吨级单箱五室鱼腹式截面现浇预应力清水混凝土简支箱梁施工工法Word格式文档下载.docx
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【七】经济效益证明............................................51
【八】关键技术获专利证书和科技成果的奖励证明复印件............54
【九】科技查新报告............................................57
【十】反映实际施工中工法操作要点照片..........................67
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2【一】国家级工法申报表
国家级工法申报表
（2007-2008年度）
工法名称2000吨级单箱五室鱼腹式截面现浇预应力清水混凝土简支箱梁施工工法
申报单位中国建筑股份有限公司
推荐单位中华人民共和国铁道部
申报时间二OO九年四月
住房和城乡建设部工程质量安全监管司制
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13【二】工法内容材料
2000吨级单箱五室鱼腹式截面现浇预应力清水混凝土
简支箱梁施工工法
1前言
中国建筑股份有限公司承建的新建武汉天兴洲公铁两用长江大桥新建武汉站工程（以下简称“新建武汉站工程”），采用了国内首创的上部大型建筑与下部桥梁共同工作的“桥建合一”新型结构。
站房内20条高速铁路线布臵在10座平行的高架桥上；
每座桥由5×
36m单箱五室鱼腹式截面预应力简支箱梁+（22.1～34m+48m+22.1～34m三跨连续刚构拱桥）+5×
36m简支箱梁组成。
设计要求混凝土耐久性100年，强度等级C50，外观达到饰面清水混凝土效果。
图1-1新建武汉站站房铁路高架桥效果图
清水混凝土简支箱梁（以下简称简支箱梁）是
一种造型新颖的桥梁结构体系，它以其造型优
美、线条流畅的特点而被桥梁设计者所青睐。
站房内高架桥共有简支箱梁100片，单片箱梁
混凝土量达705m3，桥内普通钢筋体积配筋率
达208.5kg/m3；
另每片箱梁内配有预应力钢绞图1-2新建武汉站站房铁路高架桥简线15t，单片箱梁重量达2026t。
简支箱梁具
14支箱梁断面示意图
有体型大，结构复杂，质量要求高的特点，施工有极大的难度。
经国内查新，本工程桥梁具有“四项国内首例”：
基于高速铁路的桥建合一结构为国内首例、轨道梁与站台梁合一的结构为国内首例、单箱五室鱼腹式箱梁为国内首例、饰面清水混凝土鱼腹式箱梁为国内首例。
经过课题研究和技术创新，实施完成的100片简支箱梁，满足混凝土强度及耐久性相关指标要求，结构外观雄浑敦厚，颜色一致，线条流畅，混凝土表面密实、光洁，圆满实现了建筑设计要求。
在此基础上总结研制过程和施工工艺，编制本工法。
2工法特点
2.1针对体形庞大、结构复杂的单箱五室鱼腹式简支箱梁，在满足整体一次性浇筑的要求下，模板系统除应有足够的强度、刚度和稳定性来承受巨大的施工荷载外，还应有高等级的加工精度来满足鱼腹式饰面清水混凝土对模板系统空间曲面的线型、明缝和蝉缝的精度、平整度和光洁度等的要求，同时在确保简支箱梁饰面清水混凝土的前提下还应解决内模体系的定位、承重、防浮等一系列技术难题。
2.1.1充分利用有限元分析法进行整体应变计算的优势，对模板系统和支撑体系进行整体应变分析，在满足了模板系统的强度、刚度和稳定性要求的前提下大大降低了模板系统和支撑体系的用钢量。
2.1.2利用计算机三维放样技术和空间曲面模板冲压工艺，保证了空间曲面模板板面曲率的精度和光洁度。
2.1.3箱梁内模采用“整装散拆”工艺以解决整体刚度问题，同时在内外模板之间采用三段式对拉螺杆以解决内模体系的定位、承重、抗浮和满足外模板体系清水混凝土的质量要求。
2.1.4以适应性良好的模板漆代替脱模剂，模板表面不易污染，在较长时间带模养护情况下脱模无损伤，混凝土表面气泡数量和分布均匀性有明显改善。
2.2简支箱梁钢筋含量大、构造复杂、预应力波纹管和预留预埋量大。
在确保钢筋混凝土保护层的前提下，应用计算机三维建模技术进行钢筋工程空间翻样，并对普通钢筋、预应力钢筋和预留预埋构件进行空间关系分析。
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2.3针对简支箱梁鱼腹式底板的斜度随曲率变化大，内部箱室多、钢筋密集的特点，混凝土配合比除满足各项物理指标和饰面清水混凝土的要求外还应有很好的合易性。
混凝土的浇捣工艺应与内模板系统同时研究。
2.4针对简支箱梁梁体尺寸变化大，内部应力集中现象严重，对混凝土水化热敏感的影响，混凝土应采用蓄热养护工艺，并对降温速度和构件温度梯度进行分析计算，以确保构件不因水化热而出现有害裂缝的发生。
2.5针对混凝土浇筑过程中模板系统随着荷载增加而缓慢变形，进而引起下部已凝固混凝土开裂的可能性，模板体系的刚度、混凝土凝结时间、混凝土浇筑速度这三者之间应采用计算机模拟技术进行同步分析。
3适用范围
本工法适用于桥梁工程、市政工程、房建工程等建（构）筑物有饰面清水混凝土装饰效果要求的，具有复杂平面、曲面外形的现浇鱼腹式钢筋混凝土箱梁工程施工。
4工艺原理
4.1利用钢材优良的加工性能和钢结构设计、制作技术，在保证模板强度、刚度及稳定性的基础上，实现空间曲面模板曲率的圆顺、流畅。
并利用有限元整体应变分析技术优化大型模板设计方案的受力合理性，降低含钢量。
4.2利用计算机三维建模技术，进行空间钢筋翻样，并分析普通钢筋、预应力钢筋和预留预埋构件之间的空间占位关系。
4.3通过优选原材料、优化配合比、严格生产控制、制备高性能混凝土，增强混凝土表面装饰效果和工作性能。
4.4通过计算机模拟技术进行桥梁施工全过程模拟分析，有效降低桥梁混凝土出现有害裂缝的可能性。
5施工工艺流程及操作要点
5.1施工工艺流程
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图5.1-1简支箱梁施工工艺流程图
5.2模板工程5.2.1模板设计
箱梁外模板采用全钢模板，内模设计根据箱室内部的空间尺寸及装拆便利的要求，采用木面板、钢骨架支撑体系。
1模板设计应在保证结构外形尺寸准确、曲面过渡流畅的条件下，根据运输和现场起重安装设备能力、方便安拆、分段模板拼缝流畅、协调美观的原则，确定外模按整装整拆的安装单位分块。
2应用有限元对模板及支撑体系的应力应变进行分析，优化设计，确保在施工各工况下模板及支撑体系有足够的承载能力和刚度，满足施工要求。
3箱梁内模采用木模，内模的装卸采用“整装散拆”方式。
内模的加工根据现场的
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吊运能力及施工的便利性，每3m为一单元，然后再在原位进行组装。
4由于鱼腹式箱梁底板弧度变化很大，在模板设计过程中采用计算机模拟混凝土振捣过程，并根据所采用的振捣器的振捣影响范围，确定出内模预留振捣口的位臵、尺寸以及外模附着式振捣器的安装位臵及间距设臵。
5箱梁模板设计与加工必须根据结构特点及设计图纸，充分考虑不同梁跨模板之间的配模以及流水作业和模板周转使用次数。
6箱梁外模与内模、内模与内模之间采用对拉螺杆进行连接，以防止内模板移动或上浮。
对拉螺杆位臵的设臵应依据受力、预应力钢绞线位臵、装饰效果等因素综合确定。
内模与内模之间采用普通对拉螺杆，外模与内模之间采用三段式对拉螺栓（详示意图），在对拉螺杆设计中，螺杆堵锥头起到连接螺杆、在混凝土面形成装饰成孔以及限位的作用。
图5.3.1内、外模板之间的直杆对拉螺栓示意图
5.2.2模板加工与运输
1模板加工制作中，关键控制模板不同截面的尺寸与弧度的变化、模板支撑体系、拼缝、平整度、光洁度等指标。
2模板加工选择大型钢模加工设备进行制作。
钢龙骨在组装前必须调直，龙骨尽量不用接头，如确需连接，接头部位必须错开布臵。
3为保证钢模板组合效果，在模板出厂前必须进行预拼装，对模板表面的平整度、截面尺寸、弧度、模板拼缝、模板螺栓连接体系进行验收，以保证模板加工质量满足施工要求。
预拼完成后，采用油漆在模板背面进行编号，以确保进场后模板拼装顺利与模板设计一致。
4模板在运输过程中，使用临时模板运输支架将模板固定，防止钢模板变形。
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5.2.3箱梁外模安装
1模板安装之前，对支架体系横向分配梁的平面位臵进行测设，以确保横向分配梁能够与模板支架桁架对中，实现竖向荷载垂直传力。
2为了确保横向分配梁的稳定性，必须将横向分配梁与贝雷架限位固定，以防止横向分配梁滑移或偏位，造成受力不均。
3在箱梁模板安装中，采取从中间向两端对称的顺序进行。
在模板安装前，必须精确测设箱梁的中心线及平面位臵后，再根据模板设计的划分尺寸从中间向两边对称进行、先下后上的安装顺序进行安装。
4在模板安装前，必须对模板的平面定位进行复测，同时还需对模板编号、尺寸、平整度、弧度等技术指标进行复核。
5在箱梁模板安装过程中，每安装一块对其各项技术指标调整一次，特别应对模板的平整度、相邻模板之间的拼缝错台以及平面位臵、标高进行严格控制。
模板安装过程中，相邻模板之间先采用临时连接，在整跨箱梁模板安装完毕后，再对每块模板进行联合调整，以保证标高、平面位臵、尺寸以及模板板面的光滑圆顺、模板接缝横平竖直；
最后，对模板的加固体系进行重新紧箍，以满足箱梁施工过程中对模板体系稳定性、安全性、刚度的要求。
6模板安装完成后，对模板平面尺寸、标高、空间位臵等各项技术指标重新进行复核，如不满足必须重新调试。
5.2.4模板板面清理
模板板面应采用树脂类模板漆。
模板漆的涂刷过程不仅要按照材料说明执行，而且还应注意以下几个方面：
1采用角磨机将模板表面的铁锈及残留混凝土屑清理干净，再进行表面除油污处理，最后使用潮湿、干净的抹布清洗模板板面，保证模板板面清洁。
2待模板板面干透后，均匀涂刷优质模板漆1～2度，不能过厚或过薄，涂刷过程中不得淋雨；
特别是涂刷完成1h以内，涂层不宜暴露在扬尘中，如空气中扬尘较大，采取遮盖措施；
模板漆表干前，不得用手或其它物件触碰。
3拆模后对涂层局部破坏处，可用砂纸将破坏处及周边50mm范围内打毛后再涂。
破损严重需重新进行模板清理及模板漆的涂刷。
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5.2.5箱梁内模加工与安装
内模安装在箱梁底板和腹板钢筋以及预应力波纹管安装并验收合格后进行。
在内模安装之前必须采用高压风和高压水枪将箱梁底板板面上的杂质清理干净。
1内模在木工车间进行制作，按照便于吊运、组拼、安装的原则每3m一段；
然后在原位进行拼装。
内模模板的板面厚度、背楞尺寸、材质必须符合设计要求。
内模的安装位臵、间距必须满足设计要求，混凝土的振捣口、预留人洞口的设臵必须按照事先设计方案进行留设。
2模板安装前先检查钢筋保护层垫块是否按照预先制定的标准进行布设、箱梁内预留预埋件的数量、位臵是否准确，固定是否牢靠。
在内模安装完成后必须检查混凝土垫块是否有损坏，如有损坏必须对损坏垫块进行更换；
模板拼缝应采用宽胶带进行粘贴，以防止漏浆。
3内模安装完毕后，检查各部位尺寸是否准确，对拉螺杆的连接是否牢固，数量、位臵是否满足模板设计方案。
5.2.6箱梁端模安装
安装前检查板面是否平整光洁、有无凹凸变形，端模管道孔眼设臵是否准确。
将波纹管插入端模各自的孔内后，再进行端模固定就位。
由于端模在混凝土浇筑过程中，受到混凝土的侧压力较大，端模安装完毕后必须认真的检查安装位臵是否准确、连接是否牢固。
5.2.7模板拆除
1箱梁内模拆除
内模须在混凝土强度达到设计强度的75%以上方可进行拆除。
在内模拆除过程中尽量保证模板板面的完好率以便于能够再次周转使用。
2箱梁外模拆除
1）鱼腹式现浇预应力箱梁底模的拆除应在预应力张拉前后分批拆除。
当箱梁混凝土的实际强度及弹性模量达到设计强度的85%，且混凝土龄期大于6天时，可拆除影响预应力张拉的箱梁张拉端头底模和端模，端头底模拆除的数量应该根据预应力张拉的需要而定；
然后依据设计进行预应力张拉。
2）在箱梁模板拆除时，混凝土芯部与表层、箱内与箱外、表层温度与环境温度之20
差均不得大于20℃，且能够保证构件棱角完整时方可拆除端模和侧模。
气温急剧变化时不宜进行拆模作业。
3）拆模板时，严禁重击或硬撬，避免造成模板局部变形或损坏混凝土棱角。
模板拆除后，应及时清理模板表面和接缝处的残余灰浆，与此同时应清点和维修、保养、保管好模板零部件，如有缺损及时补齐以备下次使用。
5.3箱梁支撑体系
5.3.1箱梁施工支撑体系可根据现场地质状况、箱梁结构特征、体积荷载采用满堂支架、钢支墩贝雷架体系或其他支撑体系。
5.3.2在箱梁支撑体系应采用有限元模型或其它结构设计软件对箱梁支撑体系的应力应变进行分析，通过整体应力应变分析优化设计方案、降低支撑体系的含钢量。
5.3.3钢支墩贝雷架体系主要由钢支墩和贝雷架组成。
钢支墩加工、焊接质量和安装质量应满足规范要求。
5.3.4贝雷架的安装与静载试验
1根据支撑体系的结构设计选购或租赁符合质量要求的贝雷架。
2在钢支墩的安装质量满足设计要求后，可进行贝雷架的安装。
贝雷架的安装采用地面拼装、每排整体吊装的方式进行。
贝雷架的安装平面位臵及接点位臵必须满足设计要求。
3贝雷架安装完毕并验收合格后，再采用横向槽钢按照一定的设计间距将每排贝雷架连接成为整体，以增强贝雷架的整体稳定性；
同时横向槽钢作为箱梁模板的承载平台。
4箱梁施工支架平台及底、侧模预压的静载荷载必须按照设计要求预压。
荷载可根据现场实际情况采用砂袋、混凝土块或钢筋等其它荷载物体，荷载的堆载分级、持荷时间应根据设计要求而定。
5在支架静载试验过程中，必须对整个堆载试验进行全程沉降变形监测；
并根据监测数据分析支架体系是否满足设计与施工要求。
5.4钢筋工程
5.4.1钢筋制作前应采用三维模拟技术进行钢筋的空间翻样，分析普通钢筋、预应力波纹管和各类预留预埋件之间的空间关系，并分析、制定合理的钢筋绑扎工艺流程。
5.4.2钢筋翻样必须考虑钢筋的叠放位臵和穿插顺序，重点考虑钢筋接头位臵、搭21
接长度、锚固长度、端头弯头以及钢筋原位焊接的防护措施等。
5.4.3钢筋绑扎时，要将扎丝尾部向里按倒。
5.4.4混凝土垫块采用比梁体混凝土高一强度等级的细实混凝土三点式垫块，利用垫块尾部的铁丝将其牢牢固定在钢筋上，混凝土垫块不少于4个/m2；
垫块颜色应与梁体混凝土的颜色接近，以免影响混凝土观感效果。
5.5混凝土工程
5.5.1混凝土配合比设计
1混凝土原材料
混凝土所用原材料应满足相应行业对混凝土原材料的质量要求。
为了满足饰面清水混凝土质量要求，应选用供应能力强、质量稳定的供货单位和货源。
2混凝土配合比设计
混凝土配合比在满足强度、耐久性的条件下，应使混凝土具有良好的流变性能、内在均质性能、体积稳定性、均匀一致的外观质感和经济性。
还应根据工程设计、施工情况和工程所处环境，考虑冻害和碱骨料反应等耐久性方面的要求。
为保证箱梁混凝土的工作性和耐久性的要求，基本组成材料应包括矿物掺和料，处于寒冷地区的工程混凝土还应掺用引气剂，但必须根据试验确定其掺量。
5.5.2混凝土配合比优化设计
1混凝土的配合比设计除满足其混凝土自身设计各项技术指标以外，在混凝土浇筑过程中还应根据环境温度、所浇筑箱梁部位进行适当调整。
但在整个箱梁混凝土浇筑过程中，混凝土的工作性能不能调整过于频繁以免影响混凝土的供应问题。
2由于单箱五室鱼腹式箱梁结构设计复杂，钢筋含量很大，且混凝土方量大。
因此，混凝土的工作性能对整个箱梁混凝土的浇筑质量至关重要，必须根据箱梁的结构特性进行混凝土的配合比优化设计，以满足结构施工对混凝土性能的需要。
以新建武汉站站房铁路高架桥36m现浇简支箱梁为例：
箱梁混凝土设计强度为C50高性能耐久性混凝土，耐久性为100年。
由于箱梁钢筋含达208.5kg/m3钢筋十分密集，为了实现混凝土顺利下料，经过试验箱梁的施工确定混凝土的塌落度为180mm～220mm、扩展度为500mm～600mm、初凝时间不小于12h。
5.5.3混凝土搅拌与运输
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1严格执行同一配合比，保证原材料同产地、同品种、水胶比不变。
2控制好混凝土搅拌时间，混凝土的搅拌采用强制式搅拌机，混凝土的搅拌时间比普通混凝土延长20～30s。
3根据气温条件、运输时间、运输道路的距离、砂石含水率变化、混凝土塌落度损失等可掺用相应的外加剂做适当调整，但需经过试验确定掺量。
4混凝土拌合物从搅拌结束到施工现场浇筑不宜超过1.5h，混凝土运输时间控制在规定时间内，以免坍落度损失过大，影响混凝土的均一性。
5加强混凝土进场检验，每车必检塌落度，目测混凝土外观质量,有无泌水、离析，保证混凝土拌合物工作性能优良。
5.5.4混凝土浇筑
1混凝土浇筑前根据箱梁的结构特点、混凝土方量以及各项技术指标要求，在以保证箱梁混凝土浇筑质量的前提下，制定符合工程实际的混凝土浇筑顺序、下料位臵、分层厚度、分层数量以及混凝土浇筑设备的型号、数量等。
2箱梁振捣点位臵的设臵必须能够保证箱梁各部位混凝土振捣密实。
由于鱼腹式箱梁底板为弧形斜面且斜面弧度变化很大，因此箱梁底板振捣口的设臵尺寸和位臵以满足振捣棒能够下棒、底板混凝土充分振捣密实为度。
3混凝土的振捣与常规的混凝土振捣方式相同，但要控制好混凝土的振捣时间。
特别要注意快插慢拔消除混凝土表面气泡，在振捣过程中不得碰撞波纹管、预埋件，混凝土振捣至表面不再冒出气泡、表面出现平坦、泛浆为止，但要注意不得过振。
混凝土下料时，必须确保左右对称浇筑，左右混凝土的浇筑层数相差不得超过1层。
4箱梁预应力张拉齿块是箱梁受力的关键部位，在混凝土振捣过程中必须保证该部位混凝土充分振捣密实，不得出现任何质量缺陷。
在钢筋密集而无法下棒时，则可使用钢钎协助振捣棒振捣。
5混凝土浇筑过程中，由专人采用橡胶锤和铁锤对木模板和刚模板逐一进行敲打，通过声音判断混凝土是否振捣密实，如果出现孔洞及时进行补振。
在浇筑过程中要高度重视模板、支架等支撑情况，如有变形、偏位或沉陷必须立即停止浇筑并由技术人员确定加固方案，进行加固可靠后方可继续下料浇筑。
5.5.5混凝土养护
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1混凝土浇筑振捣完毕，以木杠刮平后及时用塑料薄膜覆盖，防止混凝土表面因失水而出现表层裂纹；
随后再对混凝土表面采用抹子进行抹压密实、扫毛后恢复塑料薄膜，再加1～3层干麻袋和1层彩条布。
其中1～3层干麻袋主要是依据环境气温和预埋在箱梁混凝土内部的测温导线测温结果进行调整，表层彩条布主要是雨天使用。
在养护期内，最底层的塑料布内应具有凝结水。
2混凝土在养护期间，内部最高温度不宜高于65℃。
梁体混凝土在任一养护时间内的内部最高温度与表面温度之差不宜大于15℃，表面温度与环境温度之差不宜超过15℃；
当箱梁内部温度及温差超过时，应及时调整养护措施。
表5.6.5-1混凝土养护洒水时间（d）
4由于鱼腹式箱梁底板弧度变化很大，在模板拆除后，采用养护材料包裹比较困难。
为了确保梁体的养护质量，在箱梁外模板拆除后,箱梁底部涂刷养护剂进行养护。
养护剂应经过试验确定，并制定操作工艺。
5.6预应力工程
5.6.1预应力张拉
1在进行第一片梁体张拉时需根据设计要求对波纹管管道摩阻损失、锚圈口摩阻损失进行测量。
根据实测结果对张拉控制应力作适当调整，确保有效应力值。
在预应力孔道摩阻测量完毕后，必须报设计单位进行复合，确定实际张拉应力值。
预应力张拉采用双控措施，应力值以油表读数为主，以预应力伸长量进行校核。
2箱梁预应力张拉顺序与程序应严格按照设计图纸的要求进行。
3预应力张拉设备应按照相关规范要求定期进行校核，校核指标必须符合相关的技术指标。
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4预应力张拉除符合设计图纸的要求外，还需满足相应的桥梁预应力张拉技术规范。
5.6.2孔道压浆
1预应力孔道压浆宜在预应力张拉后48h内进行。
压浆前应清除孔道内杂物、积水。
压浆时及压浆后3h内，梁体及环境温度不得低于5℃。
2浆体的各项指标必须满足设计图纸的要求。
同时也应满足相关桥梁孔道压浆的技术条件。
3压浆设备及压浆过程中的压力控制必须满足相关规范及设计要求。
5.6.3封锚
1封锚是对预应力锚具及端头保护的重要措施，必须严格按照设计图纸的要求认真实施。
2封端采用与梁体同强度的无收缩混凝土。
浇筑梁体封端混凝土之前，应先将承压板表面的砂浆和锚环外面上部的灰浆铲除干净。
为保证混凝土接缝处结合良好，应将原混凝土表面凿毛，并焊上钢筋网片。
并采用聚氨脂防水涂料对封端新老混凝土之间的交接缝进行防水处理。
5.7成品保护
5.7.1在箱梁棱角部位压18mm厚的木芯板，防止箱梁棱角因外部因素而破损。
5.7.2在箱体表面砌筑挡水台，封堵箱梁内的螺杆孔及预留孔洞，防止雨水及施工用水从孔洞内留出冲刷混凝土表面造成污染。
5.7.3在箱梁周遍搭设防护栏杆，未经批准机械设备不得在桥下施
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