高墩大跨径连续刚构桥上部结构施工关键技术总结1.docx
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高墩大跨径连续刚构桥上部结构施工关键技术总结1
高墩大跨径连续刚构桥上部结构
施工关键技术总结
张平
（中铁大桥局集团第三工程有限公司，广东花都）
【内容摘要】重庆奉云高速红石梁1#桥主桥为双幅（宽2×12.25m）三跨（100m+180m+100m）预应力砼连续刚构，主桥设计为双向四车道，分左右两幅，上部结构为分离式单箱单室结构，本为主要结合该桥上部结构施工的实际，对连续刚构桥上部结构施工过程中的
关键技术进行分析、总结。
【关键词】大跨径连续刚构上部结构施工关键总结
0引言
红石梁I号特大桥为重庆奉节至云阳高速公路B18合同段内的一座特大型桥梁，主桥上部构造为分幅式（2×12.25m）三跨预应力砼连续“T”形刚构，每个“T”构纵桥向划分为19个对称梁段，上部箱梁采用单箱室截面，顶宽12.25米，底宽7米，支点处箱梁高为10.5米，中跨跨中及现浇段梁高为3.5米，顶板厚28cm，腹板厚由跨中处的50cm变到支点处的80cm，底板厚度由跨中处的30cm变到支点处的120cm，梁高和底板厚均按1.8次抛物线变化，采用不等高腹板形成桥面横坡。
箱梁设计为纵向、横向、竖向三向预应力体系。
针对该桥的实际情况，我们采取了如下施工方案，箱梁0#块长12m，箱高10.5m，采用托架现浇施工，T构纵桥向划分为19个对称梁段，采用挂篮悬臂浇筑施工，全桥共4个边跨合拢段和2个中跨合拢段，合拢段长度均为2m，高度3.5m；每边跨现浇段长8.84m，高度3.5m。
边跨现浇段采用落地支架浇注，再利用挂篮作施工吊架分别浇筑边跨合拢段和中跨合拢段。
10#块施工托架设计及大体积混凝土浇注
1.10#块概述
全桥共计4个0号块，每个0号块长12m，中心处高10.5m，顶板宽12.25m，厚0.6m，并设3%的横坡，每个0号块底板宽7m，厚1.5m，腹板厚0.8m，另外，每个0号块设1m厚的横隔板两道，并在横隔板上设有1.8m×1m的人孔，0号块采用C55混凝土，单个0号块混凝土方量为447m3。
1.2托架设计
0号块采用在墩身上预埋牛腿及型钢，并搭设托架的方式进行施工。
0#块底模平台支架采用I32b、I36b及三角形支撑托架（[25b）形式，其中最底层两组I36b（两根一组）穿过墩身（在墩身浇注最后一节砼时留钢盒子，并此处墩身钢筋要加强，拆模后分段穿I36b工字钢。
0#块内模支架采用扣件式钢管脚手架，外侧模支架利用侧模上的排架；底模采用钢模板，直接铺设于最上一层底模平台分配梁上。
0#块底模分配梁（最底一层与第二层）之间应设置有斜度的垫块（1：
3~1：
4）以便脱模方便。
1.2.1计算荷载
①、砼自重：
截面为变化截面，由于截面变化不大，偏安全的取最大截面，墩中心截面
最大断面：
，
②、底模：
③、侧模及支架：
④、内模及支架：
⑤、施工荷载：
1.2.2排架计算
①、底模排架,K1及K1’荷载：
砼自重荷载分配：
根据主梁断面，按照等间距原则，将砼自重分配到各片排架，K1及K1’上；按等间距分配的原则，将底模、侧模、内模及施工荷载分配至各组排架，K1及K1’上，与砼荷载组合后，即为各种排架，K1及K1’的计算荷载。
分组情况如图2，荷载组合情况如表1所示：
表1
分组
砼面积（㎡）
砼荷载（kN/m）
模板荷载（kN/m）
施工荷载（kN/m）
计算荷载（kN/m）
K1’（外）
0.527
13.7
4.0
3.2
20.9
K1’（内）
0.694
18.03
2.75
2.2
23.0
排架1
1.742
45.2
2.82
0.87
48.9
排架2（K1）
1.2
31.2
3.36
1.6
36.2
②、排架1,2,K1,K1’受力图
排架1，2采用桁架形式，上、下弦及竖杆用型钢[14b，斜杆用型钢[10；K1和K1’均采用工32b型钢，计算简图如图3所示：
③、计算结果：
见下表：
排架计算结果表表2
排架
内力
支反力
最大饶度
Mmax
（kN·m）
σmax
（MPa）
Qmax
（kN）
τmax
（MPa）
σ4（MPa）
R1
（kN）
R2
（kN）
fmax
（mm）
K1’（内）
82.2
113.1
82.8
26.4
122
138
12
K1’（外）
74.7
102.8
75.24
24.0
110.9
125.4
10
K1
97.1
133.6
84.0
26.8
-----
94.74
9
排架1
弦杆
5.91
67.9
32.5
35.0
91.0
55.0
43.7
1.5
腹杆
Nmax=46.9kN，σmax＝36.8MPa
排架2
弦杆
4.38
50.3
24.1
25.9
67.4
40.7
32.4
1.0
腹杆
Nmax=34.75kN，σmax＝27.3MPa
1.2.3分配梁K2及K2’计算
分配梁K2采用2工36b型钢，K3’采用2工32b型钢，分配梁所受荷载即为上面排架1,排架2，K1，K1’传递下来的支反力，其值已在上面计算排架时求出（见表2），分配梁K2及K2’计算简图如图4所示：
计算结果见下表3：
分配梁K2及K2’计算结果表表3
排架
内力
支反力
最大挠度
Mmax
（kN·m）
σmax
（MPa）
Qmax
（kN）
τmax
（MPa）
换算应力
（MPa）
R1=R2
（kN）
Fmax（mm）
K2
227.4
123.5
189.5
25.8
―――
284.2
8
K2’（内）
148.5
102.2
165.0
26.3
111.9
287.1
5.3
K2’（外）
111.7
76.9
130.8
20.8
84.9
228.0
4.2
1.2.4牛腿计算：
牛腿承受分配梁K1’传递的支反力（见表2），托架受力如图5所示：
计算结果：
横梁内力：
Mmax＝48.71kN·m，Qmax＝97.4kN，Nmax＝141.1kN
横梁采用2[25b型钢：
换算应力：
OK！
斜杆内力：
Nmax＝218kN（压力）
斜杆采用2[20b型钢，ix=8.02cm，自由长度L=2.63m，
长细比：
，查表得到稳定系数
1.2.5K3，K4计算：
K3，K4整体承受分配梁K2，K2’传递的支反力（见表3），其受力情形如下：
计算结果：
K3内力：
Mmax＝175.4kN·m，Qmax＝284.2kN，N＝172.3kN
K3采用2工36b型钢：
换算应力：
OK！
K4内力：
Nmax＝295kN（压力）
斜杆采用2[25b型钢，ix=11.2cm，自由长度L=3.08m，
长细比：
，查表得到稳定系数
支反力：
R1x=172.2kN，R1y＝239.2kN
1.2.6销轴计算：
销轴承受的剪切力Q为K4所受的压力N＝295kN，销轴直径D=80mm
抗剪计算：
承压计算：
1.2.7预埋件M1计算：
预埋件承受斜杆K4的支反力R1x=172.2kN，R1y＝239.2kN，受力情况及截面如图7所示：
预埋件采用2[28b型钢
计算结果：
Mmax＝74.1kN·m，Qmax＝239.2kN，N＝172.2kN，支反力R=346.7kN
换算应力：
OK！
混凝土局部承压应力：
1.3大体积砼浇注
0#块高度高，混凝土方量大，钢筋及预应力筋密集，混凝土浇注时，考虑到其较大高度将对腹板侧模产生较大的侧压力，而其较大的自重也将对托架产生不利影响，故0号块混凝土考虑采取两次浇注，第一次浇注高度5.5m，计235.2m3，第二次浇注高度为5m，计211.5m3。
2挂篮悬浇施工
2．1概述
红石梁1#特大桥挂篮悬浇施工分段情况从1#节段开始至19#节段依次为2.5m+3×3.5m+5×4m+10×5m,最重节段为5#节段、单块重量达225.58t。
挂篮结构上部主纵梁采用菱形桁架（其下依次设前移滑道及钢枕支垫；桁架上部前端设置前上横梁）；悬挂系统由吊带、底模（含底模纵梁，由桁架组成）、底模前后下横梁、后短吊带、外导梁、内导梁等，内、外侧模通过前后吊带吊挂于菱形桁架前上横梁及已浇段顶板上。
模板系统全部采用新制大面积钢模板（内模可变段用组合钢模板）。
2.2挂篮设计技术参数
（1）适应最大节段梁重：
231t,
（2）适应梁长：
5m,（3）挂篮自重：
110t,（4）倾覆稳定系数：
2以上,（5）采用无平衡重行走方式
2.3挂篮选型及构造
结合本工程箱梁特点和技术参数进行比较筛选，提出了挂篮设计的指导思想是：
（1）挂篮结构形式合理，受力明确。
（2）施工工艺简单，现场操作方便可行，尽量提高机械化程度。
（3）整体结构安全可靠，稳定性好。
（4）经济实用，在保证刚度和稳定性的前提下，尽量减轻挂篮自重。
设计时最终确定采用优化的菱形桁架结构。
（其具体构造见图八）
图八
2.3挂篮荷载试验
试验荷载选取为悬浇段最大梁重的1.2倍，采用200t千斤顶张拉精扎螺纹钢来实现，加荷在底板上均匀对称地进行，压载顺序与混凝土浇筑顺序相同，即底板荷载→腹板荷载→顶板荷载→安全系数荷截（0，2F→0,4F→0.8F→1.0F→1.2F），加载过程中观察并记录吊杆、底模、前后下横梁及上横梁的竖向变形，并观测后锚点变形情况。
加载完成后，分级卸载，卸载后观测并计算非弹性变形，最后分析计算各测点各级荷载弹性变形值，结合各节段混凝土自重、收缩徐变、预应力张拉、温度变化等推算出挂篮各节段所需设置的预拱度值。
以保证箱梁具有良好的线型。
2.3箱梁混凝土施工
箱梁混凝土采用C55混凝土，用混凝土输送泵将混凝土输送入仓。
箱梁0#块顶板安装三通泵管，确保两对称节段对称浇注混凝土，不平衡重严格控制在单个节段底板砼的重量以内。
2.3箱梁预应力施工
箱梁设计为三向预应力，纵向采用φ15.24钢绞线，两端对称张拉。
竖向预应力筋采用φ32mm高强精轧螺纹粗钢筋，梁顶单头张拉。
横向采用3φ15.24钢绞线，单端单根张拉。
所有预应力管道均采用塑料波纹管成孔。
纵向管道安装时严格按设计的坐标定位，每50cm设一道定位网片，定位网片固定在顶板或腹板钢筋上，要求焊接牢固可靠，以保证管道顺畅，位置准确。
管道接头采用外接头，并与波纹管缠密实，不得使用内接头，为保证管理畅通，在纵向管道安装完毕后，穿入比其直径略小的PVC管在混凝土浇注时应经常转动，以免漏浆堵塞，纵向管道每隔30m设一出浆孔，以保证压浆通畅；竖向预应力管道施工时均应预先将预应力筋放置在波纹管内一起埋入。
竖向预应力粗钢筋如果长度不够时，需用连接器接长，严格保证上、下段钢筋各伸入连接器一半长，竖向预应力粗钢筋及管道安装时，每隔1m设置定位筋保证粗钢筋位置准确。
预应力粗钢筋施工时严禁电气焊。
预应力管道施工是预应力施工的重点之一，应严格把关，稍有疏忽，不但影响工程质量，而且还会严重的影响工期，因此采取了以下的控制措施：
（1）预应力管道位置准确牢固，当普通钢筋与预应力管道冲突时，以预应力管道为主。
（2）波纹管口接头密实，不得漏浆。
（3）波纹管安装前应仔细检查有无孔洞，砂眼，发现问题，立即处理方可使用。
（4）波纹管安装时应仔细检查前一箱梁节段的管道内是否有杂物。
（5）压浆管牢固通畅，锚垫板必须垂直波纹管。
（6）混凝土振捣时，严禁碰撞波纹管。
混凝土达到85%设计强度后才予以张拉，张拉采用张拉控制力与伸长值双控法分级张拉。
优化水泥浆的配合比，采取二次压浆工艺，保证管道压浆饱满密实。
3现浇段及合拢段施工
3.2主桥箱梁现浇段施工
现浇段施工采用落地支架下部结构由两排钢管柱组成，每排两根φ630x8钢管，一排落于边墩承台上，与承台上的预埋件相连，一排的基础为φ1.0m的钢筋砼桩基，钢柱间设平联，并设附墙与边墩身相连。
钢管柱上设2H588的型钢组合截面的横向分配梁，其上设贝雷片纵向承重梁，再上小横肋采用I16b型钢，其上搭设底模及外模排架。
现浇段支架施工时必须严格控制好支架的垂直度及焊缝是否符合相关规范要求，现浇段支架需待边跨合拢段施工完成并纵向预应力张拉完成后方可进行拆卸。
能利用塔吊的支架应从上至下进行拆卸。
3.2主桥箱梁合拢段施工
主桥箱梁采取先两边跨合拢，再中跨合拢的施工方法。
无论进行边跨箱梁现浇段施工，还是边跨合拢段施工，在中跨相应位置均采用平衡配重，确保主墩T构两端重量保持平衡。
3.2.1边跨合拢段施工
边跨合拢段采用吊架法施工。
安装合拢段水平刚性联结骨架，边跨现浇段与悬臂梁端固结，并同时锁定墩顶永久支座。
安装内模、外侧模，绑扎合拢段钢筋，布置底、腹板预应力管道，安装内模，绑扎顶板钢筋，布置预应力管道，以检查合格后浇注砼。
选择设计合拢温度中的较低温度进行合拢，浇筑合拢段砼，同时逐级解除配重。
待砼强度达到设计强度85%以上且龄期5天时，按顺序张拉合拢段预应力束。
张拉顺序为纵向（按从长束到短束顺序张拉边跨底板束、腹板束）、横向、竖向。
张拉完成后，可拆除模板。
3.2.2中跨合拢段施工
（1）中跨一端挂篮后退，另一端挂篮前移，完成合拢段底、外模的安装。
（2）在中跨两悬臂端用水箱注水配重，并在当天最低温度时安装合拢段劲性骨架，完成合拢段模板、钢筋和预应力管道的安装。
（3）选择当天最低温度，浇筑合拢段砼，在浇筑过程中将压重逐级解除，使其保持在不变荷载下浇筑合拢段砼。
（4）待合拢段砼达到85%设计强度且龄期5天后，按顺序张拉预应力束，张拉时先长束后短束，最后拆除施工挂篮，进行桥面系施工。
4主桥箱梁变形监测与监控
4.1变形影响因素
悬臂箱梁在悬浇法施工过程中，随着悬臂长度的不断增加，悬臂上的荷载愈来愈大，在重力的作用下，悬臂箱梁不可避免地存在下挠变形；而每施工一块箱梁，就要进行预应力的穿束、张拉工作，随着张拉力的增加，两端的悬臂承受向上的提升力（0#块则承受向下的压力），从而使箱梁出现上挠变形；张拉后，挂篮要前移而进入下一块箱梁的施工位置，由于挂篮重量和悬臂长度的作用，使得悬臂箱梁又有下挠变形的趋势。
另外，由于跨度大和悬臂长，在白天太阳的照射和温度的作用下，箱梁的顶底面形成温差，顶面温度高，混凝土膨胀，相对而言，底面温度低，混凝土收缩，从而使悬臂箱梁有下挠的变形趋势。
到黑夜，则相反，顶面散热快，温度下降迅速，而箱内由于空气不流通、散热慢，温度下降慢，因而箱内外形成温差，箱内温度高，砼膨胀，而箱外温度相对较低，砼收缩，使得悬臂箱梁又有上挠变形的趋势。
另外，还有砼的收缩、徐变等影响，大跨度连续刚构由于跨度大和悬臂长，主梁的挠度变形是显著的。
5.2监测与监控措施
为了保证施工悬臂箱梁的竖向合龙精度（合龙口两端高差要限制），为了确保成桥线形，内力和施工质量，主梁的施工变形监测在大跨度连续刚构桥施工中十分重要。
为此我们在在施工中，采用三阶段（挂篮前移后、浇注砼后、预应力张拉后）监控测量，而且时间固定在每天早上5:
30~8:
00，每个断面横向布置5个观测点，每浇注一块，则对其后已浇各块分三个阶段观测其挠度，提供详细、准确的数据及规律，以供下一块段的立模标高确定的参考依据，另外还有24小时连续观测在温度影响的作用下主梁的变形规律。
悬浇施工完后合龙口竖向精度误差均控制在10mm以内，成桥线型良好。
6结语
奉云高速红石梁1#桥已于2009年7月1日全桥合龙，由于施工中运用了一系列科研成果和现代化施工设计理念并采用了先进的施工工艺和方法，如：
承台大体积砼的施工及防开裂措施、主梁C55砼的研制（低收缩徐变、高强度，良好的体积稳定性、耐久性及工作性能等）、长大预应力孔道的注浆技术、大吨位预应力的施工控制、大跨度刚构的挂篮悬浇技术及主梁挠度的监控、监测等，同时还采取了切合实际的施工控制措施，使得主桥箱梁的成桥线形、合龙精度、防止有害裂纹的出现等各方面的质量均十分理想。
混凝土质量内优外美，，为同类工程的施工积累了宝贵的经验。
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