大跨径预应力混凝土连续刚构桥悬浇施工技术.pdf

52审稿人：胡建伟混凝土工程大跨径预应力混凝土连续刚构桥悬浇施工技术沈承选周美全杨杰宏/中国水利水电第十四工程局有限公司【摘要】大跨径预应力混凝土连续刚构桥具有造型美观、跨度大等特点，广泛运用在公路及市政道路中。大跨径预应力混凝土连续刚构桥梁跨度大，对称悬臂施工是目前最常用的一种施工方法。在对称悬臂施工过程中，存在众多控制因素和风险源，需要加强对施工过程的管理，优化施工工序和工艺，保证大跨径预应力混凝土连续刚构桥梁悬浇的施工安全和质量，使桥梁的内力和轴线满足设计要求。本文以具体的工程案例为背景，对大跨径预应力混凝土连续刚构桥悬浇施工工艺进行分析，为提高该类工程施工的质量提供技术借鉴。【关键词】大跨径子预应力混凝土连续刚构桥悬臂施工一引言随着我国桥梁工程的飞速发展，桥梁设计和施工技术也获得了很大的进步。大跨径预应力桥梁由于跨度大、刚度强、运行养护管理成本低、外形美学价值高等优点，逐渐成为工程师的首选桥型。大跨径预应力混凝土连续刚构桥将桥梁的下部结构和梁体固结起来，形成一种高刚度的桥梁受力体系。这种桥梁，桥墩和桥梁的上部结构固结为一体，虽然提高了桥梁的力学特性，但是作为一种超静定结构，在整体施工浇筑时，如果施工工艺不当，非常容易受到外界温度变化和预应力损失以及混凝土自身收缩徐变特性的影响，导致连续刚构桥梁结构内力集中，造成桥梁自身失稳，具有非常大的安全隐患。另外，大跨径预应力混凝土连续刚构桥梁的悬臂施工方案不合理也会造成桥梁线型和结构内力难以达到设计要求。2工程背景牛街特大桥位于昭通市彝良县龙府坝村西北侧，上跨水田村1条主乡村道路、5 条乡村小便道、1处水田村蔬菜培育基地温室大棚和多处居民民房。它连接马鞍山2 号隧道出口与密鹊隧道进口，是宜昭高速公路二期工程的关键线路，桥梁起止点柱号分别为K115十721.50K116+482.50、Z K 115+8 10.5 0 0 Z 116+461.500。右幅9号墩及左幅8 号桥台均处在悬崖顶，且右幅9号墩在悬崖顶上墩高为5 0 m，悬崖距离下部村道路面最大高差约为140 m，悬崖上部施工场地狭小，原地面坡度较陡，岩石均为分化堆积松散体。左右幅共计6 个主墩，3 个过渡墩，右幅主墩6 号高7 3 m，7 号高13 3 m，8 号高13 5 m；左幅主墩5 号高8 0 m，6 号高122m，7 号高13 0 m，右幅过渡墩5 号高48 m，9号高50m，左幅4号过渡墩高48 m。主墩0 号块高度为10 m，长度为13 m，单个0 号块C55混凝土工程量共计497.0 3 m，重12 92.2 7 t，悬浇段为2 1节（93 m十5 3.5 m十7 4m），悬浇段最大浇筑方量为8 3.16 m，重2 16.2 t，合龙段长2 m。右线桥跨布置为3 0 m十2 40 m十2 40 m十8 5 m十2 X160m十8 5 m十2 40 m，共计11跨，其中主桥4跨，长490m，为四跨双肢薄壁空心墩16 0 m、8 5 m 连刚构现浇箱梁，引桥7 跨，长2 7 0 m，为多跨3 0 m、40 m 预制先简支后连续T梁，共计3 5 片。左线桥跨布置为4X40m十8 5 m+2160m十8 5 m，共计8 跨，其中主桥4跨，长490 m，为四跨双肢薄壁空心墩16 0 m、8 5 m 连续刚构桥，引桥4跨，长16 0 m，53大跨径预应力混凝土连续刚构桥悬浇施工技术为多跨40 m预制先简支后连续T梁，共计2 0 片。牛街特大桥连续刚构变截面箱梁悬浇施工现场如图1所示。图1牛街特大桥连续刚构变截面箱梁悬浇施工现场3悬臂施工技术特点分析大跨径混凝土连续刚构桥施工最为常见和成熟的施工方法是悬臂施工技术，即自桥墩浇筑施工完成之后，从墩顶0 号块开始向两端对称悬臂浇筑或者对称拼装。由此可以发现，悬臂施工方法可以分为悬臂浇筑施工和悬臂拼装施工两种施工工艺。其中悬臂拼装工艺是指将预制好的模块利用悬臂托架拼接，然后利用预应力张拉构成一个整体，使桥墩两侧处于受力平衡状态；悬臂浇筑施工的施工原理是将挂篮平台对称地安装在桥墩顶0号块的两侧，利用挂篮进行悬臂箱梁逐节段浇筑，在现场浇筑的过程中，逐段张拉预应力，最终到达跨中合拢。目前，对于大跨径混凝土连续刚构桥悬臂施工工艺而言，悬臂浇筑法比悬臂拼装法使用得更加广泛。4大跨径预应力混凝土连续刚构桥悬浇施工关键技术分析根据该工程的实际特点，采用轻型挂篮悬臂浇筑施工工艺。悬臂浇筑施工中有众多的质量控制环节，如托架结构设计和安装、托架预压、挂篮拼装、挂篮预压、钢筋绑扎安装、混凝土浇筑、施工缝施工以及预应力张拉等。4.1施工方案大跨径混凝土预应力连续刚构桥悬臂施工方案需要根据实际工程特点进行分析和选择。根据该工程的特点，悬臂浇筑的工艺流程为：按照先边跨后中跨的顺序，逐节段张拉预应力，浇筑直至合龙。挂篮法悬臂浇筑采用分层浇筑工艺，控制分层浇筑厚度，箱梁混凝土浇筑应遵从由底板开始，再到腹板，最后顶板和翼板，顺桥向采用从桥墩中心向两侧悬臂对称浇筑的施工方式。4.2托架结构安装及预压连续刚构桥墩顶梁连续浇筑，需要采用托架进行施工。托架在施工过程中起承重作用，其构成构件比较多。以该桥梁工程为例，托架的构成部分包括附着牛腿、三角托架、钢管支撑、模板、纵横大梁等。三角托架安装在墩顶墩身的正面和背面，三角托架需要和牛腿支撑通过斜支撑连接。因此需要在墩身上设置2 4个附着位置点用于牛腿预埋。牛腿预埋之后，利用斜支撑将牛腿和三角托架焊接牢固。为了消除托架受力体系的非弹性变形、检测托架的受力情况及采集托架变形数据，需要对托架进行预压处理，可以利用重物预压法和支架反力预压法。预压采用分级预压的方式，按3 0%、7 0%、10 0%、12 0%的顺序分级压载、分级观测。每级数据不变化方可施加下一级荷载，当加载到梁体荷载的12 0%时，每4小时测取一组数据，直至数据不再变化方可卸载，同时测量各点挠度值。加载过程中要不定时地观察工字钢垂直度，以确保压载的正常进行。压载完成后，对数据进行整理分析，经线性分析得出加载与变形之间的关系。由此可推出支架在各段的弹性变形和非弹性变形，为施工控制提供可靠依据。4.3挂篮拼装、预压及拆除施工挂篮采用液压轻型菱形挂篮，主要由菱形架、提吊系统、模板系统、走行系统、锚固系统和张拉操作平台六部分组成。挂篮结构示意图如图2 所示。挂篮结构构件运达施工现场后，利用吊机吊至已浇好的0 号梁段顶面进行拼装，拼装流程为：轨道安装、锚固主桁片安装后锚杆锚固主前、后横梁桁片安装主桁上下平联安装底平台安装外模系统安装内模系统安装悬吊工作平台安装。挂篮拼装完毕后，进行荷载试验，以测定挂篮的实际承载能力和梁段荷载作用下的变形情况。荷载试验时，按施工中挂篮受力最不利的梁段荷载进行等效加载，测定各级荷载作用下挂篮产生的挠度和最大荷载作用下挂篮控制杆件的内力。根据各级荷载作用下挂篮产生的挠度绘出挂篮的荷载一挠度曲线，为悬臂施工的线性控制提供可靠的依据。根据最大荷载作用下挂篮控制杆件的内力，可以计算挂篮的实际承载能力，了解挂篮使用时的实际安全系数，确保安全可靠。箱梁悬浇梁段施工完毕后，拆除挂篮结构。拆除顺序为：箱内支架侧模系统底模系统主桁架，吊带系统及行走锚固系统在其过程中交叉操作。箱内拱顶支架拆零取出，侧模、底模系统采用卷扬机整体吊放，主架先退至墩位附近再利用吊机拆零。54程混凝土内模工作平台液压油缸底框架NR横菜前后工作车端模主框架前后工作车内模液压油缸外模主轨底模图2挂篮结构示意图4.4钢筋绑扎安装悬臂箱梁的钢筋现场绑扎。钢筋通过预处理加工之后，运输到施工现场由塔式起重机提升到工作平台，在进行钢筋绑扎安装时，先绑扎底板和腹板钢筋，再绑扎顶板钢筋。需要注意对纵向、竖向、横向预应力管道加强保护，预应力管道必须按设计图纸要求的间距设置定位筋，直线段定位筋间距不大于10 0 cm，弯曲段定位筋间距不大于5 0 cm，确保管道线型准确。结构钢筋和预应力管道冲突时，结构钢筋应避让预应力管道，但是结构钢筋的数量不能减少，只能适当调整位置。4.5混凝土浇筑混凝土浇筑是悬臂浇筑中一个重要的工序。混凝土浇筑拟采用拖泵连接泵管输送至墩顶对称进行。混凝土浇筑前，对托架系统、模板、钢筋、波纹管及其他预埋件进行认真检查。混凝土浇筑前先将模板洒水润湿，开始浇筑时用来润湿泵管的砂浆不能直接泵人模板。混凝土浇筑要对称进行，先浇筑墩顶横隔墙部位，再逐渐由墩顶向两端水平分层进行；每层混凝土的浇筑厚度控制在3 0 cm左右；严禁单点或少点布料，而应利用振捣器使混凝土长距离流动，使之离析。考虑到支架的弹性及非弹性变形的影响，要求底板浇完后，在混凝土初凝前对支架与墩顶交接处的混凝土进行复振，避免产生沉降裂纹混凝土宜用$5 0 mm或$7 0 mm插人式振动棒振捣密实。振动器移动间距不应超过振动器作用半径的1.5倍；与侧模应保持10 15 cm距离；浇筑上层混凝土时振动棒插人下层混凝土5 10 cm。混凝土振捣密实的标志是混凝土停止下沉、不冒气泡、泛浆、表面平坦。混凝土浇筑应连续进行，当因故必须间断时，间断时间应小于前层混凝土的初凝时间或能重塑的时间。混凝土浇筑过程中重点对锚垫板处的浇筑厚度、振捣质量严格控制，确保混凝土的绝对密实。混凝土底板浇筑完成后，可在浇筑倒角及倒角以上部位之前，在倒角内模以下、底板混凝土上面设1m宽的反压模板，以免浇筑时腹板混凝土反穿到底板，致使底腹板交接处的混凝土振捣不密实。若设反压模板后仍然出现反穿现象，可暂停一段时间再浇筑混凝土，但间断时间不得超过底板混凝土的初凝时间。0号块分两次浇筑，分仓位置设置在0 号块5 m高中间部位，底板浇筑应前后、左右对称进行，先浇筑与底板连接处横隔墙，然后对称浇筑腹板，最后浇筑顶板及剩余隔板腹板混凝土。混凝土浇筑过程中，必须对支架系统全过程监控，发现问题及时处理。在浇筑混凝土时，需要控制混凝土传输的速度，加强对混凝土的振捣。部分难以振捣密实的部位，如钢筋较密的位置，采用模板局部开口振捣的办法，以保证混凝土浇筑质量。混凝土浇筑前应按设计配比作试拌，人模落度控制在16 18 cm，混凝土浇筑完初凝后，及时养护，采用酒洒水覆盖的方法。养护方法要适应施工季节的变化，一般情况下采用土工布覆盖、洒水养护的方法，使混凝土表面的潮湿状态保持在7 d以上。同时，在施工当天，为了避免混凝土由于温升、受压等出现终凝问题，施工需要选择在最低温度（10 15 范围皆可）、最小变化的时间段进行。4.6施工缝处理施工缝处理工艺是保证悬臂浇筑工程质量的关键环节。箱梁采用分段逐跨浇筑施工工艺，为了保证施工接缝处连接良好，在分段处端模拆除后，对端面混凝土人工凿毛，确保8 0%的粗骨料露出表面，满足要求后用高55大跨径预应力混凝土连续刚构桥悬浇施工技术压水冲洗干净。在浇筑下段混凝土时，可以在端头接缝混凝土表面刷一层水泥浆，并在浇筑下一节段之前在其表面洒水，使其湿润，避免混凝土的结合处出现干缩裂缝。4.7箱梁预应力张拉悬臂箱梁预应力张拉采用后张法。后张法预应力张拉应当在混凝土强度和弹性模量达到设计要求之后进行，预应力张拉顺序为先纵向后横向最后竖向，各断面预应力钢束张拉均对称进行。预应力钢束张拉采用张拉吨位与引伸量双控的方法，当张拉吨位达到控制吨位时，实际引伸量应在理论引伸量的一6%6%范围内。预应力钢束在张拉控制应力达到稳定后锚固，锚具用封端混凝土保护，锚固后的预应力钢束外露长度不得小于30mm，多余的预应力钢绞线用砂轮切割机割除。张拉设备设专人保管使用，并定期检验、标定、维护，锚具应保持干净并不得有油污。5结语通过分析可以发现，大跨径混凝土预应力连续刚构桥悬浇施工具有十分烦琐的施工工艺流程，其中质量控制重要环节多。本文以实际工程为例，对悬臂浇筑的重要施工环节、施工工艺进行了分析，初步探究了大跨径预应力混凝土连续刚构桥悬浇施工的控制要点。参考文献1万建平大跨径预应力混凝土连续刚构桥悬浇施工技术 J中外建筑，2 0 13（9)：10 6-10 8.2杨文刚，王雄，姚二华大跨径预应力混凝土连续刚构桥悬浇施工技术J.绿色环保建材，2019（2)：10 6，10 9.3杨旭大跨度预应力混凝土连续刚构桥施工监控技术研究D武汉：湖北工业大学，2 0 18.4林杰，顾瑞悦，杨杰宏浅析大跨度连续钢构桥0#块托架法施工技术工程技术，2 0 2 1（11)：2 3 2 5.5杨文杰文川河特大桥挂篮悬浇施工技术J资源信息与工程，2 0 2 1，3 6（1）：10 9111.6李运浦。预应力连续箱梁早起腹板裂缝分析及防治措施D.南宁：广西大学，2 0 2 0.