建筑行業橋梁高墩裝配式三角托架施工工法

橋梁高墩裝配式三角托架施工工法1.前言1.1我國云貴高原東南側地形以中低山為主，山嶺重疊，地形破碎，海拔高程一般在300m～900m之間，由于水系的切割破壞，山體多為強烈切割的脊狀中低山區，河谷形態多為“U”字型。獨特的地理環境條件致使上跨河谷的橋梁需要修建較高的墩柱，橋梁上部結構大多數采用預制安裝或者掛籃懸臂澆筑的工藝進行施工。其中掛籃懸臂澆筑工藝需要在主墩墩頂0#梁段施工完成后在其上面進行掛籃的拼裝，而0#梁段的施工即成為了首要解決的問題。1.2常見的墩頂現澆段施工方法主要包括支架法、墩頂預埋牛腿做臨時支撐等，由于云貴高原獨特的地理環境條件，素有“天無三日晴，地無三尺平”之稱，支架法無法找到大面積平坦的場地，而且橋梁墩柱比較高，施工比較困難，需要投入大量的人力和物力，既不環保又不經濟；傳統預埋牛腿施工工序繁瑣，施工周期較長，對于工期緊張的施工建設項目來說，適用性不強。1.3為響應國家號召，積極采用“新材料、新工藝、新技術、新設備”來提高工作效率，本工程借鑒類似工程施工經驗，自主研發新型裝配式三角托架施工工藝，其工藝原理簡單，安裝和拆除操作方便，在保證墩頂現澆段施工質量及安全的前提下，有效的解決了高墩搭設落地支架的難題，同時也避免了傳統牛腿施工的繁瑣，加快了工程施工進度，綜合效益顯著。2.工法特點2.1施工工藝原理簡單，整個托架系統安裝及拆除方便快捷；2.2有效的避免了搭設支架整平硬化場地、施工完成后復墾復綠等必要工序，進一步保護自然生態環境；2.3托架結構大部分主要部件為廠家焊接定型產品，焊接質量有保證；后期安裝均為銷接，安全有保證；2.4牛腿固結方式為墩身采用預埋盒子，牛腿直接插入，采用“插銷”式連接；2.5整個托架系統經預壓消除非彈性變形之后，承載能力得到了保證，安全系數較高。3.適用范圍適用于山區復雜地形橋梁高墩墩頂現澆段施工。4.工藝原理裝配式三角托架主要由墩身預埋盒、精軋螺紋鋼、上下剪力鍵、托架橫桿、斜桿以及橫向連接構件等主要零部件構成。墩身預埋盒及上下剪力鍵為托架系統主要承重結構；再利用精軋螺紋鋼將墩身兩側三角托架對稱連接成為整體，同時利用橫向連接構件將單側每組托架連接固定，增強其整體穩定性。在托架結構安裝完畢后，利用千斤頂通過反預壓的方式按1.2倍重量對整個托架系統進行預壓，用以消除托架非彈性變形，確保墩頂現澆段施工過程安全。5.施工工藝流程及操作要點5.1施工工藝流程裝配式三角托架主要施工工藝流程圖如下：裝配式三角托架施工工藝流程圖5.2操作要點5.2.1預埋盒自制根據進場上下排剪力鍵尺寸利用5塊厚度為1cm的鋼板焊接成預埋盒子，一端為敞口，用以插入剪力鍵；另一端鋼板中間預留圓孔，以便利用鋼管（直徑60mm）將前后預埋盒進行連接，焊接緊密無縫隙。為確保剪力鍵能夠準確插入預埋盒子，可將鋼板先套在剪力鍵上再進行組合焊接固定。預埋盒子5.2.2預埋盒安裝及連接1、安裝根據剛構橋0#塊重量及墩身橫截面尺寸大小，在墩身長邊方向預埋兩排提前加工好的預埋盒，每個剪力鍵采用2個預埋盒子，每片三角托架由2個剪力鍵組成，上下、前后平齊，敞口端部朝向模板，利用構造鋼筋與墩柱鋼筋焊接固定，防止澆筑混凝土時位置偏移。上下排預埋盒必須在同一水平、垂直線上，保證每組上預埋盒間距與每組下預埋盒的間距要相等，如有偏差需及時進行調整。2、連接利用鋼管（直徑60mm）將前后預埋盒預留孔連接，焊接緊密。焊接好后再次復核上下排預埋盒距離及水平和垂直度，如有偏差需進行微調，確保位置準確；然后使用泡沫膠或其它密封措施密封各預埋盒與模板接縫位置，確保澆筑混凝土時不會漏漿至預埋盒及鋼管內部，以保證后續剪力鍵及精軋螺紋鋼的順利穿入。預埋盒子安裝5.2.3墩身砼澆筑及養護墩柱采用液壓爬模施工工藝。首先將模板爬升至指定位置；然后綁扎墩柱鋼筋，同時將預埋盒安裝固定到位，做好密封措施；最后利用地泵澆筑墩身混凝土。混凝土采用拌和站集中拌和、混凝土罐車運輸至施工現場進行泵送。混凝土澆筑完畢后，及時做好養護工作，待強度達到設計及規范要求后方可拆除模板，將預埋盒子敞口封堵拆除。5.2.4剪力鍵安裝1、待墩身混凝土澆筑完成拆模以后，根據墩身設計尺寸，考慮剪力鍵長度，將長度適合的精軋螺紋鋼（直徑32mm）穿入預埋盒及連接鋼管。采用雙螺母緊固，絲頭要多出緊固螺母10cm以上；2、然后先吊裝下剪力鍵插入下排預埋盒內部并擰上精軋螺母固定，注意下剪力鍵耳板先不用安裝；再吊裝上剪力鍵插入上排預埋盒內部并擰上精軋螺母固定。剪力鍵必須和墩身表面貼合無縫隙，如有縫隙，可以利用鋼板將縫隙填實，確保施工過程中托架受力均勻；3、剪力鍵安裝好后需張拉精軋螺紋鋼（先張拉上剪力鍵，下剪力鍵待三角架安裝完成后再進行張拉），精軋螺紋鋼設計張拉力均為100KN。精軋螺紋鋼穿入剪力鍵安裝5.2.5三角托架安裝托架橫桿（水平桿）采用2根I40工字鋼焊接組成，一端留有預留孔用以穿入銷軸；斜桿采用2根［32a槽鋼焊接組成，兩端留有預留孔用以穿入銷軸。首先在地面將耳板安裝在橫桿設計位置上，使用8.8級高強螺栓M18擰緊固定，注意螺栓需從耳板往橫桿一側穿入；利用銷軸及保險插銷將斜桿與耳板連接，在斜桿另一端同樣安裝另一個耳板，并用銷軸及保險插銷固定，注意斜桿上有兩處法蘭孔一面應朝向墩身內側，不得裝反，用以后續安裝框架平聯使用；將橫、斜桿耳板組件及固定桿（［14槽鋼）安裝好并用高強螺栓M30擰緊固定。然后利用手拉葫蘆臨時將橫桿與斜桿連接，并調整橫桿與斜桿至合適角度，利用塔吊將拼裝好的三角托架緩慢吊起至墩身預埋盒位置，注意起吊及安裝過程橫桿始終保持水平。最后將橫桿插入上剪力鍵，插入銷軸及保險插銷。同時調整斜桿下部耳板與下剪力鍵頂面對齊貼合，利用高強螺栓安裝緊固。三角托架吊裝5.2.6橫向連接系統連接1、安裝橫桿法蘭板利用高強螺栓M18將橫桿法蘭板安裝在橫桿預留孔上，每根橫桿前后位置各安裝一塊法蘭板，共計兩塊；2、安裝斜桿法蘭板同樣使用M18高強螺栓將斜桿法蘭板安裝在斜桿內側預留孔上，每根斜桿安裝兩塊，上下端各安裝一塊；3、連接連接桿利用［14槽鋼將每組橫桿及斜桿進行連接固定，兩端連接在橫桿及斜桿法蘭板上即可。最后安裝斜桿平聯，平聯兩端同樣連接在斜桿法蘭板上即可。注意整個托架安裝過程中，除必須進行焊接施工的構件外，其他構件不得隨意進行切割或焊接，以免破壞托架系統整體穩定性，造成安全隱患。橫向連接系統連接5.2.7預壓1、目的為消除托架的非彈性變形，驗證其承載能力，在托架結構安裝完成以后、正式澆筑墩頂0#塊混凝土之前，需要對托架進行預壓施工。2、系統組成預壓系統由千斤頂，雙拼工字鋼以及墩身預埋精軋螺紋鋼等其他零部件構成。首先在托架橫桿上按設計位置布置四道I40雙拼工字鋼橫梁，雙肢實心墩中間兩道，墩身外側各一道。每道橫梁上放置2個千斤頂，千斤頂的選型根據墩頂現澆段的重量，通過計算確定，千斤頂上下均放置鋼板。然后在千斤頂上方再布置四道I40雙拼工字鋼橫梁，此時橫梁頂面已經高于主墩墩頂。在其上方繼續布置兩道I56雙拼工字鋼縱梁，每層工字鋼接觸部位如有縫隙可以采用鋼板進行找平，必須保證上下層貼合緊密，使其受力均勻。最后利用I20雙拼工字鋼壓梁、墩身預埋精軋螺紋鋼、精軋螺母以及小鋼板將兩道縱梁鎖定，每道縱梁一端至少由2道壓梁進行鎖定，確保預壓過程安全。預壓系統3、預壓施工（1）預壓前，將每個已經校驗過的千斤頂與智能張拉設備端口正確連接，同時檢查智能張拉設備運轉是否正常、進油和回油管路是否接反、預壓系統各構件是否連接緊密等，確保準備工作充分到位。（2）在托架橫桿上合理布置沉降監測點，以開屯大橋為例：托架預壓沉降監測點布置示意圖如下（共計12個）：監測點布置及監控量測（3）開始預壓，預壓前測量記錄各監測點高程數據，預壓程序為：0-50%-80%-100%-120%，根據設計荷載以及千斤頂回歸方程計算出每級加載的力值和油壓表讀數，手動加載，盡量保證2臺張拉設備同步開始，使每個千斤頂同時開始工作，確保整個托架體系受力均勻。每級預壓加載到位后及時測量并記錄各監測點高程數據，然后保壓2h，保壓時間到位后下一級加載開始前再次測量記錄各監測點高程數據。重復上述步驟直至加載到120%設計荷載，120%設計荷載加載到位后，及時測量記錄各監測點高程數據，然后將預壓系統保壓24或48小時，直至沉降數據合格，隨后按120%-100%-80%-50%-0程序卸載，完成預壓施工。5.2.8安裝承重橫梁（用時1天）根據圖紙確定可調節支座的安裝位置；將橫梁吊裝到支座上，上、下支座與托架橫桿和承重橫梁貼合位置需點焊連接，防止滑落；測量、調節支座高度使橫梁到設計高程。安裝承重橫梁6.材料與設備主要施工材料與設備配置計劃表（以開屯大橋左幅為例）序號材料設備名稱型號規格數量用途1預埋盒子400*120*22080個托架承重2上下剪力鍵821*55040個托架承重3橫桿（水平桿）2I40-598020個三角托架主體4斜桿2［32a-516020個三角托架主體5斜桿耳板550*35540個連接托架主體6固定桿［14a-1478若干加固托架7框架平聯［14焊接4片加固托架8銷軸及插銷40Cr，φ100-520各60連接托架主體9高強螺栓8.8級若干連接托架各部件10千斤頂600t/250t8個托架預壓11雙拼工字鋼I20/I40/I56若干托架預壓系統12鋼管φ60mm40根穿插精軋螺紋鋼13智能張拉設備西安鑫瑞德2套托架預壓14塔吊STC70201座起重吊裝7.質量控制7.1組織保證措施為確保質量目標的實現，項目部成立健全的質量管理組織機構。成立以項目經理為組長，生產經理、總工程師、質量總監為副組長的質量管理領導小組，全面負責本工程質量管理工作，其主要職責是：確保國家、行業、建設、監理等關于工程質量方針、條例、規定和要求的落實，確保本標段質量保證體系的有效運行，定期對工程質量和創優規劃進行檢查評比和指導。7.2思想保證措施1、強化全員質量意識（1）牢固樹立“質量是企業生命”的思想，切實強化全員質量意識。（2）從思想教育入手，增強施工作業各個層次、各個環節狠抓工程質量的自覺性。把推行現代企業管理制度和發揚優良作風高度統一起來。（4）在現場駐地和重要的分部、分項工程施工現場設置明顯的工程質量責任登記表公示牌，不斷強化人員的質量責任意識。完善質量保證機制完善“過程精品、動態管理、目標考核、嚴格獎罰”的質量保證機制，確保質量管理責任落到實處。7.3技術保證措施1、嚴格按設計圖紙及相關規范要求施工，控制托架各零部件預埋位置、加工精度的準確性；2、加強材料進場驗收制度，所有施工材料經進場驗收合格后，方可投入施工使用。對于不合格的材料，嚴禁進場；3、預埋盒安裝至指定位置，并用水平尺控制預埋盒橫縱向水平和垂直度，誤差不得超過1mm；4、使用泡沫膠或其它密封措施密封各預埋盒與模板接縫位置，確保澆筑混凝土時不會漏漿至預埋盒及鋼管內部，以保證后續剪力鍵及精軋螺紋鋼的順利穿入；5、鋼構件在露天焊接時，必須采取防風和防雨措施；主要鋼構件應在組裝后12h內焊接，當鋼構件的待焊部位結露或被雨淋后，應采取相應措施去除水分和浮銹；6、斜桿上有兩處法蘭孔一側，安裝時注意該應側朝向墩身內側，不得裝反，以便后續安裝框架平聯使用；7、托架安裝過程中，高強螺栓不得作為臨時安裝螺栓使用，亦不得采用塞焊對螺栓孔進行焊接；8、施工高強螺栓時，應按一定順序，從板束剛度大、縫隙大之處開始。施擰時，不得采用沖擊擰緊和間斷擰緊的方式作業，并應在當天終擰完畢。9、托架預壓時應盡量模擬箱梁結構進行加載，區分腹板，底板進行加載，避免荷載集中導致觀測值異常。8.安全施工保證措施8.1組織保證措施根據項目部安全生產責任制的規定，成立以項目經理為第一責任人的安全生產領導小組，監督和指導各職能部室的安全生產行為，領導各級生產人員貫徹、落實安全生產方面的各項規章制度和保證措施，確保安全生產。安全生產的日常工作由安全員負責。在安全員的指導下，組織全體上崗人員進行崗前安全教育，特種作業人員必須經過培訓合格后，持有效證件上崗，杜絕盲目指揮冒險作業。組織機構框圖如下：安全生產組織機構框圖8.2安全生產管理體系8.2.1落實安全生產責任制1、本項目實行安全生產三級管理，即：一級管理由項目經理負責，二級管理由專職安全員負責，三級管理由班組長負責，各作業點設安全監督崗。2、完善各項安全生產管理制度，針對各工序及各工種的特點制定相應的安全管理制度并落實。3、建立安全生產責任制，落實各級管理人員和操作人員的安全職責，做到縱向到底，橫向到邊，各自作好本崗位的安全工作。4、項目開工前，由項目經理部編制實施性安全技術措施，對各分項工程要編制專項安全技術措施，領導小組同意后實施。5、嚴格執行逐級安全技術交底制度，施工前由項目經理部組織有關人員進行詳細的技術安全交底，再由班組長對具體操作人員進行安全技術交底。8.2.2加強安全教育1、針對工程特點，定期進行安全生產教育，重點對專職安全員、安全監督崗崗員、班組長及從事特種作業的起重工、電工、焊接工、機動車輛駕駛員進行培訓和考核，學習安全生產知識和技能，提高安全意識。2、通過安全教育，增強職工安全意識，樹立“安全第一，預防為主”的思想，提高職工遵守施工安全紀律的自覺性，認真執行安全操作規程。8.2.3嚴格執行安全檢查制度項目部安全部門每三日一檢查，作業班組實行每班班前、班中、班后三檢制，不定期檢查視工程進展情況而定。檢查中發現的安全隱患，要制定整改措施。8.3安全保證措施1、登高作業人員需配備安全防護措施，雷雨天氣或風力超過6級時禁止托架的安拆作業，確保安全；2、安裝過程中必須使用相應規格螺栓即8.8級高強螺栓M18和M30；3、為施工服務的臨時道路按批準的施工組織設計或設計說明施工。經竣工檢查合格后，方可使用。單車道根據車輛需要和地形條件，設置會車道。4、特種設備作業人員持證上崗率達100%，嚴禁無證上崗、酒后上崗等。5、動力電源和照明電源分開布設。現場所有用電設備的安裝、保管和維修應由電工專人負責，實行“一機一閘一箱一漏”用電制度。6、各種機械要有專人負責維修、保養，并經常對機械的關鍵部位進行檢查，預防機械故障及機械傷害的發生。7、高空作業時，必須拴好安全繩，嚴禁在同一安全樁上拴幾根安全繩和在一根安全繩上拴幾個人。在施工現場內作業，必須戴安全帽。8、整個托架安裝過程中，除必須進行焊接的構件外，其他構件不得隨意切割或焊接；9.環保及文明施工措施9.1環保措施1、施工前制定相應的預防水土污染和水土流失，運輸車及作業場地及時清除和沖洗，以保證車輛和場地清潔。2、工地垃圾隨時清理，不用材料、工具和機械及時退場，保持現場整潔；各種原材料和施工機具、工具堆放整齊，保證施工現場干凈、整潔。3、選用合適的施工機具，避免不必要的電力和油料消耗。9.2文明施工措施1、成立以項目經理為第一責任人的文明施工領導小組。對施工現場的文明施工進行監督、指導、檢查，對違反文明施工的行為，責令限期整改或停工整頓。2、施工班組長負責施工區域內的文明施工管理。3、合理布置施工場地。做到臨時設施規劃統一，機具材料堆放整齊，道路暢通，施工有序，生產安全，達到工程質量全優，技術資料齊全，竣工文件詳實美觀，并及時提供。4、施工場地布置合理，整齊有序，便于施工。機具、材料堆碼整齊、場地整潔，分類堆放，并有明顯標志，無臟亂差現象。5、施工區標牌醒目，生活區干凈整潔，各類規章制度健全。6、所有工點及生活區排水暢通，建立必要衛生設施。10.效益分析通過本工法在橋梁高墩墩頂現澆段施工中的應用，大大降低了墩頂現澆段人力以及物力的投入，較傳統工藝相比，簡化了施工工序，加快了控制性工程的施工進度，經濟效益顯著。經濟效益比較（以開屯大橋應用為例）施工工藝安裝工人（個）工期（日）人工費（元/日/人）材料費用機械設備費用（元/日）合計傳統支架1210300350000200