钢管支架利用千斤顶预压砂桶工艺应用

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  摘要:本文介绍了在使用钢管支架施工现浇梁、道岔梁等特殊结构时,使用千斤顶预压砂桶,摒弃传统预压块预压,简化预压过程,更加精确控制支架标高,加快施工进度,可为类似支架施工中的砂桶预压提供借鉴。
  关键词:钢管支架;砂桶;千斤顶;预压
  随着国家交通建设的大力发展,公路、铁路设计中特殊结构越来越来多,需要现场浇筑的道岔梁、现浇梁也日益增多,而采用钢管支架法施工是当下的主流,在支架搭设中砂桶便于标高控制和拆卸方便,支架整体的沉降主要取决于砂桶,根据支架砂桶的预压情况控制支架整体的标高和预拱度,因此预压砂桶对于支架的承载能力和稳定性、消除其非弹性变形、观测结构弹性变形及沉降情况都是至关重要的。
  1.工程概况
  1.1.道岔梁支架设计
  川南城际铁路CN-1标三分部白马西站多线特大桥位于白马西车站范围内,道岔上桥,该桥在19#~23#墩间设计为2联四线变双线(4×33)m道岔连续梁通过。梁体全长133.5m,梁高3.05m(未含泄水坡);单片箱梁顶板宽为6.05~9.175m,箱底宽为3.0~6.125m。全桥顶板厚35cm,底板厚30cm,腹板厚45cm;梁端和中墩两侧底板从30cm渐变至60cm,腹板从45cm渐变至60cm。梁体在支座处设横隔板,全联共设5道横隔板,横隔板均设有孔洞,梁体采用C55混凝土浇注,设纵向预应力体系。
  本桥第一跨至第四跨为变截面不等宽现浇梁桥,采用4跨不等宽的施工贝雷梁平台,每跨梁体采用4排Φ630×10mm钢管柱进行支撑,钢管质量验收合格后,切割下料制作支撑柱。钢管接长采用法兰盘或环焊缝+缀板连接,并确保支撑柱上下同心。钢管柱之间采用纵横向连接系加固稳定,确保每5m高度有一道纵横向连接系,钢管柱顶布置砂桶,每根钢管柱上布置一个砂桶,并保证竖向中心线一致,无偏移现象,砂桶与钢管柱顶部采取有效限位措施,保证工作状态下不发生位移,根据支架的设计高度调整砂桶内的装沙量,并保证同一排砂桶的顶部标高一致,主横梁上布置321贝雷片作为纵向分配梁,纵向分配梁上布置I20b横向底模分配梁,横向底模分配梁上布置方木+竹胶板底模和侧模系统。
  1.2.现浇梁支架设计
  川南城际铁路CN-1标三分部白马西站多线特大桥第17~19孔为两幅并行的双线32m简支现浇箱梁,本桥梁体截面类型为等高单箱单室简支箱梁,单孔梁全长32.6m,计算跨度30.8m,梁高2.3m(不含梁面铺装层),顶宽为9.0m,跨中部分设2道横隔板。梁体采用C55混凝土浇注,设纵向预应力体系。
  支架设计为钢管柱+贝雷梁梁柱式支架,每跨梁体沿纵向采用4排Φ630×10mm钢管柱进行支撑,钢管质量验收合格后,切割下料制作支撑柱。钢管接长采用法兰盘或环焊缝+缀板连接,并确保支撑柱上下同心。每单幅每排横向设置3根钢管柱,钢管柱之间采用纵横向连接系加固稳定,确保每5m高度有一道纵横向连接系,钢管柱顶布置砂桶,每根钢管柱上布置一个砂桶,并保证竖向中心线一致,无偏移现象,砂桶与钢管柱顶部采取有效限位措施,保证工作状态下不发生位移,根据支架的设计高度调整砂桶内的装沙量,并保证同一排砂桶的顶部标高一致跨中2排钢管柱顶设置三拼I56b主横梁,主横梁上布置321贝雷片作为纵向分配梁,纵向分配梁上布置I20b横向底模分配梁,横向底模分配梁上布置方木+竹胶板底模和侧模系统。
  2.砂桶设计
  2.1.砂桶主体构造设计
  砂桶由上下顶帽和底座构成,上顶帽内为混凝土实心体,下底座为空心体,下底座内装入干燥的河沙,上顶帽套入其中。
  2.1.1.底座设计
  ①外形结构:砂桶底座采用钢管外径570mm(壁厚δ=9mm),上下坐板采用80×80×1.5cm钢板,砂桶底座钢管的净高度设计为45cm。在砂桶底座设置一个掏砂口,掏砂口处封口采用活动钢板门设置,掏砂口高度为10cm、宽度10cm;活动钢板门高于掏砂口,高度为12cm、宽度12cm。在砂桶钢管外侧焊接2根吊环,吊环采用直径16mm的螺纹钢弯曲制成。
  ②填砂。砂桶底座内填充用沙选用干燥细沙,必须经过过筛、烘干。
  顶帽设计
  ③外形结构。顶帽钢管选用外径530mm、壁厚9mm的钢管。顶帽钢管的高度设计为48cm,顶钢板与钢管间采用满焊连接。
  ④填充。砂桶顶帽内填充C20微膨胀性混凝土,填筑混凝土时,采用振捣棒密实。
  2.2.砂桶上部承载荷载计算
  2.2.1.砂桶承受荷载计算
  检算说明及荷载计算,以现浇梁为例:
  计算参数:
  根据《路桥施工计算手册》:
  模板及支架荷裁: q=1.0kN/㎡;
  设备及人工荷裁: q=3.0kN/㎡;
  混凝土浇筑冲击荷载: q=2.5kN/㎡;
  混凝土浇筑振捣荷载: q=2.5kN/㎡;
  混凝土容重(配筋率大于2%) :混凝土=26kN/m?;
  混疑土超灌系数取: 1.05
  Q235钢基本容许应力:轴向应力[σ]=170MPa, 弯曲应力[σw]=170MPa, 剪应力[τ]=100MPa。
  2.2.2.荷载计算
  以典型断面为例:顶宽12.05m,底宽6.04m,梁高2.8m,沿縱向取1m进行计算。
  截面面积为9.1㎡;外模长16.24m;内模长14.28m; 计算受力宽度12.05m。
  (1)混凝土自重荷载计算
  9.1×1 ×26÷(12.05×1 )=19.63kN/㎡
  考虑混凝土超灌,系数取1.05, 则混凝土分布荷载
  P1 =19.63×1 .05=20.61 kN/㎡   (2)模板荷载
  外模: 16.24×l×1.0÷(12.05×1)=1.35kN/㎡
  内模:14.28×l×1.0÷(12.05×1)=1.19kN/㎡
  模板总荷裁为: P2= 1.35+1.19=2.54 kN/㎡
  (3)设备及人工荷载
  P3=3kN/㎡
  (4)混凝土浇筑冲击及振捣荷载
  P4=5kN/㎡
  所以:梁体总荷载为P=P1+P2+P3+P4=31.15kN/㎡
  (5)工字钢自重计算:
  贝雷片上铺设I20b工字钢,I20b工字钢横向分配梁间距60cm,每片梁上布置50根。
  I20b工字钢单位重量31.1kg/m
  P=50×12×31.1×9.8 /(32.6×12.5)=448.76N/㎡=0.449kN/㎡
  (6)蓓蕾片自重计算:
  每跨梁支架布置14排蓓蕾片,每排纵向为9片3m标准件+2片1m非标件,3m标准件:270kg/片;1m非标件100kg/片,则
  P=(14×9×270+14×2×100)×9.8 /(32.6×12.5)=150.8N/㎡=0.15kN/㎡
  (7)I56工字钢自重计算:
  跨中2排钢管柱顶设置三拼I56b主横梁,近墩身钢管柱顶设置双拼I45b主横梁,以重量较大的I56b进行计算:
  自重=3×12×115×9.8=40572KN
  则,每个砂桶分配到的荷载为:f=40572÷3=13524N=13.524KN
  (8)砂桶承受荷载计算
  按照平均面积法,第二排砂桶承受荷载最大
  计算长度:6+5.34=11.34m
  计算宽度:4m
  计算面积:S=11.34×4=45.36㎡,
  则砂桶承受的最大荷载为
  F=P×S=(31.15+0.449+0.15)×45.36+13.524=1453.7KN,按照120%的预压标准,则最大荷载
  FMAX =F×1.2=1453.7×1.2=1744.44KN
  2.2.3.预压千斤顶
  使用YDC2500型千斤顶,编号:201812133,对应油表编号:19-5-468,张拉前油表检验与千斤顶视为一个单元进行检验,千斤顶与油表按规范规定定期配套、校正。
  2.2.4.安装砂桶千斤顶
  采用两块1.2m×1.2m×2cm钢板,分别在四个角15cm处钻直径为35mm的圆孔,上下两块钢板开孔位置需对应精确,将装了沙的砂桶放置在上下两块钢板中心位置处,千斤顶放置在砂桶顶板上,保证上下钢板、砂桶、千斤顶竖向中心线同轴竖直,上下预压钢板四周采用φ32精轧螺纹钢 PSB830,采用10×10cm垫片加2个螺母,对上下预压钢板进行固定,当确定位置、材料无误后,开始千斤顶预压,根据60%、100%、120% 三级荷载进行预压,根据油表读数,及时观测砂桶的沉降量,每级荷载加载完毕后,及时测出沉降量,并保持持荷观测1小时,当沉降量前后变化不超过2mm时,视为预压稳定,在进行下一级预压,反之持续观测,直到沉降趋于稳定。
  公称直径32mm精轧螺纹钢PSB830,其抗拉强度标准值 =830MPa,抗拉力:F=16×16×3.14×830=667.19KN
  则4根的抗拉力为:667.19KN ×4=2668.7KN   远大于砂桶预压120%荷载,所以预压设置安全可靠。
  3.数据分析
  根据现场记录的数据,最大沉降值为3.5cm,卸压后,沉降值为2.9cm,说明非弹性变形为2.9cm,弹性变形为0.6cm,从而确定出每个砂桶的非弹性变形值和弹性变形值,再平均计算出整个支架砂桶的非弹性变形值和弹性变形值,根据支架立柱的标高和梁底标高,反算出每个钢管立柱所需的砂桶高度,根据这个理论砂桶高度考虑非弹性变形值和弹性变形值,对应增加砂桶高度。
  例如:根据立柱的标高和梁底标高,反算砂桶高度64cm,考虑弹性变形平均为7mm,则实际需要从已经预压完成的砂桶中挑选出64.7cm的砂桶,放置在对应钢管柱顶。
  4.传统支架预压
  传统的支架预压材料处理采用预制块+沙袋进行预压,预压加载按梁段预压部分荷载的分布及浇筑顺序进行仿真加载。预制块为1m?大小的C25混凝土预制块,每个预制块重量约为2.4t,单个沙袋重量约为1.3t,加载重量以此标准计算所需预制块及沙袋数量。
  4.1.加载重量
  加载总重量为最大施工荷载的1.2倍,考虑施工荷载和施工的安全系数计算出每跨单幅压重总重量为。堆载预压采用分级加载的方法进行。压重的先后顺序应按照混凝土的浇筑顺序进行,先浇筑混凝土的部位先压重,后浇筑混凝土的部位后压重,荷载分别按设计荷载的60%、100%、120%进行。
  4.2.观测点布置
  支架平台搭设完毕后,在每排钢管柱中心线和纵梁跨中位置处设置观测断面,每跨共设置3个观测断面,每个断面共设置5个观测点,其中主横梁上设置3个观测点、钢管柱基础上设置2个观测点。
  4.3.加载方法
  预压采用逐孔预压的方式进行,用吊车吊装逐级加载。预压重量按计算荷载的60%→100%→120%分三次逐级加载。每级加载完成1h后进行观测,全部加载后每6小时对观测点进行观测1次,当相邻两次沉降量观测平均值之差不大于2mm时,方可进行后续加载。全部预压荷载施加完成后,每隔6h监测记录各监测点的位移量,当连续12h监测位移平均值之差不大于2mm时,方可卸除预压荷载。支架卸载6h后,监测记录各监测点的位移量。
  卸载按与加载过程相反的分级方式进行:120%→100%→60%→0。卸载6h后,监测记录各监测点位移量。
  4.4.传统预压缺点
  由此可见传统的预压方式繁琐且效率低下,施工过程中起重作业增加了安全隐患,需要大量的预压材料,增加了物资供应的工作量,同时吊装预压块进度缓慢不利于工期的保证,吊装过程中需要大量的机械、人工配合,造成成本费用的增加。
  5.结 语
  砂桶作为常见的支架卸落装置,在支架搭设和拆除施工中起到至关重要的作用,本次采用的预压方式简化支架搭设时的施工步骤,大大提高工程效率,摒弃了传统的预压块,省去了预压块吊装的繁琐过程,减少施工中的安全隐患,且有效的保证了支架搭设标高控制,在预压过程中观测数据需及时精确,千斤顶、油表一一对应,注意施工细节,控制关键工序点,對于类似支架施工提供部分借鉴。
  参考文献
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