空心墩顶部实体段与顶帽施工方案
编 制: 审 核:
张集铁路总承包中铁四局工程指挥部
二零零八年五月
1.工程简介
张集铁路后河5号特大桥有空心墩13个,为双线圆端形桥墩。分两种坡比,一种为45:1(外)/75:1(内),另一种为65:1(外)/65:1(内)。墩颈横向宽度8.8m,纵向宽度4.4m,墩顶实心段高度1.5m。下面以65:1为例,空心墩结构图示见图1。
45106048015020220220580440顶部实心段150454401505065:165:165:1250底部实心段65:1立面侧面
图1
1502.工艺概述
空心墩顶部实体段与托盘、顶帽一次立模,分两次浇筑。 采用在实心段底部空心墩侧壁预留孔,孔内插A3钢棒,在钢棒上面放置横向和纵向上下两层工字钢,在工字钢上面铺方木,在方木上面铺竹胶板作为底模,由两层工字钢及方木作为底模支撑系统。为了减轻支撑系统的重量,减少空腔内型钢、方木和模板的安装拆卸工作量,顶部实心段1.5m及托盘、顶帽分两次浇筑。因空心墩在托盘底面存在较大的应力,而施工缝又不宜留在应力较大的部位及临近部位,故首次浇筑1m高的实心段,待已浇筑混凝土达到一定强度后,再一次浇筑完成顶部0.5m的实体段与托盘、顶帽。后浇筑混凝土重量依靠已浇筑1m高的钢筋混凝土结构及原有的底模支撑系统支撑。先浇筑混凝土与后浇筑混凝土经过养护后形成一个整体共同作用,施工完成后堵塞预留孔。详见图2。
平 面 图φ90钢棒20工字钢工字钢侧 面 图δ=1.5竹胶板方木20工字钢木楔φ90钢棒20工字钢说明: 本图除工字刚、钢棒、竹胶板外,其余尺寸均以厘米计。
图2
3.施工工艺 3.1 预留孔施工
施工至实体段以下最后一节空心薄壁墩身时,在距离该节顶面一定高度的位置,沿四周墩身墩壁上,预埋32根内径ф100mm的硬质PVC管,管两端采用聚乙烯胶带封堵,管内填塞接近最佳含水量能够拍实的土,以防局部漏浆堵塞孔道。PVC管预埋位置的管底距该节混凝土顶部高度为:下工字钢高+落架木楔+上工字钢高+方木高+模板高。上下工字钢均采用20a的普通工字钢,落架木楔10cm,方木10cm×10cm,模板采用厚度为1.5cm的竹胶板,故总高为20+10+20+10+1.5=61.5cm。PVC管采用在墩身钢筋内焊接井字形钢筋骨架定位,并紧贴内模固定。PVC管长度40cm,距墩壁外侧10cm,既保证了钢棒的锚固深度,又不致使预留孔贯通。混凝土浇筑完毕拆模后,侧壁凿出预埋PVC管,并掏净孔内土。
3.2模板安装
安装钢棒,钢棒直径不宜过大或过小,以略小于预留孔直径为宜,选用ф90mm的A3钢。钢棒外露20cm,采用人工安装,孔洞口空隙处填塞木楔。将钢棒插入预留孔内,然后在钢棒上安装上下两层工字钢及落架木楔,在上层工字钢上铺方木,方木间距10cm,在方木上铺订竹胶板作为底模。
3.3混凝土浇筑
在底模上绑扎钢筋网片,浇筑顶部实体段1m高混凝土。混凝土浇筑完毕,强度养护至设计强度的50%时,即可凿毛。绑扎托盘、顶
帽钢筋,预留孔、预埋件施工完毕,即可浇筑剩余部分混凝土。强度养护至设计强度的50%时,即可拆除模板。
3.4支撑材料拆除
施工人员通过内脚手架进入墩身空腔内,拆除落架木楔,使顶模脱离墩身后,拆除其余上下两层工字钢及方木,最后抽出钢棒。将预留孔清扫干净,采用掺有膨胀剂的同标号混凝土将预留孔堵塞密实。
3.5支撑系统荷载计算 3.5.1钢筋混凝土自重荷载P1
混凝土分两次浇筑,支撑系统只承受1m高的混凝土(35m³)自重荷载。
P1=35 m³×26 KN / m³=910KN。
3.5.2模板及支撑材料自重P2(分为P21、P22、P23三部分) 底模为厚1.5cm竹胶板,自重不计。
方木10cm×10cm(密度为0.6T/m³),2根5.46m长,2根6.24m长,2根6.73m长,2根7.07m长,2根7.33m长,2根7.51m长,2根7.64m长,2根7.72m长,1根7.75m长。
P21=(5.46×2+6.24×2+6.73×2+7.07×2+7.33×2+7.51×2+7.64×2+7.72×2+7.75×1) ×0.1×0.1×0.6×10= 7.15KN。
上层工字钢为10根3.4m长,2根3.33m长,2根3.12m长,2根2.76m长,2根2.4m长的20a型普通工字钢(单位长度质量27.9 kg/m)
P22=(3.4×10+3.33×2+3.12×2+2.76×2+2.4×2)×27.9×
10-2=15.96 KN。
下层工字钢为2根4.4m长,4根1.25m长,2根1.35m长的20a型普通工字钢(单位长度质量27.9 kg/m)
P23=(4.4×2+1.25×4+1.35×2)×27.9×10-2=4.6 KN。 3.5.3人员、振捣设备重P3
荷载集度取2.5 KN / m²,P3=(3.14×2.223²+4.4×2.223×2)×2.5=35 KN。
3.5.4振动棒振捣产生荷载P4
荷载集度取2 KN / m²,P4=(3.14×2.223²+4.4×2.223×2) ×2=28 KN。
3.6检算 3.6.1钢棒检算 钢棒受力简图见图3。
图3
钢棒选用ф90mm的A3钢。[σ]=170MPa,[τ]=85MPa。 面积A=π×9²/4=63.62cm² 抵抗拒W=π×9²/32=71.57cm³
容许抵抗剪力[Q]=2/3×A×[τ]= 2/3×63.62×85×10-1=360.5KN
容许抵抗弯矩[M]= W×[σ]=71.57×170×10-3=12.17 KN.m 单根钢棒承受荷载P=1/32×(P1+ P21+ P22+ P23+ P3+ P4)= 1/32×(910+7.15+15.96+4.6+35+28)=1/32×1000.71=31.27 KN
Mmax=P×L=31.27×0.2=6.25 KN.m﹤[M] Qmax=P=31.27﹤[Q] 3.6.2上层工字钢检算
上层工字钢为10根3.4m长,2根3.33m长,2根3.12m长,2根2.76m长,2根2.4m长的20a型普通工字钢。简化为18根3.18m长,承受由模板传递的竖向荷载。受力简图见图4。
图4
材料特性及截面几何特性为:E=210Gpa、[σ]=170Mpa、W=237000mm³、I=23700000mm4。
[ƒ]=L/400=3180/400=7.95mm 强度检算:q=(P1+P21+P22+P3+P4)/18/L
=(910+7.15+15.96+35+28)/18/3.18=17.4 KN/m
σmax= Mmax/W= q L²/8/ W=17.4×3.18²/8/(237000×10-6)=92.8Mpa
﹤[σ]。满足要求。
刚度检算: q=(P1+P21+P22)/18/L
=(910+7.15+15.96)/18/3.18=16.3 KN/m
ƒmax=5qL³/384EI=5×16.3×3.18³/384/210/23700000×109 =1.36mm﹤[ƒ]。满足要求。 3.6.3下层工字钢检算
下层工字钢为2根4.4m长,4根1.25m长,2根1.35m长的20a型普通工字钢。简化为8根2.06m长,支撑于插入墩身的钢棒上,承受由上层工字钢传递而至的竖向荷载。简化为均布荷载。
材料特性及截面几何特性为:E=210Gpa、[σ]=170Mpa、W=237000mm³、I=23700000mm4。
[ƒ]=L/400=2060/400=5.15mm
强度检算:q=(P1+ P21+ P22+ P23+ P3+ P4)/ 8/L =(910+7.15+15.96+4.6+35+28)/ 8/2.06=60.7 KN/m σ
max
= Mmax/W= q L²/8/ W=60.7×2.06²/8/(237000×
10-6)=135.87Mpa﹤[σ]。满足要求。
刚度检算: q=(P1+P21+P22+ P23)/8/L =(910+7.15+15.96+4.6)/8/2.06=56.9KN/m
ƒmax=5qL³/384EI=5×56.9×2.06³/384/210/23700000×109 =1.3mm﹤[ƒ]。满足要求。
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