大跨度连续梁施工综合技术

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东营黄河大桥大跨度连续梁施工综合技术东营黄河公路大桥大跨度连续梁施工综合技术东营黄河大桥项目经理部【摘要】东营黄河公路大桥主桥上部结构采用116+200+220+200+116m预应力砼刚构--连续结合梁，箱梁采用菱形挂篮悬臂施工，文中浅析了大桥0＃块支架、挂篮等主要施工方案的选择和实施，并简要的介绍了砼工程、预应力工程的施工要点，最后总结了箱梁安全施工的控制措施，可为同类型桥梁施工提供一定的成功经验。【关键词】大跨度悬灌梁施工综合技术1工程简介东营黄河公路大桥主桥上部结构为116+200+220+200+116m预应力砼刚构-连续结合梁。双幅分离式设计，单幅桥箱梁采用单箱单室，梁顶宽12.8m，底宽6.0m，桥面横坡由两腹板的不等高调整，梁底的线形为1.6次抛物线。主跨9＃、10＃墩0＃块长16.0m，其T构施工梁段分为25对，从悬臂根部到跨中梁段长度为：3×3.0m+7×3.5m+15×4.5m，悬浇梁段的最大重量为2550KN；9＃、10＃墩与梁体形成闭合刚构。次主跨8＃、11＃墩0＃块长15.0m，其T构施工梁段分为21对，从悬臂根部到跨中梁段长度为：4×3.0m+7×3.5m+10×4.5m，悬浇梁段的最大重量为1850KN；8＃、11＃墩每个主墩顶部设置两个重量11.8t/个的GPKZ50DX抗震单向球形活动支座，最大位移量为+400mm。全桥采用三向预应力体系，纵向钢绞线（19φj15.24）形式较为复杂，设置了顶板通长束、底板上弯束和腹板下弯束三种形式，三向预应力管道采用真空压浆工艺。箱梁使用的主要材料：C55砼：3万立方；钢筋：4100t；钢绞线：2190t；精轧螺纹钢：530t；塑料波纹管：20万延米。2箱梁施工主要重难点悬灌梁的施工工艺已经趋于成熟，但对于本桥的结构形式主要存在以下几个方面的重难点：2.10＃块体积大，给支架的选取造成了一定的困难9＃、10＃主墩0＃长16.0m,中心高度12.0m，C55砼703m3，梁体自重18981KN；8＃、11＃次主墩0＃块长15m，中心高度11.0m，C55砼582m3，梁体自重15174KN；因其体积较大，支架要有足够的刚度和稳定性才能保证0＃块施工的安全，给支架材料和结构的选取造成了一定的困难。2.2大跨度悬臂悬灌梁受外界干扰因素多，施工风险大桥位地处黄河最下游入海口，一年四季风沙很大，历年最大风速为32.1m/s。由于8#～11#均为薄壁高墩，且悬灌梁单端最大悬臂超过100m，梁体受风力、温差影响很大；悬灌梁的施工要跨越两个冬季、一个夏季的施工，给桥梁施工期间的安全和线形控制带来了无法准确估计的风险。2.3长大管道的穿束有一定的难度10中铁十四局集团有限公司 东营黄河大桥大跨度连续梁施工综合技术本桥纵向钢束的形式较为复杂，设置了腹板下弯、底板上弯束和顶板通长束，最长顶板通长钢束220ｍ，仅单束钢绞线的重量就有4.6T。2.4线形控制桥位地处黄河最下游入海口，一年四季风沙很大，历年最大风速为32.1m/s，由于8#～11#主墩均为薄壁高墩，在风荷载的影响下，梁体会出现轻微扭转及颤动，柔性墩的根部将会产生较大的内力。所以未合拢前悬臂段受风力荷载的影响巨大。悬臂段施工2004年11月底全桥才能合拢，其间温差变化悬殊，对梁体收缩变形影响很大。风荷载及温度的影响给准确的控制线形带来了不可估计的难度。3主要施工方案比选与实施自中标以后，在上级有关领导和业务部门的大力支持和帮助下，对全桥的施工方案进行了反复的论证，制定了整体的施工方案。实际施工中，为在保证施工安全和质量的前提下，最大限度的节省投资，我们已将部分方案作了调整，采用内部攻关与横向联合并举的方法，施工中大胆采用新材料、新工艺，促进了悬灌梁施工技术的长足发展。3.1支架施工0＃块的施工是悬灌梁施工的重中之重，为此我们对0＃块支架的施工方案进行了很多的比选；根据结构的不同形式，选取了两种不同的支架布设方案，并在施工中不断的进行完善和优化。3.1.1主墩0＃块支架的选择9＃、10＃墩为薄壁刚构墩，两主墩的中心间距为8.0m，0＃块长16m，高12.0m，C55砼703m3；我们采用了钢立柱配合牛腿的施工方法：在两薄壁墩身预埋牛腿，直接用较大的工字钢叠合梁作纵梁，薄壁墩的外侧采用钻孔桩施工用的钢护筒重新加工成钢立柱做为支撑，整个结构受力明确，结构简单，大大节省了材料投入，且充分利用了下部基础施工用的材料。3.1.2次主墩0＃块支架的选择8＃、11＃墩0＃块长15m，高11.0m，C55砼582m3；每个主墩的周围设置了四个临时支墩，考虑到临时支墩对支架纵横分配梁的设置影响较大，为方便的布设纵横分配梁，采用了军用墩作立柱，其上设置纵横分配梁的方式。因其0＃块的平面投影小于主桥承台的平面尺寸，承台可以作为军用墩支架很好的基础。因军用墩材料的限制，左右幅分别选取了六五式和八三式不同的军用墩形式。3.1.3支架预压为消除支架的非弹性变形、测得其弹性变形量，检测支架的刚度、强度和稳定性，防止浇注过程中因支架的稳定性混凝土出现裂缝，最重要的是进一步通过预压检验支架施工安全性，确保支架的使用安全，在支架搭设完毕后，必须进行预压。采用模拟梁段实际重量（包括施工荷载）堆筑砂袋分级加载的方法进行预压，位于主墩顶的梁体混凝土因直接用刚性支撑承受，不设砂袋预压。预压测量的结果为8＃、11＃墩支架的最大变形量为3mm；9＃、10＃墩叠合梁的最大弹性变形值为12mm，加载过程中支架稳定，其强度完全可以满足施工的要求。3.2挂篮10中铁十四局集团有限公司 东营黄河大桥大跨度连续梁施工综合技术3.2.1选择挂篮挂篮作为一种移动支架，其结构形式多种多样。经过对三角形挂篮、弓弦式挂篮、滑动斜拉式挂篮、菱形挂篮综合比较，该桥选用了菱形挂篮，主要结构由菱形主构架、底模前后吊带、底模架、内侧模、外侧模、走行系统、锚固系统组成。其主要特点就是：外形美观，结构简单，杆件受力明确，计算简便；作业面开阔，便于梁段钢筋、预应力材料的吊装、安装以及砼浇注时的进料作业；利用主桁架的前后支座，使桁架在轨道上走行，无需平衡重，操作方便，移动灵活、平稳。内外模、底模随挂篮一次移动到位，缩短了挂篮的移动时间。东营黄河大桥工期为32个月，最迟在2005年6月底竣工通车，为满足施工的需要，我们加工定做了8套16个挂篮，即每墩一套。因9＃（10＃）主墩与8#(11#)次主墩梁段的重量不同，为节省材料采用了两种不同设计承载力的挂篮构造形式，其中主墩挂篮重量91t，次主墩挂篮重量83t。3.2.2挂篮的加工与拼装3.2.2.1挂篮的各部件之间采用高强度螺栓连接，安装时采用计力扳手；3.2.2.2吊带、销座等重要受力部位，焊接后按相关规范要求进行探伤或张拉试验；3.2.2.3因挂篮的连接部位大多属于栓接构造，应边加工边拼装组合，保证挂篮的加工精度，严禁在工地上随意切割，以防对挂篮的强度造成不良的影响；3.2.2.4严格检查挂篮加工用的原材料，必须出示产品质保书和相关的检验证明材料。3.2.3挂篮试压及其结果3.2.3.1试压目的及其方法为检验挂篮实际的承载力，确定施工最不利条件下挂篮的安全可靠性，使用前必须进行试压，以消除自身非弹性变形；测定弹性变形关系曲线，为线形控制提供重要的数据。试压主要取得的数据为：顶横梁的挠度弹性变形曲线；通过百分表测得的后锚点、前支点和顶横梁的水平及竖向位移量；通过应变片测得的主桁在最重梁段下的节点板和主构件的应力；通过偏载试验测得挂篮的横向刚度和稳定性等数据。底模架结构简单，受力明确，通过建立正确的力学模型，即可较为准确的计算出底模架、底模架前后横梁、后吊带及后锚点的受力和变形。但主桁架属空间结构，受力较为复杂，特别是主桁节点板、顶横梁及主桁锚固点处的受力复杂，变形及内力难以准确的分析，为此试压试验应主要测试主桁架的受力和变形。综合比较类似桥梁挂篮试压方式，为尽量使试压加载过程和实际施工过程挂篮受力状态相吻合，我们选择用千斤顶加载方式对主桁进行试压。具体做法是：将菱形架安装到0＃块桥面上，通过0＃块腹板内的竖向精轧螺纹钢与挂篮的顶横梁之间形成连接，为较为准确的求出挂篮的弹性变形曲线，利用千斤顶按10％进行分级加载，加载的方式为：三次正载和一次偏载。菱形架预压完毕后，通过分级堆积砂袋的方法对底模架进行试压，消除其非弹性变形，测量其刚度。10中铁十四局集团有限公司 东营黄河大桥大跨度连续梁施工综合技术3.2.3.2试压结果分析（1）挂篮的弹性变形为较为准确的测量挂篮的弹性变形曲线，主墩和次主墩的挂篮均分别进行了三次正载试压，每次试压为挂篮主桁最不利设计梁段重量的1.3倍，充分的消除了挂篮的非弹性变形后，取第三次的变形曲线为挂篮的弹性变形曲线。最大的挠度变形为1.5cm（折合到施工梁段的前端），从试压的结果分析，弹性变形曲线较为合理，可以作为箱梁线形控制的一项取值参数。图一10中铁十四局集团有限公司 东营黄河大桥大跨度连续梁施工综合技术表一10中铁十四局集团有限公司 东营黄河大桥大跨度连续梁施工综合技术（2）应变测试结果工况一正载：8＃墩挂篮的最大的拉应变在BD杆上为707κε，拉应力为144.9MPa；最大的压应变在CD杆上为-893κε，拉应力为183.1Mpa。根据钢结构设计规范，Q235钢材的允许的拉应力为215Mpa，所以次主墩挂篮的强度安全系数为1.17，与设计的安全系数基本符合。工况二偏载：8＃墩挂篮的最大的拉应变在BD杆上为700κε，拉应力为143.5MPa；最大的压应变在CD杆上为-887κε，拉应力为181.8MPa；主墩挂篮的强度安全系数为1.18，与设计的安全系数基本符合。3.2.3.3挂篮使用效果目前8＃、9＃墩悬灌梁段设计最不利的荷载已经过去，从施工的梁段分析该挂篮变形与试验的相符，且走行方便，结构合理；经过试压的弹性变形曲线为箱梁线形控制提供了较为合理的数据。(附挂篮全貌图)4砼工程箱梁为C55砼，也属于常规的施工工艺，我们主要从以下几个方面进行了细化和控制：4.1砼配合比的选择因钢筋和三向预应力体系设置的塑料波纹管的存在，选配混凝土配合比时除满足强度、和易性要求，尚需要有很好的流动性和良好的级配，保证混凝土顺利穿过钢筋和塑料波纹管的空间。砼中参加一定数量的高效缓凝减水剂，适当增加砼的缓凝时间，使得挂篮大部分弹性变形在砼的初凝前完成，减少箱梁出现裂缝的几率。为尽量减少箱梁收缩裂缝的出现，应最大限度的减小砼的水灰比，提高砼的自密性。经过多次试配，混凝土配合比优选如表二：表二设计标号C55水泥（kg）砂子（kg）碎石（kg）水（kg）缓凝高效减水剂（kg）每m3用量51368911241548.24.2箱梁模板的加固与预留元件的安装因本桥截面面积过大，给挂篮模板的拼装和加固带来了一定的困难，模板通过外设拉杆，内置顶撑的方式进行加固。浇注砼前认真的检查吊带的预留孔、桥面泄水孔、护篮预埋钢筋、通风孔、模板堵漏质量及其它施工用的预埋元件的数量和位置，防止漏埋或错埋。4.3三向预应力体系管道的检查塑料波纹管能否准确的定位和预应力的损失有直接的关系，为此在砼施工前认真的检查三向预应力管道特别是纵向预应力管道定位的准确性及其接头位置的密闭性。管道定位以后，在纵向管道内放置内衬管。10中铁十四局集团有限公司 东营黄河大桥大跨度连续梁施工综合技术4.4砼施工顺序由挂篮的前端向后端顺序浇注，以防挂篮前端变形较大造成两相邻的梁段底板出现错台。底板浇注完以后，在浇注腹板时，左右的高差应小于1.5m，防止左右偏载，对挂篮的使用造成一定的影响；同时两个相同的两块同时浇注时，砼的偏载也控制在设计误差范围内。浇注腹板，要严格对称水平分层浇注，上下层前后浇注距离应保持在1.5m以上。每次浇注均应一次连续浇筑完毕，中间不得中断，混凝土分层厚度宜在30～40cm。捣固混凝土时应避免振动棒与波纹管接触，混凝土捣固后，要立即对管道进行检查。振捣完成前，禁止操作人员在混凝土表面上走动，否则会引起管道下垂，促使混凝土“搁空”、“假实”现象发生。4.5认真的做好砼试块试块分为张拉用的测量砼的弹性模量试块和标养的7天、28天强度试块。试块的质量和试块的制作的时间以及所取砼的部位直接影响到箱梁张拉以后预应力因梁体收缩徐变损失的大小程度，及张拉以后对梁体的影响程度，因此应该认真对待，不得马虎。东营黄河大桥箱梁的施工，设计部门、业主和监理一直要求实行双控，即在砼的强度（大于85％）和龄期（不小于七天）达到要求后才可以进行张拉。我们后来通过做大量的对比试验，业主和设计部门同意在砼的龄期不小于三天且砼的强度和弹性模量不小于90％的前提下可以进行张拉，大大加快了工程进度。4.6箱梁养护在砼终凝以后即进行箱梁的养护，养护时间不小于七天，保持梁体顶面始终处于湿润状态，挂篮走行以后，及时的对箱梁的外侧进行喷水养护，避免干缩裂缝的出现。5预应力工程预应力工程也属于比较常规的施工工艺，但它是箱梁施工的最重要的工艺之一，我们从以下几个方面严格控制：5.1预应力设备的配套选择和定期的校验维护根据设计的张拉荷载选择与之相匹配的千斤顶，纵向19φj15.24钢绞线选择的千斤顶为YCW400B轻量型千斤顶；横向4φj15.24钢绞线（单根张拉）选择YDC240Q穿心式千斤顶；竖向精轧螺纹钢选用的是YC60B千斤顶。根据千斤顶的使用情况定期对其进行标定和维护，若出现故障维修后应从新进行标定。5.2张拉原则5.2.1张拉顺序对于大跨度箱梁纵向钢束，其张拉前后对箱梁起拱度的影响非常明显，纵向钢绞线一定要对称进行，应坚持先底板后顶板，左右对称、两端对称的原则进行；合拢段的底板上弯束应按照左右对称，由远及近的顺序进行，以最大限度的减少预应力因砼弹性变形因素的损失。10中铁十四局集团有限公司 东营黄河大桥大跨度连续梁施工综合技术5.2.2二次张拉的问题对于竖向精轧螺纹钢，必须要进行二次张拉，通过大量的张拉数据显示二次张拉可以至少补偿其预应力损失的10—15%，其效果相当的明显。对于长大的纵向钢束，当实际伸长值与理论伸长值的误差不能控制在6％的范围内或始终偏小时，最好也应采取二次张拉进行补偿，其时间的间隔可以根据工期的要求而定。5.3张拉时应注意的事项5.3.1纵向和横向钢绞线张拉前认真的做好锚圈口和孔道摩阻预应力损失试验，选择合适的孔道摩阻系数，并在施工中根据张拉力和伸长值的双控情况不断的调整优化。张拉控制采用张拉应力和伸长值双控，以应力控制为主，以伸长值进行校核，当实际伸长值与理论伸长值差超过6％时，应停止张拉，等查明原因并采取措施后再进行施工；5.3.2及时的对工具夹片用柴油或汽油进行彻底的清洗，消除牙口内的杂质，防止钢绞线在张拉过程中出现滑丝，脱丝的现象；5.3.3分级加载过程中，油压表上油要缓慢的进行，严禁快速冲油张拉，持压要稳定；5.3.4对于长大钢束要进行编束，保持钢绞线在管道内的顺值度，防止张拉过程中出现个别钢束因绞结集中受力而出现断丝、断束的现象；5.3.5确保施工中张拉人员的安全，张拉时操作者要配戴防护罩，千斤顶后不得站人。高压油泵有不正常情况时，应立即停止作业并进行检查，严禁在千斤顶工作时，拆卸液压系统的部件和敲打千斤顶。高压油泵的油管在作业时属高压作业，应尽量的减少其接头的数量，油泵和油管的接头一定要安装弹簧垫片，并要拧紧，操作者要戴防护罩。5.4孔道压浆张拉完成以后应及时的进行压浆以减少预应力的损失，为保证压浆质量，确保浆体饱满、密实，设计采用了先进的真空灌浆施工工艺，管道采用高密度聚乙烯（HDPE）塑料波纹管，并对灌注水泥浆掺加一定量的阻锈剂。在真空压浆规模施工前我们进行了针对性的真空灌浆工艺试验，通过对最不利的灌浆条件进行模拟后得到取得浆体流动度、水灰比、泌水性、体积变化率、7天、28天强度、初凝时间、灌注速度、灌注前抽真空时间、灌浆时真空负压、灌浆后正向压力等施工工艺参数，用以指导施工。压浆设备：螺杆式灌浆泵、真空泵、空气滤清器及配件、塑料焊接机、搅拌机、储浆罐、DN20mm控制阀、秒表等。5.5长大钢绞线的穿束问题10中铁十四局集团有限公司 东营黄河大桥大跨度连续梁施工综合技术一般在纵向钢束的总长度小于100m时，人工即可进行比较顺利的穿束，但当大于100m时人工穿束就比较困难，为此我们用卷扬机配合加工的穿束器进行穿束，目前施工的较为顺利。6悬灌梁安全施工控制要点6.1建立安全可靠天气预报系统根据工期编排，东营黄河大桥悬灌梁最后次主跨合拢时间为2004年11月底。在此期间，我们同东营市气象局签订了常年的天气预报合同，对每天、每旬、每月的天气，特别是重要的天气预报随时掌握，悬灌梁的工期大约为一年，特别是挂篮的走行和箱梁砼的施工应避开怪风、雷雨大风、台风进行。6.2充分重视悬臂梁施工对称的重要性悬臂施工时，认真控制截面的施工尺寸，并注意梁上施工机具的布置，做到平衡施工，砼浇注时保持对称施工，最大限度的减少偏载，严格控制箱梁自身静载，大风天气停止施工；严格砼的灌注顺序：由挂篮的前端向后端顺序浇注，以防挂篮前端变形较大造成两相邻的梁段底板出现错台。底板浇注完以后，在浇注腹板时，左右侧腹板的高差应小于1.5m，防止左右偏载，对挂篮的使用造成一定的影响；同时悬臂的两端同时浇注，砼的偏载也控制在设计误差范围内；钢绞线的张拉要左右对称、两端对称的进行；挂篮的走行要保持两端对称的进行，应统一指挥，做到步调一致。6.3严格挂篮施工安全控制措施对于大跨度的连续梁，最不利的偶然荷载应该是挂篮在现浇段施工中突然坠落对梁体根部和薄壁墩的根部造成致命的危害。为此我们主要从以下几个方面确保施工中挂篮的使用安全：6.3.1严防挂篮坠落：挂篮的前后吊带采用16Mn钢加工而成，为保证挂篮在使用中不发生坠落事故，内外侧模每侧的吊带采用两根精轧螺纹钢固定后，将挂篮底模架用10t倒链固定在外侧模走行梁上，后，又将挂篮的外侧模走行梁和底模架用钢丝绳重新加固；6.3.2挂篮外侧模设计为大块的活动组合模板，随着梁段高度的逐渐缩短，将外侧模也逐步拆除，尽量减小外侧模的风载体形系数；6.3.3严格挂篮走行程序：在上一梁段的预应力筋张拉完毕后，便可移动挂篮，挂篮的移动一定要保证左右同步，前后两端同步，减小偏载对梁体根部和薄壁墩根部的影响，同时在移动中采取一定的安全措施，严防挂篮坠落；6.3.4挂篮走行避开大风天气：挂篮在空载状态下，左右稳定性差，受风力作用易发生摆动，特别大的阵风时，因此挂篮的走行一定要避开大风天气，并且在走行到位后及时的调整模板，尽快绑扎钢筋，及时浇注砼。10中铁十四局集团有限公司 东营黄河大桥大跨度连续梁施工综合技术6.4减少箱梁出现裂缝的几项措施6.4.1加强箱梁的养护特别是箱梁顶板和挂篮走行后的外侧腹板，至少三天内要使其表面始终处于湿润状态，可以减少干缩裂缝的出现；6.4.2最大限度的减小砼的水灰比，提高砼的自密性是减少箱梁出现干缩裂缝的有效措施；6.4.3认真的选配砼配合比，做好骨料的级配，保证砼的和易性和流动性，是保证箱梁砼密实性的重要措施；6.4.4保证挂篮的整体刚度，尽量延长砼的初凝时间是减少箱梁出现结构裂缝的重要保证措施。7结束语目前东营黄河大桥主桥悬灌梁的施工已经过半，箱梁的施工周期平均为9天，箱梁质量控制良好，线形流畅，与设计的吻合。结合整个施工过程，得出以下结论供同类型桥梁施工借鉴：7.1支架的合理选择是保证箱梁0＃块施工质量的重要因素和减少投入的重要环节目前东营黄河大桥箱梁的施工已经过半，0＃块尚未发现结构裂缝，甚至收缩裂缝也很少见到，证明所选取的支架是成功的。我们进行支架选择的原则是：在保证施工质量、安全的前提下充分考虑了投入，使临时材料在本工程达到最大限度的利用。结合0＃块支架主要表现在：（1）主桥10＃、11＃墩两个钻孔平台上的分配梁，我们使用了两种不同截面的型钢，主要是考虑到0＃块支架与边跨现浇直线段支架的再次利用；（2）我们使用了较大截面的方木作为钻孔桩施工平台，在承台施工中将方木的截面一分为二，作为固定承台模板的纵横方木使用；在0#块施工中将方木的截面进一步的截取，作为底模支撑；最后又改作悬灌梁的内模和端模使用；（3）我们利用切除的一部分钻孔桩施工用的钢护筒，重新加工成钢立柱，用作0＃块的支架，减少了租赁军用器材的数量；（4）钻孔平台使用的钢管桩，我们用作11＃墩钢板桩围堰的内支撑，内支撑使用完毕后又作为了0＃块支架的钢立柱。7.2精心的过程控制是保证箱梁施工质量的基础悬灌梁的施工是一个不可逆的过程，挂篮使用的安全问题、三向预应力体系管道的定位和畅通问题、张拉的质量和安全问题、预埋件的安装等，每一个环节出现问题都是难以处理的，因此必须在制定了详细的施工方案以后，精心的进行过程控制。7.3严格控制砼的质量是保证箱梁施工质量的重要因素之一因箱梁内部的钢筋和预应力管道密集，砼应具有较好的流动性和自密性，是保证砼密实不出现收缩裂缝的重要因素；此外砼应具有较长的缓凝时间，使得挂篮大部分弹性变形在砼的初凝前完成，减少箱梁出现结构裂缝的几率。10中铁十四局集团有限公司