高墩大跨连续刚构施工技术

高墩大跨连续刚构施工技术

（张旺 张志伟 苏叶飞）

中交二公局第六工程有限公司   陕西西安 710032

摘要本文介绍了高墩、大跨连续刚构桥的结构特点，论述了高墩、大跨连续刚构桥施工中技术控制方法。

关键词高墩、大跨 托架、爬模、挂蓝、张拉、压浆

一 、工程概况

    主墩高度高达100m以上。如河北邢台大峡谷洺水特大桥主墩高120m，两岔河特大桥主墩高113m等。墩身一般为钢筋混凝土结构。一般设计为直立式双柱型薄壁墩，顺桥向抗弯刚度和横向抗扭刚度大，满足特大跨径桥梁的受力要求。根据墩身的高度和结构计算，双柱间可设联系板梁连接，加强整体性，改善受力。                              
　　洺水特大桥桥孔跨布置为3*40+80+3*150+80+2*40m，其中主桥上部结构主桥80+3×150+80m采用变截面预应力混凝土连续刚构箱梁，箱梁根部梁高9.2m，跨中梁高3.3m，顶板厚28cm，底板厚从跨中至根部由32cm变化为110cm，腹板从跨中至根部分三段采用50cm、65cm、85cm三种厚度，箱梁高度和底板厚度按12次抛物线变化。箱梁0号节段长14m(包括墩两侧各外伸1m)，每个悬浇“T”纵向对称划分为18个节段，梁段数及梁段长从根部至跨中分别为10×3.5m、8×4.0m，节段悬浇总长67m。
二 施工重点控制

1、设计提供的各节段主梁的施工预拱度是基于规范要求来确定的设计参数，这往往与施工现场实际情况（例如混凝土材料比重、弹模，预应力钢束弹模、预应力损失，施工环境温度与设计的不同，施工时的荷载与设计考虑的差异等）存在一定的误差，这一误差往往导致设计计算与施工实际有出入。同时，连续刚构桥梁通常采用悬臂分节段施工，是一个复杂的施工过程，各施工阶段是一个连续、系统的施工体系，前期工作的成果直接影响后期阶段的结果，且由于连续刚构桥梁自身的特点，特别是施工标高偏低的情况是很难在后续阶段予以弥补的。这就需要在桥梁施工过程中，运用施工控制措施，通过对大跨径连续刚构桥梁进行施工控制，对施工方案的可行性做出评价，确定各施工理想状态的线形和位移，对随后施工状态的线形及位移做出预测，提供施工控制参数，保证施工中的安全和结构恒载内力及结构线形符合设计要求，保证施工质量和安全。

2、 施工控制内容

 (1)箱梁高程线形监控；

(2)箱梁平面线形监控；

(3)箱梁和薄壁墩控制断面应力监控；

(4)箱梁温度监测。
三 、施工技术

　　1、 高墩液压爬模施工

主桥墩墩身形式为双肢等截面矩形薄壁空心墩。墩身尺寸350×750cm，壁厚70cm。墩身除纵向主筋和横向箍筋外，在四角部分还配有75×75mm的劲性钢骨架组焊而成的桁架结构。

2、模板构成

模板主要由四部分组成：锚定总成、导轨、液压爬升系统和操作平台。模板结构示意图如下图所示

                    图1，液压自爬模系统构造示意图

3、自爬模混凝土浇筑顺序

浇筑顺序图如下图所示：

                               图2、爬模施工顺序

    第一次浇筑高度4.6米。

第二次浇注4.5米，模板在已浇混凝土上搭接0.15米

第三次与第二次浇注高度一致，依次循环直至墩顶。

　　　工艺流程：安装劲性骨架——绑扎钢筋—-安装模板——浇注砼并养护——液压爬架爬升——绑扎钢筋——拆除模板——安装模板——浇注砼并养护——液压爬架爬升

工艺要点：

(1)、安装内外脚手架平台。考虑钢筋绑扎与混凝土灌注两方面因素的影响，内平台与施工节段的混凝土顶面高度保持平齐。

　　(2)、立模检查。每节模板安装后，用水准仪和全站仪检查模板顶面标高；中心及平面尺寸。若误差超标要调整，直至符合标准。测量时用全站仪对三向中心线进行测控复核。

(3)、混凝土灌注。模板安装并检查合格后，在内外模板和钢筋之间安装混凝土灌注蹿筒，混凝土经混凝土输送泵送至内施工平台土，通过蹿筒送入模。混凝土采用水平分层灌注，每层厚度不超过30cm，用插入式振捣器振捣，完成混凝土浇注后及时养生。

液压爬模施工是墩身施工主体工艺，不仅施工操作简单，周期短可以保证工程进度，而且在拆除模板之后可以有效的对砼平整度、节俭错台进行修复处理，保证工程质量，在施工过程中提供了安全的操作平台，达到安全文明施工的效果。  

　4、箱梁0#块托架施工

　考虑0#块与墩身横系梁的共同之处：决定采用在墩顶预埋牛腿，搭设桁架及悬臂端底模托架，利用纵横梁形成0#块施工平台，施工简洁方便。

　　由于箱梁0#体积较大，砼方量多，如果一次性完成砼的浇注，托架要承受施工过程中来自砼的自重以及各方面的施工荷载，给施工打来不便，失去托架施工的优点；甚至给托架施工带来不利隐患。经与设计方协商并得同意，0#块砼施工按高度方向上分两次进行：第一次浇注4m，墩顶与0#块一起；第二次浇注剩余5.2m，主要包括腹板和顶板。

　　通过对托架进行验算，来选择桁架布置位置。在考虑0#块分层浇注情况下，第一次浇注4m高，其荷载主要通过分配梁传递给桁架。在第一次浇注的混凝土强度达到设计强度的80%后，第二次浇注的混凝土荷载是通过搭设钢管支架均匀分布到底层已成型混凝土上，从而减轻了托架压力。因此，根据计算的结果，按照托架受力荷载情况，采用沙袋加载集中荷载的预压的方式对托架进行预压试验。预压的重量按照第一次浇注4m高0#块的重量（包括混凝土、钢筋、预应力筋、内外模板、人员机具等所有外界因素的重量）进行，取1.3的安全系数。加载按分级进行，第一次加载60%，第二次加载100%，第三次加载至130%，加载持续一定时间后，按如上荷载进行分级卸载，检验桁架及托架的安全性。预埋件及牛腿通过高强螺栓连接，在安装牛腿时，牛腿须与预埋件面板密贴；采用扭矩扳手使高强螺栓达到规定的扭矩值。牛腿安装好后，对每个牛腿非别千斤顶进行加载预压，检验牛腿的安全性、稳定性。

高墩大跨箱梁0#块具有混凝土方量大、钢筋与预应力管道密集，结构复杂，施工工艺要求精，技术含量高，施工难度大等特点。采用托架施工，不仅大大缩短了施工工期，间接节省资金投入，取得了良好的经济效益，同时还总结出了一个适合高墩大跨大体积砼的施工方案，成功解决了高墩大跨大体积砼施工难度高这一难题。

　5、大跨挂蓝施工

　　工艺流程：行走锚固挂篮——模板初调——绑扎钢筋——模板精调——模板加固——浇注砼——预应力待强张拉——预应力张拉压浆        

　　挂篮结构介绍：挂篮由菱形承重桁架、底模平台、吊带和后锚系统、液压行走系统、模板组成。
承重桁架：承重桁架是挂篮的主要受力结构。

　　底模平台：底模平台直接承受梁段混凝土重量，并为立模，钢筋绑扎，混凝土浇筑等工序提供操作场地。吊带：用于悬吊底模平台、外模和内模。并将底模平台、外模、内模的自重、梁段混凝土重及其它施工荷载通过到主构架转递到已完成砼浇注的梁段上的主要受力结构。包括底模平台前后吊杆、外模走行梁前后吊杆、内外模走行梁前后吊杆。前后后吊杆全部采用Φ32精轧螺纹钢，将底模平台前端悬吊在挂篮前上横梁上，由垫梁、扁担梁和螺旋千斤顶组成的调节装置，可适当调整底模。底模平台后吊杆采用 7根Φ32精轧螺纹钢，内外模走行梁后吊杆均采用单根Φ32精轧螺纹钢

　　　　　　　               图3  挂篮结构形式示意图                              

　　挂篮预压

　　挂篮涉及到的结构构件较多，完成挂篮拼装后，对整个系统在各种工况下的受力情况进行检测，确保系统在施工过程中绝对安全，因此必须对挂篮进行预压试验，观各个控制点的挠度变化情况，同时通过预压试验统计各种技术参数以指导以后的施工，为悬浇施工高程控制提供依据。为检验挂篮的安全性和实际变形量，以便能够准确预留挂篮悬浇的预拱值。由于墩身较高（最高120米）。采用集中荷载预压时间短，操作简单，挂篮弹性变形测量结果准确。预压通过采用千斤顶加载等效加载的方式进行。

　　千斤顶加载是将两只牛腿固结在0#段端头两侧腹板中心上，在牛腿上焊接三角架，将千斤顶安置在挂篮底模平台上对三角架施力，反力即形成对挂的预压。三角架下斜杆为3I20a工字钢，上斜杆为2[22a槽钢+I20a工字钢。千斤顶安放位置：千斤顶中心在顺桥向上距离0#块节段线398.4cm，横桥向与挂篮的4根I45a工字钢纵梁对应。千斤顶下垫I20a工字钢对荷载进行分配，I20a工字钢应并排放置，总宽度应大于千斤顶的直径，并应保证底模平台受力中心位置距0#块节段线398.4cm。

　　挂蓝施工过程中尤其要注意的是在行走过程中前后吊杆的变化，保持主构架与底模、内外侧模行走的一致性（具体体现在前后吊杆是否是垂直）。若发现异常停止行走挂篮，进行检查，解决异常后方可继续行走挂篮。

　6、 预应力张拉真空吸浆应用

　　预应力工程是本大桥主体，预应力工程的好坏直接影响大桥使用寿命，使用安全。因此预应力张拉压浆的好坏至关重要。

　　本工程设计采用的是标准抗拉强度1860 Mpa，公称直径φj15.24mm，公称截面积Ag=1.4×10-4m2，弹性模量Ey=1.95×105 Mpa的高强度低松驰预应力钢绞线。施工应力按钢绞线标准抗拉强度的75%计算。张拉顺序：按照设计要求本大桥采用双端。先腹板后顶板，先下后上，左右对称。

　　张拉要点：1、张拉过程中，要用千斤顶对钢绞线两端同步施力，因此两端伸长量应基本相等。若两端的伸长量相差较大时，应查找原因后纠正。 2、张拉或退顶时，沿钢绞线方向不得站人，以防预应力筋拉断或夹片飞出伤人；油泵运转有异常情况时，要立即停机检查。在测量伸长量时，要停止运行油泵。3、张拉时的混凝土强度不得低于图纸规定的80%R设计和4天龄期。 4、张拉完毕卸下工具锚及千斤顶后，要检查是否有断丝、滑丝现象出现，按照具体问题采取相应的解决措施后，才能进行下一道工序。

    真空吸浆工艺：在孔道的较高端采用真空泵对孔道进行抽空，使孔道达到真空状态，使之产生-0.lMPa的真空度，然后用灌浆泵将优化后的水泥浆从孔道的另一端灌入，直至充满整条孔道，并加以≤0.7MPa的压力，以提高预应力孔道灌浆的饱满度和密实度。

　　工艺流程：真空泵安装在孔道较高的一侧，打开阀门进行抽真空，当真空泵油压表读数不变保持恒压（一般为-0.07MPa）时表明孔道中空气已抽净,可以进行压浆。将水泥浆加到灌浆泵中打出一部分浆体，待这些浆体的浓度与灌浆泵中的浓度一致时，将输浆管接到孔道的灌浆管上，扎牢。打开阀1，启动灌浆泵，开始灌浆，保持真空泵的开启状态，当观察到吸气管道有水泥浆流出时，撤除吸气管道，关闭真空泵。继续压浆，当流出水泥浆稠度和灌入之前稠度一致时，关闭出浆孔处阀门。保持管道内有0.5Mpa～0.7 Mpa的压力1～2分钟，再关闭压浆泵，完成压浆。

　　注意事项

　　①由低处往高处压浆，确保孔道注浆饱满；

　　②在灌浆之前如发现管道内残留有水份或赃物，使用空压机先将残留在管道中的水份或赃物排走，确保真空压浆工作能够顺利进行；

　　③注意真空泵压力表，当真空泵油压表读数不变保持恒压（一般为-0.07MPa）时表明孔道中空气已抽净,可以进行压浆；

　　④压浆泵压力不得高于0.7MPa;

　　⑤管道较长，应在压浆后进行二次压浆；

　　⑥水泥浆稠度控制在14-18S；

四、结束语                                                 

洺水特大桥施工控制技术有待进一步研究和完善，施工控制分析专用程序的完善有助于减少工作量及避免人为出错。在影响箱梁挠度的众多因素中，对温度因素应特别重视，徐变及温度因素影响需深入研究和进一步完善。充分重视施工过程的管理施工中应认真做好监控所需的试验数据，如挂蓝变形、混凝土重度、混凝土弹模等，这些数据对准确计算、预测起到重要作用，不可忽视。同时应认真控制好箱梁截面特征参数、荷载参数等。洺水特大桥正是其中的典型，为山岭重丘区桥梁建设提供了宝贵的经验，为山岭重丘区高速的公路发展作出了巨大贡献。

参考文献：

[1] 周水兴，向中富.桥梁工程[M].重庆：重庆大学出版社，2011

[2] 向中富.桥梁施工控制技术[M].北京：人民交通出版社，2010

作者简介：张志伟（1981-），男，高级工程师，2004年毕业内蒙古大学土木工程系，（daobo888@126.com）。