连续刚构施工工艺

1、六广河大桥连续刚构施工工艺摘 要：本文介绍六广河大桥的设计及扩大基础、90m高墩的施工工艺、240m跨连续刚构箱 梁悬浇施工技术及测量控制方法。关键词：连续刚构施工控制刚度设计一、概述六广河大桥位于贵州省修文县境内六广河风景区，是贵阳一毕节汽车专用二级公路上横跨六 广河峡谷的一座特大型桥梁。主桥为中跨240m，边跨145.1m的预应力混凝土连续刚构，其 中2号桥墩高90m。引桥为20m无粘结预应力空心简支板，全长为564.2m（见图1）。该桥 同时也是贵州省内第一座含有环保设计的公路桥梁。大桥所处地貌属河流侵蚀谷地，河谷深切， 相对高差约300m，河谷下部呈U型（约成8090度绝壁），上部呈V

2、型（约成3045度陡坡）， 桥位岩层单一，为二迭统下统栖霞组燧石灰岩，局部层间夹破碎角烁岩，岩体内沿岩层面及节理 面溶蚀作用极为发育，常在岩层面及节理面附近形成溶孔溶隙（宽102Ocm），部分岩溶扩张 形成溶洞，溶洞高0.2 2.7m，相互连通，钻孔内见14层溶隙溶洞，内见满充填、半充填 或空洞，充填物均为碎石粘土，结构松散。该溶洞为溶蚀裂隙与不规则中小溶洞共同构成，围岩 边界极不规则复杂多变。六广河大桥于1999年11月开工，2001年10月全桥建成通车。二、结构设计1、上部结构设计上部构造为变截面单箱单室双悬臂箱形梁（图1），全桥分为0号梁段、1-28号梁段、现浇 段及合拢段。箱梁顶宽13

3、m，底宽7m。箱高0号梁段13.4m，合拢段、边跨现浇段4.1m， 其余梁段从悬臂根部至端部，按半立方抛物线从13.4m变至4.1m。箱梁顶板厚除0号梁段为 5Ocm、梁端支承截面为1O2cm外，其余均为28cm，并设有1.5%的双向横坡。箱梁底板厚 0号梁段为l60cm，悬臂根部为145cm，合拢段为3Ocm，从悬臂根部至端部，按半立方抛物 线从145cm变至3Ocm。边跨现浇段底板厚从3Ocm变至7Ocm，其间按直线变化。腹板厚 0号梁段l00cm，悬臂根部至端部按7Ocm、60cm、4Ocm三种尺寸突变，边跨现浇段从40cm 到l40cm按直线渐变。2、下部结构设计1号、2号桥墩为主孔墩

4、，1号桥墩墩身高73m，2号桥墩墩身高Wm。每个桥墩由两片 横桥向宽7m，顺桥向厚3m的矩形钢筋混凝土薄壁墩柱组成，两薄壁墩柱间净距8m。由于桥 墩较高，为稳定在两薄壁墩柱间设有与墩同宽、厚2.2m的横系梁。1号墩设一道横系梁，2号 墩设两道横系梁，故两个墩的整体刚度接近。薄壁墩柱从底端至横系梁（2号墩至第二道横系梁） 为实心矩形截面，以上为空心矩形截面。墩的下端与基础固接，上端与箱梁固接且墩壁与0号 梁段的横隔板相对应。0号桥台为重力式台，3号桥墩为主、引桥过渡墩，墩身为钢筋混凝土实心薄壁墩。3、基础设计六广河大桥基础均为扩大基础。由于两个主墩的基础分别置于两岸的悬崖陡壁上，设计时首 先考虑

5、的因素是桥墩基础处的岩层在承受桥梁荷载后的整体稳定性，其次是基岩的承载能力、施 工条件等，综合考虑后决定采用明挖扩大基础。1号墩基础厚5m，2号墩基础为减少墩高设置 为两层，每层5m，两个墩基均嵌人基岩中。三、预应力体系及受力分析六广河大桥上部箱梁为三向预应力混凝土结构，下部为钢筋混凝土结构。设计时将它分成纵 向刚构及横向框架用平面杆系程序作受力分析。箱梁纵向按全预应力混凝土结构设计，箱梁在营 运时受拉一侧仍留有一定的压应力。纵向预应力体系用22孔15.24m预应力钢绞线，设计张 拉吨位4297kN，每个T设置钢索112束，中跨连续索26束，边跨连续索16束。箱梁横向 按部分预应力B类构件设计

6、，营运时最不利荷载组合下产生的拉力由横向预应力束和普通钢筋 共同承担。横向预应力也采用15.24mm的钢绞线，张拉端采用BM15-3扁锚体系，固定端使 用轧花锚，张拉端和固定端交错布置，设计张拉吨位为508kN。箱梁竖向采用中32精轧螺纹 粗钢筋。纵向受力分析考虑了风荷载产生的静风压力，由于设计时无桥位处实测资料，因而按规范取 值，基本风压取400Pa（即风速25m/s），分别对风向为顺桥向、横桥向及施工最大悬臂时两侧 不同风压的状态作计算。温度荷载纵向按均匀温变20C考虑，不均匀温变按+ 33.5C，-28.4C考虑。横向框架计 算时温变按10C及内外温差5C考虑。由于六广河大桥两个主墩高分

7、别为73m和90m，同类型桥梁中还是比较少见，因此高墩 的受力分析尤为重要。墩的计算中考虑了各施工阶段两悬臂荷载差一个块件的底板及两悬臂自重 相差5%对墩的影响，考虑了节段施工中最大悬臂加风载的影响，考虑了张拉预应力钢束及温度 变化对桥墩横系梁的影响。对高墩在施工过程中的稳定性用SAP97程序分三种工况进行计算。工况一：中跨侧荷载为127号梁段自重（考虑5%的超重） + 28号梁段底板重+挂篮，边 跨侧荷载为127号梁段自重+挂篮。工况二：中跨侧荷载为127号梁段自重（考虑5%的超重） + 28号梁段底板重+挂篮，边 跨侧荷载为127号梁段自重。工况三：工况一+风荷载。计算结果最小稳定安全系数

8、为8.42，发生在1号墩工况三时，由于桥梁设计规范中没有对 连续刚构桥桥墩的稳定作规定，所以设计时用斜拉桥规范中对斜拉桥塔身结构的稳定标准来控 制。四、基础的施工及处理由于该大桥是贵阳至毕节公路全线建成通车的控制工程，开工也较晚，施工环境险恶，气温 变化大，要确保贵毕公路按时通车又要力争部优工程这就对施工单位提出了很高的要求。施工单 位仔细分析了全桥的施工过程并经过现场实地的考察，一致认为该桥的施工工期控制虽然在上部 箱梁的施工，但上部结构施工的工期儿乎是确定而不能够压缩的，要保证按期完成就必须在下部 结构施工中想办法。1、2号墩的扩大基础的开挖石方量较大，因为基础处在峡谷边缘，所挖出的石方不

9、得就近 堆放，也不准弃到六广河中，全部汽车运走（设计中的环保要求），因此安装两台QT125型塔吊， 石方直接由塔吊吊装到转运汽车上，这样既加快了速度又解决了施工面较小的困难。同时在靠河 谷侧修建三级挡土墙和打钢板桩防止石料滚落河底。两个基坑的开挖深度较深，为了保证基底的整体性和坑壁的完好性，开挖时采用松动爆破和 光面爆破相结合的方法。待挖至距设计基底有2m时就停止松动爆破，而采用人工开挖和浅孔 爆破到设计基底，以免扰动原有地质。在基础开挖到设计高程时在2号墩基坑发现有溶洞，于是地勘部门对1、2号基坑岩体进行 了补勘（同时作地质雷达物探检测）。补勘结果1号墩基坑基底地质情况良好，90%以上是新鲜

10、 基岩，只有较少的小溶蚀出现，岩层整体性较好，岩体的力学性能满足设计要求，可以作为桥基 的持力层。2号墩基坑距基底9.717.7m深度范围溶蚀作用较大，形成的溶洞较深而且呈柱 状向下发育，分布厂又相互贯通。9.717.7m以下是良好的桥基持力层。并且2号墩基坑前 端基岩陡斜向六广河峡谷下游，沿岩层节理面裂隙较发育。经业主组持了由设计、施工、监理、地质和有关专家参加的工地现场技术会后确定了处理方 案。1号墩基坑对局部的溶隙进行高压灌浆处理。2号墩基坑前端8x16m范围继续向下开挖至 裂隙闭合，并且基坑开挖成反坡状，开挖的部分在处理溶洞后用C30混凝土填筑至设计基底标 高。对溶洞的处理如下：在溶洞

11、顶板最薄处开挖两个直径1.2m的圆孔进人溶洞清除溶洞表壁 的粘土和松动碎石，在基底以下13m深位置将向下发育的溶洞用钢筋混凝土盖板封闭，13m 以上的溶洞用C30混凝土填实，不能采用混凝土填实的部分采用高压压浆填实。开挖圆孔及呈 柱状部分的溶洞按照钢筋混凝土桩基施工，圆孔既作为地质探孔又作基础的锚固桩。相互贯通的 溶洞也用钢筋网与柱状部分溶洞连接形成整体，处理后的地基要保证9m深度范围内全部用C30 混凝土及压浆法填充密实。处理完后，经地勘部门的钻孔检验，证明处理办法切实有效，处理后 的基底达到设计的承载力要求。五、墩身施工及控制1号墩墩身高73m，2号墩墩身高90m，在刚构桥中这样的高墩还是

12、比较少见，同时该桥 又处在旅游风景区，对外观质量要求较高。设计要求墩身的垂直度偏差不得大于1/1000，墩身 底、墩身顶平面申心位置与设计偏差不得大于10mm。为对墩身混凝土的质量和外观进行较好 的控制，特别投人数十万元的资金加工墩身的钢模板12套，规格为3.0mx3.0m， 3.Omx3.5m。钢模板的规格及加工要求都考虑了将来主梁施工所要使用的模板，这样所有的 墩身钢模板可全部使用在挂篮模板上，既节约的资金又节省了时间(模板的规格同时考虑了墩身 横系梁所处的高度)。墩身混凝土设计标号为C50，浇筑采用泵送工艺，为保证墩身混凝土的颜 色一致，整个墩身使用同一品牌、标号规格的水泥。施工外架采用

13、钢管脚手架，采用钢管外架主要考虑：充分利用施工单位现有的周转材料；在省内利用钢管作外架是常规工艺，工人不需要专门培训，同时外架升高与其它作业不 冲突可以交叉作业施工速度较快；墩身处在悬崖边缘而且墩身高度较高，采用钢管外架可以减少作业人员的心理恐惧，安 全性较高；系梁的施工支架也是钢管架，在墩身施工时所搭设的外架和系梁支架规格一致这样就相 对减少了系梁施工的时间；因为有外架对以后墩身的修饰工作十分便利；高空安装大模板时钢管外架可作一定的加固外架，同时校正模板时有钢管外架也十分方 便；为了加快施工进度墩身钢筋接长每次为9m，则墩身钢筋需要稳固措施，钢管外架就可 以作为加固钢筋的支撑措施。在墩身垂直

14、度和平面位置的控制方面扩大基础施工时预埋墩身钢筋由测量人员放出墩身边线，根据墩身钢筋布置放好点将竖 向束筋预埋好，确保了墩身钢筋位置精确(墩身竖向受力钢筋为3根中28钢筋组成束筋，布置 较密，间距较小)；第一节墩身施工是控制垂直度的关键所在要求大模板的底座首先要调平，模板除了用拉 杆内拉之外同时利用钢管架和周围岩壁作为支撑确保墩身混凝土不偏位；在扩大基础顶和每道系梁顶预埋钢筋作为墩身立模的校准点，每次立模和浇筑后都使用 全站仪对模板的四个角点定位检查，同时用加大的垂球和预埋的钢筋校准点对模板的垂直度进行 调整检查；对墩身混凝土浇筑采取准许制度即浇筑之前要有测量人员的模板检查报告和质检员 的钢筋

15、检查报告报施工负责人批准浇筑，同时浇筑后由测量部门出具检查报告对出现的问题立即 组织相关人员分析原因，提出整改措施；对墩身的垂直度和平面位置偏差作了更加严格的要求，垂直度小于5/10000，墩身中 心平面位置偏差不大于5mm。为保护已浇筑好的墩身外观，特别制定了对墩身的保护措施：在没有保护措施的情况下电焊和氧焊作业不得靠近已浇墩身;（2）禁止上下抛掷物件，所有有可能坠落的物件要全部清理到安全的地方；（3）为防止养生水将下面的墩身污染，用塑料薄膜将己浇墩身的四周包裹；（4）所有拉杆孔用锥形块封闭。经过精心组织、严格施工，墩身施工取得了非常好的内在质量和表观度，整个墩身外观颜色 接近一致，垂直度最

16、大偏差为4/10000，墩身中心平面位置偏差小于4mm，墩身的施工进度 也达到了每天一米的高度，远看雄伟壮观，可以说六广河大桥为六广河风景区又增添二道风景线。另外，在墩身施工中由于施工经验不足，也有许多改进的地方，如模板规格可以进一步加大 到 3.Omx4.5m，3.5mx4.5m，甚至可以到 3.Omx6.0m，3.5mx6.0m，这样就可以进一 步加快墩身施工的速度。六、0号梁段施工连续刚构主梁0号块是主梁混凝土浇筑方量最多的部位，预应力管道最密集，钢筋最复杂， 外形尺寸要求最严的地方。是连续刚构施工的关键部位之一。六广河大桥的0号块混凝土总方 量为820m3。0号块混凝土浇筑不可能一次浇

17、筑完，如果分两次浇筑则施工托架的投入就会过 大，最后决定分三次浇筑完。第一次浇筑1.6m底板和1.4m腹板（未超过横隔板上的过人洞口， 即整个结构在人洞处断开，增加了结构的自由度，这样有利于抵消结构的收缩应力）。第二次浇 筑6m高的腹板。第三次浇筑3.4m腹板和顶板。两次浇筑混凝土的龄期差不超过20天。在墩 身施工时有意识的将墩身的浇筑高度降低2Ocm，这样就使墩身与0号块的结合面避开了截面 突变处。连续刚构桥的0号块施工托架一般都是在墩顶预埋钢牛腿或者预埋贝雷梁但考虑到预埋钢 牛腿或者预埋贝雷梁有一些不利的地方，一是需要大量钢材，资金投人大，浪费大。钢牛腿需要 2Omm厚钢板约l5t而且加工

18、质量要求较高，钢牛腿的适用性也较差不能够经常使用。预埋贝 雷梁的方法是一个非常浪费材料的方法，并且因贝雷梁的规格是固定的，在尺寸上的适用性就非 常差。二是需要调整墩身竖向钢筋的间距，但在六广河大桥中因为竖筋布置非常密，钢筋之间的 净距只有6cm，预埋件没有位置。结合本桥的特点在选择0号块施工托架时采用万能杆件拼装 6mx6m见方的钢支架，钢支架基础座在横系梁上（该桥横系梁较厚经过计算可以用来承受0号 块的全部重量，这是该桥的一个特点）。钢支架在墩身施工时就随墩身升高，兼做墩身施工外架。 墩身施工完后即可进行0号块的模板安装，施工过程连续也缩短了工期，而且该支架由于刚度 较大，承重后变形较小，便

19、于控制0号块的线形，也可减少分层浇筑混凝土时对下层混凝土产 生的叠加应力。在选取混凝土配合比时考虑到混凝土泵送距离长（水平80m加垂直80m），混凝土浇筑量 大，施工面较大等因素决定掺加缓凝型高效减水剂（湛江外加剂厂生产的FDN880型）。缓凝时 间达到12小时以上，保证了浇筑混凝土的质量。0号块施工正值冬季，冬季施工对大体积 混凝土尤为不利，对混凝土的养护工作一定要正确细心。0号块顶板的裸露面积大，地处峡谷位 置气流运动频繁，而且第三次浇筑混凝土后整个0号块形成一个空箱结构，混凝土的热量不易 散发，所以养护工作主要在于防止混凝土内外温差过大，所以在养护士采取了如下措施：在所有 外模镶贴4cm

20、厚的泡漠板对混凝土进行保温，顶板严实覆盖一层麻布袋淋水养护（气温在5C lOC时用温水养护，lOC以上时一般淋水养护，5C以下时停止淋水养护），0号块两个端头用 塑料布封闭，箱内因气温一直高于10C所以采用一般淋水湿润即可，整个养护期为15天直到 0号块混凝土内外温差小于10C。0号块的底板上原设计有一个施工用的人洞，根据全国同类型桥的资料反映在人洞处常常发 现受力裂缝。经过考虑此处的人洞对以后检查没有实际意义，检查洞口设在桥台位置，0号块底 板上的人洞只有施工作用，如果不设有利于防止底板开裂，而且对施工无任何影响（施工时由塔 吊的框架中间上下人）。所以在底板施工中去掉人洞，施工完后经检查底板

21、上没有出现裂缝。七、上部箱梁悬臂施工及施工控制1、挂篮的检查与预压。六广河大桥使用的挂篮为其它桥使用过的，各种受力构件可能已经 受到损伤、变形，一些热处理构件有被电焊过的痕迹，再加上运输中将四套挂篮混堆，事先没有 进行编号，这样就造成了挂篮使用的困难。所以在上部施工前几个月就对四套挂篮进行预拼装（同 时进行编号），并请了专业人员对挂篮所有的受力构件和焊缝进行超声波无损检测，特别是对所 有的钢销同时作磁粉探伤，对所有有质量怀疑的物件全部更换，保证受力的可靠性。挂篮预压采 用精轧螺纹钢悬吊工作平台配砂袋预压的方法，各悬吊点与挂篮主要实际受力点相近，并观测挂 篮的主柿与底篮的变形情况。2、上部除0号块外所有28个节段全部都是一次性浇筑完成，为保证两个悬臂端的重量差 在设计范围内，所有的节段在浇筑时都注意