移動模架砂袋分倉蓄水預壓施工工藝

移動模架砂袋分倉蓄水預壓施工工藝1前言移動模架是一種自帶模板的特種作業(yè)機具。移動模架拼裝完畢后，在正式投入現澆箱梁施工作業(yè)前，為了驗證移動模架的設計和制造質量，保證施工安全，同時消除其非彈性變形以及取得彈性變形數據，需對模架進行預壓施工。常見的預壓方法為水袋加水預壓、吊運鋼材或砂（土）袋預壓。若采用水袋預壓法，由于本移動模架底模形式特殊的原因，需要在底模兩側焊接大量鋼板用于限位，預算成本極高；而采用調運鋼材的方式，由于掛梁與吊桿的存在，對調運工作產生了很大阻礙，施工難度較大。本工藝對傳統(tǒng)預壓方法進行創(chuàng)新，通過CAD、Ansys軟件進行數字化模擬，采用砂袋堆碼、分倉蓄水預壓。2工藝特點采用數字化模擬加載、預壓工藝驗證、數字化動態(tài)監(jiān)控三個方面的技術，驗證模架安全性，取得模架的各種變形參數，與其他方法對比，本工法具有以下特點：2.0.1預壓前利用CAD、Ansys軟件可以模擬移動模架在混凝土澆筑成型后的受力情況，對移動模架承受實際現澆箱梁荷載的受力情況模擬度達到95%以上。2.0.2施工工效高，基本就地取材，無需運輸大堆材料，資源配置合理，大幅縮短施工工期，具有較大經濟效益。2.0.1現場實施可行性高，安全保障系數高。3適用范圍本工法適用于截面形式復雜或者承受荷載較大的現澆梁橋移動模架的預壓施工，尤其適用于上行式移動模架的預壓施工。4工藝原理4.0.1數字化模擬加載。利用圖形軟件工具，精確模擬加載，擬合混凝土澆筑順序，并模擬各區(qū)域砂袋堆載數量和模擬分倉蓄水，使用Ansys軟件對預壓工況和混凝土澆筑工況進行受力分析對比。通過對加載能數不斷調整，最終實現工藝試驗與混凝土澆筑工況受力吻合。4.0.2預壓工況驗證。在預壓中根據箱梁結構特點，綜合考慮移動模架吊桿的影響，在腹板荷載集中處進行砂袋堆載，其他部位蓄水加載，采取三倉六區(qū)復合加載法，采用1.15全部施工荷載，利用砂袋和水進行分區(qū)分倉，實現分步加載。砂袋采用人工裝袋堆碼形式進行，通過專人旁站抽檢記錄砂袋重量、防水膜覆蓋及提前標注水位線等措施對各荷載等級加載對稱性、準確性進行控制，達到預壓荷載的精確穩(wěn)定加載。4.0.3數字化動態(tài)監(jiān)控。在預壓過程中全方位地對關鍵部位進行測點布置，適時進行安全監(jiān)控和安全預警，并對移動模架應力和變形進行監(jiān)控量測。5施工工藝流程及操作要點5.1施工工藝流程5.2操作要點5.2.1模擬預壓經相關計算分析，本工程首跨48m（含8m懸臂端）最大施工荷載=鋼筋重量+鋼絞線重量+混凝土重量+內模重量+施工荷載-墩頂處荷載=2208噸。參考相關技術要求及規(guī)范，預壓荷載取最大施工荷載的1.15倍，即預壓荷載=1.15*2208=2540噸。1各腹板荷載計算箱梁設計配合比的C50混凝土密度取2.43T/方，分別計算中腹板附近（區(qū)域5）和邊腹板附近（區(qū)域3）以及翼緣板附近（區(qū)域1）的橫截面面積為：2.31㎡、2.0312㎡、0.9208㎡。由此可以計算各區(qū)域每延米箱梁混凝土荷載如下：中腹板附近（區(qū)域5）：2.31×2.43×1=5.6133T邊腹板附近（區(qū)域3）：2.0312×2.43×1=4.9358T翼緣板附近（區(qū)域1）：0.9208×2.43×1=2.2375T2確定砂袋布置為保證移動模架在混凝土實際澆筑過程中的安全性，一般應選擇其在不同澆筑順序中受力和變形的最不利情況進行預壓加載。本次預壓結合現場實際情況，遵循盡量模擬實際澆筑工況的原則，制定了先在懸臂段兩側對稱加載、后加載剩余位置的總體加載順序。1）端橫梁與懸臂端砂袋布置預壓按盡量模擬混凝土荷載實際情況的原則，先對懸臂端兩側進行對稱加載。在端橫梁與懸臂端橫截面全部進行砂袋堆載。2）標準段砂袋布置利用砂袋堆載精確模擬出箱梁橫截面各腹板混凝土荷載，剩余部分進行蓄水加載預壓，以保證預壓加載能夠真實模擬實際荷載情況?？紤]到若完全按照腹板及翼緣板設置堆載區(qū)域會在橫截面劃分出五個倉室，不利于蓄水加載作業(yè)的進行，砂袋過于分散堆載費工費時，同時綜合考慮移動模架吊桿的影響，將中腹板和邊腹板附近荷載集中分區(qū)進行砂袋堆載布置。取砂袋密度為1.5由混凝土荷載反算得出砂袋堆載區(qū)域的橫截面積為：中腹板、邊腹板區(qū)域：（5.6133+4.9358）÷1.5=7.033㎡翼緣板區(qū)域：2.2375÷1.5=1.492㎡3確定砂袋數量現場砂袋按50kg每袋進行填裝，每袋質量偏差值≤2kg，按照平面布置圖計算得到各區(qū)域預壓所需砂袋數量如下：利用ansys軟件對移動模架建模，分別以主鼻梁、上橫梁與掛梁、中支腿為計算模型，進行有限元分析得出計算結果。4預壓荷載效率系數驗算根據預壓工況（100%）和首跨48m澆筑工況的有限元計算結果，選取二者主梁40m跨跨中附近的最大豎向位移、受力最不利2#掛梁的彎矩、受力較大1#吊桿的拉力以及中支點反力（合力）等荷載效應的對比，得到主梁、掛梁、吊桿以及中支腿的荷載效率系數。在100%工況預壓荷載作用下，移動模架各主要構件的效率系數（預壓荷載效應/實際澆筑荷載效應）均大于0.95。5主要構件應力安全系數驗算分別計算移動模架各主要構件預壓工況下最大應力值，并與理論應力允許值（Q345鋼材容許應力值260MPa）比較，得到各主要構件的應力安全系數如下表。5.2.2預壓前檢查1試驗前的檢查預壓前應對移動模架進行全面的檢查。檢查應包括下列內容：1）移動模架整體安裝位置正確，模板中線及高程符合設計圖紙要求。底模橫梁與主梁垂直。2）各構件之間的結合面密貼。主梁、鼻梁、支腿、掛梁等各接頭處的連接螺栓符合設計并達到設計扭矩。3）加載前垂直油缸機械鎖留2mm間隙，同時鎖定一切安全裝置。4）預壓所用的機具、材料準備充足。5）檢查墩旁腳手架是否安全牢固。6）液壓油管與電纜的布置是否規(guī)范合理，能夠避讓運動部件。2空載試驗同時對移動模架進行空載情況下的運行試驗。1）模板調整功能試驗（1）底模、側模各段各塊微調動作是否可實現。（2）底模、側模預拱度設置是否可靠。2）模架整體頂升,降落動作是否可靠，檢查頂升油缸的鎖定性能。3）模架橫移,橫移距離單邊行程為4.5m，指移位臺車從制梁位置橫移到主梁縱移位置，且在墩旁托架的橫移軌道上設有擋板。檢查模架的平穩(wěn)性、側向穩(wěn)定性，檢查底模底模桁架及施工平臺的開合對接可靠，模板接合處間隙是否符合要求。4）模架縱移,縱移距離為0.3m～0.5m，檢查縱移是否可靠。5.2.3根據移動模架預壓施工工況，采用ansys有限元結構計算分析軟件對移動模架進行整體建模，確定各主要構件的變形和應力數據，進而確定各構件受力不利，需要布點的位置。對關鍵構件進一步進行分析，確定局部細節(jié)布點位置如下。1變形測點布置變形測點選在最能反映變形特征且便于觀測的位置，并盡可能分布均勻，能夠反映模架預壓期間的撓度變化規(guī)律。主梁變形、支座和基礎沉降采用精密水準儀測試，掛梁變形采用位移計或精密水準儀測試。2應力測點布置應力測點選在模擬中受力較大且監(jiān)測方便的位置，對預壓過程中移動模架各主要構件的應力水平進行實時監(jiān)測，以評價移動模架結構的受力狀態(tài)和安全性。5.2.4預壓準備1材料機械準備根據制定的施工方案，需準備的材料機械主要有：抽水泵18.5kw和7.5kw分別一臺和四臺，50t/h傳送帶兩臺，中粗黃沙1400t，優(yōu)質編織袋30000個，彩條布和防水膜各1500㎡和2500㎡。2預壓前模架修補在預壓開始前，對模架各處螺栓、焊縫等細小構件進行檢查，對有缺陷的部位實行螺栓加固擰緊、補焊等措施，檢查應覆蓋模架所有角落，確保沒有檢查遺漏點。同時對模架底模的縫隙處，使用泡沫膠逐處進行封堵，以免在蓄水過程中漏水過多影響荷載作用效果和增加不必要的施工時間和能耗。在各項細微修補措施全面實施完畢并檢查合格后方能準備開始加載。5.2.5砂袋加載1砂袋堆碼界線標識在準備開始加載前，按照制定的砂袋分倉蓄水加載方案對各區(qū)域砂袋的堆放界線和高度進行標識。在底模上用反光貼或類似標志物劃分出各區(qū)域砂袋邊界線，同時在吊桿（豎向連接受力桿）上標識出相應區(qū)域砂袋的高度線，以便施工過程中控制各區(qū)域砂袋是否堆碼到位。同時為了防止兩側坡度較大處砂袋滑動，在底模上焊接限位條。2砂袋堆碼加載在進行完必要檢查并劃分出各區(qū)域砂袋堆碼界線后，可以開始準備進行砂袋的堆碼加載。首先，黃沙入場后停在移動模架施工后場，使用鏟車經由50t/h的傳送帶直接將黃沙傳送至移動模架底模上。然后使用人工裝袋的形式將砂分裝成袋，每袋質量為50kg，誤差控制在±2kg以內，以確保盡量減小最終荷載偏差值。在裝袋過程中，派專人對砂袋進行隨機抽檢過磅，抽檢數量不低于30%。通過樣本統(tǒng)計的方法評估整體裝袋質量是否控制在預定范圍之內。砂裝袋后，再由人工配合斗車運送至指定堆碼區(qū)域，按照劃分好的界線和高度一層一層均勻堆碼直至達到此區(qū)域堆碼總量。砂袋堆載順序按照分倉蓄水預壓平面布置圖所示分區(qū)為：A橫-1堆載完成→A縱-1和A縱-2對稱堆載15米→B橫-1堆載完成→B縱-1、B縱-2堆載完成→繼續(xù)對稱堆載A縱-1和A縱-2→A橫-2對稱堆載完成。在砂袋堆載過程中務必注意對稱性，以免模架兩側受壓值出現偏差導致可能存在的傾覆隱患。根據預定的四級加載順序，前60%預壓荷載均由砂袋完成。在堆碼至20%和60%荷載等級時需注意分別進行2小時和4小時的靜置，并在達到相應荷載等級后注意做好各測點監(jiān)控作業(yè)。靜置過程中注意檢查模架各構件穩(wěn)定狀況，對螺栓焊縫等位置再次進行全面檢查。5.2.6水加載1水加載前準備工作在達到60%荷載等級即砂袋堆碼完畢并靜置4小時后，可開始著手準備加水工序。砂袋堆碼作業(yè)完畢后，使用彩條布覆蓋整個移動模架底模，保證將所有砂袋堆碼區(qū)域覆蓋于彩條布之下。彩條布覆蓋完畢后，在彩條布上再覆蓋一層優(yōu)質防水薄膜，覆蓋薄膜過程中囑咐工人不要野蠻操作以保證薄膜在過程中保持完好。以上操作是為了防止加水過程中水滲入砂袋被黃沙吸收后使預壓荷載陡增，甚至可能超過移動模架最大承載總值，導致事故發(fā)生。同時，根據預定的加載計劃，把各個被砂袋分隔出來的蓄水區(qū)最終需要加至的水位線進行標識，以便抽水過程中進行控制。做好以上準備措施后，按下圖所示平面圖布置抽水泵，另有一臺抽水泵備用，在蓄水不均勻時以平衡各倉室水量。2注水做好防水覆蓋措施后可開始進行加水作業(yè)。在正式開始加水前，先對各倉室的容積進行復核以確認蓄水量是否滿足要求。復核完畢后，可開始水泵抽水作業(yè)。水加載順序為先加載1區(qū)間至水位上升約50cm，然后對稱加載2區(qū)間直至達到100%荷載等級水位線。加載至100%荷載等級后，按要求靜置8小時并進行監(jiān)測工作。靜置8小時后，在監(jiān)測結果一切正常的前提下可繼續(xù)注水加載至最終荷載115%。加載至最終荷載等級后，再次靜置24小時并做好各項監(jiān)測工作，確保模架處于安全作業(yè)狀態(tài)內。5.2.7觀測在加載過程中，要詳細記錄加載時間、噸位、位置，及時通知測理進行跟蹤觀測，并對移動模架進行檢查，發(fā)現異常情況，應停止加載，及時分析原因，并采取相應措施，每級荷載加載完成并靜止一定時間后，進行撓度觀測，或實測值與理論值相差太大，分析原因后再進行下一步方案。在進行各個等級加載的同時也要加可觀測，以便分析加載所用的時間本身對變形曲線的影響。5.2.8分級卸載在達到最終荷載靜置24小時后，再進行一次各測點的監(jiān)測以及數據采集作業(yè)，然后可安排進行卸載作業(yè)。卸載過程是加載過程完全的逆過程，需要注意的是在卸載過程中每卸載至相應荷載等級時同樣需要進行靜置。首先泄水至100%荷載等級，靜置6小時或更多，同樣做好監(jiān)測數據采集工作。100%荷載等級靜置完成后，繼續(xù)泄水至60%荷載等級（即蓄水全部排空）后，靜置2小時或更多，安排監(jiān)測人員做好數據采集工作。60%荷載等級靜置完成后，可進行砂袋卸載操作。卸載的過程可直接由60%卸載至0，需要注意的是卸載原則為“先加后卸，后加先卸”，同時也要注意卸載的對稱性（與加載時同理），以保證移動模架始終處于平衡受力狀態(tài)。卸載至0后，再次對各測點進行監(jiān)測，做好數據采集工作。將卸載下來的砂袋裝車轉運至后場回收，留作日后施工中其他用處。至此預壓施工現場作業(yè)基本完成。在預壓施工完成后，利用預壓所得數據確定預拱度，根據預拱度值調整每根掛梁標高，最終完成立模標高的調整。卸載完畢后，對模板進行清理，對出現磨損或者泡沫膠脫落的部位進行修補。在安排驗收之前先進行一次全面自檢并整改，合格后可通知相關方進行移動模架投入使用前的最后一次全面驗收。驗收通過后，移動模架可正式投入到橋梁的現澆施工作業(yè)中。5.2.9監(jiān)測移動模架構件眾多，模板變形疊加因素來源多，測設難度大。采用三維變形精確測控技術，根據預壓試驗中得到的主梁、上橫梁、掛梁的變形數據，并結合軟件中模擬混凝土箱梁在張拉和拆模后各截面的變形量，計算每根掛梁的預拱值，最終確定底模的立模標高。通過豎向頂升液壓系統(tǒng)進行總體調整。中橫梁下方的機械螺旋頂、吊桿進行局部微調，實現對底模標高的精度控制。為了保證預壓過程中取得移動模假各項變形數據以及隨時了解移動模架的結構安全狀況，在加載前、分級加載和分級卸載的每一個階段和卸載完畢后，對移動模架各測點進行監(jiān)測工作。1預壓觀測1）預壓觀測步驟（1）測量各觀測點的預壓前的原始標高；（以每1個小時觀測一次，沉降值不超過2mm時為穩(wěn)定狀態(tài)）（2）第一級按加載60％后，測量各觀測點的標高值；（3）第二級按加載100％后，測量各觀測點的標高值；（4）第三級按加載115％后，測量各觀測點的標高值；（5）靜置24小時后，再次測量各觀測點的標高值；（6）卸載過程中再次測量各觀測點的標高值。（7）預壓過程中實時監(jiān)測并記錄各應力傳感器應力數據情況，保證預壓施工安全性。2）結果分析2彈性、非彈性變形階段觀測從預壓加載開始直至加載完成的過程中，模架主梁非彈性變形及彈性變形（桿件本身的彈性變形）就基本完成。各測點的彈性、非彈性變形之和=各測點的原始標高-這個階段各觀測點實測加載后標高3卸載階段的觀測模架主梁變形穩(wěn)定后，即可卸除預壓荷載，卸載過程是加載程序的逆過程，卸載過程同樣分三個步驟：各測點的彈性變形量=卸載完成后實測各觀測點標高-卸載前各觀測點實測標高4預壓結果分析采用統(tǒng)計法分析各階段觀測值，剔除個別值，找出觀測值的規(guī)律性。計算模架的彈性、非彈性變形量：模架的非彈性變形ΔL塑＝預壓前標高－卸載后標高模架的彈性變形ΔL彈＝卸載后標高－卸載前標高模架的總沉降值ΔL總＝預壓前標高－卸載前標高分析得出觀測點總沉降值、非彈性變形、彈性變形，進而得出移動模架首跨澆筑的預拱度。7質量控制本工法質量標準參照《公路橋涵施工技術規(guī)范》（JTG/TF50-2011)和《鐵路移動模架制梁施工技術指南》。預壓過程中的具體質量控制措施如下：7.1荷載控制7.1.1對壓重應認真計量，以保證加載的準確性，由項目部材料員對每袋砂袋進行過磅，誤差控制在±2kg范圍內。7.1.2在加載過程中，要詳細記錄加載時間、噸位、位置，及時通知監(jiān)測人員進行跟蹤觀測，并對移動模架進行檢查，發(fā)現異常情況，應停止加載，及時分析原因，并采取相應措施。每級荷載加載完成并靜止一定時間后，進行撓度觀測，若實測值與理論值相差太大，分析原因后再確定下步方案。7.1.3加載時模擬混凝土澆筑順序分級加載，應注意加載的對稱性。7.1.4堆載嚴禁局部堆積過高，必須隨吊隨時轉移，否則局部荷載過大引起塑性變形。7.1.5相關責任人做好預壓荷載記錄工作，統(tǒng)計每級荷載下砂袋和水加載的重量，并做好簽字工作。7.2防水措施7.2.1加載過程中應注意天氣變化，如果下雨應用彩條布遮蓋砂袋。7.2.2砂袋堆載完畢后，在預壓之前應用彩條布對每個部位進行嚴密覆蓋，起到隔水的作用。7.3監(jiān)測事項4997.3.1每達到加載過程中的一個荷載等級對各測點進行一次觀測，做好登記為后續(xù)分析提供依據。7.3.2注意對中支腿進行偏移觀測，如有較大偏移應立即停止加載（最大10cm），并逐步卸載，防止傾覆。7.3.3檢查頂升液壓缸的液壓表讀數。（中支腿前后液壓缸讀數差不得超過5MPa）7.3.4查看每次加載過程中的主梁、掛梁變形情況，看是否和理論數據接近，并注意觀察各部件之間的連接及焊縫情況。8安全措施工法安全措施主要遵守《建筑施工安全檢查標準》（JGJ59-2011）、《建筑機械使用安全技術規(guī)程》（JGJ33-2012）的規(guī)定。為保證移動模架預壓施工過程的結構安全和現場人員的人身安全，應采取以下預壓施工安全保證措施：8.1結構安全控制8.1.1加載過程中，應鎖定一切安全裝置，在加載過程中時刻注意各支撐、各連接處變形情況，并做好相關記錄。8.1.2對中支腿進行測量監(jiān)控，如有較大偏移應立即停止加載（最大10cm），并逐步卸載）。8.1.3檢查頂升液壓缸的液壓表讀數（中支腿前后液壓缸讀數差不得超過5MPa）。8.1.4如果加載的噸位沒有達到設計加載荷載，且變形及應力大于設計變形及應力允許值，應停止加載試驗，對其原因進行分析并采取相應的措施。8.1.5卸載后對模架所有螺栓、銷軸等連接部位重新進行一次全面檢查，根據實際情況對螺栓進行復擰，還要對模板及側模支撐進行檢查，看是否有變形。8.1.6委托第三方對移動模架各位置焊縫進行檢測，對主梁、鼻梁、掛梁等關鍵部位的一級焊縫全檢測，二級焊縫抽檢20%，對不合格部位進行整改直至完全合格；加載超過60%以上，專人定時進主梁內部查看焊縫情況，看是否有脫焊現象，如有脫焊現象應立即進行卸載（觀察油漆有無脫落和起皺情況）。8.2現場人員的人身安全8.2.1砂袋堆載區(qū)務必堆碼為梯形截