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现浇桥中以普通钢管代替方木作为支架纵横梁的施工工法.doc

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现浇桥中 普通 钢管 代替 方木 作为 支架 纵横 施工
资源描述:
现浇桥中以普通钢管代替方木作为支架纵横梁的施工工法中铁十一局集团第一工程有限公司王燎原 董 琨1 前言在承秦高速公路建设中,中铁十一局集团有限公司中标承秦高速公路第六合同段工程,承揽了高速公路隧道、路基土方、桥涵等施工任务。标段内有五座现浇桥,均采用支架法现浇,且均具有工程量较少、传统方案投入较大及工期要求紧张等制约因素,属标段内重点控制性工程。为此,中铁十一局集团有限公司针对工程特点,以东河 1#现浇桥为依托,开展了一系列科技攻关,研制了以普通钢管代替方木作为纵横梁的施工工艺,有效控制了现浇桥施工成本,绿色环保,并简化了施工工艺,加快了施工进度,取得了显著的经济社会效益和环保节能效益。经查新,该工艺新颖。 《现浇桥中以普通钢管代替方木作为支架纵横梁的施工技术》于 2012 年10 月通过中国铁道建筑总公司组织的科技成果评审,认为该项目成果总体技术达到国内先进水平。为便于推广应用,我们将该施工技术进行总结、整理,形成本工法。2 工法特点2.0.1 材料供应便捷。钢管通过就近租赁,避免了传统方案方木采购环节的繁琐,最大限度的满足了工地材料所需,缩短了前期材料准备时间。2.0.2 降低施工成本。本工法所用材料通过租赁的方式充分利用了现场资源,减少了木材用量,节省了人力及物力消耗,有效节约了施工成本。2.0.3 绿色环保。充分利用现场资源,避免了不必要的材料消耗。2.0.4 该工法施工简单,适用性强,容易推广应用。3 适用范围本工法适用于所有的公路、铁路、市政等类似低高度现浇梁满堂支架纵横梁的施工。4 工艺原理通过严密的计算,在碗扣支架上设置钢管支架纵横梁(见图 4 纵横梁布置示意图) ,纵梁采用两根 48mm 钢管为纵横梁承重钢管,其上为横向分布钢管,每两根横向钢管之间插入一根方木起用以固定竹胶板。普通钢管可采取就近租赁,避免不必要的材料消耗,在结构满足安全要求的前提下,降低了施工成本,简化了施工工艺,加快施工进度,实现绿色环保施工。5 施工工艺流程及操作要点5.1 施工工艺流程见图 5.1。5.2 结构设计纵梁采用两根 48mm 钢管为纵横梁承重钢管,间距 90cm 一道。其上为横向分布钢管,间距 30cm 一道,每两根钢管之间插入一根 5×5cm 方木(实际厚度与 48mm 钢管直径相同) ,方木间距 60cm,主要起固定竹胶板的作用。纵横梁钢管与可调顶托通过铁丝绑扎形成整体,每根横梁与纵梁钢管也用铁丝绑扎固定,以增强稳定性。每两根横向钢管之间接头需错开,不得在同一截面。5.2.1 横纵梁计算原理1. 纵梁两根钢管并排放置于顶托之上,偏安全考虑按简支进行计算。横梁放置于纵梁之上,纵横梁正视图纵横梁俯视图图 4 纵横梁布置示意图1同样按简支偏安全计算。荷载均按分布荷载进行考虑,通过计算钢管挠度及弯拉应力来验算整体安全性。2. 计算偏安全考虑,取恒载安全系数 r=1.2,活荷载安全系数取 R=1.4。3. 荷载除箱梁自身荷载外,需考虑其他不确定荷载。砼施工振捣荷载按规范规定取 2.0 kN /m2 ,施工机具人员荷载按规范规定取 2.5 kN /m2,施工活荷载取 1.5 kN /m2。5.2.2 纵横梁计算过程1. 所用的材料计算参数钢管每延米取 0.06 kN /m,钢管容许抗弯应力[σ]=145MPa,弹性模量 E=210GPa。截面惯性矩I =1.22×10-7m4 ,截面抵抗矩 W =1.02×10-5m3。2. 纵横梁整体受力计算1)荷载取值东河 1#现浇桥全长 75m,为 3-25m 等宽箱梁桥,取一跨进行受力分析,箱梁分两次浇注成型,钢筋混凝土自重取G=500m3/3×1/2×26KN/m3=2166.7kN。单跨桥长 25m,底板宽 9m,以混凝土全部重量作用于底板上计算单位面积压力取 F1=G÷S =2166.7÷(9×25 )=9.6 kN /m 2。2)横梁挠度受力计算横梁为直径 48mm 内壁厚 3.5mm 钢管,跨径为 0.9m,横梁中对中间距为 0.3m。受力图简化如图 5.2.2-1。截面惯性矩:I =1.22×10 -7m4 ,截面抵抗矩:W =1.02×10-5m3作用在横梁上的均布荷载为:q=(1.2F 1+1.4(F 2+ F3+ F4) )×0.3=19.92×0.3=5.98 kN /m跨中最大弯矩:M=qL2/8=5.98×0.92/8=0.61 kN •m钢管容许抗弯应力[σ]=145MPa,弹性模量E=210GPa横梁弯拉应力:σ=M/W=60MPa <[σ ]=145MPa 横梁弯拉应力满足要求。横梁挠度:q`=1.2 F1×0.3=3.46KN/mf=5q`L4/384EI=1.15mm<L/400=2.25mm横梁挠度满足要求。3)纵梁挠度受力计算纵梁为两根 Φ48mm钢管,跨径为 0.9m,间距为0.9m。按简支梁受力,如图 5.2.2-2 所示。两根钢管截面惯性矩:I =2.44×10-7m4 ,截面抵抗矩:W =2.04×10-5m3。4 根横梁施加在纵梁上的均布荷载为:q 1=4×0.06=0.24KN/m。作用在纵梁上的均布荷载为:q=(1.2F 1+1.4(F 2+ F3+ F4))×0.9+1.2q 1=18.22 kN/m。跨中最大弯矩:M=qL 2/8=18.22×0.92/8=1.8kN•m。钢管容许抗弯应力[σ]=145MPa,弹性模量 E=210GPa,两根钢管整体分析可知:纵梁弯拉应力:σ=M/W=88MPa <[σ ]=145Mpa。纵梁挠度:q`=0.9×1.2×F1+1.2q1=10.66KN/m。f=5q`L4/384EI=1.78mm<L/400=2.25mm。图 5.2.2-1 横梁受力简化图碗扣支架搭设检查及固定场地碾压整平地基硬化预压观测沉降量验证支架安全性横纵梁铺设及固定底模铺设可调顶托及剪刀撑搭设可调底托及碗扣支架搭设图 5.1 现浇梁碗扣支架横纵梁搭设施工工艺流程图图 5.2.2-2 纵梁受力简化图2纵梁挠度满足要求。4)支架受力计算本方案横杆步距为 60cm,碗扣支架设计承重为:40kN/根。每根立杆承受钢筋砼的重量:N 1=1.2×0.9×0.9×9.6=9.3 kN。横梁施加在一根支架上的重量:N 2=1.2×4×0.06×0.9=0.26 kN。纵梁施加在一根支架上的重量:N 3=1.2×2×0.06×0.9=0.13 kN。支架自重:立杆自重 0.06 kN /m,横杆自重 0.04 kN /m,所以每根立杆上支架承重N4=1.2x(0.06x7.8+0.04x0.9x2x13)=1.68 kN。施工活荷载:N 5=1.4×(1.5+2+2.5)×0.9×0.9=6.8 kN。所以每根立杆总承重:N=N 1+N2+N3+N4+N5=18.17KN<40 kN,立杆承重满足要求。支架稳定性验算:经计算可知立杆长细比为:r=L/i=600/15.58=39,由长细比查得立杆的稳定系数 ψ=0.903。立杆横截面面积:A=π(24 2-20.52)=489mm 2。钢管容许抗弯应力[σ]=145MPa,所以立杆允许轴向荷载[N]=A×ψ× [σ]=64 kN>N=18.17 kN ,故支架稳定性满足要求。5.2.3 满堂式支架纵横梁施工顺序1. 基础硬化处理。2. 碗扣支架搭设。安置底托坐于硬化场地之上,并且平稳放置,搭设碗扣支架须同时搭设剪刀撑以稳固支架。3. 顶托调整。根据标高及梁体预拱度调整顶托高度。4. 纵横梁安装固定。通过铁丝绑扎固定,使纵横梁形成整体,加强支架整体牢固性。5. 底模铺设。底模通过铁钉与横向方木进行固定。5.3 施工注意事项5.3.1 钢管安装时,接头需错开,不得在同一截面。5.3.2 碗扣架、顶托及底托必须垂直安置,避免受力不同心导致支架整体失稳。底托必须坐稳,顶托必须紧贴钢管底面,使支架整体牢固稳当。5.3.3 纵横梁钢管与可调顶托、每根横梁与纵梁钢管之间,均用铁丝绑扎固定形成整体,增强稳定性,防止由于桥坡过大及混凝土浇筑过程中的扰动而导致钢管产生滑移。纵横梁绑扎接头呈梅花形布置。5.4 劳动力组织按 25m 单跨碗扣支架纵横梁搭设配置,劳动力组织见表 5.4。表 5.4 劳动力组织序号 工种 人数 备注1 可调托安装工 7 底托及顶托安装及调平2 支架工 13 支架搭设及吊正3 纵横梁搭设工 11 纵横梁搭设及固定4 模板铺设工 8 模板铺设、调整及固定6 材料与设备6.1 主要材料支架纵横梁用钢管规格为 Φ48×3.5mm,材料材质性能符合现行国家标准《碳素结构钢》(GB/T700)规定的支架用钢管。可调底座及可调顶托采用可锻铸铁制造,其材料机械性能符合 GB9440 中 KTH330-08 及 GB11352 中 ZG270-500 的规定。下碗扣、横杆接头、斜杆接头采用碳素铸钢制造,其材料机械性能符合 GB11352 中 ZG230-450 的规定。6.2 主要设备见表 6.2。表 6.2 主要设备序号 设备名称 单位 数量 使用部位1 吊车 台 2 材料调运2 扭矩扳手 把 6 施拧高强螺栓33 尖嘴钳 把 15 剪切铁丝及固定纵横梁7 质量控制7.0.1 原材料控制,在材料租赁过程中要确保材料合格。以满足纵横梁支架的刚度、强度及稳定性。7.0.2 支架经校正后各种变形公差不得超过《铁路钢桥制造规范》TB10212-1999 规定的容许值。7.0.3 可调顶托及底托必须垂直搁置,必须与硬化场地及纵横梁紧贴。7.0.4 基底必须分层碾压,压实度满足要求后,方可搭设支架。7.0.5 在地面设置沉降观测点,在支架搭设、预压、砼浇注前后及浇注过程中均进行沉降观测,一旦发现异常,马上处理。支架整体必须做预压沉降处理,以消除非弹性变形,测试弹性变形量,确保施工质量。8 安全措施8.0.1 检查支架加固及剪刀撑搭设是否到位,纵横梁钢管加固是否牢靠。8.0.2 加强高空作业安全防护,高空作业人员必须系安全带,所有临边部位均要按照国标要求设置高度不小于 1.2m 的围护栏杆并挂网防护,所有作业人员要佩戴安全帽。8.0.3 支架搭设和梁体施工过程中,支架四周挂设安全网。8.0.4 预压用的沙袋重量必须按要求配置,且不得超出塔吊允许吊装重量。吊装操作人员与现场指挥人员携带配套的对讲机,专机专线,方便统一指挥。吊装人员在施工现场必须携带安全帽,非施工人员不得进入施工现场。8.0.5 预压时必须两侧对称加载或卸载,两端加载不平衡重量不得超过 10 t。8.0.6 沙袋施工时,安全员必须在现场进行监督巡查,发现异常情况时要及时停止加载预压,查明原因后方可继续进行。9 环保措施9.0.1 施工过程中遵守国家和地方有关施工现场环境保护管理规定。定期组织参建人员学习环保和节能减排方面的法律法规,提高参建人员的环保和节能意识。9.0.2 施工场地平整畅通,排水系统良好。材料、机具堆放整齐,严格用地管理,场地内的管线严格按设计和安全规定架设,并严加管理,杜绝乱搭乱接等。9.0.3 做好设备的保养维修,做好污水排放工作。9.0.4 在整个施工过程中生产、生活设施均按环保要求布设,并接受当地政府及有关部门的监督,采取的安全、保卫、环境保护和水土保持措施,上报业主和监理工程师及有关部门,并对其提出的要求进行整改。9.0.5 及时清除现场施工垃圾。施工完毕后,组织施工人员清理施工现场剩余的材料和废弃物,并依据建设方的要求,将废弃物运至指定位置。9.0.6 施工人员撤离生活居住区后,对场地进行平整清扫,尽量恢复原貌,不得有任何遗留物。10 效益分析该工法较传统的方木纵横梁施工方法,具有工程成本低、施工工期短、简化了施工工艺的优点。材料通过租赁的方式充分利用了现场资源,减少了木材用量,降低成本,经济效益显著。该工法在实施过程中,施工控制措施到位,无安全、质量事故发生,得到业主和监理认可,并组织相关施工单位进行观摩学习,并在监理、业主组织的检查中多次获得好名次。取得了良好的社会效益。该工法所用钢管采用就近租赁,充分利用了现场资源,与传统方案相比,避免了不必要的材料消耗,实现了绿色环保施工,环保节能效益显著。11 应用实例实例 1:承秦高速公路第六合同段东河 1#现浇桥全长 75 米,跨径为 3-25m,桥宽 13m。上部结构形式采用现浇预应力混凝土连续箱梁,桥宽 13m,截面采用单箱双室结构形式。2011 年5 月,本工法在东河 1#现浇桥得到成功应用,提前 1 个月完成业主进度要求。与传统方案采购10x10cm 方木相比降低材料成本 10.5 万元;提前 1 个月完成,节省了碗扣支架材料租赁费 4.2万元;同时节省 630 个人工,共计人工费 7.56 万元(人工费 120 元/人) 。共计节约成本约 22.264万元。实例 2:2011 年 6 月,本工法成功运用于该标段 LK127+531.6 左幅跨线桥的支架纵横梁的施工,该桥全长 75 米,跨径为 3-25m,桥宽 20m。通过运用本工法,使得该连续梁的施工提前27 天完成,直接节约施工成本 30.16 万元。实例 3:2011 年 8 月,本工法在该标段东河 2#现浇桥的支架纵横梁施工中得到应用,该桥全长 75 米,跨径为 3-25m,桥宽 19m。通过运用本工法,使得该桥施工提前 28 天完成,直接节约施工成本 26.05 万元。实例 4:2011 年 8 月,本工法成功运用于该标段 RK127+542.4 右幅跨线桥的支架纵横梁施工,该桥全长 75 米,跨径为 3-25m,桥宽 13m。通过运用本工法,使得该桥施工提前 35 天完成,直接节约成本 24.31 万元。实例 5:2012 年 9 月,本工法成功运用于我标段 AK0+044 匝道桥支架纵横梁施工,该桥全长 75 米,跨径为 3-25m,桥宽 20m。通过运用本工法,使得本桥施工提前 30 天完成,直接节约成本约 30 万元。该标段内 5 座现浇梁,均为 3-25 米现浇梁桥,通过应用该本工法,共为本项目直接节约施工成本 132.78 万元,且在保证质量安全的前提下,加快了施工进度,实现了绿色环保施工,受到业主和监理的高度评价,为企业创造了良好的信誉,在今后类似低高度现浇梁施工中,具有较高的推广应用价值。
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