试验承台（精选7篇）
试验承台 篇1
0 引言
桩基础是桥梁中最常用的一种基础形式。桩土相互作用是研究桥梁桩基础的关键问题[1], 国内外许多学者在桩土相互作用的问题上进行了大量研究[2]。目前, 考虑桩土相互作用方法使用最广泛的是线弹性方法, 桥梁桩基规范[3]推荐在一定桩顶位移内采用“m”法, 由于“m”法使用方便, 在桥梁计算分析中占有重要地位。本文以福建省内带高桩承台基础的某5跨1联的带挂梁V型刚构桥为工程背景, 采用“m”法考虑桩土相互作用建立MIDAS有限元模型, 同时建立不考虑桩土相互作用的有限元模型, 结合该桥梁的荷载试验实测结果, 对该桥梁结构静动力性能进行分析比较, 得到一些有价值结论, 对带长桩基础的桥梁等类似工程具有借鉴意义。
1 工程概况
全桥桥型采用5跨1联V型刚构 (4个V型刚构一联, 每个V型刚构上部设一挂梁) , 桥跨组合为26.2m+48m+52m+48m+26.2m, 全长205.9m。该桥左右幅分修, 左右幅间距3cm, 设纵向伸缩缝, 桥梁横断面组成为:0.5m (栏杆) +4.0m (人行道) +10.5m (机动车道) +3cm (纵向伸缩缝) +10.5m (机动车道) +4.0m (人行道) +0.5m (栏杆) , 全宽30.03m。
上部结构: (1) 主梁部分采用预应力 (或钢筋混凝土) 混凝土箱梁, 单箱三室; (2) 拱脚部分 (或V撑部分) 采用实心矩形混凝土截面; (3) 主梁跨中及端部梁高1.1m, 变化至挂梁支承处为3.2m梁高 (1、4号墩处) 或3.7m梁高 (2、3号墩处) , 梁底按圆弧线变化; (4) 主梁截面为单箱三室截面, 箱梁顶宽14.885m, 底宽12.585m, 外侧悬臂1.1m, 内侧悬臂1.2m, 箱梁中腹板宽50cm, 边腹板宽60cm, 顶板厚25cm, 底板厚23cm至120cm变化; (5) 拱脚部分 (或V撑部分) 实心矩形混凝土截面, 梁高由挂梁支承处1.6m向拱脚 (或V撑底部) 1.2m截面变化。截面宽12.585m; (6) 挂梁为箱梁截面, 单箱三室, 箱梁顶宽14.885m, 底宽12.585m, 外侧悬臂1.1m, 内侧悬臂1.2m, 箱梁中腹板宽50cm, 边腹板宽60cm, 顶板厚25cm, 底板厚23cm; (7) 主梁、拱脚及挂梁混凝土等级为C55, 桥面铺装层厚度采用9cm沥青混凝土铺装。
下部结构:拱座采用实体钢筋混凝土拱座, 拱座顶面宽70cm, 底面宽310cm, 混凝土等级为C55。基础采用双排桩基础, 桥台采用桩帽式桥台, 桩基础。桩基础、承台采用C45混凝土。
设计荷载:公路-Ⅰ级, 人群荷载3.45k N/m2。结构布置如图1~图2所示。
2 有限元模型建立
本文依据设计图纸和现场勘察结果, 采用有限元通用结构分析软件Midas Civil建立该V型刚构桥为空间有限元模型。模型中, 拱脚、梁及桥墩均采用空间梁单元模拟, 拱脚与桥墩刚接。桥面铺装、栏杆等非结构受力构件的质量简化为均布荷载附于从属的受力杆单元上, 再由软件将荷载转换为结构质量。下部结构分别按考虑与不考虑桩土相互作用, 建立两个有限元模型:
模型1考虑桥墩桩基础的作用, 桩基础按实际桩长建入模型中, 桩基的每个单元长度为1.0m, 每个桥墩下有8根φ150cm钻孔灌注桩。模型共含有节点1633个, 梁单元1588个, 有限元模型如图3所示。桩土相互作用模拟方法为:在每个桩基单元两端节点上设置只受压的弹簧 (简称土弹簧) , 每个土弹簧模拟该处节点上、下单元各一半范围内土体对桩身的水平作用[4]。每个土弹簧的刚度系数可根据不用的桩土相互作用关系予以求解。
“m”法确定土弹簧刚度, 即:
其中:m0表示土体地基抗力系数;b1表示桩的计算宽度;h表示土弹簧代表的土体高度, 本工程h=1.0m。
模型2不考虑桥墩桩基础的作用, 在桩顶承台底部采用固结约束, 模型共含有节点333个, 梁单元300个, 有限元模型如图4所示。
3 静载试验
3.1 加载工况及荷载效率
根据该桥梁的结构布置形式, 本文中只采用了两个工况进行试验, 分别取中跨跨中正弯矩最大的截面和中跨拱脚负弯矩最大的截面分别作为工况1和工况2试验控制截面。依据公路-Ⅰ级、人群3.45k N/m2的荷载等级要求, 对桥梁结构在最不利荷载组合下产生的内力进行详细计算, 并通过三轴汽车的布置, 得到中跨跨中截面最大正弯矩和中跨拱脚最大负弯矩。
3.2 测点布置
桥梁应变测试采用振弦式应变计以及BGK振弦读数仪;跨中挠度和拱脚水平位移测试采用量程0~10mm的百分表测量。应变测试截面为图5中A截面和B截面, 挠度测试截面为图5中B截面, 拱脚水平位移测试截面为A截面和C截面。每个截面各有4个测点编号由左向右为1#~4#, 截面A测点为A1#~A4#, 截面B测点为B1#~B4#, 截面C测点为C1#~C4#, 如图6所示。
3.3 静载试验结果分析
在工况1试验满载作用下, 控制截面B截面的挠度实测结果和两个模型的理论结果, 如表1所示。在模型1 (考虑桩基础) 中, B截面的理论挠度值与实测挠度值的误差为-3.15%~-14.66%;在模型2 (不考虑桩基础) 中, B截面的理论挠度值与实测挠度值的误差为23.85%~31.50%;其中误差为 (实测值-理论值) /实测值, 理论值比实测值小时, 误差为正, 反之为负。
在工况1和工况2试验满载作用下, 控制截面A截面和B截面的应变实测结果和两个模型的理论结果, 如表2和表3所示。在模型1中, A、B截面的理论应变值与实测应变值的误差为-11.76%~0.00%;在模型2中, A、B截面的理论应变值与实测应变值的误差为17.65%~26.32%。
在各个工况作用下, 控制截面A截面和C截面的拱脚水平位移结果如表4所示。在模型1中, 拱脚水平位移的理论值与实测值较接近, 而模型2由于桥墩承台底部采用固结约束, 几乎不产生拱脚水平位移。
综合以上各工况结果表明:桥梁荷载试验数据分析可得, 模型1比模型2更能反应出桥梁的实际受力情况;在荷载试验过程中, 桥梁拱脚会产生相应的位移, 表明桥墩带高桩承台基础对拱桥的受力分析起到一定的影响, 在计算分析过程中不可忽略。
4 动载试验
沿着桥梁纵向中心线上, 在每跨桥面的L/4截面、L/2截面、3L/4截面处布置加速度传感器。采用环境激励法测定桥梁结构在风荷载、水流荷载、地脉动等各种随机荷载激励下引起的振动响应, 经过试验模态分析得到该拱桥前2阶频率。采用Midas有限元模型1和模型2进行理论模态分析, 得到相应理论值如表5所示, 振型图如图7~图8所示。
模型1的前2阶理论频率为3.07Hz和4.09Hz, 与实测前两阶误差为-4.66%~-7.05%;模型2的前2阶理论频率4.24Hz和5.52Hz, 与实测前两阶误差为25.45%~31.68%;其中误差为 (实测值-理论值) /实测值, 理论值比实测值小时, 误差为正, 反之为负。模型1的误差比模型2的误差小, 表明考虑桩土作用的模型1较模型2更能反应该桥梁的动力性能特点。
5 结论
结合高桩承台基础的带挂梁V型刚构桥的荷载试验实测数据, 对考虑桩土相互作用的模型1和不考虑桩土作用的模型2理论分析结果进行比较分析, 几点结论如下:
(1) 结合桥梁静力荷载试验数据分析表明, 考虑桥墩桩基础的桩土相互作用的模型比不考虑桩土相互作用的模型更能反应出桥梁的实际静力性能情况, 带长桩基础的V型刚构桥的拱脚由于桩土相互作用产生一定水平位移, 对桥梁的受力产生一定影响。
(2) 结合桥梁自振特性试验结果表明, 考虑桥墩桩基础的桩土相互作用的模型比不考虑桩土相互作用的模型更能反应出桥梁动力性能和刚度情况, 带高桩承台基础的V型刚构桥由于桩土相互作用较带固接承台的V型刚构桥, 整体刚度下降, 自振频率较低。
(3) 结合桥梁静动载试验结果表明, 对于高桩承台基础的V型刚构桥荷载试验如果在理论值计算时不考虑桩基础, 在桥梁承载力评定时将有可能得出错误的结论, 这类桥梁的结构受力分析时应考虑桩土相互作用, 可供同类桥梁荷载试验理论值计算及承载力评定提供参考
参考文献
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[2]李光辉.大跨径连续刚构桥空间地震反应分析[D].成都:西南交通大学, 2005
[3]JTG D63-2007, 公路桥涵地基与基础设计规范[S].北京:人民交通出版社.2007
[4]严利辉.浅谈桩-土水平作用模型及土弹簧刚度确定[J].广东科技, 2009, (227) :173-174
试验承台 篇2
关键词：苏通大桥,承台,封底混凝土,握裹力,试验研究,应用
目前,随着我国跨江、跨河、甚至跨海大桥的修建,大型水上施工作业已日益增多,在进行承台施工时,封底混凝土与钢护筒间的握裹力大小目前尚无可靠参考数据,各施工单位均根据经验取适当的系数,如系数取值太大则造成了封底混凝土的结构安全隐患,如系数取值太小则造成了封底混凝土等材料的大量浪费。为此,通过模拟试验,进行受力分析和施工现场受力检测,提出了封底混凝土与钢护筒间的握裹力系数。
1 工程概况
苏通大桥南主塔墩承台为哑铃型结构,承台长114 m、宽48 m、高13.24 m,承台砼强度等级为C35,混凝土方量约4.3万m3,其中承台封底厚度为3 m,采用30号水下混凝土,设计总方量为12 156 m3,是世界上规模最大、入土最深的桥梁深水群桩基础。
2 封底混凝土与钢护筒间握裹力试验
由于苏通大桥南主塔基础承台混凝土数量巨大,如承台封底混凝土与钢护筒间的握裹力足够大,则承台施工时的所有荷载可全部由其承担,减少承台施工时的工程量。为指导承台施工,确保施工安全,对钢护筒与混凝土间的握裹力进行了模拟试验。
2.1 试验模型
本次试验将南主塔墩承台按照1:0.15的比例,取其中的一个单元制作测试模型,进行握裹力测试。根据比例,确定本测试模型为一直径2 m、厚1 m的混凝土块。采用水下30号混凝土浇注。本模型在混凝土内预埋1根外径426 mm,壁厚10 mm的钢管,在钢管壁上安装3层位移杆,每层均匀安装4根。在钢管顶安装承重梁和4台25 t油压千斤顶,油压千斤顶实行联动,集中控制。千斤顶对混凝土进行加压后,利用千分表判别位移杆所在位置的钢管的相对位移,即可测出混凝土与钢管间的握裹力。
2.2 试验仪器设备
本试验所需仪器设备为:25 t千斤顶4个(要求4个千斤顶联动),千分表12个,百分表12个,100MPa压力表1个,混凝土拌合站1套,混凝土运输车1台。
2.3 试验过程
2.3.1 试验准备
本次试验选择在一平整场地进行,开挖了1个Φ2.12 m,深1.25 m的基坑,在基坑中央布置一个已设置位移杆的钢管并按照封底混凝土施工工艺浇注混凝土。钢管及位移杆的具体布置见图1。
2.3.2 试验过程
在2003-11-08晚浇注本试验模型混凝土,实际浇注混凝土厚度为1.15 m。11-15对同步养生的混凝土试块进行了7 d压力试验,其强度已达到设计强度的65%。试验前对各试验设备均进行了标定。试验总体布置见图2。
2.4 试验结果
经试验发现:当布置在第1层位移杆上的位移表(千分表)发生明显变化时,与千斤顶相连的压力表的读数为70 MPa;第1层位移杆以上混凝土与钢管的接触面积为0.646 m2。其对应平均单位摩阻力为70×2826÷4÷0.646÷106=1.22 MPa。
当布置在第3层位移杆上的位移表(千分表)发生明显变化时,与千斤顶相连的压力表的读数为86 MPa;第3层位移杆以上混凝土与钢管的接触面积为1.54 m2。扣除钢管及钢管内混凝土的重量,其对应本试验模型的平均单位摩阻力为0.63 MPa。此时钢管与混凝土间已出现了细微的裂痕。由于试验时混凝土强度仅达到了设计强度的65%(即20号混凝土的强度),由《公路砖石及混凝土桥涵设计规范》(JTJ022—85)可知,20号混凝土的极限弯曲抗拉强度为2.5 MPa。由于混凝土与钢管间已开裂,故认为此时混凝土与钢管间的摩阻力已发挥。
2.5 试验结果分析
由试验结果可知,当第1层位移杆上的位移表发生变化时混凝土与钢管间的单位摩阻力达到了1.2 MPa,而当第3层位移杆上的位移表发生变化时混凝土与钢管间的单位摩阻力仅为0.63 MPa,说明当第1层位移杆上的位移表在持载10 min后,荷载已传至第2层位移杆的位置,但尚未使第2层位移杆上的位移表发生变化。故本试验中混凝土与钢管间的单位摩阻力可取0.63 MPa。
3 封底混凝土与钢护筒间握裹力有限元模拟计算
为验证本次模拟试验的试验结果,对承台封底混凝土与钢护筒间的握裹力用有限元模型进行分析,以苏通大桥主7#墩承台施工为基础进行总体建模分析(主7#墩承台采用钢吊箱进行施工)。
3.1 模型基本假定
(1)封底混凝土与钢护筒的应变规律是协调的。
(2)观测阶段钢护筒的应变主要受浮力控制,表现为浮力减小,钢护筒的应变增大,浮力增大则钢护筒的应变减小。
(3)钢护筒处于拉伸状态。
3.2 建立模型
(1)网格划分。在承台封底混凝土摩阻力的计算分析中,综合考虑了钢吊箱、封底混凝土与钢管桩的相互作用。钢吊箱、封底混凝土与钢管桩采用实体单元模拟,其间设置无厚度古德曼单元,计算模型网格划分见图3,共划分单元1 940个,结点2 929个,其中接触面单元342个。
(2)计算参数。钢管桩密度ρ=2 581.6 kg/m3,E=260 GPa,μ=0.169;钢吊箱密度ρ=300 kg/m3,E=200 GPa,μ=0.25;封底混凝土密度ρ=2 449.0 kg/m3,E=210 GPa,μ=0.167;钢吊箱与钢护筒之间接触参数δ=1°,Krs=5,Ksr=5,Kn=100 GPa,K1=5,Rf=0.0,n=0.0,c=0;封底混凝土与钢护筒之间接触面参数δ=16.7°,Krs=100,Ksr=100,Kn=100 GPa,K1=15 000,Rf=0.67,n=0.01,c=450 k Pa。
(3)计算工况:计算模拟了4种工况,(1)封底混凝土浇筑完成并达到设计强度,钢吊箱外水位高程为2.93 m;(2)在工况(1)的基础上,抽空钢吊箱内的水,即内部水位降到高程-2.0 m,钢吊箱外水位高程仍为2.93 m;(3)在工况(2)的基础上,钢吊箱内无水,钢吊箱外水位由高程2.93 m降到设计低水位-1.21 m;(4)在工况(3)的基础上,钢吊箱内无水,钢吊箱外水位在低水位-1.21 m情况下,模拟浇筑4.0 m厚的流态混凝土。
3.3 模拟计算结果分析
各特征部位见图4,封底混凝土的竖向位移特征见表1。在完成工况(4)的基础上,通过不断增加上部荷载,绘制计算过程中接触面单元最大位移与接触面总摩阻力的关系曲线,以推求极限摩阻力,见图5,在线性阶段,平均单位摩阻力可达到0.28 MPa。当平均单位摩阻力达到0.37 MPa时,局部区域接触面达到屈服强度。故从安全角度出发,封底混凝土平均极限单位摩阻力取值不宜超过0.37 MPa。
4 封底混凝土与钢护筒间握裹力应用
4.1 握裹力应用
苏通大桥南主塔墩承台施工时,按照2种工况进行承台的受力计算:(1)钢围堰抽水完成阶段,吊箱抗(上)浮稳定性计算;(2)首层承台砼浇筑阶段,吊箱抗(下)滑稳定性计算。
根据试验及模拟模型计算,考虑到桩基施工周期较长,护筒在水下埋置时间达到了1年以上,砼与钢护筒之间的握裹力偏安全的取150 k Pa。
(1)抽水完成阶段,吊箱抗(上)浮稳定性计算
在高潮位时,钢吊箱抽水完成,该工况下钢吊箱存在上浮的可能性。其荷载组合为:钢吊箱自重(向下)+封底混凝土自重(向下)+舱壁混凝土自重(向下)+封底混凝土握裹力(向下)+水浮力(向上)
封底混凝土自重:G1=γh S=2.4×3×4 050.8=29 165.8 t;钢吊箱自重G2=5 800 t;舱壁混凝土自重G3=γh0S3=2.4×8.4×590.4=11 902.5 t;封底混凝土握裹力:G4=20×π×2.85×3×135=72 486.9 t;水浮力F1=(2.91+10.0)×4 641.2×1=59 917.9 t。
抗浮安全系数K=(G1+G2+G3+G4)/F1=1.99。
(2)首层承台砼浇筑阶段,吊箱抗(下)滑稳定性计算
在低潮位时,第1层承台施工完成,钢吊箱有下落的可能性。其荷载组合为:钢吊箱自重(向下)+封底混凝土自重(向下)+舱壁混凝土自重(向下)+第1层混凝土自重(向下)+封底混凝土握裹力(向上)+水浮力(向上)。封底混凝土自重、钢吊箱自重、舱壁混凝土自重、封底混凝土握裹力同工况(1)。
第1层承台混凝土(厚2.4 m)自重G5=γh S=2.4×2.5×4 050.8=24 304.8 t;水浮力F2=(-1.21+10.0)×4641.2×1=40 796.1 t。
抗滑安全系数K=(F2+G4)/(G1+G2+G3+G5)=113 283/71 173.1=1.59
经过上述计算,抽水后,高潮位时抗浮稳定系数达到1.99;首层承台厚度取2.3 m时低潮位时抗下滑安全系数达到1.59。
4.2 握裹力检测
为了查清封底混凝土与钢护筒接触面的实际粘结强度,分别观测封底混凝土与钢护筒的应变以换算接触面的剪应变和最低粘结强度,同时采用静力水准测试技术观测封底混凝土与钢护筒相对位移,以反演封底混凝土和钢护筒的计算参数,进而反馈于混凝土与钢护筒共同作用的三维数值模拟计算分析。
试验选择主7#墩承台H7、H10、H13三根钢护筒监测桩位,其中H7、H10监测桩位各安装了2支表面应变计和1支混凝土应变计,分别用于观测钢护筒和混凝土的应变,同时安装了4点静力水准系统,用于观测封底混凝土与钢护筒的相对位移。H13监测桩位仅安装了2点静力水准系统。
钢护筒应变采用振弦式表面应变计测试技术,通过在钢护筒外表面焊接表面应变计,监测钢护筒的应变。表面应变计采用美国基康公司生产的4000型钢护筒表面应变计(长15.2 cm,量程为3000με,分辨率为1με)。选择H7号和H10号监测桩(分别为边桩和中心部位的基桩)进行安装,每根桩在桩顶封底混凝土段布置2个观测断面,每个断面布置1个测点。2个观测断面分别距离封底混凝土的顶、底面20 cm。
封底混凝土应变采用振弦式混凝土应变计测试技术,通过在封底混凝土中预埋混凝土应变计,监测封底混凝土的应变。混凝土应变计采用美国基康公司生产的4200型混凝土应变计(长15.2 cm,量程为3 000με,分辨率为1με)。在钢护筒应变监测桩(H7号桩和H10号桩)外侧的封底混凝土中布置测点,每根桩的外侧布置1个测点,测点高程与钢护筒应变测点相同。
封底混凝土与钢护筒相对位移的观测采用静力水准测试技术。利用GK4675静力水准系统进行测量,在H7、H10、H13监测桩各布置1对测点,每根桩布置2个GK4675型静力水准仪,其中1个布置在监测桩相应的静力水准点引出钢管顶部;另1个布置在钢护筒表面(高程与静力水准点引出钢管顶部高程基本相同)。安装于H7、H10监测桩的4个静力水准点的高程基本相同,连接为一个4点的封闭回路系统。安装于H13监测桩的2个监测点高程亦基本相同,连接为一个2点的封闭回路系统。
2004-05,用于苏通大桥主7#墩封底混凝土与钢护筒共同作用试验的监测仪器安装全部完成,项目组随后立即开始进行测试。现场4名观测人员进行钢护筒应变、混凝土应变、封底混凝土与钢护筒相对位移以及钢吊箱内外水位的联合观测。观测频度约为1次/0.5 h。观测一直持续到割除钢护筒为止,观测过程包含了钢吊箱整个抽水过程以及钢吊箱抽水结束后2个涨落潮过程,共进行了46次测读。
综合封底混凝土与钢护筒共同作用的现场监测结果和三维数值模拟分析结果,封底混凝土在实测阶段处于弹性工作状态,模拟浇注第1层混凝土过程中封底混凝土也处于弹性工作状态,实测值与数值模拟的结论是吻合的。在未浇注承台混凝土之前,观测期间封底混凝土发挥的最大握裹力为0.07 MPa(对应浮力最大工况)。封底混凝土与钢护筒的平均极限摩擦强度建议取为0.37 MPa。
5 结束语
苏通大桥南主塔墩的实际施工中采用了施工检测过程中推荐的握裹力系数,安全、快速、经济的完成了苏通大桥南主塔墩基础的施工,出于安全兼顾经济性考虑,建设在后续同类型工程施工中承台封底混凝土与钢护筒间握裹力系数取0.15~0.2 MPa。
参考文献
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珠江大桥预制承台施工 篇3
关键词：承台施工,围堰,有限元法
吊箱围堰是为承台提供无水施工的一种临时阻水结构, 它克服了沉井和套箱围堰下沉困难等缺陷[1,2]。吊箱围堰具有钢量大、安装拆除复杂、施工周期长等缺点。为了改进吊箱围堰这些缺点, 我们用了一种新的吊箱围堰-预制承台围堰。本文通过珠江大桥主墩施工过程, 来介绍预制承台围堰应用情况。
1工程概况
广州市珠江大桥位于内环路广佛出口放射线, 全长约548米, 桥梁跨径为5×50m五跨一联等截面斜腹连续箱梁。桥址处江面宽约230m, 河床水深 (2—10) m。最大涨潮流速 (1.13—1.53) m/s, 最大落潮流速 (1.37—1.79) m/s。按20年一遇风暴潮水位H=1%, 波高为5.3m, 波长普遍大于70m, 周期大于7s。主墩处河床覆盖层厚为10m, 其中有2m的淤泥层, 3m的细砂层和5m左右的中砂层。珠江大桥东桥主桥8—10号墩位于河道中, 承台顶面低于平均低水位6.8m, 承台尺寸8.6m×6.7m×2.5m, 四周设置圆形倒角, 采用C 30砼, 单个承台下有4根φ180cm的钻孔灌注桩。
8—10号主墩承台处于珠江航道位置, 为深水高桩承台, 如果采用常规的钢板桩围堰, 不仅增加钢围堰制作成本, 而且不能满足工期要求[3,4]。经过方案比选, 此3个水中承台采用预制承台外壳二次下放的方法进行施工。此前可查的资料中, 该方法曾应用于黄洲大桥承台施工[5], 但该工程的承台重量小, 单个承台总重202.5吨, 预制重量127.5吨, 而且预制了整个承台外壳。珠江大桥东桥的承台预制下放法的单个承台总重340吨, 只预制底板和部分侧壁。同时为了加强外壳的稳定性, 在承台内部安装了型钢内撑。承台俯视图如图1所示。
2 围堰组成
珠江大桥预制承台围堰如图2所示。
2.1 施工平台
施工平台由工字钢组成, 先在平台钢管桩顶先纵桥向设置5道156工字钢底纵梁, 中间三道为双排布置;接着在其上安装I36型钢横桥向分布梁, 间距为40 cm, 但在预埋φ230 cm封水钢护筒位置不设横向分布梁, 紧贴封水钢护筒的横向分布梁采用双排136型钢, 形成框架体系。
2.2 模板和内撑
在136工字钢分布梁面铺一层间距为20 cm的[10]槽钢, 作为底模垫, 在其上铺2.5 cm厚木板作为底模板。侧壁内模及预留孔壁均采用木模, 外侧模则采用作为挡水套箱的定型组合大模板, 并设置侧壁防水对拉螺杆支撑。
由于预制承台壳体挖空率很大, 侧壁厚度相对较小, 在承台壳体下放抽水后, 壳体侧壁承受较大的水压力, 为保证侧壁结构安全, 在箱底以上120 cm处设置“十字”型钢内撑梁, 采用136型钢, 内撑梁与侧壁砼采用预埋钢板连接。侧壁在内撑梁位置做成钢筋砼“暗腰梁”形式。内撑中部位置用120槽钢焊接, 以保证其稳定性。
2.3 封水护筒
每个承台底板上预埋4个内径φ230 cm的封水护筒, 封水护筒嵌入承台底板40 cm, 露出底板外部的长度为80 cm, 封水护筒内部是内径为的桩基础钢护筒φ190 cm, 桩基础钢护筒内则是φ180 cm主墩, 封水护筒底部设活动挡板, 焊接在护筒底部, 便于封水堵漏施工, 同时还兼作为下放导向装置。
2.4 下放系统
下放架主要采用“贝雷架+型钢”结构。在承台两侧各设一组纵桥向贝雷架支墩, 贝雷架支墩下部用30 cm×28 cm枕木@80 cm支撑, 枕木布置在钢平台36b工字钢纵梁上;贝雷架支墩上设三组横向贝雷架梁;在贝雷架横梁上设2I45b工字钢上纵梁;然后在2I45b工字钢上纵梁设50 t千斤顶和顶升工具梁和下放吊带。
下放吊带由Φ32精轧螺纹钢筋组成, 共有5根, 单根吊带总长14 m, 顶端通过螺母锚固在工字钢上纵梁上, 底端在承台预制时的预埋段长度为2 m, 埋入预制壳体底板内0.4 m。
2.5 挡水铁箱
因为承台下放到设计位置时, 承台顶部低于施工水位, 此时要使用铁箱作为挡水结构, 同时可兼做承台外模板。本工程挡水铁箱高度为35 0cm, 外形尺寸为860 cm×670 cm, 箱内设两道20槽钢圈梁。本工程的挡水铁箱采用螺栓与预制承台连接, 并在二者之间加上防水橡胶垫圈防漏。螺栓连接方便操作, 便于拆除, 且防水效果好。
3 承台施工
3.1 工艺流程
施工工艺流程如图3所示。
3.2 施工要点
(1) 吊装下放时应选择无大风大浪的条件, 在四角位均设高程观测点, 精确观测承台面标高, 吊装下放精度直接影响承台的按照精度及平面位置精度, 按规范要求, 承台平面位置允许偏差为±30 mm, 顶面高程允许偏差为±20 mm。超出精度范围应及时进行调整, 吊装下放时应按照预先定位, 每5 cm检查各吊点, 吊装下放速度必须匀速缓慢。
(2) 对于Φ32精轧螺纹钢筋吊杆, 在施工过程中, 为避免电弧焊机搭铁、切割及磨损等伤害, 应采用PVC套管保护。
(3) 预制承台混凝土必须达到90%强度时才能吊装, 下放前先将承台均匀顶起 (40—50) cm, 拆除承台底板及分布梁。第一次下放至临时高程后固定, 安装挡水铁箱和防漏装置;第二次下放安装到设计高程。侧壁顶预留出20 cm高度与承台顶板一起浇筑。
(4) 进行封底施工。先用人工采取纤维袋、麻绳等进行底部塞缝, 然后在封水钢护筒与桩基施工钢护筒之间灌注封底砂浆, 采取压浆管灌浆的形式从底部开始缓慢灌浆) , 封底砂浆用M30防水砂浆, 灌注厚度约80 cm。
(5) 封底砂浆浇筑完成后等强3天, 待低潮位时抽出承台内的河水, 清除底板淤泥。如有个别地方渗水, 可以重复使用 (5) 方法进行填补, 直到完全封住。
(6) 大体积混凝土水化热的控制主要以下措施:采用低热值水泥掺加粉煤灰和缓凝减水剂的双掺技术, 减少单位体积水泥用量, 从而减少水化热;布置冷却水管, 降低混凝土的内部温度, 减小内外温差。分层浇筑内腔混凝土, 两次浇筑时间间隔不得超过21天。
4 有限元模型
因为该施工方法此前应用少, 主要参考施工经验和规范要求[6], 所以我们需要对结构进行有限元计算, 验算其安全性。
4.1 有限元模型建立
以9号主墩承台为例, 本文采用有限元程序ANSYS10.0对承台下放过程进行计算。吊带用link10杆单元模拟, 136内撑、20槽钢用beam188梁单元模拟, 承台底板和侧板用solid65实体单元模拟。
根据施工情况, 分成3个计算阶段:承台起吊阶段、第一次下放阶段、封底抽水阶段。
4.2 计算工况
工况1:承台起吊阶段, 结构荷载有预制承台自重, 风荷载。
工况2:承台第一次下放安装挡水板, 结构荷载主要有预制承台自重, 挡水铁箱自重, 风荷载, 波浪力及吊带反力。
工况3:承台第二次下放至设计标高, 封底抽水。结构荷载主要有预制承台自重, 挡水铁箱自重, 静水压力, 波浪力及吊带反力。波浪力根据《港口工程荷载规范》 (JTJ215-98) [7]取值。
4.3 主要结果分析
各工况的应力云图如图4～图6所示。由图可以得出以下结论:
(1) 三种工况下的应力最大值均发生在侧板短边顶部。究其原因, 是因为与短边相接的长内撑长细比要比较短的内撑大, 在外荷载作用下, 其应变值也大。
(2) 综合比较三种工况, 最不利荷载情况出现在工况三。可见, 封底抽水以后, 承台受到向上的浮力及侧压力是很大的。最大应力值为0.49 MPa, 但是远小于 C30混凝土标准抗压强度, 结构是安全的。
(3) 吊带底与承台相接位置应力集中比较明显, 建议采取局部加强措施, 防治混凝土出现裂缝。
5 结语
珠江大桥主墩承台采用了预制安装施工方法, 不仅大大降低了成本, 而且缩短了工期。实践表明, 该方法单个承台施工节省造价约40%。对以后类似工程有参考作用。
参考文献
[1]董广文.南京大胜关长江大桥主桥8号墩钢吊箱围堰封底施工.桥梁建设, 2009 (1) ;1—3
[2]邹海江, 等.钢吊箱围堰结构设计与施工技术研究.港工技术, 2008; (6) :36—39
[3]钟振云, 深水基础围堰施工方案比选.铁道建筑, 2009; (2) :6—8
[4]王贵春, 等.桥梁深水基础双壁钢围堰的设计方法.科学技术与工程, 2007;7 (1) :79—84
[5]张永明, 等, 黄洲大桥水中承台预制安装施工.世界桥梁, 2004;32 (03) :18—20
[6]JTJ-041-2000, 公路桥涵施工技术规范.北京:人民交通出版社, 2000
承台桩基屈曲荷载计算分析 篇4
当结构所受载荷达到某一值后, 如果再增加一微小增量将引起结构的平衡位形发生很大的改变, 则称这种情况为结构的失稳或屈曲, 相应的荷载称为屈曲荷载或临界荷载[1]。所谓桩的屈曲临界荷载是指作用于桩顶、保持桩的轴线处于直线形状的最大轴向荷载[2]。根据工程桩失稳时平衡状态的变化特征, 基桩失稳分为平衡分叉失稳和极值点失稳, 即第一类失稳和第二类失稳。理想状态的基桩实际上是不存在的, 初始缺陷、残余应力或施工误差等都可能是基桩处于偏心受压状态。基桩的稳定性分析是一个相当复杂的问题, 但非常具有实际工程意义。国内外已有不少有关的试验研究及理论解答[3～6]。通过分析发现, 单纯采用c值法、m法或常数法进行计算都存在缺陷, 随着深度的增加, 抗力随之增加, 使得超长桩底端的抗力过大, 这会与实测值产生一定的偏差。因此, 本文根据承台桩基两端均受到约束的特点, 拟采用c法和常数法来考虑土侧弹性抗力, 采用瑞利-里兹法、势能驻值定理进行分析求解失稳时临界荷载。
1 计算模型及基本假定
建立超长桩屈曲失稳分析模型, 做以下的假设[7]:不考虑桩端变位, 只考虑基桩竖向方向的变形, 即不考虑弯扭失稳。对于承台桩基, 由于桩顶受到承台的约束作用, 因此将桩身的屈曲稳定可视为基桩两端嵌固, 且端部作用有保守轴向力P的弹性地基梁的稳定问题;将桩侧土体抗力简化为一系列Winkler弹簧支座。计算模型如图1所示, 其中覆盖层厚度为h, 地面以上桩顶自由长度为l0。桩侧土体弹性抗力分布为:在土层顶面以下 (h-H) 深度内地基反力系数呈抛物线变化即与c值法吻合, 在桩端以上H深度内地基反力系数为常数。
2 失稳时临界荷载的求解
根据计算模型, 桩土体系总势能由桩身弯曲应变能Us、桩侧土体弹性变形能Up和外荷载势能V组成[8]:
Π=Us+Up+V (1)
桩侧土体反力系数为:
相应的基于Winkler假定的地基反力可以表示为:
根据里兹法选取满足模型几何边界条件的桩身挠曲位移函数为
式中:n为挠曲函数的半波数;c为未知常数参量。
本文中取n=1。根据弹性小变形原理求得桩侧土体的弹性应变能为
桩身因挠曲而产生的弯曲应变能Us为:
外荷载能V为:
将公式 (5) (6) (7) (8) 代入式 (1) 可得体系的总势能为:
由势能驻值定理得:, 即:
因为c值不能为零, 故只有:
解得:
由上述公式分析可知, 考虑了桩侧土体弹性抗力, 临界荷载除与桩本身刚度EI、桩的计算宽度、桩的长度L、桩身入土深度h, 土体弹性抗力分布模式有关外, 还取决于地基土比例系数hm。
当桩周无覆盖土层, 即h=0时, 桩侧也没有土体弹性抗力, 此hm=0时, 则临界荷载表达式为:
这也就是两端固定支撑时普通压杆稳定的欧拉公式。
3 算例分析
某基桩的桩身材料为C30混凝土, 弹性模量E=3.0×104 kN m2, 桩径为1 m, 覆盖层为可塑状粘性土, 桩身抗弯刚度EI=1.17×106 kN⋅m 2, 桩长为60 m, 地基土比例系数按c值法取为34 MN/m4, 按m法取为20 MN/m4, 桩身计算宽度取为1.8 m, 桩土变形系数α=0.5, β=0.2, ψ=1。在此条件下计算得到普通压杆稳定的临界荷载为12830 kN。
由图2可知, 临界荷载随着基桩入土层深度的增加而增大;在基桩入土深度较浅h<0.4l时, 一般时, 临界荷载较小, 基桩竖向承载能力较差;随着增大, 临界荷载值增长, 并且增长幅度见见变大;图3和图4也具有同样的特征。对比观察图2、图3和图4, 随着的增大, 临界荷载渐渐变小。
4 结论
由于我国大量存在沉积软土和饱和砂土的二元相地质区域, 大型工程中采用超长桩基础变得更加平常, 而对于超长桩屈曲稳定分析的研究还需再接再砺。本文基于瑞利-里兹法、弹性小变形理论、势能驻值定理提出了一种新的计算模型, 并结合实例进行计算验证, 同时通过算例比较得到以下结论。
(1) 桩侧土水平抗力计算模型对超长桩屈曲临界荷载影响较大。单纯采用C法计算结果偏大, 常数法计算结果又较小, 本文对浅层土层采用C法, 而一定深度土层采用常数法的计算模式较为合理。
(2) 对于桩侧土体弹性抗力计算, 采用C法和常数法的混合法时, 随着常数法计算长度H的增大, 基桩屈曲临界荷载逐渐减小, 因此计算中需选取合理的值。
(3) 随着基桩如图深度的增大, 基桩屈曲临界荷载也逐渐增大。因此, 在实际工程中应尽量增大基桩的埋置深度。
参考文献
[1]陈铁云, 沈惠申.结构的屈曲[M].上海:上海科学技术文献出版, 1993.
[2]胡人礼.桥梁桩基础分析和设计[M].北京:中国铁道出版社, 1 98 7.
[3]赵明华, 王季柏.基桩计入摩阻力的屈曲分析[J].岩土工程学报, 1996, 18 (3) :87-90.
[4]王成, 董倩.超长桩稳定承载力计算新方法[J].岩土力学 (增刊) , 2005, 26:180-182.
[5]Bowles J E.Foundation analysis and design[M].4th Ed, 1 98 8.
[6]赵明华.桥梁桩基稳定计算长度[J].工程力学, 1987, 4 (1) :94-10 5.
[7]姚文娟, 傅祥卿, 仇元忠.超长桩的屈曲荷载计算[J].地下空间与工程学报, 2009, 5 (3) :463-467, 562.
桥梁承台施工流程及工艺分析 篇5
关键词：桥梁承台,施工流程,施工工艺,技术分析
随着时下经济的快速发展, 我国公路桥梁建设的步伐也逐步加快。桥梁承台施工作为桥梁建设中的一部分在整个施工中占据着重要的位置。我们知道, 桥梁的承台是承受、分布由墩身传递的荷载, 在基桩顶部设置的联结各桩顶的钢筋混凝土平台, 其施工质量的好坏直接影响着桥梁的稳定性与承载能力。文章结合笔者施工经验及工程案例, 对桥梁承台施工流程及施工措施做一分析介绍, 目的是为桥梁承台施工的顺利进行做铺垫, 为提高桥梁整体工程质量奠定基础。
1 施工工程概况
某大桥主桥分南幅、北幅, 其中北幅起止桩号FBK7+950.2-FBK8+814.0, 南幅起止桩号FCK8+018.0-FCK8+822.0, 主桥跨径为54M+90M+54M, 总长198米, 桥型为变截面的双箱预应力连续箱梁。
其中, 承台底标高最低为-5.4m, 常水位为1.1m, 最高通航水位为2.717m。承台尺寸为:10m*10m*3m, 承台位于水中施工。桥墩采用双柱式Y型墩, 立柱高度为11m左右。
本工程中FB13、FB14、FC11、FC12主墩承台位于某河中, 主墩承台为四边形, 尺寸为10m*10m, 高度为3m, 施工工艺选用与引桥承台施工工艺。利用拉深钢板桩围堰施工, 深度达5m-7m左右。
2 承台施工流程
笔者对此工程给出承台施工流程图, 具体如图1所示。
3 承台的施工工艺
3.1 承台钢筋的施工。
在施工中, 桥梁钢筋制作安装严格要按图纸进行施工, 并做到钢筋种类、尺寸位置等正确无误, 同时要做到绑扎牢固。对在施工中大于25mm以上的钢筋, 我们在连接时候要用机械连接。钢筋绑扎先绑底部的钢筋, 然后再绑扎侧面钢筋及顶部钢筋。设置好保护层垫块、位置、尺寸均确保符合设计要求。
在钢筋绑扎完毕, 由有关人员组织隐蔽工程验收, 一定要做好验收记录, 交监理复查, 由监理在隐蔽单上签字后进行下道工序施工。
墩身主筋采用点焊在承台钢筋上的方法固定。墩身中避雷筋应按规范与桩主筋连接好, 并涂好油漆做好标记。墩身预埋筋的根数、位置、尺寸均确保符合设计要求。
3.2 承台模板施工。
我们在施工中要采用钢模板, 具体拼装尺寸根据承台侧面尺寸而定。模板安装前刷脱模剂。安装时, 确保模板接缝紧密, 并用封口胶胶纸将缝隙封贴, 防止漏浆。模板安装好后, 组织人员对模板的稳定性、承台尺寸、拼缝、连接牢固程度等进行自检。自检合格后报监理验收, 合格后进行下道工序。
3.3 承台砼应用。
混凝土采用商品混凝土, 混凝土浇筑采用泵车入模。混凝土要随时抽样, 测定坍落度并制作试块。施工中, 浇筑混凝土采用插入式振捣器进行捣实, 但是要注意的是, 振捣器的插入要紧跟混凝土的入模, 这样做的目的是防止漏振与过振。另外主桥承台混凝土要一次性浇筑。浇筑时在整个平面范围水平分层进行浇筑, 每层厚度不大于30cm, 上下两层间隙时间应尽量缩短, 在振捣时要将插入式振捣器的振动棒稍伸入到下层混凝土10cm。浇筑顺序从承台中间向四周, 浇筑时间控制得不要太快, 使得混凝土均匀地向四周扩散。
它的振捣时间的界定或判断标准, 施工人员要以振捣处的表面停止沉落或表面气泡不再发生为度。这是其一。
其二, 在振捣时振动棒要避免碰钢筋, 要与模板保持一定距离。同时, 振捣时不要摇动钢筋, 如果这样就会影响混凝土与钢筋的握裹强度。
其三, 桥梁承台顶面要做好抹面工作。尤其是立柱立模位置处更应平整, 以方便模板安装。
其四, 做好养护保养工作。当浇筑混凝土完毕, 我们要及时做好它的养护工作, 防止混凝土表面产生收缩裂缝。
3.4 混凝土养护。
混凝土施工完成后, 采用土工布覆盖养护。
4 承台基坑支护施工
在承台基坑直呼施工开始之前, 施工监理单位应对施工方案进行严格审查, 确保无误之后施工单位方可采用。此外, 在现场的监理人员还要对钢板桩的外观进行检查, 看其是否存在表面缺陷, 其高度、厚度、长度、平直度等是否满足设计要求。在施工过程中, 还要加强对钢板桩的倾斜度的控制及异型钢板桩弯曲度和翘曲度的控制。除此之外, 也要加强对排水设施的监理, 并且要对基坑开挖对周边环境的影响进行监测, 确保基坑开挖安全。
结语
经过上面的阐述论证分析, 我们得知, 在我国目前桥梁承台的施工过程中, 它的施工工艺作为桥梁工程建设的一个环节其目的就是要在桥梁施工中边施工边学习。笔者分析认为, 这方面的经验是需要多方面的知识积累, 更需要在施工中不断地总结, 分析, 及借鉴他人的工作经验。只有这样我们才能保证今后桥梁承台的施工质量, 保证整体公路桥梁的工程质量。
参考文献
[1]桥梁承台大体积混凝土水化热分析及温控措施[J].公路交通技术, 2013 (03) .
[2]桥梁承台大体积混凝土施工[J].科技创新导报, 2010 (09) .
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深水大承台钢板桩围堰施工方法 篇6
石湾特大桥是佛山市禅西大道工程中跨越东平水道的一座特大桥, 目前正在进行主墩基础施工。主桥为 (90.5+150+90.5) m矮塔斜拉桥, 斜拉索为双塔单索面布置。桥塔高28 m, 与主梁0号块的横梁固结。箱梁采用单箱三室加撑板悬臂的形式, C60混凝土, 三向预应力体系。箱梁顶板宽33.5 m, 底板宽16.5 m, 梁高5 m～3.5 m。主墩采用空心薄壁异形墩, 墩高为16.0 m, 采用C40混凝土。主墩承台为正方形, 尺寸为17.5 m×17.5 m×4 m, 采用C30混凝土, 单个承台混凝土方量为1 225 m3, 承台下设16根ϕ2.0 m钻孔桩。
本项目位于珠江三角洲腹地, 属第四纪第一级海相冲淤积阶地。场区第四系土层主要由软土及粉细砂组成, 基岩由下第三系宝月组和下白垩统白鹤洞组泥岩、粉砂质泥岩和泥质粉砂岩组成。
2 深水大承台施工方法
2.1 问题的提出
本项目承台施工具有以下几个特点:1) 按航道部门要求, 承台顶面埋入现状河床下, 开挖深度大 (最低常水位标高为+0.73 m, 承台顶标高为-4.4 m, 加上封底厚度, 开挖深度达到11.0 m) ;2) 汛期长且刚好跨汛期施工, 水位深且变化较大给施工带来了一定难度;3) 距离石湾水厂一级水源保护区的吸水口仅100多米, 环保措施方面要求高;4) 距离大堤护坡坡脚较近, 开挖时水利部门要求高。如何解决承台施工的受力问题、防备洪水袭击、满足航道水利环保等部门要求、满足工期要求, 将是决定本桥承台施工成败的关键, 也是我们选择承台施工方案的出发点。
2.2 施工方案的选择
根据现场施工条件和公司既有设备情况, 可以采用钢板桩围堰、填砂筑岛围堰和钢套箱围堰三种方案进行承台施工。经比较, 填砂筑岛围堰方案会压缩航道, 并极易造成下游水厂水质破坏, 同时河床起伏大使得填砂方量巨大也不经济。钢套箱围堰方案所用钢材较多, 并且大部分不能回收, 下沉时设备及人员投入多, 工序复杂, 且钢套箱施工的承台较易出现施工裂缝, 质量控制上较难保证, 同时在防备洪水袭击方面也没有得力措施。为此, 本桥水中墩承台施工采用钢板桩围堰施工方案。
2.3 围堰结构设计与施工流程
经计算, 钢板桩采用拉森Ⅳ型钢板桩, 单根长18 m, 桩底嵌入强风化层1 m～4 m, 详见图1。主墩基础施工工序流程为:清除河床孤石及混凝土块→插打施工平台钢管桩、钢护筒→安装钢管桩与钢护筒连接系→铺设平台分配梁及贝雷片→安装冲孔钻机并钻孔→钻孔桩完成后撤离钻机和施工平台→插打承台钢板桩→围堰内除土和内支撑安装→围堰封底→绑扎承台钢筋及预埋件→冷却水管和钢筋安装→浇筑承台混凝土→承台竣工。
3 钢板桩围堰施工要点
3.1 钢板桩插打
钢板桩桩顶标高定为+3.0 m, 桩底标高定为-15.0 m, 围堰轮廓尺寸为20 m×20 m, 外圈辅助施工平台轮廓尺寸为28.6 m (横桥向) ×33 m (顺桥向) , 横桥向每边留有约6 m, 顺桥向留有7 m的桩基钻孔施工作业平台的空间。
插打钢板桩从上游靠主流的一角开始插打第一片钢板桩 (定位桩) , 逐步向两侧推进插打, 最后在下游侧合龙;量测合龙块尺寸, 制作异形钢板桩, 插打合龙段钢板桩。
1) 插打钢板桩时预防倾斜的措施。a.在插钢板桩前, 除在锁口内涂润滑油以减小锁口的摩阻力外, 同时在未插套的锁口下端打入铁楔或硬木楔, 防止沉入时泥砂堵塞锁口;b.及时采用倒链滑车组纠正钢板桩的倾斜, 并用铁件与已稳定的钢板桩焊连, 保障纠偏成果;c.在坚实土地带插钢板桩时, 可将桩尖截成一定角度, 利用其反力, 使已倾斜的钢板桩逐步恢复正常;d.当倾斜较大, 很难纠正时, 可将钢板桩拔起重新插打。2) 钢板桩锁口漏水预防措施。围堰抽水时可能出现钢板桩由于插打不当、不慎撞击等原因致使锁口发生变形, 发生渗漏。当锁口不紧密漏水时, 用棉絮等在内侧嵌塞, 外侧包裹一层防水彩条布, 起到防水和减小水压力的双重效果, 抽水时同时在外侧水中漏缝处撒大量木屑或谷糠和炉渣的混合物, 使其由水夹带至漏水处自行堵塞, 在桩脚漏水处, 采用局部混凝土封底等措施。
3.2 围堰内基坑开挖及安装内支撑
基坑开挖采用吸泥船, 辅以高压射水等措施保证围堰底平面满足封底混凝土要求。开挖采用水平分层方式进行, 每层厚度控制在1.5 m左右。当开挖深度达到设计标高时, 安装围堰内支撑, 继续开挖、安装内支撑直至设计标高 (见图2) 。
3.3 围堰封底混凝土施工
封底混凝土厚度为1.5 m, 通过泵车接出混凝土输送泵管运送至承台底部, 整个围堰封底平面一次进行, 从承台的一侧向另一侧浇筑。在进行混凝土封底之前必须排干基坑内的积水, 可在基坑四角设置积水井抽排。以承台底为粉砂层计算, 则渗透系数取1.2×10-3 cm/s, 根据公式Q=K×A×t=K×A×h′/ (h′+2t) 可以计算得出Q=168 m3/d。因此, 在承台的四个角点各布置一台流量15 m3/h～20 m3/h的污水泵即可。待封底混凝土达到设计强度后进行堵填, 并且拆除-6.5 m处第三道内支撑, 进行承台钢筋绑扎。
3.4 承台大体积混凝土施工
主墩承台为大体积混凝土施工, 为防止产生温度裂缝, 应尽量采用水化热较低的水泥, 采用“双掺”技术 (掺优质粉煤灰、优质缓凝剂) , 选择含泥量低、颗粒级配好的粗细骨料, 尽量降低拌合用水、粗细骨料、水泥的温度, 采用“内降外保”措施:分层浇筑并在承台混凝土内按要求设置循环冷却水管、保证内外温差及尽早回填等, 以使承台内外温差控制在25 ℃以内。钢筋采用内部排架支撑系统定位、模板采用大面组合钢模。
3.5 钢板桩围堰施工的关键问题及技术措施
本方案成败的关键有以下两点:1) 钢板桩插打必须垂直, 才能确保围堰密实和牢靠。我们的对策是在插打钢板桩前需设定位桩及定位横梁, 并在插打过程中安装和利用导向框进行导向。2) 如何保证封底成功、确保承台施工质量。我们采取的技术措施是“止水、保压”。“止水”就是在钢板桩用棉絮等在锁口内侧嵌塞, 外侧包裹一层防水彩条布, 使得钢板桩在水压力的作用下越来越密实, 做到基本上止水。“保压”就是在浇筑水下封底混凝土过程中, 一定要使内外水头差保持在一定的范围之内。即要保持一定的压力, 使未终凝的混凝土不因压力大而发生变形, 从而影响封底混凝土的质量和封底止水效果。
4 结语
本项目主墩承台施工采用的钢板桩围堰施工方案, 是经比选最快速、最安全和较经济的方案, 实践证明, 此方案使得该工程的大体积承台在汛期来临之际提前完成, 确保了工期与质量, 为今后同类工程施工提供了一定的参考和借鉴。
参考文献
西部高铁桥梁承台施工技术剖析 篇7
关键词：桥梁承台,大体积混凝土,高铁施工
1 工程概况
社棠渭河特大桥工程地处西部宝兰客专天水段, 跨羲皇大道 (240#~244#墩) 双线 (72+2×120+72) m连续梁, 240#~244#承台尺寸分别为:长1740cm×宽1740cm×高500cm、长2700cm×宽2220cm×高550cm、长2700cm×宽2700cm×高600cm、长2220cm×宽2220cm×高550cm、长1740cm×宽1740cm×高500cm。工程地处气候环境温差较大且是双线 (72+2×120+72) m连续梁承台大体积混凝土施工, 计划日期共计172d, 任务重工期紧。
2 施工总体部署
2.1 承台施工流程如图1所示
2.2 施工准备
1) 在施工区域内做好临时性排水设施, 使场地不积水, 必要时设置截水沟。
2) 设置承台施工用的临时设施。完成必需的临时设施, 包括生产设施、生活设施、机械进出道路、临时供水供电线路。
3) 机械设备运进现场, 进行维护检查、试运转, 使其处于良好的工作状态。
2.3 桩头处理
为了保证桩基伸入承台10cm满足设计要求, 保证平整等要求, 本桥对桩头凿除采用了环切凿除施工工艺。
基坑防护完毕后, 用水准仪定出桩头标高位置 (承台底标高以上10cm) , 并用红油漆沿桩基周围标识出切割线。操作手用切割机沿标识出的切割线上侧切出2~4cm深切痕 (不得损伤桩基钢筋及声测管) , 使用风镐凿除凿痕以上部分桩头。凿除时, 要由外向内, 把逐根钢筋及声测管剥离。全部剥离完毕后, 将桩头从切痕处凿断, 用吊车垂直将桩头吊起运走。采用人工凿平桩头及把桩头四周的浮渣进行清理, 直至露出新鲜的混凝土, 且确保桩头伸入承台10cm。
桩身顶端上层浮浆必须凿除, 凿除后顶面应平整, 粗骨料呈现均匀, 不得损坏桩基钢筋, 凿除后桩顶高程偏差应控制在0~-3cm。
2.4 钢筋制作与安装、冷却管及测温元件安装
2.4.1 钢筋制作与安装
1) 钢筋绑扎前, 应检查核实承台底面高程及每根桩体埋入承台长度, 并对基坑进行清扫, 对桩头清洗, 桩基钢筋嵌入承台部分按设计要求做成喇叭型。
2) 由测量队放线确定承台的轮廓线, 并利用钢尺对其进行复核, 确保无误。用墨线弹出承台的轮廓线, 并根据图纸尺寸将承台底部主筋位置用墨线标识在垫层混凝土上。
3) 钢筋绑扎底面应采用与承台同强度混凝土垫块进行支垫, 确保混凝土底面保护层厚度。钢筋接头按照设计和规范要求采用焊接或套筒连接, 同一截面钢筋接头数量不得超过总数量的50%, 绑扎钢筋时应满绑, 不得缺扣或漏绑, 钢筋骨架绑扎采用十字扣绑扎法, 不得采用顺扣, 防止钢筋变形。
4) 底层、顶层及四周钢筋要进行点焊, 加强骨架的稳定, 钢筋间距、搭接长度均要符合规范要求, 钢筋绑扎完成后经监理工程师检查签证, 方可关模。同时应注意准确预埋墩柱钢筋, 并保证其相邻接头相互错开1.12m以上。
5) 冷却管安装完成后, 每3m用Ф8钢筋安装一道加固筋固定在承台钢筋上, 要求加固牢靠。
2.4.2 综合接地
桩中的接地钢筋在承台中应环接, 桥墩中应有二根接地钢筋, 一端与承台环接钢筋相接, 另一端与墩帽处的接地端子相连。如综合接地示意图2:
所有接地钢筋间的联接均应保证焊接质量, 焊接采用搭接焊或L型焊接, 焊缝宽度不小于4mm。
2.4.3 冷却管埋设布置
冷却管安装根据设计图纸并结合现场实际情况, 在承台内布置双层冷却管, 冷却管使用直径Ф=50mm、壁厚δ=3mm钢管。冷却管与支撑钢筋绑扎或点焊牢固, 冷却管如与墩身钢筋发生干扰可适当调整冷却管位置, 如与承台钢筋发生干扰可适当调整钢筋位置。冷却管进出水口伸出承台边缘50cm, 承台冷却管在混凝土浇筑完成后开始通水进行冷却,
出口水排至距承台一定距离的环保水池内。根据测温孔测得温差及时调整水流速度, 通水时间为6d, 如果测量温差仍然过大, 则适当延长通水时间。承台冷却管在使用后用C30水泥浆充灌密实。如图3所示。
2.4.4 测温元件安装
1) 大体积混凝土浇筑体内监测点的布置, 应以能真实反映出混凝土浇筑体内最高温升、芯部与表层温差、降温速率及环境温度为原则。
2) 监测点的布置范围以所选混凝土浇筑体平面图对称轴线的半条轴线为测试区, 在测试区内监测点的布置应考虑其代表性按平面分层布置;在基础平面对称轴线上, 监测点不宜少于4处。
3) 沿混凝土浇筑体厚度方向, 应布置外表、底面和中心温度测点, 其余测点布设间距不宜大于600mm。
4) 测温孔采用预埋内径10mm的PVC管, 在混凝土终凝前分几次转动PVC管, 保证混凝土终凝后能拔出。
5) 大体积混凝土浇筑体芯部与表层温差、降温速率、环境温度及应变的测量, 在混凝土浇筑后, 派专人进行监测。应有不少于14d的测温时间, 在混凝土升温阶段每2h测1次, 降温阶段每4h测1次, 后期6~8h测1次, 同时测量大气温度。在发现温差大于25°C时, 可以置换温度较低的循环水使降温效果更好。
6) 温控指标宜符合下列规定:浇筑的砼在入模温度基础上的温升值不宜大于45℃;浇筑的砼块体的里面和表面温差不宜大于25℃;降温速率不宜大于2.0℃/d;浇筑的砼体表与大气温差不宜大于20℃;浇筑的砼体的表层温度, 宜以砼表面以内50mm处的温度为准。在测量温度时, 测温计不应受外界气温的影响, 并应在测温孔内至少留置3min。测温过程中宜及时描绘出各点的温度变化曲线和断面的温度分布曲线。
7) 沉降观测点的埋设。承台沉降观测标按对角线布置2个, 距离承台边缘两侧各50mm。观测点钢筋头为半球形, 高出埋设表面10mm, 埋入承台深度≥100mm, 表面做好防锈处理。具体布置如图4所示。
3 混凝土浇筑
1) 混凝土浇筑采用拌合站集中拌制、混凝土罐车运输, 搭设流槽进行浇注施工。
2) 严格按混凝土配合比拌制混凝土, 混凝土搅拌完毕后, 应检测混凝土拌合物的塌落度, 浇筑过程中要严格控制混凝土的塌落度和和易性。拌合物应拌合均匀、颜色一致, 不得有离析和泌水现象。
3) 混凝土的入模温度 (振捣后50~100mm深处的温度) 不宜高于28℃。混凝土浇筑体在入模温度基础上的温升值不大于45℃。
4) 大体积混凝土工程的施工宜采用分层连续浇筑施工 (a) 或推移式连续浇筑施工 (b) 。应依据设计尺寸进行均匀分段、分层浇筑。如图5所示。
5) 浇筑的自由倾落高度应控制不得超过2m, 否则应用串筒配合浇注, 防止砼产生离析。采取“斜面分层、不间断推进”的浇筑工艺。混凝土浇筑选择温度较低时段进行, 错过高温时段。混凝土斜面分层浇注的坡度不应大于1/3, 每层浇筑厚度30cm~35cm, 要分层振捣, 混凝土振捣采用Ф50mm插入式振动棒, 布置一台振捣棒在每个斜面的上部, 布置两台振捣棒在下部。注意在上面的一台要布置在卸料处;下面两台振捣棒要置于临近的坡脚处, 要使上部和下部混凝土都要振捣密实。在砼浇注的推进过程中, 振捣棒应相应跟上。振捣器移动间距不得超过作用半径的1.5倍;和侧模保持的距离应为5~10cm;插入下层砼应为5~10cm;在砼密实后应缓慢提出振捣棒, 不得碰撞模板等部件。应连续浇筑混凝土, 注意上下两层砼浇筑间隔时间不要超过砼的初凝时间。
6) 浇筑混凝土期间, 设专人检查支撑、模板、钢筋和预埋件的稳固情况, 当发现有松动、变形、移位时, 应及时进行处理。混凝土浇筑完毕后, 对混凝土面应及时进行修整、收浆抹平, 待定浆后混凝土稍有硬度, 再进行二次抹面。对墩柱接头处进行拉毛, 露出混凝土中的大颗粒石子, 保证墩柱与承台混凝土连接良好。
4 结束语
随着我国高速铁路客运专线建设的飞速发展, 对铁路施工工艺、技术、材料也相应要求有更高的水平, 对施工建设中混凝土的研究也越来越深入;承台大体积混凝土施工在得到普遍应用的同时, 要克服施工中存在的重大技术难题, 确保工程建设安全、质量, 工期, 文明施工要求, 就必须在施工组织设计中求合理, 合理安排施工顺序, 严格管理, 突破传统技术, 善于创新, 确保高速铁路施工的安全质量, 并获得一定的经济与社会环保效益。
参考文献
[1]TB10601-2009, 高速铁路工程测量规范[S].北京:中国铁道出版社.2009.
[2]高速铁路桥涵工程施工技术指南 (铁建设[2010]241号) .[S].北京:中国铁道出版社.2010.
[3]铁路混凝土工程施工技术指南, (铁建设[2010]241号) .[S].北京:中国铁道出版社.2010.