大跨度連續(xù)梁施工綜合技術

1、東營黃河公路大橋大跨度連續(xù)梁施工綜合技術東營黃河大橋項目經(jīng)理部【摘 要】東營黃河公路大橋主橋上部結(jié)構采用116+200+220+200+116m預應力砼剛構-連續(xù)結(jié)合梁，箱梁采用菱形掛籃懸臂施工，文中淺析了大橋0塊支架、掛籃等主要施工方案的選擇和實施，并簡要的介紹了砼工程、預應力工程的施工要點，最后總結(jié)了箱梁安全施工的控制措施，可為同類型橋梁施工提供一定的成功經(jīng)驗?！娟P鍵詞】大跨度懸灌梁 施工綜合技術1 工程簡介東營黃河公路大橋主橋上部結(jié)構為116+200+220+200+116m預應力砼剛構-連續(xù)結(jié)合梁。雙幅分離式設計，單幅橋箱梁采用單箱單室，梁頂寬12.8m，底寬6.0m，橋面橫坡由兩腹板

2、的不等高調(diào)整，梁底的線形為1.6次拋物線。主跨9、10墩0塊長16.0m，其T構施工梁段分為25對，從懸臂根部到跨中梁段長度為：3×3.0m+7×3.5m+15×4.5m，懸澆梁段的最大重量為2550KN；9、10墩與梁體形成閉合剛構。次主跨8、11墩0塊長15.0m，其T構施工梁段分為21對，從懸臂根部到跨中梁段長度為：4×3.0m+7×3.5m+10×4.5m，懸澆梁段的最大重量為1850KN；8、11墩每個主墩頂部設置兩個重量11.8t/個的GPKZ50DX抗震單向球形活動支座，最大位移量為+400mm。全橋采用三向預應力體系，

3、縱向鋼絞線（19j15.24）形式較為復雜，設置了頂板通長束、底板上彎束和腹板下彎束三種形式，三向預應力管道采用真空壓漿工藝。箱梁使用的主要材料：C55砼：3萬立方；鋼筋：4100t；鋼絞線：2190t；精軋螺紋鋼：530t；塑料波紋管：20萬延米。2 箱梁施工主要重難點 懸灌梁的施工工藝已經(jīng)趨于成熟，但對于本橋的結(jié)構形式主要存在以下幾個方面的重難點：2.1 0塊體積大，給支架的選取造成了一定的困難9、10主墩0長16.0m,中心高度12.0m，C55砼703 m3，梁體自重18981KN；8、11次主墩0塊長15m，中心高度11.0m，C55砼582m3，梁體自重15174KN；因其體積較大

4、，支架要有足夠的剛度和穩(wěn)定性才能保證0塊施工的安全，給支架材料和結(jié)構的選取造成了一定的困難。2.2 大跨度懸臂懸灌梁受外界干擾因素多，施工風險大橋位地處黃河最下游入?？冢荒晁募撅L沙很大，歷年最大風速為32.1m/s。由于8#11#均為薄壁高墩，且懸灌梁單端最大懸臂超過100m，梁體受風力、溫差影響很大；懸灌梁的施工要跨越兩個冬季、一個夏季的施工，給橋梁施工期間的安全和線形控制帶來了無法準確估計的風險。2.3 長大管道的穿束有一定的難度本橋縱向鋼束的形式較為復雜，設置了腹板下彎、底板上彎束和頂板通長束，最長頂板通長鋼束220，僅單束鋼絞線的重量就有4.6T。2.4 線形控制橋位地處黃河最下游入

5、?？冢荒晁募撅L沙很大，歷年最大風速為32.1m/s，由于8#11#主墩均為薄壁高墩，在風荷載的影響下，梁體會出現(xiàn)輕微扭轉(zhuǎn)及顫動，柔性墩的根部將會產(chǎn)生較大的內(nèi)力。所以未合攏前懸臂段受風力荷載的影響巨大。懸臂段施工2004年11月底全橋才能合攏，其間溫差變化懸殊，對梁體收縮變形影響很大。風荷載及溫度的影響給準確的控制線形帶來了不可估計的難度。3 主要施工方案比選與實施 自中標以后，在上級有關領導和業(yè)務部門的大力支持和幫助下，對全橋的施工方案進行了反復的論證，制定了整體的施工方案。實際施工中，為在保證施工安全和質(zhì)量的前提下，最大限度的節(jié)省投資，我們已將部分方案作了調(diào)整，采用內(nèi)部攻關與橫向聯(lián)合并舉的

6、方法，施工中大膽采用新材料、新工藝，促進了懸灌梁施工技術的長足發(fā)展。3.1 支架施工0塊的施工是懸灌梁施工的重中之重，為此我們對0塊支架的施工方案進行了很多的比選；根據(jù)結(jié)構的不同形式，選取了兩種不同的支架布設方案，并在施工中不斷的進行完善和優(yōu)化。3.1.1 主墩0塊支架的選擇9、10墩為薄壁剛構墩，兩主墩的中心間距為8.0m， 0塊長16m，高12.0m，C55砼703m3；我們采用了鋼立柱配合牛腿的施工方法：在兩薄壁墩身預埋牛腿，直接用較大的工字鋼疊合梁作縱梁，薄壁墩的外側(cè)采用鉆孔樁施工用的鋼護筒重新加工成鋼立柱做為支撐，整個結(jié)構受力明確，結(jié)構簡單，大大節(jié)省了材料投入，且充分利用了下部基礎施

7、工用的材料。3.1.2 次主墩0塊支架的選擇8、11墩0塊長15m，高11.0m，C55砼582m3；每個主墩的周圍設置了四個臨時支墩，考慮到臨時支墩對支架縱橫分配梁的設置影響較大，為方便的布設縱橫分配梁，采用了軍用墩作立柱，其上設置縱橫分配梁的方式。因其0塊的平面投影小于主橋承臺的平面尺寸，承臺可以作為軍用墩支架很好的基礎。因軍用墩材料的限制，左右幅分別選取了六五式和八三式不同的軍用墩形式。3.1.3 支架預壓為消除支架的非彈性變形、測得其彈性變形量，檢測支架的剛度、強度和穩(wěn)定性，防止?jié)沧⑦^程中因支架的穩(wěn)定性混凝土出現(xiàn)裂縫，最重要的是進一步通過預壓檢驗支架施工安全性，確保支架的使用安全，在支

8、架搭設完畢后，必須進行預壓。采用模擬梁段實際重量（包括施工荷載）堆筑砂袋分級加載的方法進行預壓，位于主墩頂?shù)牧后w混凝土因直接用剛性支撐承受，不設砂袋預壓。預壓測量的結(jié)果為8、11墩支架的最大變形量為3mm；9、10墩疊合梁的最大彈性變形值為12mm，加載過程中支架穩(wěn)定，其強度完全可以滿足施工的要求。3.2 掛籃3.2.1 選擇掛籃掛籃作為一種移動支架，其結(jié)構形式多種多樣。經(jīng)過對三角形掛籃、弓弦式掛籃、滑動斜拉式掛籃、菱形掛籃綜合比較，該橋選用了菱形掛籃，主要結(jié)構由菱形主構架、底模前后吊帶、底模架、內(nèi)側(cè)模、外側(cè)模、走行系統(tǒng)、錨固系統(tǒng)組成。其主要特點就是：外形美觀，結(jié)構簡單，桿件受力明確，計算簡便

9、； 作業(yè)面開闊，便于梁段鋼筋、預應力材料的吊裝、安裝以及砼澆注時的進料作業(yè)； 利用主桁架的前后支座，使桁架在軌道上走行，無需平衡重，操作方便，移動靈活、平穩(wěn)。內(nèi)外模、底模隨掛籃一次移動到位，縮短了掛籃的移動時間。東營黃河大橋工期為32個月，最遲在2005年6月底竣工通車，為滿足施工的需要，我們加工定做了8套16個掛籃，即每墩一套。因9（10）主墩與8#(11#)次主墩梁段的重量不同，為節(jié)省材料采用了兩種不同設計承載力的掛籃構造形式，其中主墩掛籃重量91t，次主墩掛籃重量83t。3.2.2 掛籃的加工與拼裝3.2.2.1 掛籃的各部件之間采用高強度螺栓連接，安裝時采用計力扳手；3.2.2.2 吊

10、帶、銷座等重要受力部位，焊接后按相關規(guī)范要求進行探傷或張拉試驗；3.2.2.3 因掛籃的連接部位大多屬于栓接構造，應邊加工邊拼裝組合，保證掛籃的加工精度，嚴禁在工地上隨意切割，以防對掛籃的強度造成不良的影響；3.2.2.4 嚴格檢查掛籃加工用的原材料，必須出示產(chǎn)品質(zhì)保書和相關的檢驗證明材料。3.2.3 掛籃試壓及其結(jié)果3.2.3.1 試壓目的及其方法為檢驗掛籃實際的承載力，確定施工最不利條件下掛籃的安全可靠性，使用前必須進行試壓，以消除自身非彈性變形；測定彈性變形關系曲線，為線形控制提供重要的數(shù)據(jù)。試壓主要取得的數(shù)據(jù)為：頂橫梁的撓度彈性變形曲線；通過百分表測得的后錨點、前支點和頂橫梁的水平及豎

11、向位移量；通過應變片測得的主桁在最重梁段下的節(jié)點板和主構件的應力；通過偏載試驗測得掛籃的橫向剛度和穩(wěn)定性等數(shù)據(jù)。底模架結(jié)構簡單，受力明確，通過建立正確的力學模型，即可較為準確的計算出底模架、底模架前后橫梁、后吊帶及后錨點的受力和變形。但主桁架屬空間結(jié)構，受力較為復雜，特別是主桁節(jié)點板、頂橫梁及主桁錨固點處的受力復雜，變形及內(nèi)力難以準確的分析，為此試壓試驗應主要測試主桁架的受力和變形。綜合比較類似橋梁掛籃試壓方式，為盡量使試壓加載過程和實際施工過程掛籃受力狀態(tài)相吻合，我們選擇用千斤頂加載方式對主桁進行試壓。具體做法是：將菱形架安裝到0塊橋面上，通過0塊腹板內(nèi)的豎向精軋螺紋鋼與掛籃的頂橫梁之間形成

12、連接，為較為準確的求出掛籃的彈性變形曲線，利用千斤頂按10進行分級加載，加載的方式為：三次正載和一次偏載。菱形架預壓完畢后，通過分級堆積砂袋的方法對底模架進行試壓，消除其非彈性變形，測量其剛度。3.2.3.2 試壓結(jié)果分析（1）掛籃的彈性變形為較為準確的測量掛籃的彈性變形曲線，主墩和次主墩的掛籃均分別進行了三次正載試壓，每次試壓為掛籃主桁最不利設計梁段重量的1.3倍，充分的消除了掛籃的非彈性變形后，取第三次的變形曲線為掛籃的彈性變形曲線。最大的撓度變形為1.5cm（折合到施工梁段的前端），從試壓的結(jié)果分析，彈性變形曲線較為合理，可以作為箱梁線形控制的一項取值參數(shù)。 圖一 表一（2）應變測試結(jié)果

13、工況一正載：8墩掛籃的最大的拉應變在BD桿上為707，拉應力為144.9MPa；最大的壓應變在CD桿上為-893，拉應力為183.1Mpa。根據(jù)鋼結(jié)構設計規(guī)范，Q235鋼材的允許的拉應力為215Mpa，所以次主墩掛籃的強度安全系數(shù)為1.17，與設計的安全系數(shù)基本符合。工況二偏載：8墩掛籃的最大的拉應變在BD桿上為700，拉應力為143.5MPa；最大的壓應變在CD桿上為-887，拉應力為181.8MPa；主墩掛籃的強度安全系數(shù)為1.18，與設計的安全系數(shù)基本符合。3.2.3.3 掛籃使用效果目前8、9墩懸灌梁段設計最不利的荷載已經(jīng)過去，從施工的梁段分析該掛籃變形與試驗的相符，且走行方便，結(jié)構合

14、理；經(jīng)過試壓的彈性變形曲線為箱梁線形控制提供了較為合理的數(shù)據(jù)。(附掛籃全貌圖)4 砼工程 箱梁為C55砼，也屬于常規(guī)的施工工藝，我們主要從以下幾個方面進行了細化和控制：4.1 砼配合比的選擇 因鋼筋和三向預應力體系設置的塑料波紋管的存在，選配混凝土配合比時除滿足強度、和易性要求，尚需要有很好的流動性和良好的級配，保證混凝土順利穿過鋼筋和塑料波紋管的空間。砼中參加一定數(shù)量的高效緩凝減水劑，適當增加砼的緩凝時間，使得掛籃大部分彈性變形在砼的初凝前完成，減少箱梁出現(xiàn)裂縫的幾率。為盡量減少箱梁收縮裂縫的出現(xiàn)，應最大限度的減小砼的水灰比，提高砼的自密性。經(jīng)過多次試配，混凝土配合比優(yōu)選如表二： 表二設計標

15、號C55水泥（kg）砂子（kg）碎石（kg）水（kg）緩凝高效減水劑（kg）每m3用量51368911241548.24.2 箱梁模板的加固與預留元件的安裝因本橋截面面積過大，給掛籃模板的拼裝和加固帶來了一定的困難，模板通過外設拉桿，內(nèi)置頂撐的方式進行加固。澆注砼前認真的檢查吊帶的預留孔、橋面泄水孔、護籃預埋鋼筋、通風孔、模板堵漏質(zhì)量及其它施工用的預埋元件的數(shù)量和位置，防止漏埋或錯埋。4.3 三向預應力體系管道的檢查塑料波紋管能否準確的定位和預應力的損失有直接的關系，為此在砼施工前認真的檢查三向預應力管道特別是縱向預應力管道定位的準確性及其接頭位置的密閉性。管道定位以后，在縱向管道內(nèi)放置內(nèi)襯管

16、。4.4 砼施工順序由掛籃的前端向后端順序澆注，以防掛籃前端變形較大造成兩相鄰的梁段底板出現(xiàn)錯臺。底板澆注完以后，在澆注腹板時，左右的高差應小于1.5m，防止左右偏載，對掛籃的使用造成一定的影響；同時兩個相同的兩塊同時澆注時，砼的偏載也控制在設計誤差范圍內(nèi)。澆注腹板，要嚴格對稱水平分層澆注，上下層前后澆注距離應保持在1.5m以上。每次澆注均應一次連續(xù)澆筑完畢，中間不得中斷，混凝土分層厚度宜在3040cm。搗固混凝土時應避免振動棒與波紋管接觸，混凝土搗固后，要立即對管道進行檢查。振搗完成前，禁止操作人員在混凝土表面上走動，否則會引起管道下垂，促使混凝土“擱空”、“假實”現(xiàn)象發(fā)生。4.5 認真的做

17、好砼試塊試塊分為張拉用的測量砼的彈性模量試塊和標養(yǎng)的7天、28天強度試塊。試塊的質(zhì)量和試塊的制作的時間以及所取砼的部位直接影響到箱梁張拉以后預應力因梁體收縮徐變損失的大小程度，及張拉以后對梁體的影響程度，因此應該認真對待，不得馬虎。東營黃河大橋箱梁的施工，設計部門、業(yè)主和監(jiān)理一直要求實行雙控，即在砼的強度（大于85）和齡期（不小于七天）達到要求后才可以進行張拉。我們后來通過做大量的對比試驗，業(yè)主和設計部門同意在砼的齡期不小于三天且砼的強度和彈性模量不小于90的前提下可以進行張拉，大大加快了工程進度。4.6 箱梁養(yǎng)護在砼終凝以后即進行箱梁的養(yǎng)護，養(yǎng)護時間不小于七天，保持梁體頂面始終處于濕潤狀態(tài)，

18、掛籃走行以后，及時的對箱梁的外側(cè)進行噴水養(yǎng)護，避免干縮裂縫的出現(xiàn)。5 預應力工程預應力工程也屬于比較常規(guī)的施工工藝，但它是箱梁施工的最重要的工藝之一，我們從以下幾個方面嚴格控制：5.1 預應力設備的配套選擇和定期的校驗維護根據(jù)設計的張拉荷載選擇與之相匹配的千斤頂，縱向19j15.24鋼絞線選擇的千斤頂為YCW400B輕量型千斤頂；橫向4j15.24鋼絞線（單根張拉）選擇YDC240Q穿心式千斤頂；豎向精軋螺紋鋼選用的是YC60B千斤頂。根據(jù)千斤頂?shù)氖褂们闆r定期對其進行標定和維護，若出現(xiàn)故障維修后應從新進行標定。5.2 張拉原則5.2.1 張拉順序?qū)τ诖罂缍认淞嚎v向鋼束，其張拉前后對箱梁起拱度的

19、影響非常明顯，縱向鋼絞線一定要對稱進行，應堅持先底板后頂板，左右對稱、兩端對稱的原則進行；合攏段的底板上彎束應按照左右對稱，由遠及近的順序進行，以最大限度的減少預應力因砼彈性變形因素的損失。5.2.2 二次張拉的問題對于豎向精軋螺紋鋼，必須要進行二次張拉，通過大量的張拉數(shù)據(jù)顯示二次張拉可以至少補償其預應力損失的1015%，其效果相當?shù)拿黠@。對于長大的縱向鋼束，當實際伸長值與理論伸長值的誤差不能控制在6的范圍內(nèi)或始終偏小時，最好也應采取二次張拉進行補償，其時間的間隔可以根據(jù)工期的要求而定。5.3 張拉時應注意的事項5.3.1縱向和橫向鋼絞線張拉前認真的做好錨圈口和孔道摩阻預應力損失試驗，選擇合適

20、的孔道摩阻系數(shù)，并在施工中根據(jù)張拉力和伸長值的雙控情況不斷的調(diào)整優(yōu)化。張拉控制采用張拉應力和伸長值雙控，以應力控制為主，以伸長值進行校核，當實際伸長值與理論伸長值差超過6時，應停止張拉，等查明原因并采取措施后再進行施工；5.3.2 及時的對工具夾片用柴油或汽油進行徹底的清洗，消除牙口內(nèi)的雜質(zhì)，防止鋼絞線在張拉過程中出現(xiàn)滑絲，脫絲的現(xiàn)象；5.3.3 分級加載過程中，油壓表上油要緩慢的進行，嚴禁快速沖油張拉，持壓要穩(wěn)定；5.3.4 對于長大鋼束要進行編束，保持鋼絞線在管道內(nèi)的順值度，防止張拉過程中出現(xiàn)個別鋼束因絞結(jié)集中受力而出現(xiàn)斷絲、斷束的現(xiàn)象；5.3.5 確保施工中張拉人員的安全，張拉時操作者要

21、配戴防護罩，千斤頂后不得站人。高壓油泵有不正常情況時，應立即停止作業(yè)并進行檢查，嚴禁在千斤頂工作時，拆卸液壓系統(tǒng)的部件和敲打千斤頂。高壓油泵的油管在作業(yè)時屬高壓作業(yè)，應盡量的減少其接頭的數(shù)量，油泵和油管的接頭一定要安裝彈簧墊片，并要擰緊，操作者要戴防護罩。5.4 孔道壓漿張拉完成以后應及時的進行壓漿以減少預應力的損失，為保證壓漿質(zhì)量，確保漿體飽滿、密實，設計采用了先進的真空灌漿施工工藝，管道采用高密度聚乙烯（HDPE）塑料波紋管，并對灌注水泥漿摻加一定量的阻銹劑。在真空壓漿規(guī)模施工前我們進行了針對性的真空灌漿工藝試驗，通過對最不利的灌漿條件進行模擬后得到取得漿體流動度、水灰比、泌水性、體積變化

22、率、7天、28天強度、初凝時間、灌注速度、灌注前抽真空時間、灌漿時真空負壓、灌漿后正向壓力等施工工藝參數(shù)，用以指導施工。壓漿設備：螺桿式灌漿泵、真空泵、空氣濾清器及配件、塑料焊接機、攪拌機、儲漿罐、DN20mm控制閥、秒表等。5.5長大鋼絞線的穿束問題一般在縱向鋼束的總長度小于100m時，人工即可進行比較順利的穿束，但當大于100m時人工穿束就比較困難，為此我們用卷揚機配合加工的穿束器進行穿束，目前施工的較為順利。6 懸灌梁安全施工控制要點6.1建立安全可靠天氣預報系統(tǒng)根據(jù)工期編排，東營黃河大橋懸灌梁最后次主跨合攏時間為2004年11月底。在此期間，我們同東營市氣象局簽訂了常年的天氣預報合同，

23、對每天、每旬、每月的天氣，特別是重要的天氣預報隨時掌握，懸灌梁的工期大約為一年，特別是掛籃的走行和箱梁砼的施工應避開怪風、雷雨大風、臺風進行。6.2 充分重視懸臂梁施工對稱的重要性懸臂施工時，認真控制截面的施工尺寸，并注意梁上施工機具的布置，做到平衡施工，砼澆注時保持對稱施工，最大限度的減少偏載，嚴格控制箱梁自身靜載，大風天氣停止施工； 嚴格砼的灌注順序：由掛籃的前端向后端順序澆注，以防掛籃前端變形較大造成兩相鄰的梁段底板出現(xiàn)錯臺。底板澆注完以后，在澆注腹板時，左右側(cè)腹板的高差應小于1.5m，防止左右偏載，對掛籃的使用造成一定的影響；同時懸臂的兩端同時澆注，砼的偏載也控制在設計誤差范圍內(nèi)；鋼絞

24、線的張拉要左右對稱、兩端對稱的進行；掛籃的走行要保持兩端對稱的進行，應統(tǒng)一指揮，做到步調(diào)一致。6.3 嚴格掛籃施工安全控制措施對于大跨度的連續(xù)梁，最不利的偶然荷載應該是掛籃在現(xiàn)澆段施工中突然墜落對梁體根部和薄壁墩的根部造成致命的危害。為此我們主要從以下幾個方面確保施工中掛籃的使用安全：6.3.1嚴防掛籃墜落：掛籃的前后吊帶采用16Mn鋼加工而成，為保證掛籃在使用中不發(fā)生墜落事故，內(nèi)外側(cè)模每側(cè)的吊帶采用兩根精軋螺紋鋼固定后，將掛籃底模架用10t倒鏈固定在外側(cè)模走行梁上，后，又將掛籃的外側(cè)模走行梁和底模架用鋼絲繩重新加固；6.3.2 掛籃外側(cè)模設計為大塊的活動組合模板，隨著梁段高度的逐漸縮短，將外

25、側(cè)模也逐步拆除，盡量減小外側(cè)模的風載體形系數(shù)；6.3.3 嚴格掛籃走行程序：在上一梁段的預應力筋張拉完畢后，便可移動掛籃，掛籃的移動一定要保證左右同步，前后兩端同步，減小偏載對梁體根部和薄壁墩根部的影響，同時在移動中采取一定的安全措施，嚴防掛籃墜落；6.3.4掛籃走行避開大風天氣：掛籃在空載狀態(tài)下，左右穩(wěn)定性差，受風力作用易發(fā)生擺動，特別大的陣風時，因此掛籃的走行一定要避開大風天氣，并且在走行到位后及時的調(diào)整模板，盡快綁扎鋼筋，及時澆注砼。6.4 減少箱梁出現(xiàn)裂縫的幾項措施 6.4.1 加強箱梁的養(yǎng)護特別是箱梁頂板和掛籃走行后的外側(cè)腹板，至少三天內(nèi)要使其表面始終處于濕潤狀態(tài)，可以減少干縮裂縫的出現(xiàn)； 6.4.2 最大限度的減小砼的水灰比，提高砼的自密性是減少箱梁出現(xiàn)干縮裂縫的有效措施； 6.4.3 認真的選配砼配合比，做好骨料的級配，保證砼的和易性和流