某特大桥施工技术总报告

某特大桥施工技术总报告一、超长挖孔桩、高墩、大跨度预应力混凝土连续刚构桥施工技术在国内外发展情况预应力混凝土连续刚构桥特别适用于大跨度、高桥墩桥梁的情况，是近年来使用较为广泛的一类独特的桥梁形式。查有关资料，列出世界连续刚构桥梁的之最：(1)跨径最大的连续刚构桥：虎门大桥位于广东省珠江三角洲中部，是广州一深圳-珠海高速公路跨越珠江的一座特大型公路桥梁，大桥全长15.76kM，主桥长4.606km。主航道桥为跨径888米加劲钢箱梁悬索桥，铺航道桥为跨径270m的预应力混凝土连续刚构桥，居世界同类桥梁之首，于1997年4月建成通车。空心薄壁墩身、最高50.6m，基础为直径2m的嵌岩钻孔桩，桩长最大48m。(2)墩高最高的连续刚构桥：国内已建成公路墩高最高的大桥是云南的连续刚构桥，为“世界第一高桥”，这座桥位于昆明至曼谷国际公路云南段的元江至磨黑高速公路上，最大墩高123.5米。(3)桩长最深的连续刚构桥：桩长最深的是南京长江二桥，深达102m。XX高速公路某特大桥是西部大通道包(头)北(海)线陕西境黄陵至延安段高速公路的重点控制工程，位于陕西省洛川县石子头乡桥西村和蒋村之间的某冲沟内，地面起伏很大，地面标高介于1011.83m～1153.33m，相对高差141.5m。桥址跨越两侧黄土台塬的黄土梁斜坡地带及某河谷。斜坡上支沟发育，支沟切割主沟沟坡，形成黄土柱、陡坎等特殊地貌景观。XX高速公路某特大桥全长878.84m，是95m+4×170m+95m的六跨三向(纵向、横向、竖向)预应力混凝土曲线连续刚构桥，该桥跨度虽然无法和其他特大跨度的连续刚构桥相比拟，但在同一座桥上集中了深桩(桩长102m、人工挖孔110m)、高墩(105m)、大跨(170m)三项技术难点于一体实属罕见，且梁部悬灌施工难度较大。我们在缺乏成熟的施工经验的情况下，在施工实施过程中不断的摸索和总结经验，优化施工工艺和施工组织，摸索出一套较为成熟的超长桩、高墩、大跨预应力混凝土曲线连续刚构桥的成套施工技术。在施工中，严格按照设计图纸和施工技术规范要求，结合工程实际，认真研究超长桩、高墩、大跨预应力混凝土曲线连续刚构桥的各项施工技术，以较快的施工速度，安全、优质、高效地完成了某特大桥的施工。二、研究的主要内容和关键技术2.1主要内容(1)湿陷性黄土地区大直径(Φ1.8m)深桩(102m)施工技术研究(2)大体积承台混凝土施工技术研究(3)柔性、空心、薄壁百米高墩(105m)施工技术研究(4)挂篮优化设计和施工(5)大跨度预应力混凝土连续刚构桥悬臂施工技术研究(6)不同工况条件下结构稳定性分析报告与检算资料2.2关键技术(1)陕北湿陷性黄土地区大直径百米超长人工挖孔桩施工技术取得成功：陕北大部分位于湿陷性黄土地区，湿陷性黄土属于大孔径、浅黄色粉质低液限粘土，硬塑状态(塑性指数为12.5～15.7)，透水性较强，土样浸入水中后，很快崩解，土的结构迅速破坏发生显著的附加下沉(即湿陷)。在进行砼护壁人工挖孔施工前，我们综合考虑了土层压力和地下水的侧压力、桩孔深度、挖孔桩直径、护壁形式、护壁砼的抗压强度、护壁深度等因数后进行理论计算确定了护壁厚度及人工挖孔安全可行性的理论根据。虽然在国内对于大直径百米深度的人工挖孔桩施工尚无任何借鉴依据，但我们在施工中做到了：①始终贯彻执行“以人为本，安全第一”的安全管理宗旨和理念；②做好挖孔过程中孔内的排水、通风、照明及通信；③通过对挖孔砼护壁的监控量测、挖孔设备的改进、完善、安全性能的提高；④各种安全防范措施、应急预案的制定。论证了在陕北湿陷性黄土地质情况下对于百米桩基采用人工挖孔桩施工能满足安全的要求、是完全可行的。(2)钢筋镦粗直螺纹连接施工及真空压浆施工等新技术、新工艺的成功引用：①某特大桥的105m高的四肢高墩均采用了钢筋镦粗直螺纹连接新技术：每肢墩身每一个循环218根ф28mm的主筋对接总耗时约150分钟，比焊接连接速度高出8～12倍。钢筋镦粗直螺纹连接具有接头强度高，性能稳定、质量好、生产效率高、施工适应性强、价格适中等优点。②某特大桥的1#、5#墩墩身竖向预应力施工及大跨悬臂浇筑箱梁的三向(纵向、横向、竖向)预应力施工均采用了真空压浆新技术：真空压浆工艺优于普通压浆工艺之处为――对预应力孔道进行抽真空处理后压浆，这样使孔道内的浆液充分饱满密实，确保了压浆的质量，克服了普通压浆不密实的现状，杜绝了桥梁运营使用过程中病害的发生，提高了桥梁工程的使用寿命。(3)挂篮的优化设计：在保证施工安全和施工质量的前提下，以人性化的设计原则，通过对以往三角形挂篮的优化设计，自行研发了轻型自锚式三角形挂篮。优化后的挂篮具有经济实用性、安全高效性和新颖先进性。①挂篮人性化设计之一：由于桥梁结构尺寸的多变性，挂篮模板设计以模块化设计为主，确保其通用性，模板调整系统采用螺旋顶杆无极调节设计方案，有效的提高模板调整的操纵性能，同时集合了调节与锁定功能，提高了调节模板的工作效率。②挂篮人性化设计之二：通过对挂篮的安全防护系统及人员操作平台及通道的设计完善，更加确保了施工的安全。③挂篮人性化设计之三：挂篮悬挂装置采用16Mn钢吊带方案，比以往的精轧螺纹钢吊带更具有刚性和安全性。将以往挂篮主桁之间的栓接联结调整为销接，以便于安装作业，同时简化栓接中螺拴联结的紧固过程，有效的提高了拼装的生产效率。④挂篮人性化设计之四：目前国内大部分挂篮前移均采用人工机械牵引，这种牵引模式即费工又费时，安全隐患大，而且牵引过程中很难保证两只挂篮同步前移。为了提高高空挂篮施工的作业效率，本挂篮设计中采用了新型自锚走行机构，走行系统稳定可靠，走行动力采用60t液压顶（竖向预应力张拉用）做为推进系统，传力装置为直径32mm的Ⅳ级钢筋以及四只限位卡。走行速度经过实际使用平均为20cm/min，每个节段前移所需时间为45min左右(以3m节段为例，包含准备工作时间)每只挂篮移动需要3名技术工人即可，相比人工前移挂篮功效可提高2倍。三、研究过程和研究方法3.1研究过程2003年初，我公司中标了XX高速公路HY-06合同段工程，对于该管段内的技术含量高、施工难度大及工期紧迫的某特大桥这样的大型工程，不仅是对于七公司而且对于集团公司来说，具有史无前例的里程碑意义。施工进场后，为了确保某特大桥高精度合拢，保证其施工过程中的结构安全与施工安全，保证成桥后的梁体线形、变形及结构内力均能满足设计的要求，我们成立了在集团公司总工程师领导下的以七公司为主、集团公司有关部门和技术专家参加的“某特大桥施工技术研究小组”，成立了施工监控及科研小组，对该桥进行全过程、全方位、全天候的技术监控，并对重点、难点的技术难题开展科技攻关。对包括大跨度连续刚构施工控制技术在内的一整套施工技术进行研究，并负责该项目的实施。针对某特大桥施工技术难度大(集超长人工挖孔桩、高墩、大跨于一体的连续刚构桥)、工艺复杂、施工控制精度要求高等特点，聘请专家对某特大桥的施工方法进行了深入的探讨，编制了实施性施工组织设计。3.2研究方法根据某特大桥的设计特点以及业主、监理的要求，结合不同部位的施工方案，认真研究并记录了各种施工方法和工序作业的操作要点以及施工注意事项。针对某特大桥的技术含量高、难度大的特点，我们将有针对性地进行专项的技术讲座和培训，拟采取聘请集团公司、公司、高等院校、业主、及同行标段的技术专家和前辈们给我部施工人员进行集中授课讲解，吸取外协队伍、临近标段好的施工经验，取长补短，优化施工工艺、方案。在湿陷性黄土百米超长挖孔桩施工中，我们将现场取样试验与理论分析模拟相结合，在施工不同层段的黄土层时分别提取原状土进行各项指标分析，再将分析结果交由协作分析的有关单位或院校进行分析研究，进行理论论证，并针对陕北湿陷性黄土特征，我们改进了施工工艺、设备及防范措施，成功地解决了百米深桩人工挖孔施工的通信、照明、通风、供氧、排水、岩层爆破、桩身垂直度控制、沉降、位移的监控及针对不同土层的施工对策及各种应急预案，最后形成一个合理的结论证明了这种地质条件下，采用砼护壁进行人工挖孔桩施工是完全可行的。在进行大体积砼施工前，我们对高标号砼的防裂及温升进行了模拟试验，得出以下结论：(1)砼表面无龟裂，属正常；(2)砼在入模后24h后达到温度峰值，实测Tmax=45.1℃。我们对大体积承台砼及0#块段梁体砼的降温从混凝土水化热，配合比、原材料、缓凝时间，以及浇注工艺、养护、温度控制方面采取了有效措施。我们采取了对大体积砼用原材料的选用、砼配合比的设计优化、循环冷却水管的设置等方案、措施，有效地控制了大体积砼的内外温差，在温度差接近25℃时，采取了外部保温措施，严格将温差控制在25℃范围内，避免了表面温度裂纹的出现。在百米高墩翻模施工中我们收集有关资料并借鉴以往高墩爬模和滑模的施工方案，取长补短，总结经验，迅速发展了百米高墩翻模施工的新工艺、新技术，形成了综合配套的施工方法，把高墩翻模的施工作业平台和模板分成两个独立的体系，克服了滑模施工要求的连续性、施工组织的复杂性及混凝土外表质量差等的不足，解决了爬模形成施工平台困难的问题。百米高墩翻模施工(6m＋3m的循环)更具有经济实用性、安全、高效性和新颖、先进性。针对高空作业“以人为本、安全第一”的原则，我们增设了内外作业平台和安全通道。我们通过对高墩翻模施工的高墩高程、垂直度、线型的监控测量，确保了高墩成型后的线型及外观质量。该桥墩高，且上部结构迎风面大，风荷载对桥梁施工的影响不容忽视。墩身、梁体结构在风环境下的变形情况进行跟踪监测，结合理论分析进行校核，以确定最不利状态发生的环境，并通过理论分析解决风载影响的办法。大跨度T构连续刚构梁悬臂施工中，我们通过对挂篮的优化设计及加强施工监控技术的研究及实施工作，通过对桥梁结构进行受力分析取得各节段施工预拱度的理论计算值，再结合现场实际对外部环境的监控量测和不同的悬灌梁体在不同时段的测量数据结果，使其理论拟合预测逐步接近实际施工情况，以达到通过前期监控数据结合理论分析来正确指导下一步施工的目的。该桥部分梁段处于曲线、缓和曲线段，箱梁结构尺寸随里程推进存在异型变形，同时轴线在随之调整方向，标高在不断变化，通过对挂篮结构、外部环境影响、理论计算、分析并结合监控量测修正的数据参数进行调整，确保梁体线形和合拢精度达到设计要求。四、取得的研究成果4.1施工技术成果本次科研课题研究完成了合同中规定的各项内容，取得了如下施工技术成果：1、证实了在陕北湿陷性黄土地质条件下进行百米超长人工挖孔桩施工的可行性及国内首创性，并总结出了一套完整成熟的《陕北湿陷性黄土地区百米超长人工挖孔桩施工技术》及《陕北湿陷性黄土地区百米超长人工挖孔桩施工工法》。2、成功地取得了《大体积砼(大体积承台砼及0#块段梁体砼)的冷却管设计与施工技术》。3、《高墩、大跨连续刚构桥梁百米高墩(105m)翻模施工技术》：该技术吸取了以往高墩爬模和滑模施工的优缺点，采取了百米高墩翻模施工工艺(6m＋3m的循环)，其更具有经济实用性、安全高效性和新颖先进性。《百米高墩翻模施工工法》荣获我集团公司企业级优秀工法。QC成果《某特大桥薄壁高墩模板安装质量控制》荣获安徽省2005年优秀QC成果奖。4、成功应用并积累了《高墩、大跨连续刚构桥梁钢筋镦粗直螺纹连接施工新技术》及《高墩、大跨连续刚构桥梁真空压浆施工新技术》。5、自行研发了“轻型自锚式三角形挂篮”，是在通过对以往三角形挂篮的设计基础上进行的优化和改进，并结合施工实践，其更加简易、轻便、安全、灵活、经济、适用，在我集团公司内部具有领先的先进水平。成功地取得了《某特大桥T构连续梁挂篮设计与施工技术》和《轻型自锚式三角形挂篮施工工法》。6、《高墩、大跨连续刚构桥梁梁部施工技术》：使高墩、大跨预应力砼曲线连续刚构桥的悬臂施工工艺更加趋于完善和成熟。严格进行施工监控：通过建立挠度预测模型与引入计算调整系数，保证了成桥的线型与高精度合拢。4.2社会、经济效益1、湿陷性黄土百米超长挖孔施工工艺的社会、经济效益：(1)适用于土层直立性好、无水或少水的地质条件；(2)可以减少钻机等大型机械投入；(3)取消了护壁泥浆，无泥浆排放和泥浆对环境的污染问题；(4)比较适用于相对复杂地形的桩基施工。(5)对超长桩基的单位桩长的经济消耗指标要小于其它施工方法，比机械成孔节省工程成本约300多万元。2、薄壁空心高墩大跨度曲线连续刚构施工工艺的社会、经济效益：采用塔吊辅助提升的翻模方式，相对于常规的爬模和滑模而言，减少机械投入，操作更简单明了，受力更明确。在该桥的高墩翻模施工中，前期的工程进度为13天一个循环，即每13天翻模施工9m(0.7m/天)，通过对施工工艺的不断优化，使墩身翻模施工由最初的13天/循环→10天/循环→