水电站尾水大桥连续预应力箱梁施工技术样本.doc

泸定水电站尾水大桥连续预应力箱梁施工技术
胡传安 黎文海 赵华荣
(中国水利水电第十四工程局曲靖分企业，云南 曲靖 655000)

摘 要：泸定水电站尾水大桥属于318公路改线组成部分，横跨发电厂房尾水渠，上部为连续预应力箱梁结构。为满足上、下游接线需要，尾水大桥为弯箱梁，纵坡达4%。因转弯半径小，纵坡大，桥墩较高，桥墩最大高度达34.5m，底板地质条件较差，和厂房施工干扰较大，施工难度较大。经过分析论证，最终采取满堂支架方案，顺利完成了施工任务，对类似工程含有很好借鉴参考价值。
关键词：尾水大桥 连续预应力箱梁 满堂支架
1 工程概况
跨尾水渠大桥为G318公路泸定水电站发电厂房段改线工程。桥梁布孔受桥下尾水渠边墙部署、尾水渠和厂房基础开挖及场内道路部署等原因控制，设计为6-40m预应力连续弯箱梁，全长246.10m。桥轴线为路中线，部署在缓-圆-缓型平面曲线上。桥面按路面超高设置横坡，桥墩按法线方向部署。箱梁为单箱单室宽翼缘截面，翼缘板宽1.725m，端部厚18cm，根部增至50cm。箱室底宽538.4cm，腹板为斜腹板，腹板厚度均为50cm，顶板厚25cm，底板厚25 cm，梁体为250cm等高度箱梁。箱梁在半径为255m平曲线上，为增加箱梁整体抗扭能力，在支座处设有横隔梁，在每跨跨中设有一道横隔板。桥墩采取设倒角矩形实体墩，1#、2#、3#、5#桥墩基础为带承台桩基，4#桥墩基础设计为和尾水渠墙体结合在一起。桥台设计为双柱式轻型桥台，桩基础。
箱梁采取C50混凝土浇筑，桥面铺装采取C40合成纤维混凝土，桥墩、桥台盖梁采取C40混凝土，桥墩承台及扩大基础采取C35混凝土，桩基均采取C35水下混凝土。预应力束由7～19根15.2钢绞线组成。预应力管道采取预埋塑料波纹管。
2 施工难点分析
（1）上部结构为连续预应力箱梁，为满足接线需要，平面转弯，转弯半径仅255m，纵坡达4%，因特殊线形，方案决议难度较大。
（2）桥墩较高，最大高度达34.5m，不管是采取支架方案还是贝雷架方案，全部有较大难度。
（3）尾水渠底板覆盖层深厚，以漂卵石覆盖层为主，局部为粉土地层，受渗水影响，地基软化，地基承载力较差。
（4）第一跨、第四～六跨基础和尾水渠结构干扰，或在尾水渠开挖覆盖层边坡之上，如采取支架方案，基础处理难度较大。
（5）施工干扰大，尾水大桥和厂房基坑施工及压力钢管运输，均存在较干扰。
3箱梁方案选择
（1） 移动模架方案。移动模架方案含有施工快速，安全，和基坑施工干扰
小等优势。但因为本箱梁平面转弯，且转弯半径较小，纵坡大，经和众多移动模架专业厂家咨询，参考移动模架施工工法，通常采取移动模架桥梁平面转弯半径须大于400m，因本工程线形特殊，移动模架稳定问题突出，几乎无法采取移动模架浇筑，即使采取特制移动模架浇筑，因须量身定制，后续无法和其它工程周转使用，施工成本极高，是极为不经济。
（2） 贝雷架方案。贝雷架方案简便，通常在须确保底部通行工程上使用。
本箱梁单跨度达40m，跨中必需设置钢管支墩，钢管支墩高度大，截面小，长细比小，本身稳定问题突出，加之地基承载力较差，存在较大安全隐患。
（3） 满堂支架方案。满堂支架是最常规方案，含有机动灵活、安全可靠
等优点，有快插体系支架和一般满堂支架两种形式，快插体系支架钢管材质有确保，轴心抗压性能优良，但缺点是整体稳定性较差，如基础产生不均匀沉降，产生整体失稳风险较大。经上述分析对比，依据现场实际条件，最终决定采取一般满堂支架方案。
4满堂支架方案面临问题和对策
（1）地基承载力问题。满堂支架对地基承载力要求较高，尾水渠底板覆盖层无法满足承载力要求。对局部地基承载力较低部位，采取石渣进行换填，采取振动碾分层碾压密实，经承载力检验合格后，浇筑垫层混凝土，垫层混凝土依据现场地质条件，厚度按20～60cm控制，局部增设钢筋网，提升基础整体性。对于支架基础部位出露渗水，采取引排方法，避免浸泡软化地基。
（2）上、下游斜坡基础问题。满堂支架立杆基础必需水平，且承载力须满足要求，如立杆直接部署在斜坡覆盖层基础上，无法满足整体稳定要求。统筹安排尾水渠施工进度，对于第一跨、第四跨、第五跨斜坡基础，在搭设对应部位支架前，将对应挡墙混凝土浇筑至一定高程，并立即对墙背进行回填，回填形成水平基础，再对基础进行硬化处理。对于第六跨斜坡基础，在支架基础水平投影范围内，顺坡面自下而上浇筑混凝土台阶，形成台阶式基础。
（3）施工干扰问题。尾水大桥施工和压力钢管运输、厂房基坑施工及机电安装交叉作业，通道干扰问题突出。统筹安排尾水渠底板和箱梁施工进度，在第三跨箱梁施工期间，满堂支架将下基坑道路封堵，暂停尾水渠底板施工；在施工第六跨脚手架前，完成压力钢管运输，施工第六跨时，在第五跨设置4.5m门洞，确保机电安装通道通畅。
（4）材责问题。依据中国钢管供给市场实际情况，基础无符合国家标准产品，实际壁厚远低于国家标准标准。在满堂支架设计计算时，根据实际钢管壁厚进行设计计算，根据理论计算厚度选择钢管供给商，以计算厚度作为材质标准。
5满堂支架设计及质量控制
5.1满堂支架结构参数
根据最高一跨脚手架进行设计计算，箱梁支撑脚手架选择外径48mm、壁厚3.0mm钢管，材质为Q235，步距1.2m，立杆间、排距均为0.6m，长宽方向均设置剪刀撑，宽度方向剪刀撑按每4跨设置一道，内外侧立面设置连续剪刀撑，剪刀撑和地面夹角按50°控制。为降低风荷载，仅上部通道两侧挂安全网。支架搭设宽度为箱梁水平投影宽度加两侧走道宽度。支架立杆基础设置钢垫板，以分散立杆基础应力。立杆采取对接接长，剪刀撑采取搭接接长。立杆及水平杆接头避免在同一截面上。遇桥墩时，利用支架附墩，增加整体性。
5.2满堂支架质量控制关键点
（1）材质。用于支架钢管、扣件必需有出厂材质检验汇报，并经进场抽检合格，方可投入使用。
（2）地基承载力。地基承载力检验合格，标准值大于200kpa，并经监理工程师验收签证。
（3）严格控制立杆间距、排距，和步距，偏差小于10%。
（4）立杆垂直度是确保支架达成设计受力工况关键，立杆垂直度按0.5%控制。
（5）扣件紧固程度。扣件采取扭力扳手抽检，合格标准为紧固力大于35kn*m，抽检合格率不低于85%。
5.3满堂支架预压
为消除承重架、模板非弹性变形和地基压缩沉降影响，测量承重架弹性变形实际数值，作为箱梁立模预拱度设置参考；同时，检验承重架受力稳定情况，确保承重架安全，根据规范要求对支架进行预压。
采取堆载砂袋预压。为确保预压荷载合理分布，模拟混凝土浇筑次序进行加载，第一步加载底板钢筋混凝土重量，第二步加载腹板钢筋混凝土重量，第三步加载翼缘板及顶板钢筋混凝土重量。考虑到混凝土振捣产生动荷载、小型机具荷载及风荷载，预压荷载按总荷载1.2倍考虑。砂袋采取装载机配合人工装矿袋，50t汽车吊、塔机吊运。在预压过程中，加载、卸载前后对底模、腹板模板进行观察，计算非弹性变形及弹性变形量。依据第一跨预压实测结果，50%测点非弹性变形大于10mm，局部达22mm。依据预压过程中巡视检验，因对基础进行了特殊处理，基础沉降变形原因较小。考虑到张拉后，跨中起拱约1～2cm，跨中按5cm设置预拱度，全跨按抛物线分配。后因工期担心，经参建各方协商，自第二跨起取消系统预压，仅对第四跨基础条件较差部位进行局部预压，预拱度按7cm设置。
6连续预应力箱梁施工技术方案
6.1浇筑分段、分层方案
为利于支架稳定，分两层浇筑，第一层浇筑底板及腹板，第二层浇筑顶板及翼缘板，分缝位置避免倒角等应力集中部位。根据设计要求，在零弯矩周围设置施工缝，第一跨长47m，第二～五跨40m，第六跨33m。
6.2模板及支撑加固方法
采取竹胶板模板，堵头采取木模。底板铺设纵横向双层枋木，横向枋木截面为15×15cm，间距60cm，纵向枋木截面为5×10cm，间距20cm，枋木表面铺竹胶板模板，底模利用顶托调整。腹板外侧模采取增加斜钢管支撑，并和支架连接支撑，内、外模均采取枋木作背枋，纵向钢管做围令，对拉加固。反倒角部位和进人孔底板等部位，设置排气孔、振捣孔。顶板采取在底板上搭设脚手架支撑，支撑方法同底模。
6.3材料垂直运输方案
采取支架方案，材料垂直运输工程量大，为满足材料垂直运输需要，分别在2#桥墩外侧及4#桥墩内侧各安装1台塔机，局部采取汽车吊辅助吊运。
6.4细骨料问题研究
箱梁混凝土标号为C50高性能混凝土。因大渡河流域天然砂含泥量、云母含量超标，只能采取机制砂，但泸定水电站砂石系统根据水工规范设计，采取半干半湿法生产工艺，石粉含量符合水工规范，但不满足桥涵规范。经实地考察、取样试验，湿法生产皮带上取样检测石粉含量满足桥涵规范要求，对砂石系统生产方法进行调整，集中为箱梁生产一批水洗砂。石粉洗掉后，细度模数达3.3，超出规范上限。经试验分析，细度模数超标关键影响混凝土和易性，对于混凝土强度有利无弊，经过合适增加胶凝材料、调整聚羧酸掺量改善混凝土和易性，满足施工要求，取得了成功。
6.5混凝土浇筑方案
混凝土采取48m汽车泵入仓浇筑。第一层先浇筑腹板根部，再依次浇筑底板、腹板，左、右两侧对称下料浇筑，长度方向上分段、分层浇筑。第二层全断面推进，纵向分段分层浇筑。采取φ50mm振捣器振捣。底板及顶板设置样架控制收仓高度，人工抹面。对于锚固端等钢筋密集部位，采取小直径振捣器仔细振捣。
6.7混凝土养护方法
依据外界气候条件，分别采取洒水养护、蓄热法养护，依据监测资料，2～3天混凝土内部温度达成峰值，关键做好前7天养护方法，确保混凝土表面保持湿润，连续养护时间通常按14d控制。
6.8预应力施工
箱梁线形为平面转弯，纵坡较大，波纹管安装精度要求较高，测量放线困难。提前由测量人员编制放样图纸，绘制每根波纹管沿桩号方向相对于底模高程改变，现场以桩号、侧模、底模为参考控制订位。塑料波纹管采取样架钢筋固定，间距按80～100cm控制，对弧段加密样架钢筋，确保波纹管精度，局部钢筋和波纹管有干扰，在不影响结构前提下，对局部钢筋进行合适调整。钢绞线端头设置P锚，采取挤压机现场加工锚头，钢绞线采取连接器接长。混凝土强度达成设计强度90%以后开始张拉，通常5d后可开始张拉，采取400t穿心式千斤顶整体张拉，左、右两侧对称张拉，张拉次序为自腹板根部向顶板张拉，先张拉腹板，再张拉底板，最终张拉顶板支座负弯矩预应力束。张拉完成后，立即进行孔道压浆，采取真空压浆工艺，制浆时掺入膨胀剂，排气管采取镀锌铁管，并安装球阀，方便于控制注浆饱满度。
6.9桥面系施工
（1）垫石及支座施工
依据原方案，支座设置下垫石和上垫石，上垫石高度较小，钢筋网层数多，难以控制施工质量，经和设计协商，采取上垫钢板替换上垫石，钢板平面尺寸较对应支座大5cm，支座螺栓部位预留螺栓孔。桥墩浇筑完成后，设计对支座型号进行了调整，调整后，有两个桥墩无下垫石空间，最终采取将墩顶部分混凝土凿除，形成凹坑，增加钢筋网片，采取下垫钢板替换下垫石。支座均采取抗震盆式橡胶支座，分固定支座、双向支座和单向支座。支座地脚螺栓孔在浇筑垫石时预留，垫石顶部和支座之间间隙及支座地脚螺栓孔均采取ICG设备基础加固型超早强型回填灌浆料回填。立模后，支座和模板之间缝隙采取土工布填塞，避免浆液进入支座。
（2）防水层施工
桥面采取XYPEX防水材料防水。施工步骤为基面检验→基面处理→基面润湿→制浆→涂刷XYPEX灰浆→检验→养护→验收。涂刷工具采取专用半硬尼龙刷。涂刷时应注意一定力度，以确保凹凸处全部能涂上。涂层厚度≥0.8mm，涂刷通常分为二遍成活，每一遍涂刷应交替改变涂层涂刷方向，同层涂膜前后搭接宽度宜为30-50mm。
（3）桥面铺装混凝土施工
桥面铺装混凝土采取半幅施工，整体自上游向下游分段施工。采取角钢做轨道，混凝土采取搅拌车运输，直接入仓，振捣梁振捣，人工抹面收光，利用铝合金刮尺检验控制平整度。浇筑完成后，根据4m切缝，缝宽0.5cm，深度1.5cm。达成设计强度后，采取刻缝机刻槽。
6.10冬季施工方法
进入10月份，气温渐低，最低气温在3°左右，影响混凝土强度增加，且轻易造成温度裂缝，采取了以下方法：
（1）顶板采取蓄热养护，收仓后，在顶板覆盖一层塑料薄膜保水，再在上面覆盖2cm保温被，保温被上面再覆盖彩条布，避免热量、水分自保温被接缝间散失。保温材料顶部采取枋木压紧。充足利用保水材料避免水分散失，有效利用混凝土本身散热提升环境温度，有利于强度快速增加
（2）合适推迟内模拆除时间，避免在混凝土温度达成峰值时拆模，降低内外温差。
（3）将箱梁上、下游两端孔洞封堵，利用混凝土本身散失热量保持箱梁内部适宜、稳定温度。
（4）外模在张拉完成后拆除。
经过上述方法，确保了混凝土强度快速增加，即使在冬季低温期间，也能够确保在5d含有张拉条件。
6.11施工进度控制
为满足临时通车节点要求，工期十分担心。根据节点要求，倒排工期，加大人力、材料及设备投入，同时根据3跨配置脚手架、模板材料，确保第二跨以后脚手架搭设、底模铺设不占直线工期。在前一跨顶板混凝土待强期间，进行下一跨底板及腹板钢筋绑扎，波纹管安装，施工缝位置预留张拉工位，局部不立模板、不绑扎钢筋。待前一跨张拉完成后，立即恢复张拉工位模板、钢筋，开仓浇筑下一跨底板及腹板，缩短了直线工期。经过采取上述方法，自第一跨底板开仓浇筑，至第六跨收仓，直线工期仅87天，满足了进度要求。
7结语
（1）满堂支架含有机动灵活等优点，在这类特殊线形桥梁上，含有很好适用性。但满堂支架搭设过程中质量控制极为关键，是确保施工安全前提。
（2）腹板、翼缘板直接利用斜撑钢管支撑，刚度相对较差，须采取对拉等补强方法，条件许可情况下，腹板及翼缘板采取定型模板最好。
（3）在桥涵规范中，对砂指标只有含泥量限制，无石粉含量控制指标。含泥量关键针对天然砂而言，石粉含量通常针对机制砂而言，判定机制砂石粉中含泥量，则须进行亚甲蓝试验。但在施工中，相关方常以桥涵规范中含泥量作为控制机制砂石粉含量控制指标，是不适宜。现在，伴随天然砂降低和回采限制，机制砂在交通建设中应用越来越广泛，应对桥涵规范进行完善，单列机制砂技术指标。
（4）蓄热养护法确保了冬季混凝土施工质量，确保了强度增加，有利于按期张拉，节省了工期。
（5）桥面铺装混凝土应采取防水混凝土替换防水层，有利于施工质量控制。
（6）桥面铺装完成后，必需立即切缝，避免出现裂缝。

作者介绍：
胡传安:（1975-），男，云南玉溪人，工程师。关键从事水利水电工程施工管理工作。
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