵向为“两侧向中间”的安装顺序进行吊装,逐个节段扩展安装至合拢区域。结构合拢后采用同步分级卸载的方式以达到桥梁结构的最终位形。
  3 施工工艺流程及操作要点
  3.1 施工工艺流程
  叠合梁进场复验→现场安装准备→测量放线复核→支撑胎架就位→胎架复测、放线安装检验→叠合梁定位、安装→叠合梁安装检验→焊接检验→钢结构验收→桥面板安装
  3.2 操作要点
  3.2.1 临时支撑胎架
  临时支撑胎架采用Midas/Gen建模計算,根据施工图纸对临时措施进行整体建模,按照施工过程不利情况对临时措施进行验算,保证临时支撑胎架安全、经济。
  临时胎架安装前,对实地进行考察和测量,对胎架基础为原土,地质条件较差,承载力不符合要求的,首先进行平整、硬化或加铺钢板,然后根据桥梁中心线、胎架轴线和节段的划分,用经纬仪或全站仪确定临时胎架的纵横坐标及标高。对于道路路面基础,胎架基础采用灌浆料找平并植筋方法处理。胎架材质为Q235B,节点板与钢管立柱采用6mm双面角焊缝,除立杆外其他杆件采用螺栓连接,加劲板倒角距离为20mm,胎架节与节之间通过法兰盘、螺栓连接。
  本工程采用6m和4m标准段胎架,然后在现场根据实际高度再临时进行加高,加高胎架部分与原有6m/4m标准段胎架结构形式一致,主肢采用?准325×10mm钢管,横断面以及侧面的连接均采用?准89×4mm的钢管,连接时采用焊接形式,即加高部分焊接在原有胎架项部的钢板上。(4m标准段胎架截面尺寸与6m标准段胎架相同,高为4m)。
  根据叠合梁节段自重及现场地质条件,临时胎架采取钢管支架。根据各支承段的受力特点,综合考虑现场的支承环境,采用两个标准节胎架组合,立置在叠合梁横向分段处。每排胎架顶部设置20个20t千斤顶,临时胎架调节采用调节段(高度为500mm)与千斤顶进行,主要用于叠合梁吊装时调节叠合梁标高和安装结束后进行叠合梁整体卸载。
  胎架的两侧分别设置防撞装置、反光防撞桶,同时设置彩瓦围挡,内用脚手架支撑对胎架进行围护,以避免车辆直接撞击支架。
  3.2.2 钢梁吊装
  (1)叠合梁验收合格后,方可组织吊装。
  (2)吊装前必须编制切实可行的吊装方案。包括吊耳、卸扣、钢丝绳的承受力、吊装机械起重能力、吊机支腿下地面承载力、预拱度(胎架自身变形及叠合梁自身挠度)的验算等。根据现场实际情况制定吊装机械平面位置布置图及吊装顺序,并根据现场实际起吊重量,复核吊装机械是否满足要求。
  (3)叠合梁吊装所需机械、车辆等较多,场地要求大,因此必须事先作好相关区域的交通组织设计并报交警部门审批通过。在吊装现场应设置安全警戒标志,并设专人监护,非作业人员禁止入内,提前设立安全围护及交通引导标识,并安排好专职人员引导车辆通行。吊装前选择最优的吊机及运输车辆站位,减小对交通的影响。
  (4)正式吊装前,应对进行叠合梁试吊装检验。试吊装检验要求:仔细查询天气情况,确保试吊安全。起吊设备按照指定位置就位,支腿位置适当铺设钢板或者路基箱。试吊前复核起重性能,确保试吊的安全。试吊构件起吊后,起吊构件正下方拉设安全防护绳,确保行人安全。构件起吊后静止12min,并指派专人看护,并实时进行监测。构件试吊顺利通过后,进行结构正常吊装。正常吊装时在钢梁下放过程,应注意避免碰撞支座导致偏位。   (5)叠合梁的焊接主要以高空组装焊接为主,现场焊接采用手工电弧焊、CO2气体保护焊。焊接接头形式包括:顶板横向对接焊缝、底板横向对接焊缝、腹板横向对接及嵌补段焊接。现场焊接总体顺序为:先焊接块体间横梁对接焊缝,然后焊接节段之间一周环向对接焊缝,最后进行嵌补段的焊接。节段之间的一周环向对接焊缝,采用CO2气保焊焊接。焊接顺序为:叠合梁腹板对接→底板对接→顶板对接→加劲肋嵌补对接→桥面系附属件等。对焊缝质量进行全程跟踪检验,焊缝施焊24h,经外观检验合格后,再进行无损检验。无损检测采用超声波探伤、射线和磁粉探伤三种方法队焊缝进行检验,达到各自的质量要求后,该焊缝方可认为合格。
  (6)除锈及涂装
  工地连接接缝经检验合格后,其外表面应用喷砂除锈,并达到GB/T8923-2008规定。为保证主线桥建成后整体外形漂亮美观,在整桥安装完毕,焊缝防腐处理结束后对整桥涂装最后一道面漆,涂装前应认真做好清洁工作,力求集中调色,一次喷涂成膜。面漆涂装完毕后,待面漆干燥后应及时对面漆的外观、厚度、结合力等指标进行检查,不合格处及时返工处理,不得有漏涂、流挂等外观缺陷。
  (7)在叠合梁合拢前,复测两侧已完成单元与合拢单元交界箱梁控制坐标,记录偏差值。实测合拢段连接构件之间的实际长度,并与理论构件长度进行比较、修整,以便对实际制作长度进行调整。
  3.2.3 桥面板施工
  桥面板在预制场内进行预制,标号C50,检验合格后运至现场吊装。叠合梁焊接连接完成后,进行预制钢筋混凝土桥面板安装及现浇部分施工。流程如下:预制桥面板吊装→现浇部分钢筋绑扎→模板安装→混凝土浇筑→拆模养生。
  (1)预制桥面板吊装
  预制桥面板检验合格后运至施工现场,叠合梁桥面板施工采用预制板进行分块吊装。吊装桥面板之前,复测钢梁顶面高程,并报监理验收;吊装桥面板之前,按图纸要求在钢梁顶面安装好?准20mm橡胶条,不得遗漏;桥面板吊装采用100T汽车吊,汽车吊站位考虑支撑胎架高度、汽车吊的吊重、混凝土墩的位置,钢丝绳与卸扣等吊具的选用和钢梁一致,采用四根钢丝绳的四点吊法;沿桥中线顺桥方向向两侧均布安装;吊装需由专业人员指挥,吊装时从一端逐步向另一端推进吊装,确认型号后吊装就位,保证预制板与橡胶条压实紧密。
  (2)现浇湿接缝及挑臂钢筋绑扎
  钢筋在施工现场的钢筋加工场加工后吊运到桥上进行绑扎,钢筋的种类、型号及规格尺寸应符合设计要求。
  (3)悬挑模板施工
  现浇翼缘板挑臂采用悬挑模板施工,湿接缝、挑臂现浇采用1.5cm厚的双面复膜竹胶板,竹胶板用10×10cm方木加工成一体,根据挑臂长度在现场加工拼装,竹胶板必须选用表面平整、光洁,边角直顺的整张板材进行加工。竹胶板后背加固用大板及方木在使用前应先进行压刨整平,经过检查平整度合格及厚度一致方可投入使用。
  ①方木铺设:在预制面板上面顺桥向搭设10cm×10cm的方木,注意方木表面要平整。
  ②工字钢搭接:将10#b工字钢搭接与铺设好的方木之上,工字钢间距为70cm一根,长度为6m。
  ③方木+对拉螺栓组合吊装:将长为1.2m的10cm×10cm方木与两根?准14对拉杆组合的方式组成一套对拉装置,对拉杆与方木接触处垫10cm×10cm×1.4cm钢垫片,对拉杆通过蝴蝶扣固定于两根?准48钢管之间,钢管分两排顺桥向布置。
  ④方木垫设:竹胶板与对拉装置之间顺桥向垫设4根5cm×10cm的方木,并与底部模板钉牢。
  ⑤方木铺设完成后进行翼缘板模板安装。
  (4)混凝土浇筑及养生
  ①端横梁填充混凝土采用C30混凝土,现浇悬臂端混凝土采用C50微膨胀混凝土,根据现场情况确定混凝土生产和运输的方式,混凝土到现场后应先检测塌落度,塌落度控制在14~16cm,符合要求后方可施工,浇筑方式为泵送。
  ②湿接缝混凝土一次浇筑到位,振捣棒与侧模应保持5~10cm的距离,严禁振捣棒直接接触模板。每次振捣必须振捣至混凝土停止下沉,不再冒出气泡,表面呈现平坦、泛浆时方可提出振捣棒。
  ③振搗完成后对顶面混凝土进行抹面施工,初凝后用拉毛器沿垂直行车方向拉毛。
  ④现浇接缝混凝土需用无纺土工布覆盖并撒水养护14d以上,混凝土强度达到100%方可拆模。
  3.3 质量控制
  (1)临时支撑胎架质量控制标准按《建建筑施工临时支撑结构技术规范》(JGJ300-2013)执行,用Midas/Gen建模计算,根据施工图纸对支撑胎架进行整体建模,按照施工过程不利情况进行验算,经验算在最不利情况下仍满足施工条件。
  (2)钢结构加工制作质量控制标准按《钢结构设计规范》(GBJ50017-2003)、《桥梁用结构钢》(GBT714-2008)执行。
  (3)钢结构安装质量控制标准按《铁路钢桥制造规范》(TB10212-98)、《钢结构工程施工质量验收规范》(GB50221-2001)执行。
  (4)钢结构焊接质量控制标准按《钢结构焊接规范》(GB50661-2011)执行。
  (5)钢结构无损检测质量控制标准按《钢焊缝手工超声波探伤方法和探伤结果的分级》(TB11345-89)、《金属熔化焊焊接接头射线照相》(GB3323)、磁粉探伤应符合现行标准《无损检测焊缝磁粉检测》(JB/T6061)的规定执行。
  (6)钢结构涂装质量控制标准按《公路桥梁钢结构防腐涂装技术条件》(JT/T722-2008)执行。
  (7)桥面板施工质量控制标准按《城市桥梁工程施工与质量验收规范》(CJJ2-2008)执行。
  3.4 安全措施
  (1)钢梁运输必须注意行车安全,对沿线道路进行安全排查,保证运输线路高度、宽度、限载等均满足运输要求。
  (2)构件制作时按设计图纸预拱度进行起拱,现场安装时,支撑胎架应稳定牢固,并保证叠合梁就位后胎架调整节连接可靠牢固。利用胎架搭设焊接维护平台,确保焊接火花不溅落到车辆及行人。
  (3)起吊工作开始,首先进行试吊。将起吊绳索逐渐张紧,使构件微离地面,停止作业,仔细检查构件捆绑是否松动、起吊设备和吊具有无异常,经试吊1~2次后,确认可靠后,方可进行正式起吊,且禁止有人员停留。
  (4)叠合梁施工涉及高空作业,在叠合梁一侧设置上下垂直通道,并采用安全网对通道进行封闭,通道入口设置安全警示牌,保证工人上下作业安全。
  (5)主梁安装完毕后,立即进行施工安全维护,在主梁的四周焊接脚手架管,然后使用钢丝绳相连,作为主梁的施工安全围栏,悬挂警示标语,保证作业安全。
  (6)构件吊装时,根据吊装需要设置两道或多道缆风绳,并由专业人员操作,保证构件吊装和就位的安全。
  (7)混凝土浇筑必须严格按照技术交底进行,保持对称、匀速浇筑,并及时振捣,并对支架模板进行监控,出现问题及时排除。
  (8)保持施工现场清洁,严禁违章作业。
  3.5 环保措施
  (1)对影响较大的声、光因素,通过隔、挡、吸等措施,尽可能降低对外界的影响。
  (2)喷砂除锈在封闭空间内实施,减少粉尘污染,操作人员佩带相应防护套装。
  (3)涂装采用高压无气喷涂工艺减少污染,操作人员佩带相应防护套装。
  4 结束语
  总之,钢-混叠合梁的结构形式以其发挥两种材料各自优势的合理性,施工造价的经济性,以及与桥面铺装结合性能好的突出优点而得到广泛应用,适用于当高架桥需跨越交通干道、交通枢纽、河道、地面桥等较大跨度位置的情况下。通过采用钢-混叠合梁进行跨平安大道、相济路口施工,保证了施工进度、质量和安全,节约了成本;同时,通过对两跨叠合梁施工进行总结,为后续类似工程施工提供了一定的参考意义。
  收稿日期:2018-8-8
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