扒杆施工技术在桥梁架设中的应用

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   摘要:桥梁的架设方案与工程的施工条件、架设时的安全性、经济性及工程进度的要求都有很大的因素。本文通过工程实例介绍运用扒杆架设桥梁的施工技术,为同类工程施工提供有意的经验和借鉴。
  关键词:扒杆;施工技术;桥梁架设
  一、工程概况
   兰州市大砂坪出口综合整治工程Ⅰ标段,其中预制装配式砼桥梁工程主要有大砂沟桥及1#洪道桥。
   1、大砂沟桥梁工程:
   1)根据图纸设计要求,原109国道跨越大砂沟处3×20米的洪道桥拆除重建,新建桥梁与大砂沟正交,上部结构为2×35米的预应力砼组合箱梁桥,桥面连续,桥梁净跨与道路一致,总宽为33米,即3(人行道)+12(机动车道)+3(分隔带)+12(机动车道)+3(人行道)。全桥设预制中梁18片,边梁为4片,梁高为1.8米,边梁宽为3.05米,中梁宽为2.8米,箱梁上设10厘米厚的现浇砼连接层,桥面铺装采用8厘米厚的改性中粒式沥青砼。
   2)、本桥的下部结构桥墩采用钢筋混凝土柱式墩,每个桥墩设7个墩柱,每个桥台设7根台柱,一个桥墩设14根桩,桩径为120cm,盖梁长32.3米,宽为1.7米,盖梁高为1.6米。桩长一般为20-26米。在施工中对于桩的定位复测与成孔复测、抗硫砼的配合比与浇筑都是桥梁下部结构质量控制的主控项目。
   2、1#洪道桥工程:
   1#洪道桥位于K0+886.5,桥梁与大砂沟正交,其上部结构为35米预制预应力钢筋混凝土组合箱梁,全桥设预制中梁1片,边梁为2片,其结构及尺寸要求与大砂沟桥的箱梁一样。箱梁上设10厘米厚的现浇砼连接层,桥面铺装采用8厘米厚的改性中粒式沥青砼。本桥的下部结构采用钢筋混凝土柱式墩,柱桩长为25-30米,桩径直径为150cm,桩柱之间设1.2×1m的系梁一道。一个桥台各设两根桩柱,盖粱长为9.1米,宽1.7米,高度为1.6米。
   对于预制箱梁的安装是预制装配式砼梁桥施工中的关键工序,对于预制箱梁应结合施工现场的实际情况,如现场条件、工程规模、桥梁跨径、工期条件,架设安装的机械设备条件等具体情况进行考虑,以安全可靠、经济简单与加快施工进度为原则,选用合理的架梁方案。施工方案经过反复论证和比选,最后确定整座桥的梁安装采用扒杆架设完成,以下介绍架桥过程中扒杆的施工技术。
   二、架梁方案
   在考虑箱梁的吊装方案时,施工现场的实际情况对方案的具体实施与细节都有着重要的影响。
   1、首先,大砂沟桥两侧原有的地貌及电力杆线与通信线路对箱梁的吊装影响,需要在前期要尽快与业主协调对受影响的线路进行提前改造,达到不影响箱梁吊装的条件,否则将会对整体的施工工期造成严重的影响。
   2、其次,由于大砂沟桥的两侧地势限制,作为预制场的设置在总体上要对后期箱梁的吊装进行考虑。对于预制梁台上预制的箱梁同样也有要求,不能相互混淆,导致影响后续的吊装。
   作为预制梁台根据现场的实际情况,在大砂沟桥的北侧布置14片梁台,在大砂沟桥的南侧布置8片预制梁台。
   在预制梁台的制作及施工中应该注意以下事项:
   1)、根据施工图设计,对于滑板式支座要放在桥台上,而在桥墩位置则放置板式支座。由于滑板式支座与板式支座上部,即梁底预留钢板的尺寸大小不一样,其中滑板式支座上部梁底预留钢板为63.5×45.5cm,而板式支座上部梁底预留钢板为42×42cm。
   因此,根据梁台的布置情况,位于大砂沟桥北侧的预制梁台,对于北中梁及北边梁。梁台上1cm的钢板预留槽朝洪道方向(即南面)为42×100cm的尺寸。在梁台的北侧为63.5×100cm的尺寸。而南中梁与南边梁梁台上1cm的钢板预留槽朝洪道方向为63.5×100cm的尺寸。在梁台的北侧为42×100cm的尺寸。
   大砂沟桥南侧的预制梁台,对于南中梁与南边梁梁台上1cm的钢板预留槽朝洪道方向(即北面)为42×100cm的尺寸。在梁台的南侧为63.5×100cm的尺寸。
   2)、对于预制梁台施工完后,其每片要求预制的具体梁必须按照图示要求进行施工,否则影响后续的施工。
   3)、另外对于边梁要求在梁的两侧端头位置大于1.0米但不小于1.5米的位置设置钢丝绳预留孔其尺寸为40×20cm。在边梁上部悬挑短边一面不考虑预留孔。在悬挑长边一面进行预留,沿箱梁纵向预留孔长为40厘米。
  
   3、对于箱梁的吊装方案及操作过程,
   (一)、根据本桥地理位置状况,预制梁设在南北两侧路基上作为预制梁场。地势较平坦,梁的片数少,加之桥台场地狭窄,架设成本方面考虑,选定架设方案采用双套人字扒杆吊移法架设。不受架设孔墩台高度和桥孔下地基、河流水文状态等条件的限制,不需要导梁、龙门吊机等重型设备即可架设为30-40m跨径的桥梁,只需利用安装在跨墩台上的两付人字扒杆依靠卷扬机作为牵吊动力,把梁悬空吊过桥墩,两横移落就位安装的架设方法。本方法扒杆的安装移动简单,梁在吊着状态时横移容易,且也较安全,因此总的架设速度也快,但对于此方法需要技术熟练的起重工进行操作。
   (二)、纵向“钓鱼”法架设的主要机具:
   1、主扒杆:两付能承受吊装能力140t,高度18m的角钢行架结构人字架。
   2、人字辅助扒杆:一付高6m左右,在竖立主扒杆时使用。
   3、卷扬机:5台,牵引能力5t(11kw)的特殊减速卷扬机,在起吊及运输大梁时使用。
   4、油压千斤顶50t规格4台:预制场起吊梁。
   5、滑车:4组(55+45)cm×8轮,起吊梁用。
   6、滑车:25cm×1轮30个,导向及其它用。
   7、扎头及卸扣:数个,钓梁,移动扒杆拖引预制梁用。
   8、钢丝绳直径19.5mm(6×37+1)2500m,起吊预制梁拖运用。
   9、钢丝绳:直径19.5mm(6×37+1)400m;直径28mm(6×37+1)800m;分别为前风缆和后风缆。
   10、移梁用的滚筒:直径110mm×2200mm规格15根。
   11、横移用铁板:9×1000×2000规格4块;移梁方向转盘。
   12、各种木材:500根,大梁运输及支撑预制梁,垫千斤顶用。
   13、梁托:2个;移梁时卡在梁端,并用三角支撑顶住梁翼,防止倾覆。
   三、操作过程
   (一)扒杆的安装
   扒杆分两节安装,扒杆底节先用缆绳固定好,并用木楔垫平,扒杆采用吊车装中节扒杆,螺栓连接好后再吊扒杆顶节。扒杆顶部交叉处用螺栓联结,并用19mm钢丝绳进行捆绑,每层10圈,共设置4层。
   (二)、扒杆的竖立
   首先要在1#台上组装好1#和2#墩上用的人字杆A和B,用一般方法在1#台上竖立起A扒杆,并在A扒杆上安装好辅助人字架,再竖立起扒杆B;然后利用定滑轮改变方向的原理,在前方墩上装好定滑轮和钢丝绳,用扒杆A的高度把扒杆B提起,再利用高在前方的定滑轮将扒杆的脚逐步拉向2#墩并呈上倾状态;此时利用A扒杆上的人字辅助架和滑轮组将B扒杆竖立于2#墩项。然后把前风缆分别固定在1#和2#墩台上(后续个墩台依次同理进行实施),由于大桥吊装时风缆受力是后风缆,前风缆主要固定扒杆竖立在墩台上,并不承受架设主应力,故前风缆不设置地锚。
   (三)扒杆的转移
   吊装完一片梁后,需将扒杆横移,吊装下一片梁,操作时先在扒杆两侧用缆绳加固,然后采用两个起道器(或千斤顶)分别顶住扒杆慢慢横移到所需位置。
   (四)顶板的处理
   架设第二跨时,扒杆需设在第一跨梁的顶板上,为了避免扒杆将梁杆压坏,在梁顶放一块4cm厚木板,木板下梁顶部用细砂扫平以使均匀受力。
   四、起梁及运输
   龙门架起梁:把龙门架放进所要起的梁头吊点上约1.5米左右,然后绑扎梁体用滑轮组改变力的作用将梁吊起,放上平车把梁撑稳进行运输。由于场地限制本方案采用无缝钢管和木做托板,把大梁放在托板上方,用卷扬机及滑轮改变力的作用进行牵引到指定位置。
   五、架设安装与荷载分析
   扒杆纵向“钓鱼”架设:本办法是用立在安装桥墩上的两副18m人字扒杆,在两下无支架无导梁支托的情况下,把梁悬穿吊过桥墩,实地横移,落梁,最后安装就位架设。
   (一)大梁的架设安装:
   1、做好各项准备工作,在安装的墩台上各竖立人字扒杆一付,B桥墩尚需在主扒杆旁设立一付辅助扒杆。
   2、将预制梁用板车牵引运来,大梁前端达到A扒杆下面。
   3、用两条钢丝绳在大梁前端约1.5米处吊孔进行捆绑,然后把A、B扒杆牵吊绳分别卸在两条捆绑绳端头上,中间用卸扣扣住两绳防止大梁在吊过程中绳子托开或大梁端头张力过大。
   4、先用A扒杆的牵吊绳吊起梁的前端,撤走其下面板车。
   5、收紧B扒杆牵吊绳,放松A杆牵吊绳使梁前进;大梁前进时注意使梁的前端稍低于后端,禁止“昂头”。因为“昂头”就意味着各滑车组的牵引绳受力骤增数倍,因而极为危险。
   6、大梁前端快到B端时,梁后端控制绳H应注意控制,此时要注意作用于控制绳上的应力。
   7、由B扒杆牵吊绳和控制绳H将梁拉到要求的位置停住,将A扒杆的牵吊绳解开,收回牵引绳系吊到梁的后端约1.5米吊孔上。
   8、用A、B扒杆的牵吊绳同时吊起梁的两端,放松H控制绳,墩台上垫好滑板,将梁下放到墩台上。
   9、支撑住大梁的两端并放松牵引绳,移动扒杆实施横移就位。
   (二)架设时安全荷载检算“依据《公路桥涵施工手册》具体见下图:
  
   x=√b·L /(√a+√b );则当m=40m,x=17.5m,a=16m,b=15m时,经分析后缆承受的拉力实际最大,故仅计算后缆受力,代入公式:
   S1=[(35―17.5)×17.5√182+402] ÷ {40×[16×35―(16―15)×17.5] }×66
   S1=40.9T
   则S2=40.9T小于钢丝绳容许接力F=9.65×6=57.9T(6根纲丝绳)满足施工要求。
   六、强度要求及吊点设置
   由于大砂沟桥的箱梁均为预应力形式,根据设计要求,在进行预应力张拉施工时,预制砼箱梁的砼达到设计强度95%。在进行张拉时应采用两端对称张拉。
   (一)、强度要求
   对于装配式预制箱梁的移运架设,其砼的强度不应低于设计对吊装砼的强度要求。即满足95%以上。另外对于预应力砼构件。其孔道水泥强度不应低于设计强度要求,如无设计具体规定时,其水泥强度应不低于30Mpa。
   (二)、箱梁吊运前的准备工作:
   1、箱梁吊装前应检查外形实际尺寸,伸出钢筋,吊环及各种预埋件的位置及箱梁砼的质量,如箱梁尺寸误差超过允许限度,伸出钢筋,吊环及各种预埋件的位置误差超过允许规定,或砼有裂缝、蜂窝、露筋、毛刺、鼓面、掉角等缺陷时,应及时修补、处理,务必使箱梁的尺寸,伸出钢筋,吊环及各种预埋件的位置及箱梁砼的质量满足设计要求及相关规定。确保安装时不致发生困难。
   2、对于箱梁在运输及吊装时要用木板或相应的支架进行保护。
   3、在安装大砂沟桥的箱梁前,对于橡胶支座的就位及高程要进行复核,确保无误后进行吊装。
   4、由于在进行箱梁预制时,各种箱梁都进行了标号,在吊装时要严格进行综合考虑。确保各箱梁的准确就位。
   (三)、箱梁吊点的设置:
   1、箱梁在吊装时其吊点的设置应满足相应的规定要求,对于吊点位置,在一点起吊时可设在距端头0.293L处,在两点起吊时应设在距端头0.207L处。其中L为箱梁的长度。
   2、对于箱梁的吊环应顺直,如发现弯扭时必须进行校正。使吊钩能顺利套入。巧绳交角大于60度时,必须设置吊架,能使吊环垂直受力,以防吊环折断或破坏吊环周边的砼。如用钢丝绳捆绑起吊时,需用木板等垫衬,以保护砼的棱角和钢丝绳。
   七、结语:
   扒杆是一种较为常用的施工机具,它具有轻巧、经济、易于加工安装、操作简便等诸多优点,本文介绍了扒杆的拼装工艺参数、箱梁的运输和吊装方法,最后对扒杆做了结构分析与验算。所有这些说明,只要扒杆的设计、加工和安装(包括缆风绳的设置)合理,完全可以用于桥梁梁体的架设。
   参考文献
   1 简明工程机械施工手册杨文渊人民交通出版社2001.
   2 市政桥梁工程质量检验评定标准(CJJ 2-90) 中国建筑工业出版社出版 1991.
   3 材料力学 王世斌 高等教育出版社 2008.
   4 钢结构钟善桐中国建筑工业出版社 2007.
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