市政公用工程实务案例分析：装配式梁板及钢梁施工

【案例35】背景资料：某施工单位承建了一条全长1 310 m、横跨某二级公路与某生态湿地公园景区的钢结构步行桥工程。该桥梁主桥上部结构采用(55+2×90+55)m圆筒形镂空钢桁架结构,其外径为4.15 m,内径为3.55 m,桥面全宽6.0 m。为保护生态湿地环境,节约施工用地,保证施工进度,主桥采用顶推施工方案。引桥为30 m跨径的钢箱梁桥,采用分段吊装方式。

主桥钢桁梁总长290 m,结合现场情况拟将主桥钢桁梁在主桥3～4号墩之间搭设拼装支架逐段拼焊,并在支架上采用步履式智能顶推装置配合竖向千斤顶将钢桁梁顶推至设计位置,最后将20 m钢桁梁在拼装支架上拼装成整体。

主桥钢桁梁在工厂内制造成构件运至现场,在卧拼胎架上拼焊成圆形小节段,然后用龙门吊运至拼装支架上立拼焊成顶推节段。各顶推钢桁梁节段间主要采用焊接,部分杆件采用焊接与高强度螺栓合用连接。

桥面系构件在工厂内制造,运至现场采用焊接与高强度螺栓合用连接成整体。

主桥桥跨与主梁钢桁梁拼装顶推现场布置如图2.17所示。

图2.17　主桥桥跨与主梁钢桁梁拼装顶推现场布置图(图中尺寸单位：cm)

施工中发生如下事件：

事件一：主桥钢桁梁拼装与顶推架设施工中,施工单位采取了如下做法：

(1)工地焊接前采用钢丝砂轮对焊缝进行除锈,并在除锈后的48 h内进行焊接。

(2)高强度螺栓施拧采用扭矩扳手,在作业前后均应进行校正。

(3)当钢桥为焊接与高强度螺栓合用连接时,完成终拧高强度螺栓连接副后应进行焊缝检验。

(4)工地焊接时应设立防风、防雨设施,遮盖全部焊接处；焊接时风力应小于5级,温度应高于5℃,相对湿度应小于85%。

(5)临时墩上必须设置顶推装置。

(6)主梁顶推完成后,永久支座应在落梁后进行安装。

事件二：主桥拼装及顶推架设施工主要作业工序包括：①钢梁定位与永久支座安装；②在拼装支架上拼装20 m梁段,完成全桥拼接；③主梁前端安装顶推钢导梁；④主桥钢桁梁首节段拼装；⑤构件运至现场；⑥落梁；⑦首节段顶推移梁；⑧施工场地准备；⑨逐段拼装顶推270 m梁段至设计位置。

事件三：主桥拼装及顶推架设施工中,施工单位配备的主要机具设备有步履式智能顶推装置、竖向顶升千斤顶、移动式起重机、手拉葫芦、钢丝砂轮等。

顶推施工中采用的水平-竖向顶推方式的滑动装置由摩擦垫、滑块(支承块)组成。

事件四：主桥拼装及顶推施工计划总工期为90 d,按拼装场地准备(10 d)、顶推支架搭设(20 d)、钢桁梁拼焊(50 d)、钢桁梁顶推(50 d)、桥面附属设施安装(50 d)、落梁拆除支架(10 d)共6个主要工作控制施工。其中,拼装场地准备与拼装顶推支架搭设可同时开工,钢桁梁顶推在钢桁梁拼焊10 d后方可开始,桥面附属设施安装比钢桁梁顶推推迟10 d开工。施工单位拟按图2.18格式绘制主桥拼装及顶推施工横道图。

图2.18　主桥拼装及顶推施工横道图

【问题】

1.图2.17中,C、D(图中虚线框内)各代表哪种临时设施?写出设施C的主要作用。

2.事件一中,逐条判断施工单位的做法是否正确,并改正错误。

3.写出事件二中工序①～⑨的正确排序。(以“②→③→⑥→……”格式作答)

4.事件三中,施工单位还应配备哪些主要的机具设备?顶推施工中滑动装置的组成部分还应有哪些?

5.根据事件四,复制图2.18至答题卡上,并在图中绘制主桥拼装及顶推施工的横道图。

【考点分析】

本题是2018年一级建造师公路工程专业考试真题,没有做任何修改,一级建造师市政公用工程教材上有钢梁施工技术要求,但没有介绍钢桁梁相关知识点,也没有介绍顶推施工方法,但是钢梁的拼装、吊运、焊接、涂镀、螺栓连接等重要知识点是通用的。通过本题可以加深这些相关知识点的学习与思考。装配式梁板与钢梁施工是一级建造师城市桥梁工程的重要考点,拓展学习一些相关知识点非常必要。

【参考答案】

1.C：临时墩(辅助墩)；D：拼装支架。临时墩的作用：减小顶推的标准跨径,减小梁顶推过程交替变化的正、负弯矩(或承担顶推梁段的竖向荷载、减小弯矩、导向作用)。

2.(1)不正确。改正：工地焊接前采用钢丝砂轮对焊缝进行除锈,并在除锈后的24 h内进行焊接。

(2)正确。

(3)不正确。改正：当钢桥为焊接与高强度螺栓合用连接时,栓接结构应在焊缝检验合格后再终拧高强度螺栓连接副。

(4)正确。

(5)不正确。改正：临时墩一般只设置滑道而不设顶推装置,若必须加设顶推装置,应通过计算确定。

(6)不正确。改正：永久支座应在落梁前进行安装。

3.正确排序：⑧→⑤→④→③→⑦→⑨→②→①→⑥。

4.施工单位还应配备龙门吊、扭矩扳手、电焊机、横向导向装置。顶推施工中,滑动装置还包括滑道、滑板。

5.横道图绘制如图2.19所示。

图2.19　主桥拼装及顶推施工横道图

【案例36】背景资料：某施工单位承建了一段山区高速公路。其中有一座21×40 m先简支后连续T形预应力混凝土梁桥,有部分深水基础采用沉井基础,北岸桥头距隧道出口30 m；南岸桥头连接浅挖方路堑,挖方段长约2 km。大桥采用双柱式圆形截面实心墩,墩身高度为10～40 m,大桥立面布置示意图如图2.20所示。

图2.20　大桥立面布置示意图

事件一：施工单位对高度在20 m以内的墩身采用定制钢模板连续浇筑,根据《公路桥涵施工技术规范》(JTG/T F50—2011),新浇筑混凝土作用于模板的最大侧压力有两种计算方法,计算结果如下：

方法一：

方法二：F=γh=57.6(kPa)

上面两式K1、K2为针对某些因素的影响修正系数,h为有效压头高度。

墩身浇筑时,由于混凝土落差大,故采用串筒输送入模。根据《公路桥涵施工技术规范》(JTG/T F50—2011),倾倒混凝土对垂直面模板产生的水平荷载为2.0 kPa。

事件二：施工单位考虑到水源、电力状况、进出场道路和成品梁运输等情况,需在大桥附近设置T梁预制梁场。T梁预制梁场平面布置示意图如图2.21所示。

图2.21　T梁预制梁场平面布置示意图

事件三：施工单位拟采用双导梁架桥机架设40 m T梁。架设方法如下：

(1)将轨道上拼装的架桥机前端推移到后跨,固定好架桥机；

(2)将预制梁由运梁车运至架桥机安装跨,两端同时起吊,横移桁车置于梁跨正中并固定；

(3)将梁纵移到后跨,固定纵移桁车,用横移桁车将梁横移到设计位置,下落就位；

(4)待一跨梁全部架设完,前移架桥机,重复上述程序进行下一跨梁的安装。

事件四：对位于深水中的沉井,施工单位采用浮式沉井,浮式沉井的底节采用滑道入水。施工中有如下要点：

(1)沉井下沉过程中下沉困难,施工单位采取相应的助沉措施。

(2)沉井在浮运就位时,沉井露出水面高度不应小于0.5 m；水上接高时,井顶露出水面不应小于1 m。

(3)下沉时应随时进行纠偏,保持竖直下沉,每下沉2 m至少应检查1次。

【问题】

1.针对事件一,计算墩身混凝土浇筑时模板侧压力的最大值。

2.根据大桥的地形条件,针对图中A、B、C位置,T梁预制梁场设置在哪里合适?说明理由。

3.写出T梁预制梁场示意图中区域D和E的名称。

4.事件三中,施工单位拟采用的双导梁架桥机架设方法中下划线处描述的位置是否正确?如错误,请写出正确的位置。

5.事件四中,要点(1)采取助沉的方法有哪些?判断要点(2)(3)的正误,若错误请改正。

6.结合案例背景资料,桥梁施工中哪些内容需要专家论证?(至少写出3项)

【参考答案】

1.新浇筑混凝土对模板的最大侧压力应取方法一计算的值(或取两种方法中的大值),即F=76.03 kPa,所以墩身混凝土浇筑时模板侧压力的最大值Pmax=F+2.0=78.03(kPa)。

2.T梁预制场设置在B处(南岸路基上)合适。理由：A距隧道出口过近,不能建设预制场地；C为桥下位置,且位于施工水位以下；B在浅挖方路堑地段,是设置T梁预制场的合适位置。

3.D：存梁区；E：制梁区(或预制台座)。

4.(1)不正确,应是“安装跨”；(2)不正确,应是“后跨”；(3)不正确,应是“安装跨”。

5.要点(1)助沉的方法：井外高压射水、空气幕、泥浆润滑套、降低井内水位等。

要点(2)错误。改正：沉井在浮运就位时,沉井露出水面高度不应小于1 m；水上接高时,井顶露出水面不应小于1.5 m。

要点(3)错误。改正：下沉时应随时进行纠偏,保持竖直下沉,每下沉1 m至少应检查1次。

6.需要专家论证的有：沉井基础、高度40 m墩柱、长度40 m预制梁的运输与安装。

【案例37】背景资料：某施工单位承包了跨湖区某大桥的滩地引桥施工,该引桥全长2 420 m,共44孔,每孔跨径55 m。上部结构为预应力混凝土连续箱梁,桥跨布置为四跨一联,采用MSS55下行式移动模架施工。每联首跨施工长度为55 m+8 m,第2、3跨施工长度为55 m,末跨施工长度为47 m。

事件一：移动模架两主梁通过牛腿支承托架支撑在桥墩墩柱或承台上,模板系统由两主梁支承,如图2.22、图2.23所示。

首跨施工主要工序为：①移动模架安装就位、调试及预压；②工序D；③底模及支座安装；④预拱度设置与模板调整；⑤绑扎底板及腹板钢筋；⑥预应力系统安装；⑦内模就位；⑧顶板钢筋绑扎；⑨工序E；⑩混凝土养护、内模脱模；[11]施加预应力；[12]工序F；[13]落模、拆底模；[14]模架纵移。

图2.22　移动模架构造断面图

图2.23　移动模架构造侧面图(单位：mm)

首跨施工完成后,开始移动模架,移动程序包括：①主梁(横梁)横向内移；②主梁(横梁)横向外移；③主梁(导梁)纵移过孔；④主梁(横梁)及模板系统就位；⑤解拆模板、降下主梁。

事件二：模板安装完毕后,施工单位在浇筑混凝土前,对其平面位置及尺寸、节点联系及纵横向稳定性进行了检查。

事件三：箱梁混凝土设计抗压强度为50 MPa。施工过程中,按规范与试验规程要求对混凝土取样制作边长为150 mm的立方体标准试件进行强度评定,试件以同龄期者3块为1组,并以同等条件制作和养护。经试验测定,第1组3块试件强度分别为50.5 MPa、51.5 MPa、61.2 MPa,第2组3块试件强度分别为50.5 MPa、54.7 MPa、57.1 MPa,第3组3块试件强度分别为50.1 MPa、59.3 MPa、68.7 MPa。

事件四：上部结构箱梁移动模架法施工中,施工单位采取了如下做法：

①箱梁混凝土抗压强度评定试件采取现场同条件养护；

②控制箱梁预应力张拉的混凝土试件采取标准养护；

③模架在移动过孔时的抗倾覆系数不得小于1.5。(www.xing528.com)

事件五：根据交通运输部《公路桥梁和隧道工程施工安全风险评估指南(试行)》要求,施工单位对该桥梁施工进行了总体风险评估,总体风险评估为Ⅲ级。施工过程中对大桥施工安全风险评估实行动态管理。

【问题】

1.写出图2.22、图2.23中构件A、B、C的名称。

2.事件一中,写出箱梁施工的主要工序D、E、F的名称。写出首跨施工完成后模架移动的正确顺序。(用编号表示)

3.事件二中,对安装完毕的模板还应进行哪些检查?

4.分别计算或评定事件三中三组试件的混凝土强度测定值。

5.逐条判断事件四中施工单位做法是否正确,并改正错误的做法。

6.事件五中,是否需要对移动模架箱梁施工进行专项风险评估?为进行安全风险评估动态管理,当哪些因素发生重大变化时,需要重新进行风险评估?

【参考答案】

1.A是主梁(或主桁梁)；B是导梁(或鼻梁)；C是牛腿支承托架(或牛腿横梁)。

2.D是侧模安装就位；E是箱梁混凝土浇筑；F是预应力管道压浆及封锚。模架移动的正确顺序为：⑤→②→③→①→④。

3.还应检查顶部标高(或顶部高程)、预拱度。

4.第1组试件强度测定值为51.5 MPa,第2组试件强度测定值为(50.5+54.7+57.1)/3=54.1(MPa),第3组试件数据无效,不能用于强度评定。

5.(1)错误。改正：箱梁混凝土抗压强度评定试件应采取试验室标准养护。

(2)错误。改正：控制箱梁预应力张拉的混凝土试件应采取现场同条件养护。

(3)正确。

6.需要进行专项风险评估。当工程设计方案、施工方案、工程地质、水文地质、施工队伍等发生重大变化时,应重新进行风险评估。

【案例38】背景资料：某公司承建一城市高架桥梁工程,桥梁上部结构为36×30 m装配式先简支后连续预应力钢筋混凝土箱形梁,四孔一联；下部结构为钻孔灌注桩、柱式墩台和钢筋混凝土盖梁。桥梁横断面如图2.24所示。受整条快速路总体通车要求限制,桥梁工程施工工期为300 d。桥梁上部箱形梁预制须在140 d内完成。项目部在桥梁附近的空地上建设了梁板预制场,经测算预制梁板的底座周转期为10 d。根据计算布置了预制底座和预制场龙门吊机及梁板存放场地。

施工中发生如下事件：

事件一：第一片预制梁进行预应力张拉时,预应力筋张拉伸长值超标,监理工程师要求施工单位采取措施进行处理。

图2.24　桥梁横断面图(单位：cm)

事件二：由于工期紧,施工单位计划将一片施加预应力后的梁安装到桥梁上就位后,再进行压浆作业,被监理工程师发现后制止。

事件三：预制梁安装过程中,除跨越部分外其余均采用汽车吊吊装。安装时技术人员要求从一侧边梁依次吊装,并对吊装安放的大梁逐一设木方支撑垛以防止倾覆。

【问题】

1.本桥有多少片预制梁?为了完成生产任务,需要布置多少个后张法预制底座?(列式计算)

2.图中A和B的名称是什么?

3.本桥有多少道湿接头?湿接头混凝土浇筑的要求有哪些?

4.梁板存放场地和存放台座有什么要求?

5.事件一中,施工单位应采取的处理措施是什么?

6.事件二中,监理工程师为什么要制止施工单位的行为?

7.事件三中,安装时技术人员的要求是否正确?如不正确,写出正确做法。

【参考答案】

1.梁板数量：36×7×2=504(片)。

每个底座10 d周转一次,140 d可周转14次。需要底座数量为：504÷14=36(个),至少需要36个预制底座。

2.A是支座；B是钻孔灌注桩。

3.本桥一共有54道湿接头(四孔一联,单幅有9联,双幅18联,每联3道湿接头,共54道)。

湿接头的混凝土宜在一天中气温相对较低的时段浇筑,且一联中的全部湿接头应一次浇筑完成。湿接头的养护时间应不少于14 d。

4.存放场地应有相应的防水排水设施,并应保证梁板等构件在存放期间不致因支点沉陷而受到损坏。存放台座应坚固稳定,且宜高出地面200 mm以上。

5.处理措施：应暂停张拉,查明原因并采取措施后,方可继续张拉施工。

6.“施工单位计划将一片施加预应力后的梁安装到桥梁上就位后,再进行压浆作业”是错误的,所以监理工程师要制止施工单位的行为。梁板吊装时必须压浆完毕,且其孔道水泥浆强度不能低于设计要求,如设计无要求时不应低于30 MPa。

7.技术人员要求从一侧边梁依次吊装不正确。桥梁吊装不能依次吊装,应尽量从墩柱位置向两侧对称安装。

对吊装安放的大梁逐一设木方支撑垛不完善。就位大梁并及时设保险垛支撑后,还需要及时用钢板将已安装好的大梁预埋横向连接钢板焊接,防止倾倒。

【案例39】背景资料：某施工单位承接了一级公路某标段施工任务,标段内有5座多跨简支梁桥,桥梁上部结构均采用20 m先张预应力空心板,5座桥梁共计35跨,每跨空心板数量均为20片。施工单位在路基上设置了如图2.25所示的预制场,所有空心板集中预制。为节省费用,编制的施工组织设计中要求张拉端钢绞线用连接器连接并重复使用。

图2.25　空心板预制场布置示意图(单位：cm)

施工中还有如下事件发生：

事件一：施工单位定制了8套模板(外模8套、充气式胶囊内模8套)循环重复用,设定每片空心板预制周期为7 d,整个预制施工采取平行流水作业,前20片空心板预制施工横道图如图2.26所示。

图2.26　前20片空心板预制施工横道图

事件二：施工单位制定的空心板预应力施工操作要点如下：

(1)预应力张拉采用两套千斤顶、油泵施工,张拉前只需分别对千斤顶、油泵进行检查,即可用于预应力张拉。

(2)预应力张拉采用“双控”,以控制张拉力为主,以钢绞线的计算伸长量进行校核。

(3)混凝土浇筑完成后,按要求及时拆除外模与内模胶囊,采用与空心板同条件养护的试块进行强度评定。

(4)混凝土试块达到设计强度的70%时,使用砂轮锯切断钢绞线放张。

事件三：空心板预制中,发现有5片空心板顶板厚度只有7 cm,设计厚度为10 cm。施工单位立即组织技术人员召开现场会,排除了外模板制作与安装、混凝土施工、台座变形等因素,查找到事故原因后,及时解决了问题。

事件四：预应力筋张拉锚固后,孔道应在48 h之后进行压浆。压浆应达到孔道另一端饱满和出浆,并应达到排气孔排出与规定稠度相同的水泥浆后立即关闭出浆口,结束压浆,准备下一个孔道压浆。

【问题】

1.写出图2.25中设施A的名称,并计算单根钢绞线理论下料长度。

2.事件一中,计算所有空心板预制完成的工期。

3.逐条判断事件二中空心板预应力施工操作要点的正误,并改正错误之处。

4.事件三中,分析空心板顶板厚度不够的原因。

5.压浆的措施是否正确?若不正确,请改正。

【参考答案】

1.设施A的名称为：张拉反力梁(横梁)；单根钢绞线理论下料长度为：20×4+1×5+0.5×2=86(m)。

2.梁总片数：35×20=700(片),每一批20片,共分35批。批与批之间间隔7 d,因此工期为：34×7+9=247(d)。

3.(1)错误。改正：张拉前对千斤顶、油泵进行配套标定,才能使用。

(2)错误。改正：预应力张拉采用“双控”,以张拉控制力为主,以钢绞线的实际伸长量进行校核。

(3)正确。

(4)错误。混凝土试块达到设计规定强度,设计未规定时,不得低于设计强度的80%,且应采用千斤顶放张(或砂箱法放张)。

4.空心板顶板厚度不够的原因是：固定充气胶囊的钢筋不牢固(或钢筋数量不足),内模气囊上浮导致顶板偏薄。

5.不正确。预应力筋张拉锚固后,孔道应尽早压浆,且应在48 h内完成。压浆应达到孔道另一端饱满和出浆,并应达到排气孔排出与规定稠度相同的水泥浆为止。为保证管道中充满灰浆,关闭出浆口后,应保持不小于0.5 MPa的一个稳压期,该稳压期不宜少于2 min。

【案例40】背景资料：某施工单位承建了一座高架桥,该桥上部结构为30 m跨径的预应力小箱梁结构,共120片预制箱梁。

施工合同签订后,施工单位根据构件预制场的布设要求,立即进行了箱梁预制场的选址和规划,并编制了《梁场布置方案》,在报经企业技术负责人审批后实施。方案要求在梁板预制完成后,移梁前应对梁板喷涂统一标识,包括预制时间、梁体编号等内容。预制场平面布置示意图如图2.27所示。预制场设5个制梁台座(编号1～5),采用一套外模、两套内模。每片梁的生产周期为10 d,其中A工序(钢筋工程)2 d,B工序(模板安装、混凝土浇筑、模板拆除)2 d,C工序(混凝土养护、预应力张拉与移梁)6 d。5个制梁台座的制梁横道图如图2.28所示。

图2.27　预制场平面布置示意图

图2.28　5个制梁台座的制梁横道图(单位：d)

箱梁预制前,施工单位在底模板设置了预拱度。在进行第25号箱梁预制时,需选择预应力筋张拉时机。在箱梁混凝土浇筑时,试验人员甲在现场同步取样,并对取样试块按试验室标准条件养护,严格按测定的试块强度作为预应力筋的张拉强度。但张拉完成后发现该梁预拱度出现较大偏差。

【问题】

1.完善《梁场布置方案》的审批程序,并补充梁板还应喷涂的标识。

2.分别写出预制场平面布置示意图中D、E、F区域代表的名称。拌和楼旁通常需设置哪些标志或标牌?

3.列式计算120片箱梁按图2.28的形式组织流水施工的最短预制工期。

4.分析25号箱梁预拱度出现较大偏差的原因。

5.设置预拱度的作用是什么?在什么情况下设置反拱?

【参考答案】

1.梁场布置方案还应报监理工程师审批后才能实施。还应喷涂的标识有张拉时间、施工单位、部位名称。

2.D：制梁区；E：存梁区；F：材料(钢筋)加工区。应设置混凝土配合比牌、安全警告警示牌、操作规程标志牌。

3.预制场设5个制梁台座,所以每批可以生产5片梁。该桥共120片预制箱梁,所以总共需要预制24(120÷5=24)批。根据题干中给出的横道图可以得出,批与批之间的流水步距是10 d,每批的预制周期是18 d,所以最短的预制总工期为：(24-1)×10+18=248(d)。

4.箱梁预拱度出现较大偏差的原因：25号箱梁的混凝土取样试块按试验室标准养护条件与箱梁在预制台座上的现场养护条件不同(或试件养护方式错误)。当试块强度达到设计张拉强度时,试件强度与现场梁体强度不一致(或梁的弹性模量可能尚未达到设计值),导致梁的起拱度偏大而出现预拱度偏差。

5.预拱度是向上设置,以抵消结构自重和活载产生的挠度。反拱是向下设置,当后张预应力预计的拱度较大时,可在预制台上设置反拱。