液壓自爬模在某大橋箱肋拱豎向施工中的應用

伍屹立

1 工程概況

珍珠大橋位于務川—彭水公路(貴州段),跨越洋岡河,橋面到水面垂直高差為110 m,全長137.7 m。本橋為凈跨120 m的鋼筋混凝土箱形截面懸鏈線拱,拱軸系數為 M=1.756,矢跨比1/7,成橋時拱頂設預拱度24 cm,并沿縱向按二次拋物線分布。箱肋拱寬3.867 m,拱肋高2.1 m。腹板厚度為30 cm。拱肋內部每隔4 m(水平距離)設一道橫隔板,其厚度為30 cm。混凝土強度為C50,拱肋采用液壓自爬模施工,每個節段的長度為4.0 m～4.5 m,在施工時,嚴格按設計和監控提供的坐標來控制混凝土箱肋拱的線形,以達到豎向澆筑結束后,轉體下放到位時,主拱圈的線形順暢,外形美觀,質量優質的要求。

1.1 結構形式

珍珠大橋兩岸的箱肋拱采用ZL-QPM-50型液壓自爬模豎向澆筑的施工工藝。施工中嚴格按設計和監控單位提供的立模坐標體系來控制箱肋拱的質量,線形和外觀。

1.2 施工流程

施工第一,二,三次澆筑之后,以第三次澆筑為標準繼續澆筑,見圖1。

2 設計說明

2.1 概述

采用標準QPM50液壓爬模,面板采用21 mm維薩板,箱肋拱厚度較薄弱的地方采用高強螺栓拉通箱體,模板按橋軸線縱向布置,用直模板代替橋面的弧度。澆筑高度按橋縱向4 m～4.5 m澆筑,共澆筑15次,垂直方向最大澆筑高度為4 m,使得箱肋拱豎向澆筑施工達到設計和監控單位提供的立模坐標時,通過負角度豎轉達到拱圈合龍的目的。

2.2 液壓自爬模

2.2.1 主要性能指標

名稱型號:ZL-QPM-50型液壓自爬模;架體系統:電控液壓升降系統;架體支承跨度:不大于5 m(相鄰埋件點之間距離,特殊情況除外);架體高度:11.55 m;額定壓力:25 MPa;油缸行程:350 mm;液壓泵站流量:1.1 L/min;伸出速度:約300 mm/min;額定推力:50 kN;雙缸同步誤差:不大于20 mm。

1)爬升機構:爬升機構有自動導向、液壓升降、自動復位的鎖定機構,能實現架體與導軌互爬的功能。2)承載能力:a.平臺寬度1.4 m,設計承載3.0 kN/sqm(爬升時0.75 k N/sqm);b.平臺寬度2.5 m,設計承載 1.5 k N/sqm;c.平臺寬度 1.8 m,設計承載1.5 k N/sqm;d.平臺寬度1.8 m,設計承載 0.75 k N/sqm。

2.2.2 液壓自爬模的爬升工藝

液壓自爬模是以液壓為動力,通過導軌與支架互爬實爬模板的自爬升,整個爬升過程均不需要任何其他吊升設備,安裝及拆除除外。

爬升過程:澆筑完混凝土→后移模板→提升導軌→提升支架→合模澆混凝土。

2.2.3 液壓自爬模安裝

首次支設→第二次支設→提升導軌→提升支架→第三次澆筑。

2.2.4 液壓自爬模拆除

最后一次澆混凝土→爬升→拆模板→拆上支架→拆導軌→拆下支架。

3 液壓自爬模計算書

3.1 計算參數

1)塔肢內外墻液壓自爬模各操作平臺的設計施工荷載為:模板,澆筑,鋼筋綁扎工作平臺最大允許承載力為3 k N/m(沿結構水平方向),爬升裝置工作平臺最大允許承載0.75 k N/m(沿結構水平方向),模板后移及傾斜操作主平臺最大允許承載力為1.5 k N/m(沿結構水平方向)。2)除與結構連接的關鍵部件外,其他鋼結構剪力設計值為:FV=125 kN;拉力設計值為:F=215 kN。3)爬模的每件液壓缸的推力為100 k N(即10 t)。4)自爬模爬升時,結構混凝土抗壓強度不低于15 MPa。5)模板,澆筑,鋼筋綁扎工作平臺寬度為2.0 m,則施工荷載為6 kN。6)爬升裝置工作平臺寬度為2.0 m,則施工荷載為1.5 k N。7)模板后移及傾斜操作主平臺寬度為2 m,則施工荷載為3 kN。8)分配到單位機位的模板寬度為2 m,高度為4 m,則模板面積為8 m2。9)分配到單位機位的模板自重為8 k N。10)混凝土最大傾斜角度16°。11)混凝土自重為50 kN。12)單個機位系統總重為70 kN,含支架、平臺、跳板、液壓設備及工具。

3.2 單個預埋件承載力

根據《建筑施工計算手冊》,按錨板錨固錐體破壞計算埋件的錨固強度如下:

假定埋件到基礎邊緣有足夠的距離,錨板螺栓在軸向力F作用下,螺栓及其周圍的混凝土以圓錐臺形從基礎中拔出破壞(見圖2)。分析可知,沿破裂面作用有切向應力τs和法向應力δs,由力系平衡條件可得:

由試驗得:當 b/h=0.19～ 1.9 時,α=45°,δF=0.020 3 fc,代入上式中,得:

其中,fc為混凝土抗壓強度設計值,15 N/mm2;h為破壞錐體高度(通常與錨固深度相同),300;b為錨板邊長,100。

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

埋件的抗拔力為F=166.5 k N＞120 k N,故滿足要求。

3.3 錨板處混凝土的局部受壓抗壓力計算

根據《混凝土結構設計規范》,計算局部受壓承載力。錨板處混凝土局部受壓示意圖見圖2。

其中,FL為局部受壓面上作用的局部荷載或局部壓力設計值,k N;fc為混凝土軸心抗壓強度設計值,15 N/mm2;βC為混凝土強度影響系數,查值為0.94;βL為混凝土局部受壓時的強度提高系數,2;AL為混凝土局部受壓面積,mm2;ALn為混凝土局部受壓凈面積,100 mm×100 mm;Ab為局部受壓計算底面積,mm2。

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

4 安全文明施工及管理

1)下平臺與墻面接口處采用合頁護欄,以確保不會有雜物從接口處掉落。2)夜間不得進行爬模升降作業,遇八級(含八級)以上大風不得進行提升或進行模板前后移動作業。3)外平臺模板移動前,調整可調斜撐使模板傾斜;外平臺模板移動結束后,及時將后移裝置與主梁連接的銷軸插好就位。4)冬期施工,要注意大風后檢查爬模架子的穩定性,防護措施是否有損傷,以及扣件緊固是否松動等內容,防止大風對架子安全造成的不利影響。5)遇到雨、雪天氣,及時清理爬模架子,做到腳下安全、防滑。6)爬架自外墻主平臺護欄以下設全封閉式防護欄,護欄桿件連接應使用合格的扣件,不得使用鉛絲和其他材料綁扎,防護欄外圍滿設密目網。外墻模板主平臺上方外圍滿設大眼安全網。7)剪刀撐、斜桿等整體拉結桿件設置布局合理。8)設專人定期和不定期對爬模裝置進行維修保養,保證萬無一失。9)根據液壓自爬模的施工特點,制定了安全技術交底,讓技術人員和施工班組更好地掌握此項施工工藝,使其箱肋拱在豎向施工時達到負角度豎轉的混凝土質量、拱肋線形和外觀的要求。

5 結語

珍珠大橋負角度豎轉施工工藝于2007年7月3日～7月8日(上游),2007年9月8日～9月 12日(下游)四個拱肋的順利轉體到位,從四個拱肋上下緣應力來看所測得的拉、壓應力都大大低于規范規定數值,因而在整個轉體施工過程中,拱肋的受力是安全的,而且有很大的安全儲備,說明箱肋拱的質量,線形和外觀符合設計規范要求。珍珠大橋箱肋拱豎向施工工藝采用液壓自爬模技術是成功的,是安全高效的。

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