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青海钢波纹管涵洞桥台快速施工技术

2020-04-10 09:16:35

波纹管最早诞生于十八世纪八十年代的英国,十九世纪九十年代关于波纹管的通道、涵管的可行性的研究首次在美国进行,被成功应用于涵洞工程。二十世纪二十年代,美国铁路工程协会针对应用于伊利诺斯州中央铁路的波纹板通道进行了现场测试,之后波纹管首次出现在加拿大煤矿建设中,20世纪的三十年代,直径8米的波纹管汽车通道在澳大利亚建成,结果显示使用性能良好。二十世纪九十年代,日本制定的《日本高速公路设计规范》中涵盖了关于波纹管设计的技术规范。由此证明波纹管结构的优越性使其在多个国家甚至全球范围内具有广泛的适用性,较长的使用寿命也是其能够得到推广的一个重要因素。 
大量研究表明钢波纹管涵洞具有明显的优越性。 
(1)具有较大的抗变形能力和抗沉降能力,特别适合于软土、膨胀土、湿陷性黄土等地基承载力较低地区和地震多发地区。 
(2)工程造价在地材和人工短缺的地区比同类跨径的桥、涵洞低;

(3)施工工期较短,主要为拼装施工。 

(4)采用标准化设计、生产,生产周期短,产品质量便于控制。 
(5)生产不受环境影响,方便进行集中工厂化生产,有利于降低成本,控制质量。 
(6)现场安装不需使用大型设备,安装方便。 
(7)可减少水泥、块片石或碎石、砂等的用量,有利于保护环境。目前关于钢波纹管涵洞的工程案例也有报道,但关于超大规模大跨双连拱钢波纹管涵洞工程案例较少,钢波纹管桥台作为钢波纹管安装的基础,如何快速高效组织施工,成为制约工期的关键因素。 
2  工程背景 
2.1  工程概述 

钢波纹管涵具有强度高、质量轻、安装方便、费用低及柔性好(可以承受不均匀沉降和微小变形)等优点,但上述特点建立在设计合理、施工可靠的基础上,因此,良好的安装施工是保障钢波纹管结构安全、可靠的重要条件。

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1、底座施工

钢波纹管底座一般是平坦的,要求底座由相对松散的材料组成,以使钢波纹管和底座材料有效结合。与钢波纹管直接接触的材料中不能含有粒径大于75 rnm的砾石r也不能含有冻土、高塑土和腐殖质土等。当埋置地点为软弱地基时,可以按路基处理的相关办法进行处理后,按正常地基埋置钢波纹管结构方法进行施工。对高填土或发生沉降较大的路段,应根据沉降计算设置合理的预拱度。

2、钢波纹管的运输与安装

安装时,为了保护表层镀锌层,不能将钢波纹管直接从卡车上翻拉下来,而应用吊车装卸或慢慢滚下来;安放时需对现场的涵管节及其附属配件进行检测,检测其结构尺寸及防腐是否达到要求,必要时需对镀锌涂层表面涂沥青或其他防腐材料。

3、洞口处理

进出洞口管节直接加工成与路基边坡坡率相同的斜开口形式,在其与河床接头处进出口地面设边坡防护,在一定范围内应采用双层浆砌片石铺砌,以防冲刷,并做必要的防渗处理。

4、结构物两侧回填

结构物两侧回填质量直接关系到土体与结构相互作用体系形成受力的好坏,因此,对结构物回填必须从严要求,并重视施工过程。通常影响回填质量的主要因素包括回填材料、回填方式及压实度。钢波纹管周围的回填材料和回填方式的选择在很多方面与路基填筑基本一致,不同的是由于钢波纹管结构会对周围土体产生侧压力,其周围回填材料需更加密实。这里所说的周围回填范围一般指结构两侧各一倍直径、上部30 cm且不小于1/6直径的区域。回填时,优先选用颗粒状材料,尽量避免选用粘性材料。为了确保结构的可靠性,应使回填材料最小压实度达到9O ,对较大孔径结构,最小压实度应达到95%。压实机械一般包括手工夯、机械夯、压路机及振动压路机等,根据施工场地要求确定。

结构物两侧回填应对称施工,分层回填,每层高度控制在15~3Ocm,下层压实度达到后才能回填上一层,两侧回填高差不能超过一层厚度。回填高度满足最小填土高度后,便可按正常路基填筑方法进行其他施工。对钢波纹管角隅回填要特别慎重,高填方涵洞尤应注意。

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2.2  水文与地质条件 
钢波纹管涵洞既有位置发育一条由南向北的沟谷(盐井河),水量约40L/s~50L/s,流水最终排至下方张家岩水库。降雨量集中于6~9月,约占全年降雨量的50%~60%,冬春季节12月~3月降雨最少。施工区域位于沟谷内,沟谷深12.6m~19.1m,场地较为狭窄,进入场地施工便道需要利用既有边坡修筑,大型机械设备进出场困难。 
3  工程重难点分析 
综合该工程的周边环境、水文地质条件、工期要求、质量要求等因素,该超大规模大跨双连拱钢波纹管涵洞桥台施工的重难点主要有以下几个方面。 
(1)工程施工区域场地狭窄。施工区域位于沟谷内,施工前首先需要对沟谷土石方进行开挖,涵洞两侧临近山体,作业空间狭小。 
(2)桥台外观质量要求高。按照成都天府国际机场高速公路的质量目标,建设质量需符合设计和有关技术规范要求,确保“优质工程”、争创“鲁班奖”;如何确保桥台整体线型及外观质量,成为本涵洞施工的一个难点。 
(3)桥台施工工期紧,任务重。为确保雨季排水通畅,同时,为后续隧道洞口施工创造条件,涵洞施工工期较为紧张。受征地拆迁、环水保评估等影响,采用传统的临时支架+组合模板法施工,施工工效低,无法满足施工进度要求,急需一种新的施工方法,确保涵洞工程快速、安全、经济的完成施工任务。 
4  施工技术方案的选择研究及实施 
4.1  施工技术方案的总体实施原则与思路 
在同等组合模板资源投入前提下,相对组合模板施工速度提升约50%。同时减少砼外观质量通病,桥台表面平整度、氣泡及蜂窝麻面、整体线型满足验收规范要求。在以上原则下,通过集思广益,提出采用移动式定型模架法施工方案。 
施工的总体思路为对桥台进行合理分段,按照7.88m作为作为一个节段,以单个节段制作移动式定型模架,模架自带行走系统,行走至预浇筑段落后,进行加固,加固完毕后进行混凝土浇筑,完成单个节段施工,移至下一节段进行施工,依次循环作业施工。 
4.2  移动式定型模架设计 
(1)根据设计涵身尺寸及沉降缝施工要求,考虑模板搭接,移动式定型模架取8m长,2m高,整体式设计,自带行走轮,砼面板采用整体式钢模板。 
(2)由于桥台向内侧倾斜,主框架采用方形骨架,依靠吊索和丝杆顶撑对钢面板进行固定,为增加面板的强度和刚度,面板采用纵、横向加劲板进行加强。 
(3)在保证整体结构强度与刚度的前提下,要尽可能保持结构的轻便与简易,根据设计策划对台车进行了Midas Civil建模检算,通过模拟台车受力过程,多次修改结构参数,限度的保证了结构受力的稳定性,避免结构安全系数过剩导致笨重不易操作。 
运用Midas软件进行强度检算分析,并查找结构强度不足与强度过剩的部位,指导进行结构参数调整。 
运用Midas软件模拟模架的整体变形情况,并对结构进行刚度分析检算,保障结构满足刚度要求。   运用Midas软件进行一阶失稳模拟,并计算模架的屈曲模量得到其稳定性特征值,保证模架整体稳定性。 
(4)针对模架中部容易出现弯曲变形,应适当增加面板刚度,控制浇筑速度,同时做好变形监测。 
(5)针对浇筑混凝土时模板可能出现上浮和向外侧移位的现象,模架就位后做好与地面的有效连接,杜绝出现上浮和移位現象。 
(6)针对混凝土浇筑过程中气泡排除困难,外观易出现气泡和蜂窝麻面,在模板上安装附着式高频振动器,辅助振捣。 
4.3  桥台施工 
钢波纹管涵洞桥台施工工艺流程如图8所示。 
(1)桥台钢筋绑扎:完成桥台基础钢筋及混凝土施工后,进行桥台钢筋定位放样,完成钢筋绑扎。绑扎完毕后设置钢筋保护层垫块,严格控制钢筋保护层厚度,避免出现漏筋现象。 
(2)固定主框架:将主框架移至桥台位置后,对槽钢轨道及行走轮进行固定,确保主框架稳固。 
(3)调整带肋面板:主框架固定后,利用竖向丝杆及横向丝杆调整带肋面板至预定位置,然后紧固丝杆,利用钢筋桩对面板底部进行固定,间距1.0m。面板底部用堵缝胶进行封堵,防止漏浆。 
(4)砼浇筑:混凝土由混凝土罐车运至施工现场,利用挖掘机挖斗进行混凝土浇筑,振捣采用插入式振捣棒配合模板外侧高频振捣器进行振捣,浇筑过程中应控制浇筑速度,避免出现模板移位。 
(5)脱模养护:混凝土达到脱模强度5.0MPa后,利用竖向丝杆及横向丝杆,使带肋面板脱离,采用土工布进行覆盖,洒水养护。 
(6)模架走行至下一节段:脱模后,先移动行走轮下方的槽钢轨道,然后采用挖掘机配合移动主框架至下一节段。 
4.4  模板变形监测 
模板固定后,在模板上布设了量测点,在桥台混凝土浇筑过程中进行监测,根据量测初始数据与浇筑完实测数据进行对比,经监测,模板变形满足刚度要求。 
5  施工效果 
(1)在同等模板资源投入前提下,能够有效解决空间狭窄、难以操作的问题。同时,移动式定型模架施工速度较组合钢模板速度提升约1倍,节约施工时间约30天,完成了桥台施工工期目标。 
(2)砼表面平整、线型顺直、棱角分明、色泽统一。砼外观在面、线、角、色方面都达到了验收标准要求,确保了创优质量目标。 
6  主要结论 
(1)通过本次移动式定型模架的创新研制与应用,我们积累了一笔宝贵的新工艺研制与应用经验,通过效果验证证明,桥台施工进度、混凝土外观质量有了很大的提升。 
(2)利用移动式定型模架进行桥台施工,该工艺在桥台施工中操作方便快捷,移动速度快,保证了桥台的施工质量,安全防护到位,操作人员较少,减少传统模板安装人工工费,缩短工期,大大节约工程成本,为类似超大规模双联拱大跨钢波纹管涵洞桥台施工提供了借鉴。 

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