1168m跨左江客运专线连续刚构梁施工技术研究工作报告.docx

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1168m跨左江客运专线连续刚构梁施工技术研究工作报告

168m跨左江客货共线刚构梁施工技术研究

工作报告

中铁十局集团第二工程有限公司

二〇一四年八月

1研究背景

1.1综述国内外关于同类课题研究的现状

目前T形刚构、连续梁在工程建设中出现的越来越多，国外100米以上大跨度连续梁悬臂施工桥梁已有100多座，国内大跨度连续梁悬臂挂篮施工前例也有不少，在跨越大江大河、深谷的桥梁中，此种设计很多。

大跨度T形刚构连续梁在今后施工中非常常见，施工难度较大。

由国内外的研究资料可见，对大跨度刚构悬臂桥梁的研究已比较详尽，主要以公路大跨度刚构梁桥研究为主。

本课题以云桂铁路跨左江168m客运专线铁路刚构梁桥为依托，主要对12m超高超大0#块施工技术、大型挂蓝设计制作及施工技术、线形控制及合拢施工技术、166m超长预应力控制技术及梁体外观控制技术进行研究。

连续梁施工在温度、砼收缩徐变等荷载的作用下，墩顶与主梁一起产生很大的顺桥向水平和转角位移，墩身剪力与弯矩将迅速增大，同时产生不可忽视的附加弯矩，致使刚构桥难以克服上述作用。

随着桥梁建造技术的提高和设计理论的改进，柔性薄墩、墩梁固结形式的刚构-连续组合梁桥逐渐被广泛应用。

1.2本课题依托工程的概况

51#、54#墩为连续梁边墩，每个基础设计9棵桩，直径均为1.5m，单层钢筋混凝土承台。

52#、53#墩为跨左江88+168+88m连续刚构的主墩，基础各为20根直径2.0m钻孔桩,均为端承桩，承台均为双层钢筋混凝土承台。

51#、54#墩身均为钢筋混凝土圆端型实体桥墩，52#、53#墩设计为双臂墩，墩身高分别为26、29m。

52#、53#墩立面图

左江特大桥跨左江主跨88+168+88m连续刚构断面形式为单箱单室直腹板变截面箱梁。

挡砟墙内侧净宽9.0m，桥面板宽12.2m；梁体全长345.8m，边支座中心距梁端0.9m，边支座横桥向支座中心距7.0m；中跨中部16m梁段和边跨端部12.9m梁段为等高梁段，梁高为6.0m，中墩处梁高12.0m，其余梁段梁底下缘按二次抛物线Y=6.0+X2/816.67变化。

（88+168+88）m连续梁纵断面图

箱梁顶板宽12.2m，底板宽8m；顶板厚62cm，边跨端块处顶板厚由62cm渐变至100cm；底板厚52-110cm,腹板厚50-120cm。

梁体在边墩支座处及主墩处设横隔板，全联共设6道横隔板，横隔板中部设有孔洞，以利人员通过。

同时在梁端底板和双柱墩部分0号块底板设置检查孔。

连续刚构边墩支座采用TJGZ-LX-Q10000-ZX-e150-0.1g支座。

1.2.2梁体混凝土材料

梁体混凝土强度等级为C55，封锚采用强度等级为C55的收缩补偿混凝土，挡砟墙、遮板及人行道板混凝土强度等级为C40，保护层采用C40纤维混凝土。

1.2.3预应力体系

梁体按全预应力结构设计，纵向、横向、竖向三向均设预应力。

1）纵向预应力体系：

预应力筋均采用19-15.2钢绞线，锚具采用M15-19锚具。

钢绞线公称直径15.2mm，抗拉强度标准值ƒpk=1860Mpa，其技术标准符合“GB5224”标准要求。

波纹管采用“JT/529-2004”要求的内径100mm，外径114mm的塑料波纹管，真空压浆。

2）横向预应力体系：

横向预应力钢束采用4-15.2钢绞线，扁锚锚固。

钢绞线公称直径15.2mm，抗拉强度标准值ƒpk=1860Mpa，其技术标准符合“GB5224”标准要求。

管道采用符合“JT/529-2004”技术要求的扁形塑料波纹管成孔，波纹管管内尺寸宽72mm，高23mm。

3）竖向预应力体系：

采用Φ32PSB830螺纹钢筋，配套千斤顶张拉，对应锚具锚固。

张拉时采用单端张拉方式，张拉端设在梁顶，管道采用内径45mm铁皮管成孔。

1.3本课题立项的研究目的

研究并掌握168m跨左江客运专线刚构梁施工技术，指导工程项目的有序开展，确保工程质量达标、安全无事故；同时总结积累经验，作为施工技术控制的依据，为类似工程提供借鉴。

1.4立项单位、立项时间

根据左江特大桥的技术特点和技术难度，集团公司科委与二公司于2012年7月10日签订了科技项目合同书“168m跨左江客运专线刚构梁施工技术研究”（合同编号2012-06），二公司组织科研组，进行科技攻关。

2研究内容

（1）深水墩基础施工技术研究；

（2）梁高12m超高超大体积0#块施工技术；

（3）大型悬臂挂篮设计制作及施工技术；

（4）大跨深水高墩悬灌梁线形控制及合拢施工技术；

（5）超长预应力控制技术；

（6）梁体外观控制技术。

3研究方法及技术路线

3.1研究方法

3.1.1文献调研

收集与大跨度刚构梁桥施工技术有关的施工图纸、规范、验标等文献资料，做好理论指导技术资料的收集工作。

3.1.2科学计算

1）根据0#块的设计尺寸及重量进行托架等支撑体系和模板结构的科学设计计算，并对托架进行超载预压，使其稳定。

2）预应力施工前科学计算出孔道的摩阻系数和实际张拉控制应力，确保预应力张拉理论值和实测值偏差符合要求。

3）采用MIDAS、材料力学计算软件、SolidWorks2009及内嵌的Simulation有限元软件对托架和挂蓝等结构建模进行力学分析，优化结构设计。

3.1.3工程类比

与我公司施工过的凤永高速公路朝阳大桥连续刚构梁桥进行工程类比，优化0#块托架和挂蓝的结构设计及指导现场施工。

3.1.4现场试验

用千斤顶测定曲线孔道摩阻损失，并根据测试结果计算孔道摩阻系数和张拉控制应力，做好预应力张拉控制。

3.1.5监控观测

依据监测的数据,对预应力混凝土结构进行弹性分析和时效分析，对悬臂现浇法施工的结构从开始到竣工的整个过程中任一时刻的结构内力变形情况进行计算，从而计算出每一梁段的标高。

另外考虑挂篮结构的弹性以及非弹性变形，确定施工时的理论立模高程。

3.2技术路线

本项目的技术路线为：

技术方案设计→方案实施→现场监控量测和信息反馈指导施工→总结→推广。

具体表现为：

1）利用科学仪器进行精密测量监控，及时整理资料，总结经验，及时利用总结进行指导施工生产。

2）利用MIDAS、材料力学计算软件、SolidWorks2009及内嵌的Simulation有限元软件对托架和挂篮进行力学分析，针对本工程特点，优化托架和挂篮设计；

3）采用数值模拟与现场试验相结合的方法，比较计算数值和试验实测值，探讨曲线段预应力钢索摩阻力的计算参数，并对其进行修正；

4）结合工程需要，通过试验对结构不同部位布置测点，进行数据分析，研究连续—刚构组合梁合拢段结构体系转换过程力学行为特点，据此制定优化施工工艺。

做好施工现场原始资料的积累，分析原因，总结经验，为后来技术推广打下基础。

4研究工作实施过程

4.1课题研究组织实施过程

2012年9月连续梁施工图纸复核；

2012年10月连续梁0#块托架设计及验算、0#块模板设计及验算、挂篮设计及验算；

2012年10月施工过程质量控制技术及措施。

2012年10月塔吊安装并验收合格；

2013年2月0#块超高超大体积砼浇筑施工技术及梁体外观控制技术总结与分析；

（6）2013年5月预应力张拉实际伸长值精确控制研究；

（7）2013年6月预应力张拉回缩量及预应力损失分析。

（7）2013.9分析连续刚构超长预应力控制；

（7）2014.4线形控制及合拢施工技术经验总结，编写成果报告。

4.2项目执行情况

2011年1月2日52#、53#墩桩基施工完成

2011年3月28日52#、53#墩承台施工完成

2012年8月19日52#、53#墩墩身施工完成

2012年12月17日52#、53#墩0#块浇注完成

2013年1月8日中跨合拢段浇注完成

2013年1月17日边跨合拢段浇注完成

5主要研究成果及技术创新点

5.1科研攻关的技术成果

1）通过对53#深水基础施工技术的研究，深水低桩承台在河床无覆盖坚硬岩层的情况下采用有刃脚双壁钢围堰，形成了灰岩地质深水基础施工的关键技术。

2）通过对0号块施工技术的研究，形成了在连续梁混凝土体积较大，0号块悬臂较长，根据优化后的施工方案在墩身内预埋焊接元件，形成大三角托架支撑系统进行0#块施工的关键技术。

3）悬臂灌注梁段砼量较大，要求挂篮的刚度大和稳定性强，变形小，挂篮行走不安全因素较多，通过计算优化，使挂篮在保证安全的前提下力求更加简洁。

根据本梁双排预应力特点，后锚固定装置可以充分利用双排预应力固定挂篮钢枕再用精轧螺纹钢连接后锚装置减少了梁体内预埋工作量，对挂篮行走系统进行了优化，用倒链及液压千斤顶辅助行走使之在挂篮行走时能够在6小时内安全的完成行走、调模和固定等工序，在本环节上节约了大量施工时间。

4）合拢段的施工对环境温度要求、悬臂端高差要求较高、混凝土质量、配重要求较高，通过立项研究形成合拢段施工关键技术，可为类似工程提供借鉴。

5）通过摩阻系数试验方法较合理地量测了实际的摩阻系数，校正了设计采用的管道偏差系数和摩阻系数，保证了实际的有效预应力。

采取的施工措施保证了预应力管道线形符合设计要求。

超长钢绞线的张拉伸长量的控制，有利于提高钢绞线的使用寿命，更大发挥作用，实际与设计之间的距离缩短，更能有效的优化设计，节约投资。

5.2技术创新点

1）研制了“一种挂篮主桁架预压系统”，解决了目前普遍使用的挂篮堆载法预压存在的施工投入较大、准备时间较长、加载速度慢、堆载高度高、安全性差以及张拉法预压存在的预压准确结果受预埋件埋置位置影响大且高空作业安全性差的技术缺陷，形成了连续刚构梁挂篮液压顶推法预压施工技术。

挂篮主桁架预压系统结构示意图

图例：

1-主桁架竖梁；3-主桁架尾部锚固端；4-扁担梁；5-钢带；8-主桁架前部锚固端；9-工字钢横梁；11-横撑钢板；14-液压千斤顶；15-调节垫块

本实用新型利用前端固定框架内设置的液压千斤顶对挂篮主桁架进行预压，结构简单，无需长时间过程准备，加（卸）载时间短，成本低、精度高，提高了高空作业的安全性。

（2）深水低桩承台在河床无覆盖坚硬岩层的情况下采用有刃脚双壁钢围堰，解决了灰岩地质深水基础施工的技术难题。

6研究成果性能指标和国内外同类先进技术的比较

通过对0号块施工技术的研究，形成了在连续梁混凝土体积较大，0号块悬臂较长，根据优化后的施工方案在墩身内预埋焊接元件，形成大三角托架支撑系统进行0#块施工的关键技术。

悬臂灌注梁段砼量较大，要求挂篮的刚度大和稳定性强，变形小，挂篮行走不安全因素较多，通过计算优化，使挂篮在保证安全的前提下力求更加简洁。

根据本梁双排预应力特点，后锚固定装置可以充分利用双排预应力固定挂篮钢枕再用精轧螺纹钢连接后锚装置减少了梁体内预埋工作量，对挂篮行走系统进行了优化，用倒链及液压千斤顶辅助行走使之在挂篮行走时能够在6小时内安全的完成行走、调模和固定等工序，在本环节上节约了大量施工时间。

合拢段的施工对环境温度要求、悬臂端高差要求较高、混凝土质量、配重要求较高，通过立项研究形成合拢段施工关键技术，可为类似工程提供借鉴。

通过摩阻系数试验方法较合理地量测了实际的摩阻系数，校正了设计采用的管道偏差系数和摩阻系数，保证了实际的有效预应力。

采取的施工措施保证了预应力管道线形符合设计要求。

本工程采用的预应力管道施工和预应力筋张拉措施，有效消减了施工误差，实测伸长值与理论计算伸长值大致接近,最大误差仅为-3.1%，符合设计误差控制在±6%以内的要求，满足设计与规范要求。

超长钢绞线的张拉伸长量的控制，有利于提高钢绞线的使用寿命，更大发挥作用，实际与设计之间的距离缩短，更能有效的优化设计，节约投资。

7经济和社会效益情况

7.1施工时间短

中铁十局二公司云桂铁路1标左江双线特大桥（88+168+88）连续刚构梁，挂篮主桁架采用了液压顶推法预压施工工艺。

该施工工艺不需要实物堆载，从而节约了大量的材料、人力和设备投入，费用相对较低，在水中施工和场地受限地段施工时，此研究的经济效益更为明显。

采用挂篮液压顶推法预压施工工艺相较于传统的堆载预压法节约工期15天。

7.2经济效益明显

液压顶推法预压施工工艺也成功运用到左江双线特大桥（28+48+28）连续梁，渌驮双线特大桥（32+56+32）连续梁、（68+128+68）连续梁，右江双线特大桥（80+144+80）连续梁挂篮主桁架的预压。

本项目5处连续刚构梁采用挂篮液压顶推法预压施工工艺相较于传统的堆载预压法节约工期15天，节约人工费150工天，机械费吊车60台班，堆载材料碎石2450吨，共计节约成本39万元。

挂篮液压顶推法预压施工工艺节约成本

工期（天）

工费（元）

砂石费用（元）

机械费用（元）

合计（元）

15

30000

220500

144000

394500

注：

人工费200元/天，砂石料90元/t，25t吊车2400元/台班。

7.3社会效益明显

深水墩基础施工技术研究使深水低桩承台在河床无覆盖坚硬岩层的情况下采用有刃脚双壁钢围堰，解决了灰岩地质深水基础施工的技术难题，加强施工生产安全，保护通航河道，受到业主的好评。

根据本梁双排预应力特点，后锚固定装置可以充分利用双排预应力固定挂篮钢枕再用精轧螺纹钢连接后锚装置减少了梁体内预埋工作量，对挂篮行走系统进行了优化，用倒链及液压千斤顶辅助行走使之在挂篮行走时能够在6小时内安全的完成行走、调模和固定等工序，为铺架赢得更多的时间。

8推广应用前景

通过本项目施工技术研究成果，对今后高速铁路深水基础及大跨度悬灌施工提供了丰富的技术参数和工程实例。

9结语