體育場框架及罩棚挑梁懸拼法施工組織設計方案

1、工程名稱第一卷 體育場框架及罩棚挑梁懸拼法施工成都體育場是在原市人民體育場舊址上新建的一座現代化全天候體育場,地處城市中心,占地面積約10ha,建筑面積43340 m2,可容納觀眾40000人。第1章 工程概況成都體育場建筑平面呈八心圓偶合的相似橢圓形,為周圈全封閉大懸挑罩棚的空間碗狀結構,徑向框架分為88條軸線,16處雙柱雙梁變形縫,400mm400mm鋼筋混凝土方樁基礎,環(huán)向用聯系梁構成蛛網結構。104榀雙向對稱的鋸形框架在三維空間尺寸漸變,用小折線近似弧形形成龐大雋秀、剛勁挺拔的空間馬鞍形曲面建筑效果。罩棚挑梁懸伸長度由南北中部的8.8m變化到東西中部的28m,端點高度由南北中部13.5

2、3m變化到東西中部26.622m。彩色壓型鋼板棚面設在挑梁下緣,挑梁暴露在罩棚屋面上(圖6-19-1、6-19-2)。罩棚挑梁采用部分預應為混凝土結構,梁體為工字形截面,梁寬與框架柱寬相同,梁腹寬度僅120mm,在脅部增大為200mm。挑梁尾段與框架頂部立柱整體現澆,懸伸部分劃分為14段塊體進行懸臂拼接。拼接塊體在現場分段預制,拼接端肋面做成齒狀棒口,用環(huán)氧樹脂粘接,依靠榫齒嵌接和環(huán)氧樹脂的粘結強度傳遞剪力。用起吊設備將預制梁段塊體吊起,在空中懸臂拼裝。拼接一段塊體后,即張拉12束預應力鋼絲,在現澆的挑梁尾部端面錨固,借助鋼絲束的預加拉力,對塊體施加壓力,將拼接塊體連接成整體。挑梁塊體逐段懸拼

3、,逐段延伸出去,在高空無支架的情況下,完成整榀大跨懸挑罩棚梁的施工(圖6-19-3)。第2章 大跨罩棚挑梁足尺結構試驗施工前進行了最大懸挑跨度挑梁的足尺結構試驗。試驗內容有:框架與挑梁尾段整體現澆;挑梁塊體預制;空中逐段懸拼;環(huán)氧樹脂粘接;空中穿束;預應力張拉和錨固;預應力損失測定和荷載試驗等。第1節(jié) 預應力損失測定測量預應力損失的方法是在鐓頭錨板后面放置特制的傳感器,將鋼絲應變值傳入應變測定儀,測出張拉后鋼絲中的預應力值。將控制張拉力減去在鋼絲中實際建立的預拉力,可得到預應力短期總損失值,其中包括錨具變形損失l1、摩阻損失l2、鋼絲應力松弛損失l4和錨環(huán)外附加損失l等。測試數據說明,曲線束的

4、錨具變形損失l1主要發(fā)生在尾部張拉端內46m的曲線長度范圍,鋼絲應力松弛損失l4在頂塞后最初10min內完成30%。錨環(huán)外附加摩擦損失l可按控制應力con的5%計算。分批張拉的彈性壓縮損失,由應變傳感器和布置在梁體上緣的千分表量測,1束22s5鋼絲的平均彈性壓縮損失值約為220kN,彈性壓縮損失值接近con的0.5%,可將先批張拉鋼絲束的控制張拉力逐一加大一點給予補償。實測的摩阻損失l2為理論計算值的1.381.55倍,曲線束中建立的有效預應力比計算值偏小2%左右。這是因為曲線束金屬波紋管的弧線位置不準確,形成多處小彎折點。另外,預留孔道在拼接面產生左右錯孔或上下錯孔,預應力鋼絲形成彎折點,增

5、大了摩阻損失。如果挑梁塊體和現澆段預留孔道的施工誤差過大,懸拼張拉后在鋼絲中實際存在的有效預應力值,將比理論計算值偏低較多。第2節(jié) 塊體拼接端面上的局部承壓施加偏心預拉力后,挑梁現澆段拼接端面承受的預壓力最大,6束22s5總張拉力達2874.30kN。設計允許最大預壓應力為10.7MPa,為現澆段混凝土設計抗壓強度的47.4%。實測現澆段拼接端面上緣最大預壓應力為26MPa,說明存在不均勻局部受壓。試驗中用鋼棒或鋼墊板調整梁體偏斜時,在拼接面上形成小點局部承壓,在拼接面腹板上部,實測到的預壓應力高達93MPa,此時在梁腹榫齒處出現擠壓水平裂縫。施工中要保證梁體拼接端面平整無破損,尤其必須保證上

6、緣孔洞之間有足夠承壓面積。校正挑梁時,不允許用加塞鋼榫、鋼墊板的方法,以免在拼接面上產生過大的局部壓應力。待梁體混凝土達到100%設計強度后,方可進行預應力張拉。第3節(jié) 挑梁荷載試驗在挑梁上緣下緣和梁腹,貼有62片長距電阻應變片,用于各階段加荷時測量各控制點的應力。梁體上表面設有10個位移測點,用應變儀測上緣應變,與應變片量測結果進行對比。在每段塊體拼接處懸掛垂球,用標尺量測梁體的撓度。梁體上表面架設水平儀1臺,挑梁正前方架設經緯儀1臺,用以監(jiān)測在懸拼過程中梁頭處撓度變化和軸線偏斜。按20%標準荷載分級,從尾段向前端逐點逐級加載,達到設計標準荷載時持荷24h,卸載到零,量測殘余變形。調整加載設

7、備,加載到設計標準荷載的170%,控制截面作用彎矩達到設計彎矩的1.65倍,超過設計安全系數,持荷24h,量測應力和變形撓度,卸荷,量測殘余變形,結束試驗。由于加載設備限制,未作挑梁破損試驗。荷載試驗結果說明,在100%設計荷載作用時,部分預應力混凝土罩棚挑梁的上緣均處于受壓狀態(tài),未出現拉應力,挑梁處于彈性工作階段。在170%設計荷載作用下,梁體上緣出現不大的拉應力,控制截面未出現受力裂縫。卸載后塑性變形很小,殘余變形值僅13mm,罩棚挑梁平面內剛度較好。開始懸拼時,拼接塊體自重產生的向下撓度超過偏心預拉力產生的向上撓度,拼接后塊體前端下撓。隨挑梁塊體逐段懸拼出去,預應力鋼絲束數量增多,偏心預

8、拉力產生的向上撓度,逐漸接近塊體自重產生的向下撓度,越靠近自由端,塊體前端下撓越小。在挑梁自由端,6束22s5鋼絲產生的向上撓度,抵消4段YWL塊體自重產生的向下撓度后,形成預應力上拱度,其值為23mm,相當于懸挑跨度的1/772。在設計荷載作用下,挑梁自由端產生向下撓度26mm,與預應力上拱度抵消后,僅有向下撓度3mm。卸荷后荷載撓度消失,自由端仍恢復上拱度23mm,挑梁處于彈性工作階段。第3章 框架現澆和罩棚挑梁懸拼施工第1節(jié) 現澆框架施工.88條軸線雙向對稱,104榀鋸形鋼筋混凝土框架共有33種剖面,混凝土強度等級為C28,挑梁尾段與框架頂部立柱整體現澆,環(huán)向聯系梁和現澆樓板構成三維尺寸

9、漸變的空間馬鞍形骨架。承受拉彎力的鋸齒形斜大梁整體澆注,不允許留設施工縫,一次澆注混凝土40 m3左右,在斜大梁上安放預制L形自防水先張預應力混凝土看臺板。由于構件形狀復雜多變,節(jié)點處鋼筋非常密集,故框架柱梁用鋼模板,節(jié)點和圓弧處用異形術模和弧形模板吻合。將24cm卵石換為12cm細石,摻加早強型減水劑,在試驗室確定配合比后嚴格控制水灰比。在側模適當位置開設澆注孔,用塔吊通過活動滑斗注入混凝土。 采用填塞拆除方法施工雙框架變形縫,用硬泡沫板填縫,刨花板作縫邊側模,澆注數日后,將填縫的泡沫板鑿碎,可將刨花板抽出重復使用,逐段施工。須注意不可用硬泡沫板直接作縫邊側模,否則箍筋會壓人泡沫板中,內縫側

10、面將大量露筋(變形縫外側縫寬僅64mm,徑向深度達2m多,處理露筋很困難),效果不好。第2節(jié) 預制看臺板防水嵌縫體育場看臺板面既是數萬名觀眾活動的樓面,又是下層房間及變電室等設備間的屋面,板端溫度變形明顯,防水難度較大?？磁_板為自防水板面,板縫防水采取上嵌下疏的方法,在板縫下面的鋸齒形斜大梁上設有排水小溝,將板縫少量滲漏水引向環(huán)溝。在預制L形看臺板端頭側面預留凹槽,看臺板安裝后,用氯丁橡膠防水材料嵌水平縫和豎向縫。預制看臺板前邊和兩側邊板下均預設有滴水槽,以防雨水貼板下浸漏。看臺板防水構造和防水嵌縫做法見圖6-19-4。第3節(jié) 挑梁塊體預制及預應力孔道留孔104榀挑梁共216段YWL塊體,22

11、種規(guī)格,混凝土強度等級為C38,按梁號和施工先后分組,在磚砌胎模上平臥生產。在一個胎模上,逐段連槽澆筑,連續(xù)生產一榻挑梁的全部塊體,前一段塊體的后端面即是后一段塊體的前端面,采用連槽澆筑,基本可保持塊體拼接面連續(xù)吻合。預制塊體采用鋼管抽芯預留孔道,只要時間掌握合適,用鋼管轉動抽芯的方法預留直線孔道是有把握的。挑梁現澆段預留孔道施工不便,抽管困難。不論曲線孔道還是直線孔道,均采用鐵皮波紋管預埋留孔。要保證波紋管位置準確。曲線圓滑,盡可能一根整管到位,少量接頭處要用波紋管套接過渡,以免在接頭處發(fā)生彎折錯位而進漿,造成管內堵塞。波紋管在端面要露出模板一段長度,并將管口堵嚴,以免振搗時混凝土從管口擠入

12、堵塞孔口(若堵塞曲線孔道,疏通十分困難)。挑梁現澆段在空中澆筑,而懸拼塊體在胎模上生產。為保證第一段塊體與現澆段端面懸拼吻合,采用10mm鋼板精加工制成剛性端模。同一梁號的剛性端模分別用于同一榀挑梁現澆段端模和第一懸拼塊體在胎模上的端模,用準線和經緯儀保證剛性端模安裝的軸線位置及垂直度準確,盡可能使空中和地下分別澆筑的兩個端面,接近連槽澆筑的效果。第4節(jié) 端面修補和孔道清理端面一般缺陷可用環(huán)氧砂漿修補找平,角掉邊或局部碎裂者要用環(huán)氧混凝土填補,再用環(huán)氧砂漿刮平。尤其要保證現澆段端面的承壓面積和混凝土密實度。特制兩端有錐度的清孔器,外徑比制束后的鋼絲柬稍大,兩端焊上鋼絲,在孔道內來回滑動以清理孔

13、道。要注意防止預留孔道竄孔或錯孔,施工時尤其要保證挑梁現澆段弧線,孔道的留孔質量。第5節(jié) 高空元支架逐段懸拼罩棚挑梁預制看臺板安裝就位并滿足抗傾荷重要求后,可進行挑梁懸臂吊拼。塊體單段自重為2.64.9t,最大塊體YWL-1長6.2m,安裝高度27m,加上吊具重量共5.43t,采用雙塔機抬吊的方法施工,內圈中塔和外圈中塔起吊力矩之和的80%為1120kNm,可滿足塊體起吊力矩要求。15.4m的三角形鋼管桁架抬吊扁擔自重1.5t,內圈塔機和外圈塔機各吊起一端,在扁擔下平衡吊拼YWL塊體,雙塔機協調動作,同步起吊。懸掛式輕型腳手架夾掛在塊體兩側,隨塊體起吊,逐段拼出,交替流水使用。腳手架外側設鋼筋

14、護欄和安全網(圖6-19-5)。挑梁塊體間的拼接面涂刷環(huán)氧樹脂粘接,保持分段梁體縱向連續(xù)傳力,拼接端面通過軟接觸增加吻合效果。為減少懸空涂刷操作,采用單側雙層涂刷法,先在空中和地面的兩個待拼接端面上,分別涂刷環(huán)氧樹脂底層,塊體起吊前,在地面塊體端面上再涂刷環(huán)氧樹脂面層,1h內起吊拼接,以保證空中拼接端面在軟結合中均勻粘接。在梁體頂面和側面拉通線控制懸軸線位置;在場內控制圓心架處設經緯儀,上下掃描檢查塊體中心線是否與梁體中心及框架軸線重合,控制懸拼塊體不產生錯位或扭轉;在塊體端部放置丁字測尺,直尺與梁體中心線重合,在橫尺兩端吊下相等長度的細鋼絲垂球,在看臺板上用水平儀檢查兩只垂球是否處于同一設計

15、標高,這樣既控制了懸拼塊體設計標高,避免產生上下偏傾或左右偏傾,又避免了塊體前端面產生扭轉。挑梁現澆段端面與第一段塊體拼接端面,是用精加王剛性端模分別在空中和胎模上澆筑的,端?？臻g位置難于精確控制,實際不可能保證連槽澆筑的吻合效果。經多次拆裝的剛性端模會產生變形和拼合誤差,使現澆段拼接面上產生施工誤差,如誤差過大,幾段YWL塊體懸拼出去,大跨挑梁自由端就會形成較大的斜偏。故施工中必須嚴格控制現澆段端面尺寸和位置,反復調整校正。保證第一拼接面吻合,是保證整桶挑梁懸臂拼接質量的關鍵。懸拼塊體就位合乎要求后,在拼接面下緣兩側跨縫綁焊758角鋼,長250mm,用于固定塊體位置,保證因分段懸拼而斷開的下

16、部非預應力鋼筋縱在向連續(xù)傳力。梁體兩側綁焊角鋼時,要求對稱施焊。第6節(jié) 預應力鋼絲制束和懸空穿束l04榀挑梁所用預應力鋼絲束共440束,其中112束22s5,分為17種長度;328束18s5,分為51種長度;南北罩棚挑梁鋼絲束最短為5.02m,東西罩棚挑梁鋼絲束最長為28.24m。s5高強碳素鋼絲應逐盤抽樣試驗,選取彈性模量值EQ相同的鋼絲下料制束。鋼絲下料后鐓粗頭,帶鐓頭的鋼絲穿入鋼質鐓頭錨板中,用雙錨板將鋼絲梳直,并用鉛絲綁扎。成束后的鋼絲按挑梁號和鋼絲分束號編號掛牌,以免錯用。鐓頭錨板采用45號鋼制作,硬度要求為HB257291,5.2孔眼偏移誤差不大于0.2mm,抽樣10%進行強度試驗

17、。為保證鋼絲鐓頭齊整,減小長度誤差,降低鋼絲松弛應力損失,在錨板外緣加工螺紋,旋蓋鋼質內螺紋壓板,將鋼絲鐓頭壓齊頂緊,加蓋絲扣壓板的鐓頭錨板,使用性能良好。挑梁尾部張拉端采用鋼質錐形錨具,錨塞經熱處理后,硬度要求為HRC5558。塊體懸臂拼接時的預應力鋼絲空中穿束,采用鋼絲束隨塊體起吊,懸空牽引,引束到位的方法。用穿束器(圖6-19-6)銷住鋼絲束尾端,中心銷越向前拉,鋼絲被夾得越牢。起吊時,在地面將鋼絲束尾端穿過塊體預留孔道,露出穿束器。鋼絲束與塊體一起緩緩起吊到拼接位置,當塊體端面靠近時,空中操作人員將牽引鋼繩從挑梁尾端引出,牽引鋼繩的鉤子套住穿束器中心銷的銷環(huán)。通過固定在挑梁尾端挑架上的

18、導向滑輪,用卷揚機將牽引鋼繩慢慢向后拉,牽引穿束器,將鋼絲束拉進孔道中,從挑梁尾部端面孔道中拉出,直到鋼絲束前端的鐓頭錨板嵌入懸拼塊體端面預留的凹槽中定位并將鋼絲束拉緊為止。卸下穿束器,預應力鋼絲柬懸空穿束便告完成。如有2束鋼絲,則應逐束牽引到位(圖6-19-5)。選用l臺牽引力為5kN的卷揚機,安放在看臺后部平臺,可滿足一棍挑梁全部鋼絲束的牽引要求。吊拼挑梁最前段YWL-1塊體時,長28m的鋼絲束會在塊體前面下墜,形成弧形長尾。要采取措施避免鋼絲束滑落。牽引時應避免高強鋼絲被塊體前端孔口處的混凝土擦傷。穿束前應進行孔位編號,挑梁尾部端面、拼接端面及起吊塊體端面均應標明孔號,鋼絲束也相應編號。

19、同號數鋼絲束穿入同號數孔道,在挑梁尾部端面上,檢查穿出的鋼絲束的束號與該孔的孔號是否相符。如果發(fā)現錯孔或竄孔,必須退束調整,確認無誤后,方可進行預應力張拉。第7節(jié) 逐段張拉懸拼罩棚挑梁在挑梁尾端,用鋼管搭設懸挑燈籠腳手架,鋪設張拉平臺,側面用席圍護。在平臺上放置ZB4-500型油壓機1臺、YC-60型穿心式雙作用千斤頂2臺及必要的工具,負荷重力5kN左右。經過8kN滿負荷試驗,懸挑張拉平臺強度和穩(wěn)定性可滿足施工要求。懸拼1段塊體,即對稱梁體中軸線,在挑梁現澆段尾部張拉1束或2束預應力鋼絲,在尾部端面錨固(參見圖6-19-3)。預拉力將拼接面壓緊,軟結合的環(huán)氧樹脂從拼接面四周側縫擠出,空中操作人

20、員應及時將溢出的環(huán)氧樹脂刮塞進去,封閉拼縫底面及側面。預應力鋼絲不但起受力作用,還作為拼接手段,依靠強大的預壓力和環(huán)氧樹脂膠泥的粘接力將懸拼塊體拼接牢固。按順序依次懸拼下一段塊體,在尾部再張拉12束預應力鋼絲,在挑梁尾部端面錨固,將懸拼的第2段塊體拼接牢固。照此循環(huán)施工,將預制梁段YWL-1到YWL-4逐段懸拼完成。預應力張拉單向分級施加拉力,超張拉4.5%,次張拉到位,22s5單束張拉力為479.05kN,18s5單束張拉力為391.95kN。預應力張拉實行“雙控”,以油壓表讀數為主要控制,同時控制鋼絲伸長值,控制范圍為+10%5%。確認鋼絲伸長值滿足要求后,即可進行錐形錨具頂塞,頂塞后量測

21、錨塞內縮量為35mm,即認為符合要求。待張拉錨固完成,塔機松鉤卸荷。張拉雙束對稱鋼絲時,1臺油泵通過分配閥分壓給2臺千斤頂,同時進行同步對稱張拉,保持張拉應力對稱平衡。在鋼絲束尾部掛牌,注明束號和張拉錨固時間,24h內檢查有無滑絲或斷絲,若24h后無滑絲或斷絲,則張拉合格。規(guī)范規(guī)定,在梁體一個斷面上,預應力鋼絲斷絲和滑絲根數,不得超過鋼絲總根數的3%,1束鋼絲中斷絲和滑絲不得超過1根,否則應退束和換束。對于高空無支架懸臂拼接的后張預應力挑梁,退束和換束相當困難,如連續(xù)拼接幾段塊體后,夾在中部的塊體中預應力鋼絲發(fā)生斷絲或滑絲,鐓頭錨板前后都被封閉,拼接面上的環(huán)氧樹脂固化粘結,幾乎不可能退束和換束

22、。所以,制束時必須嚴格控制預應力鋼絲材質均勻。在104榀挑梁懸拼施工中,張拉440束共計8368根預應力鋼絲,僅發(fā)現6束鋼絲中各斷絲l根,都是在頂塞時斷絲,或在錨固后24h內斷絲,未發(fā)生退束和換束的情況。第8節(jié) 懸拼挑梁孔道壓漿懸拼塊體每個孔道前端距鐓頭錨板500mm處留有10排氣孔,用塑料小管伸出梁體。在挑梁尾部端面錐形錨環(huán)中心設有帶內螺紋的10進漿孔,每個進漿孔上安裝1個帶活動閥門的壓漿控制閥,控制進漿速度和封閉孔道,靈活適用,操作方便。頂塞錨固24h后,應盡快進行孔道壓漿。上漿平臺和HB6-3型壓漿泵設置在挑梁尾部附近看臺上,分級加壓,單向一次壓漿飽滿?？椎缐簼{用微膨脹水泥漿(硅酸鹽水泥摻加萬分之五鋁粉,水灰比0.4,摻入適量減水劑)。-將壓漿泵出漿管接在錨環(huán)中心的控制閥管口上,開啟閥門,壓漿泵升壓,水泥漿被壓人孔道中,待前端排氣孔有濃漿溢出即用木模塞緊排氣孔。壓漿泵繼續(xù)升壓至0.40.6MPa,從進漿孔繼續(xù)壓人水泥漿,直至進漿孔不再進漿時,關閉控制閥,封閉孔道,壓漿泵降壓,該孔道壓漿即告結束。壓漿順序為自下而上逐孔進行。水泥漿初凝后即可將控制閥取下。懸拼挑梁由幾段塊體串接,由于存在施工誤差,在拼接面上孔道不可能