浅谈复杂环境下引水管桥施工技术研究

浅谈复杂环境下引水管桥施工技术研究

郝峰

中国水利水电第五工程局有限公司  四川成都  610066

摘要：随着中国综合国力的显著提升，桥梁无论数量规模还是科技含量，无论国内施工还是海外建设，都有着举世瞩目的发展。但各种用途的桥梁由于受环境条件限制，因环境不同导致技术工艺有所差别，通过分析总结施工经验，为进一步合理解决桥梁施工技术问题提供参考。本文借助案例分析浅述了复杂环境下引水管桥施工技术控制要点及注意事项。

关键词：引水管桥、复杂环境、悬臂梁、施工技术

1 概述

釜溪河管桥为向家坝灌区北总干渠一期一步工程供水管跨越釜溪河桥梁，桥长250m、桥面宽6.9m，PCCP管道内径2400mm。大桥跨径布置为（1×30m）预应力混凝土简支箱梁+（60m+90m+60m）连续预应力箱梁。下部结构：桥台采用重力式桥台扩大基础，墩身采用墙式实体墩+承台+群桩基础。桥梁上部有500kV、35kV高压线斜交跨越，距桥面最近距离分别为14.79m、9.66m；桥下净空约17.07m(设计洪水水位)，最大最深水下承台为2#墩承台，设计顶高程为河床顶面，河水深度约7.81m。河床表层为冲洪积堆积层，淤泥质土厚1m左右；基岩为泥质粉砂岩、泥岩与长石砂岩互层，基岩强风化带2.3m、弱风化带12.6m。航道等级:内河VI级，通航净宽45m，净空5.5m。环境类别: I类。工期24个月。

图1-1釜溪河管桥布置图

引桥（1×30m）箱梁梁高2.5m，顶板厚28cm，底板厚30cm，顶宽6.9m，底宽4.5m，翼缘悬臂长1.2m。主桥( 60+90+60) m箱梁桥宽6.9m，底宽4.55m，翼缘悬臂长1.2m;根部梁高6.5m,为主跨的1/13.85, 跨中及端头梁高2.8m,采用1.8次抛物线变化；箱梁均为单箱单室断面，为双向预应力体系，分别采用C50、C55混凝土。全桥采用JPZ(II)型系列盆式橡胶支座。墙式实体墩4.5m×3.0m，最高为2#墩（高17.8m），承台10.0m×7.3m×3.0m；重力式桥台6.9m×2.5m×2.5m，承台7.3m×6.8m×1.5m；均采用钻孔灌注桩φ1.5m，并嵌入岩石，2#墩桩基最长，长20m。

2 重难点问题及对策分析

1、桥梁下部结构施工涉及深水作业

应对方案：2#墩桩基、承台、墩身位于河中最深处，采用拉森Ⅳ型钢板桩围堰，围堰长12.14m、宽8.7m，含在河床内开挖基坑深度约5m，在水中部分约7.6m，钢围堰在枯期实施，按20年一遇枯期水位270.8m设计，此条件下最大水深约7.68m。搭设钢管桩+贝雷梁的钢栈桥、钢平台作为施工运输及作业场地，按20年一遇汛期水位275.21m设计，此条件下最大水深12.09m。主桥下方为单孔双向通航，为提高桥梁结构及施工安全性，主桥2号墩设置浮动式防船撞设施。

2、桥梁上部结构施工上有高压电线下有深水河

应对方案：桥梁上部结构模板支撑体系分3种：①主桥连续梁0#块的托架；②连续梁悬臂现浇段的挂篮；③边跨直线段和第一跨简支梁的满堂支架。尽可能避免设置水中支架，连续梁两端的边跨直线段和第一跨简支梁在河岸，局部筑岛陆地作业；悬臂施工采用三角挂篮相比菱形挂篮可有效降低高度，挂篮体系保护接地，可满足高压电线限高条件，确保施工安全。

3、桥梁在荷载作用下沉降变形

应对方案：设计在各联梁端设置伸缩装置以满足梁体因温度、活载等伸缩变形需要，主要采用伸缩缝型号为80型、160型伸缩缝，箱梁梁端至理论跨径线距离 4cm；过桥管线为 D2400mm 的钢制供水管道，伸缩缝处的管道采用同直径特制钢波纹管，以满足管道因温度、活载、桥梁形变等伸缩变形需要。

3 主要施工方案与技术参数

3.1 栈桥及施工平台

栈桥和施工平台均采用钢管桩+贝雷梁组合结构体系。施工栈桥：全长42m，上部结构桥跨采用3m+3*(9+3)m+3m贝雷桥；下部结构采用Φ630X10mm钢管桩，桩长13.5m-23.5m，嵌入持力层深度不小于3.5m，竖向承载力不低于1000kN；重力式钢筋混凝土桥台。施工平台：上部结构桥跨采用2*3.5m+2*2.55m+4.5m贝雷桥，下部结构采用ϕ630X10mm钢管桩。为提高栈桥和施工平台整体稳定性，在柱顶以下0.5m处均设置一道平联，平联高度1.75m，采用2[14a槽钢焊接。

图3-1 栈桥桥型立面图图3-2钢板桩围堰平面图

3.2 钢板桩围堰

围堰采用钢板桩围堰，平面尺寸12.14m*8.7m，深12m。钢板桩采用SP-Ⅳ钢板桩，桩长15.5m；内设三道内撑体系，由工字钢及钢管构成，自上而下采用1.15m+3m+3.5m布设，钢管均采用Φ630X10mm钢管，第一道内撑采用双拼I45b与钢管构成，第二、三道采用三拼I56b及钢管构成。钢围堰底部采用2m厚C25混凝土封底。围堰最大降水量为811m³，采用4台65WQ 37-13-3型潜污泵，口径65mm、流量37m³/h、扬程13m、功率3kW；分别布置在基坑各角落（2备2用）。

3.3 主梁0#块支架体系

图3-3 0#块支架立面图

0#块支架沿墩身轴线对称布置，支架主要受力构件为2*3根φ630*10mm钢管混凝土立柱，立柱下端设置于承台上，顺桥向中心间距5m，横桥向中心间距1.8m，立柱与承台预埋钢板焊接，立柱与立柱之间，与墩身预埋钢板之间采用φ630*10钢管连接，φ630*10mm连接钢管竖向中心间距3.65m。

主要传力构件为6片悬挑式三角托架，单片托架分为水平杆、斜杆，水平杆采用双拼[40a焊接，顺桥向水平受力点中心间距2.23m。斜撑水平长度2.23m，竖向高度1.86m，单片托架之间采用双拼[20a焊接。

托架上层与分配梁间，考虑托架拆除，托架和分配梁交叉点设置24个卸落砂箱。横桥向布置横向分配梁采用双拼I40a工字钢，单根长度6.9m，中心间距401+907+1770mm。横向分配梁上放置20片I10排架和4根双拼I25a翼缘垫梁，排架及翼缘垫梁顶端顺桥向设置10cm*10cm方木间距0.25m，上铺15mm竹胶板。托架杆件间、托架连接处，钢管混凝土立柱侧向支撑与支墩和预埋钢板间，均采用hf=12mm角焊缝满焊，焊缝等级：二级。

3.4 主梁挂篮模板体系

图3-4  挂篮结构设计图

挂篮结构为三角挂篮，单套挂篮结构总长12.03m，总高11.37m，其中梁面以上部分4.0m。适用最大梁段重121.55t；箱梁最大梁段长3.5m；箱梁梁高变化：6.5m～2.8m；挂篮行走方式：自行式；挂篮自重:T型墩单肢(即1/2套)挂篮约35t；最重1#块段106.6T载荷比约为33:100符合设计要求。挂篮主要由主桁系统、走行锚固系统、底篮系统、悬吊系统、平台防护系统组成。

三角形桁架斜拉带的材质Q355b，截面为200×20mm；主梁由双HN500×200及缀板焊接组成；立柱由双HN450×200及缀板焊接组成；三角架铰接构成开孔ф103，插销材质45钢调质处理，直径为ф98。上前横梁由双HN500×200及缀板焊接组成，长8米。滑梁为12m双[30a加强组焊。底篮前、后横梁由双I40组成，长均为8米。单个腹板下纵梁为2根热轧H450，长6.3米，与底篮前后横梁焊接。底板纵梁I28a与底篮前后横梁焊接，共7根，长6.3米。

轨道锚固是在腹板内预埋竖向钢筋，采用连接器接长锚固，单片主桁后锚固采用4根PSB830ф32高强度精扎螺纹钢筋锚固；挂篮行走采用30T-500mm穿心千斤顶液压机械化行走。轨道为双I36b，长12m，上表面铺焊14mm加强钢板。

3.4 简支梁及主梁边跨直线段满堂支架体系

简支梁及主梁边跨直线段现浇箱梁支架为承插型盘扣式满堂支架，立杆采用φ60.3mmＱ345B钢管（壁厚3.2mm）；横杆及斜拉杆件均采用φ48mmＱ345B钢管（壁厚2.5mm）。顺桥向立杆间距为60cm,横桥向立杆间距：箱梁腹板下间距0.3m,箱梁翼板及箱梁底板下间距0.9m,操作平台间距1.2m,立杆步距为1.5m，顶层步距为1.0m。

侧模、内模均采用覆面木胶板（2440×122×15mm），次楞为方木（80×80mm），间距600mm，采用山形扣对拉螺栓Φ14进行固定；主楞为Φ48×3.5mm双拼钢管+顶托固定。各箱室在近支座1/4～1/5L处设置天窗（1000*1200mm）2个。

4 关键工序施工注意事项

4.1 0号块施工

1、0号块宜一次浇注完成，支墩刚度必须满足一次浇注要求，必须按不小于施工总重量120%进行充分预压，以消除弹性变形，若0号块采用分层浇筑时，应注意合理确定分层的位置和砼养护，加强块件内的通风降温，避免内外温差过大造成混凝土开裂。

2、应进行混凝土配合比试验。必要时可适当掺入减小收缩量的填加剂，混凝土的初凝时间必须大于块件浇注时间。0号块浇注应采取可靠的散热措施，在混凝土养生时限内，应确保混凝土任何表面长期处于湿润状态。

3、0号块采用预应力钢筋及临时支墩垫块将梁体与墩身临时固定。

4.2 悬臂浇筑施工

1、挂篮的刚度、强度和可靠性对桥梁施工安全和施工质量关系重大。挂篮设计时应充分考虑到挂篮后支点预埋件的安装和设计；挂篮前吊带应具备调整竖向挠度的功能，以便挂篮前移后能够精确确定梁段标高；吊带的设置位置和大小应充分考虑桥梁纵向预应力管道布置，禁止与纵向预应力管道位置发生冲突；在满足强度和重量要求的前提下，应尽量加大挂篮主桁梁的纵向抗弯刚度，确保在浇注最重梁段混凝土时，结合面不出现竖向裂缝。

2、安装前首先确定挂篮组拼控制线和选择合理的起重方案。按照先主桁次底篮再模板后附属的顺序进行挂篮的组拼。通过预压试压检验挂篮的性能和安全，消除结构的非弹性变形，获取挂篮弹性变形曲线的参数为箱梁施工提供参数。

3、应采取有效措施，防止梁段之间出现裂缝。混凝土的浇注顺序应全部从挂篮前端向后端浇注，使挂篮前期挠度大，后期挠度小，前期出现的腹板变形在后期浇注过程中完全弥补。

4、腹板模板拆除后应立即对接缝质量进行检查，检查前后均不得采用水泥浆对结合面进行抹面装修，必要时采取抽芯的方法查明结合面的连接质量。

4.3 预应力钢束张拉

1、纵向预应力束在横向断面上应对称张拉，同时每根钢束应两端对称张拉，张拉采用智能张拉工艺，不得以油缸伸长值代替引伸量；竖向预应力和横向预应力应滞后本节段纵向预应力筋2个节段后再张拉。

2、三向预应力管道相碰时，保证纵向移动横竖向，用作后锚的竖向预应力筋不允许偏位；横竖向相碰时，保证竖向移动横向，但横向最大偏位≤10cm。

3、竖向预应力钢束采用低回缩锚具(锚具二次放张回缩量:λ≤1mm)，应严控竖向预应力钢束张拉，以确保竖向预应力有效应力与设计值相符，张拉完成后及时进行封锚处理。

4.4 简支梁及主梁边跨直线段现浇施工

1、边跨现浇段在支架上一次浇筑完成，支架应按120%的恒载进行预压以确保安全，同时消除非弹性变形，并按实测的弹性变形量和施工控制要求，确定立模标高和预拱度。

2、边孔现浇结构几何形状复杂，支立模板时要精确放样。钢筋布置在保证净保护层不影响预应力束管道、不违背布筋原则情况下可适当挪动钢筋位置。

4.5 合拢施工及体系转换

1、主桥箱梁全桥分两个合龙阶段，第一阶段是边跨合龙；第二阶段合龙中跨，其施工顺序和过程应重点控制。

2、边跨合龙段的施工顺序:先浇筑边跨现浇段然后再进行边跨合拢，在边跨悬臂端设置与现浇梁段等重量的平衡配重，逐步卸出配重。混凝士龄期达7天且达到90%的设计强度后张拉顶底板预应力索（先长后短）。开始进行合龙段劲性骨架锁定前，应实测悬臂端位置。悬臂端实测与理论标高差、两悬臂端相对高差及悬臂端梁体轴线横向偏差应满足规范要求，并要求合龙时两悬臂相对高差不大于1cm，轴线偏差也不大于1cm。合拢施工完成后，外露锚具应及时封锚。

3、中跨合龙段的施工顺序:先在悬臂端安装平衡重(每端重量为1/2的合龙段自重);安装中跨合龙段劲性骨架。应选择一天中较稳定的温度时间开始浇筑中跨合拢段混凝土(温度15℃±3℃)，同步逐渐卸除等量中跨合拢段端的平衡重。混凝土龄期达7天且达到90%强度时张拉顶底板预应力（先长后短），拆除所有合拢段吊篮及临时支撑与临时固结。

4.6支座安装

1、在支座垫石上预先设置预留孔,清除预留孔中的杂物，务必使支座垫石项面平整、光滑，且四角高差不大于2m；上预埋组件应先预埋在梁底，上预埋钢板表面平整度不大于最大尺寸千分之一；且应保证上预埋组件安装时底面水平。

2、在垫石项面涂沫一层环氧砂浆,将支座和下套筒螺栓等连接成整体并预先安装在垫石顶面；

3、仔细检查支座位置及标高后，用无收缩高强度环氧树脂砂浆由压浆嘴灌浆,砂浆灌满并从顶面漫出以确保压浆密实；待环氧树脂砂浆达到设计强度后，拧紧锚固螺栓,完成支座安装。

4.7 伸缩缝安装

1、伸缩缝的预埋钢筋位置要准确，伸缩缝的安装宽度，应视当时温度。安装温度一般控制在15~20C，如特殊原因，需由伸缩缝厂家提供预留缩缝处的梁端间隙及型钢间隙进行安装。桥台处梁端间隙为梁端线至台背线间距。

表4-1  伸缩缝安装温度对应梁端间隙及型钢间隙表

4.7 施工监控

梁部施工时，应对主梁线形、高程、应力和应变进行可靠的施工测量和监测，使其符合设计高程、内力和线形要求，设计、施工、监理、监测四方应密切配合，确保箱梁线形及质量。制定施工控制方案和实施细则，对各主要环节主要数据如内力、应力、变形等进行检算，并进行监控仿真计算，预告下阶段控制标高。

5 结语

水利桥梁作为基础设施建设的重要部分之一,对国家经济发展和人民生活产生着重要影响。但目前水利工程尚无行业专门的水利桥梁规范，仍参照公路桥梁相关规范设计、施工。随着桥梁施工技术的发展与创新，呈现出多样化发展，技术难度逐渐降低。但在复杂环境条件下进行桥梁工程建设，一定要抓住技术管控重点，保证工程施工的安全，抓好工程施工的质量，协调好各方面的关系，使工程项目达到质量高、成本低的目标，为我国的桥梁建设事业贡献自己的力量。

参考文献：

[1]《装配式公路钢桥多用途使用手册》.黄绍金、刘陌生. 广州军区工程可研设计所，2001.6

[2]《桥梁支架安全施工手册》.浙江省交通运输厅，北京人民交通出版社，2011.6

[3] 基于Midas/Civil的连续桥梁分析 [J] .高运行,李丽芬，刘泽雄.科技风. 2016第018期

作者简介：郝峰（1984,10），男，甘肃合水人，大学本科，高级工程师，现从事土木工程施工技术管理工作。