液压自爬模在某大桥箱肋拱竖向施工中的应用

伍屹立

1 工程概况

珍珠大桥位于务川—彭水公路(贵州段),跨越洋冈河,桥面到水面垂直高差为110 m,全长137.7 m。本桥为净跨120 m的钢筋混凝土箱形截面悬链线拱,拱轴系数为 M=1.756,矢跨比1/7,成桥时拱顶设预拱度24 cm,并沿纵向按二次抛物线分布。箱肋拱宽3.867 m,拱肋高2.1 m。腹板厚度为30 cm。拱肋内部每隔4 m(水平距离)设一道横隔板,其厚度为30 cm。混凝土强度为C50,拱肋采用液压自爬模施工,每个节段的长度为4.0 m～4.5 m,在施工时,严格按设计和监控提供的坐标来控制混凝土箱肋拱的线形,以达到竖向浇筑结束后,转体下放到位时,主拱圈的线形顺畅,外形美观,质量优质的要求。

1.1 结构形式

珍珠大桥两岸的箱肋拱采用ZL-QPM-50型液压自爬模竖向浇筑的施工工艺。施工中严格按设计和监控单位提供的立模坐标体系来控制箱肋拱的质量,线形和外观。

1.2 施工流程

施工第一,二,三次浇筑之后,以第三次浇筑为标准继续浇筑,见图1。

2 设计说明

2.1 概述

采用标准QPM50液压爬模,面板采用21 mm维萨板,箱肋拱厚度较薄弱的地方采用高强螺栓拉通箱体,模板按桥轴线纵向布置,用直模板代替桥面的弧度。浇筑高度按桥纵向4 m～4.5 m浇筑,共浇筑15次,垂直方向最大浇筑高度为4 m,使得箱肋拱竖向浇筑施工达到设计和监控单位提供的立模坐标时,通过负角度竖转达到拱圈合龙的目的。

2.2 液压自爬模

2.2.1 主要性能指标

名称型号:ZL-QPM-50型液压自爬模;架体系统:电控液压升降系统;架体支承跨度:不大于5 m(相邻埋件点之间距离,特殊情况除外);架体高度:11.55 m;额定压力:25 MPa;油缸行程:350 mm;液压泵站流量:1.1 L/min;伸出速度:约300 mm/min;额定推力:50 kN;双缸同步误差:不大于20 mm。

1)爬升机构:爬升机构有自动导向、液压升降、自动复位的锁定机构,能实现架体与导轨互爬的功能。2)承载能力:a.平台宽度1.4 m,设计承载3.0 kN/sqm(爬升时0.75 k N/sqm);b.平台宽度2.5 m,设计承载 1.5 k N/sqm;c.平台宽度 1.8 m,设计承载1.5 k N/sqm;d.平台宽度1.8 m,设计承载 0.75 k N/sqm。

2.2.2 液压自爬模的爬升工艺

液压自爬模是以液压为动力,通过导轨与支架互爬实爬模板的自爬升,整个爬升过程均不需要任何其他吊升设备,安装及拆除除外。

爬升过程:浇筑完混凝土→后移模板→提升导轨→提升支架→合模浇混凝土。

2.2.3 液压自爬模安装

首次支设→第二次支设→提升导轨→提升支架→第三次浇筑。

2.2.4 液压自爬模拆除

最后一次浇混凝土→爬升→拆模板→拆上支架→拆导轨→拆下支架。

3 液压自爬模计算书

3.1 计算参数

1)塔肢内外墙液压自爬模各操作平台的设计施工荷载为:模板,浇筑,钢筋绑扎工作平台最大允许承载力为3 k N/m(沿结构水平方向),爬升装置工作平台最大允许承载0.75 k N/m(沿结构水平方向),模板后移及倾斜操作主平台最大允许承载力为1.5 k N/m(沿结构水平方向)。2)除与结构连接的关键部件外,其他钢结构剪力设计值为:FV=125 kN;拉力设计值为:F=215 kN。3)爬模的每件液压缸的推力为100 k N(即10 t)。4)自爬模爬升时,结构混凝土抗压强度不低于15 MPa。5)模板,浇筑,钢筋绑扎工作平台宽度为2.0 m,则施工荷载为6 kN。6)爬升装置工作平台宽度为2.0 m,则施工荷载为1.5 k N。7)模板后移及倾斜操作主平台宽度为2 m,则施工荷载为3 kN。8)分配到单位机位的模板宽度为2 m,高度为4 m,则模板面积为8 m2。9)分配到单位机位的模板自重为8 k N。10)混凝土最大倾斜角度16°。11)混凝土自重为50 kN。12)单个机位系统总重为70 kN,含支架、平台、跳板、液压设备及工具。

3.2 单个预埋件承载力

根据《建筑施工计算手册》,按锚板锚固锥体破坏计算埋件的锚固强度如下:

假定埋件到基础边缘有足够的距离,锚板螺栓在轴向力F作用下,螺栓及其周围的混凝土以圆锥台形从基础中拔出破坏(见图2)。分析可知,沿破裂面作用有切向应力τs和法向应力δs,由力系平衡条件可得:

由试验得:当 b/h=0.19～ 1.9 时,α=45°,δF=0.020 3 fc,代入上式中,得:

其中,fc为混凝土抗压强度设计值,15 N/mm2;h为破坏锥体高度(通常与锚固深度相同),300;b为锚板边长,100。

所以F=0.1fc(0.9h2+bh)=0.1×15×(0.9×3002+100×300)=166.5 kN。

埋件的抗拔力为F=166.5 k N＞120 k N,故满足要求。

3.3 锚板处混凝土的局部受压抗压力计算

根据《混凝土结构设计规范》,计算局部受压承载力。锚板处混凝土局部受压示意图见图2。

其中,FL为局部受压面上作用的局部荷载或局部压力设计值,k N;fc为混凝土轴心抗压强度设计值,15 N/mm2;βC为混凝土强度影响系数,查值为0.94;βL为混凝土局部受压时的强度提高系数,2;AL为混凝土局部受压面积,mm2;ALn为混凝土局部受压净面积,100 mm×100 mm;Ab为局部受压计算底面积,mm2。

所以:FL≤1.35βCβLfcALn=1.35×0.94×2×15×10 000=380.7 k N＞120 kN,故满足要求。

4 安全文明施工及管理

1)下平台与墙面接口处采用合页护栏,以确保不会有杂物从接口处掉落。2)夜间不得进行爬模升降作业,遇八级(含八级)以上大风不得进行提升或进行模板前后移动作业。3)外平台模板移动前,调整可调斜撑使模板倾斜;外平台模板移动结束后,及时将后移装置与主梁连接的销轴插好就位。4)冬期施工,要注意大风后检查爬模架子的稳定性,防护措施是否有损伤,以及扣件紧固是否松动等内容,防止大风对架子安全造成的不利影响。5)遇到雨、雪天气,及时清理爬模架子,做到脚下安全、防滑。6)爬架自外墙主平台护栏以下设全封闭式防护栏,护栏杆件连接应使用合格的扣件,不得使用铅丝和其他材料绑扎,防护栏外围满设密目网。外墙模板主平台上方外围满设大眼安全网。7)剪刀撑、斜杆等整体拉结杆件设置布局合理。8)设专人定期和不定期对爬模装置进行维修保养,保证万无一失。9)根据液压自爬模的施工特点,制定了安全技术交底,让技术人员和施工班组更好地掌握此项施工工艺,使其箱肋拱在竖向施工时达到负角度竖转的混凝土质量、拱肋线形和外观的要求。

5 结语

珍珠大桥负角度竖转施工工艺于2007年7月3日～7月8日(上游),2007年9月8日～9月 12日(下游)四个拱肋的顺利转体到位,从四个拱肋上下缘应力来看所测得的拉、压应力都大大低于规范规定数值,因而在整个转体施工过程中,拱肋的受力是安全的,而且有很大的安全储备,说明箱肋拱的质量,线形和外观符合设计规范要求。珍珠大桥箱肋拱竖向施工工艺采用液压自爬模技术是成功的,是安全高效的。

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