空心高墩施工工艺2

技术报告一：高墩爬模施工技术研究报告评审技术文件第11页1.概述赣龙铁路16标段松头江特大桥、芋子英特大桥及森坑1号大桥设计有50m以上空心高墩13个，其中最大墩身高96.9m，最大墩径达13.2m，累计墩身高度1074.1m，混凝土方量达3万多方。墩身设计采用C20-25钢筋砼，墩身外坡为40：1，内坡为59：1，结构要求最小墩身厚度不小于50cm。1.1高墩的设计1.1.1设计荷载①活载设计活载采用铁路标准活载，即“中—活载”。②其它荷载a、风压强度：按有车和无车两种情况根据《铁路桥涵设计基本规范》计算风压强度。b、离心力：按《铁路桥涵设计基本规范》第4.3.6条计算。c、制动力或牵引力：按《铁路桥涵设计基本规范》第4.3.7条规定为竖向静活载的10%，当与离心力或冲击力同时计算时，制动力或牵引力按竖向静活载的7%计算。d、冲击力：顶帽设计时考虑活载冲击力，冲击系数采用1.194。1.1.2设计与计算⑴墩身结构尺寸的确定：空心墩内外边坡的选择，除与各种荷载有关外，还受墩顶尺寸及墩顶壁厚的影响。本设计墩顶壁厚最小采用0.5m，墩底处壁厚在0.87～1.84m之间，考虑施工要求，内外坡率不小于40：1，在满足墩顶应力、墩顶位移和截面尺寸的前提下，确定经济、合理的墩身边坡顶帽纵横向尺寸满足《铁路桥涵设计基本规范》第5.3.6条、第5.3.8条和第5.3.9条。托盘下配筋计算：按均匀荷载作用下环形简支薄板或双向简支薄板计算。⑵桥墩的计算①墩身计算截面上合力偏心距，主力+附加力时，圆形截面，e≤0.5S；墩身整体稳定性检算按《铁路桥涵混凝土和砌体结构设计规范》第5.1.2条计算。局部稳定由结构尺寸控制。根据铁路工程设计技术手册《桥梁墩台》，当最小壁技术报告一：高墩爬模施工技术研究报告评审技术文件第12页厚t满足下式：t≥(0.067～0.1)R(R为墩身半径)时，可不检算局部稳定性。墩身强度按《铁路桥涵混凝土和砌体结构设计规范》第5.1.3条计算。②墩顶弹性水平位移计算墩顶位移由三部分组成，即墩身弹性位移、日照位移、基础弹性变形产生的位移。a荷载引起的弹性水平位移，按下端固结的悬臂梁计算，设计时采用弹性荷载法简化计算：iiiiiniiiiihEIMMSEIMMS)6)2(6)2((11111式中：Si——i至(i-1)点的距离Si+1——i至(i+1)点的距离Mi-1——所有荷载对(i-1)点截面所产生的弯矩，kN·mMi——所有荷载对i点截面所产生的弯矩，kN·mMi+1——所有荷载对(i+1)点截面所产生的弯矩，kN·mE——墩身材料弹性模量，kPaI——墩身截面惯性矩，m4hi——各点至墩顶距离，mb日照温差引起的墩顶偏移ΔR=2(h2+h3+…+hn)/h1+2(h3+h4+…+hn)/h2+2Δn-1hn/hn-1+Δ1+Δ2+…+Δn式中：h1、h2、h3…hn——墩身分段高度，mΔ2、…Δn——分段按Δi=hi2/(2Rc)式计算，mRc——受日照温差而产生的桥墩曲率半径。c明挖扩大基础地基不均匀压缩产生的墩顶位移，明挖扩大基础不均匀压缩产生的桥墩墩顶水平位移：Δd=Hω。d桥墩墩顶位移桥上有车时，墩顶处的弹性水平位移应符合下列规定：纵向：Δx≤0.5L=28.3mm技术报告一：高墩爬模施工技术研究报告评审技术文件第13页横向：Δy≤0.5L=28.3mm在计算时，对于较高的桥墩，桥上无车时，风压很大，考虑风振作用后，部分墩顶位移超出了容许值，考虑到《铁路桥涵设计基本规范》规定墩顶位移的限值，是为了行车平稳，保证行车的舒畅，因此桥上无车时，墩顶位移超过允许值少许，也不再加大墩身尺寸。③自振周期计算按柔度矩阵法计算，将桥墩简化成多质点体系，墩顶处放一换算质量，仍按悬臂杆计算。基本周期的限值，按下式计算：T1=0.25H式中：T1——桥墩自振周期，s；H——桥墩墩顶至基础顶面的距离，m固端干扰应力计算：按乘以增大系数的简化方法求局部应力。026.1039.1029.1WMeWMAN式中：∑N——实体段顶面以上的竖直力总和，以负值代入，kN；∑M——实体段顶面以上横向水平力所引起的弯矩，kN·m；Me——实体段顶面以上总竖直力因偏心产生的弯矩，kN·m；A0——实体段顶面处墩身截面面积，m2；W0——实体段顶面处墩身截面抵抗矩，m3。④倾覆稳定性检算按《铁路桥涵地基和基础设计规范》第3.1.1条计算。⑤滑动稳定性检算按《铁路桥涵地基和基础设计规范》第3.1.2条计算。⑥墩身混凝土弹性模量Eh的采用：周期计算、墩顶弹性位移计算、日照位移计算、纵向稳定性检算、强度检算等E=Eh(Eh为混凝土的受压弹性模量)技术报告一：高墩爬模施工技术研究报告评审技术文件第14页1.1.3构造及配筋⑴墩身①为方便施工，墩身尺寸不考虑托盘颈缩，采用一坡到底的形式。墩顶、墩底均设置一定高度的实体段。②曲线墩设置0.5m的预偏心。③墩身内不设置纵横隔板。④实体段及墩身壁厚按《铁路桥涵设计基本规范》第5.3.13条及第5.3.14条计算。⑤为了调节墩壁内外温差，在离地面5m以上或设计水位以上每隔3m高度在墩身周围对称设置通风孔，其直径不小于20cm。⑥墩身底部实体段顶部应设置排水坡，并在墩壁设置排水孔，以排除施工积水，竣工后应予以封堵。⑦为了检查内部墩壁，在桥墩纵向上实体段上设置进人洞一个，墩身内壁设置爬梯。⑵支承垫石、顶帽及墩身配筋原则①支承垫石及顶帽钢筋，按构造要求进行配筋。②墩身配筋时，当考虑温度影响时，温度应力产生的拉应力并不大，但由于壁厚较大，应力转换为弯矩的值较大，按此值配制的钢筋很多，与实际情况不符。因此，不考虑温度应力，墩身设置护面钢筋，按构造要求配筋。墩身均采用Ⅱ级钢筋。③在上实体段与空心墩身、空心墩身与下实体段连接处，考虑混凝土收缩和固端干扰，设置内外侧双层钢筋，以加强连接。墩顶上实体段内、外侧加强钢筋，上端伸至顶帽下，下端至局部干扰区。为梁部施工中预埋托架，上实体段长度根据现场需要进行了加长。⑶建筑材料顶帽采用C25钢筋混凝土，墩身采用C20混凝土钢筋采用：Ⅱ级带肋钢筋(HRB335)，Ⅰ级光圆钢筋(Q235)钢料：Q2351.2本项目及桥梁高墩设计情况本标段几座桥梁高墩的设计情况见表1.1。图1.1为采用爬模施工的松头江特大桥。技术报告一：高墩爬模施工技术研究报告评审技术文件第15页高墩设计情况表表1.1桥名墩号墩高(m)下口直径(cm)上口直径(cm)钢筋数量(kg)混凝土方量(m3)松头江特大桥468.91065720544441843596.91325840850073871676.41162780645712380759.9880580391491216芋子英特大桥963.084253022712.611351073.59856205119017631184.512398207554429821294.513098408549836071352.080755033379939森坑一号大桥471.0944600422711543592.51152700741002975687.01125700636162680759.5807420318031035汇总13979.6//723284.627969图1.1采用爬模施工的松头江特大桥空心高墩2.爬模设计2.1爬模的结构2.1.1模板模板在竖向分为两层，外模采用大块钢模板，每节高4.0m，按照墩径大小不同共有39节，每节按照卷扬机的起重能力设计为8、12、16块三种类型的钢模板，模技术报告一：高墩爬模施工技术研究报告评审技术文件第16页板为框构结构，具有足够的强度、刚度和稳定性，并且满足桥墩外形尺寸的要求，单块宜进行整体组合或装配组合。相邻模板间，上下节钢模间均用栓接，并配有定位销，定位销探伤检验应为100%合格。内模采用翻模，每节高度2m，每个墩设3组，随墩身的逐节上升按照4m级数向上翻动。内模的安装与拆除通过墩内设置的可调式工作盘实现，工作盘悬挂在爬架上，可随爬架上升，亦可自行调节位置，方便墩内及墩上作业。内模采用KS2050双曲可调钢模，四块或五块模板利用KH2520或KH2530可调桁架组合成一个模板单元，单元内模板之间采用螺栓连接。墩身收坡通过在模板单元之间设置变角可调KB2020尖板实现，单元之间桁架的连接采用特制可收缩连接件，形成上小下大的变截面。每次立模高度4m，与外模同步。2.1.2爬升架爬升架具有承重和滑升作用，是特殊设计的稳定桁架。每组爬架有6对钢夹头，每对钢夹头都带有安全钢销(安全装置)，在提升过程中采用人工限位。限位装在钢夹头上，可垂直滑动，卡在工字钢腹板上起着限位导向作用。爬架提升采用yCD23/250型提升千斤顶。2.1.3滑道滑道采用I320工字钢与大块钢模焊接为整体，不需预埋螺栓。爬升架与滑道之间采用销接，配有特殊的钢夹头在爬升架支点处与钢滑道连接，有足够的稳定支点和长度。钢滑道不垂直度1m内为0.5mm。爬升架与滑道之间采用栓接，配有特殊的钢夹头在爬升架支点处与钢滑道连接，有足够的稳定支点和长度，并能适应墩柱外壁变坡。2.1.4提升桁架提升桁架为N型万能杆件拼装成的“井”字形，爬升架的斜爬升通过调整提升桁架下的楔形块来实现（17′、18′杆件）。斜向爬模比较复杂，架体与模板都有一个导向与平衡问题。爬升架与滑升桁架为刚性固结确保在最不利的外力组合下的稳定性。提升时吊点设在爬升架与提升桁架的重心，设有防倾和稳定设施。2.1.5扒杆解决主墩施工材料和小型机具的升高问题，在每个爬升桁架上设2付吊重为3.0t技术报告一：高墩爬模施工技术研究报告评审技术文件第17页的起重扒杆2.2爬模的检算2.2.1计算荷载的确定爬模的设计本着安全、先进、实用及经济的原则。作用在墩身上的荷载主要有：⑴模板自重P1：模板重量随着墩径不同而变化，计算时按每节(4m)模板最大重量180kN考虑，两节模板为2×180=360kN。⑵爬模重P2：爬架重量为260kN(2个)。⑶扒杆吊重P3：扒杆起吊重量为每个扒杆30kN，吊臂水平距离最大L=5m。⑷混凝土侧压力q4：取50kPa。⑸施工人群机具荷载P5：取20kN。⑹风荷载：不予计算。⑺摩擦力：摩擦系数对内力计算有很大影响，参照已有爬模资料，偏于安全取较小摩擦系数f=0.08。2.2.2模板计算⑴竖直力作用：P=P1+P2+P3+P5=360+260+30×4+20=760kNtgα1=f=0.08tgα2=1/40=0.0251007.0025.008.01025.008.01)(212121tgtgtgtgtgP为竖直力，R为混凝土对模板的反力，Q为P和R的合力，由模板内力平衡得(计算简图见图1.2)：αα1α2PRQDxq图1.2模板计算简图Q=P/tgα技术报告一：高墩爬模施工技术研究报告评审技术文件第18页Q=q·h(2πd)tgDhPDhQq环向力：kNPtgPQqDhH1201633.02221模板：kPahH411001.6005.041201螺栓M27，有效面积：24221104.40237.044md每个螺栓内力：N1=1201÷40=30.03kN⑵爬架及吊重偏心：M=1/4×(P1+P3+P5)×1.4m=1/4×380×1.4=133kN•m模板：kPawM4221041.16/4005.021332螺栓内力：N2=1.41×104×0.005×0.1=7.05kN⑶内力合计：模板内力：σ=σ1+σ2=6.03×104+1.41×104=7.44×104kPa螺栓内力：N=N1+N2=30.03+7.05=37.08kNσ=37.08/(4.4×10-4)=8.43×104kPa⑷混凝土侧压力作用：q=50kPakPaDqhhDqhH4106.6005.02502.1325.0螺栓内力也不控制。2.2.3爬升架爬架设计计