高墩大跨连拱大吨位吊装箱型拱桥施工技术样本

高墩、大跨、连拱、大吨位吊装箱型拱桥施工技术摘要：文中结合国道319线重庆长（寿）涪（陵）高速公路斜阳溪大桥工程特点，重点阐述高墩、大跨、连拱、大吨位吊装箱型拱桥施工技术以及实现安全、质量、进度目的办法。1前言拱桥是国内公路上使用广泛且历史悠久一种桥梁构造型式，它外形宏伟壮观，且经久耐用。近些年来，梁式桥、斜拉桥、吊桥等桥型修建不少，但国内相称长时间内尚不能提供大量钢材来修建公路桥梁，而钢筋砼拱桥无需高强钢材，跨越能力大，造价较低等特点，符合国内当前实际状况，特别在山区公路，仍为设计者之首选。国道319线长涪高速公路斜阳溪大桥是一座四跨、五节段吊装箱型拱桥，由四川省交通厅公路规划勘察设计院设计，中铁二局第五工程有限公司承建。该桥于1997年11月30日开工，历时三载，于10月30日竣工。2工程简况斜阳溪大桥位于国道319线重庆渝涪高速公路K115+473处，路线在此以2.7%纵坡跨越斜阳溪和双河溪。由于地面横坡大，左右线按独立两座桥设计。左线桥布置为4×16mPC空心板＋4×132m钢筋混凝土箱形板拱＋2×16mPC空心板，全桥长671.62m；右线桥布置为2×16mPC空心板＋4×132m钢筋混凝土箱形板拱＋2×16mPC空心板，全桥长637.6m，从美观及施工以便考虑，主桥墩、台设在相似平面位置。主桥拱圈为等截面悬链线无铰拱，正拱斜置。L0=132m，F0/L0=1/5，m=1.756，预留拱度12cm（按推力影响线分派）。左右线拱圈各由5片宽1.5m拱箱预制拼装形成，拱圈宽7.5m，箱高2.2m，顶底板厚0.2m，中肋厚0.4m，边肋厚0.25m，普通横隔板厚0.1m，吊扣点处横隔板厚0.13m。拱上采用双柱式排架墩，大悬臂盖梁；墩（台）上立柱为双柱式空心柱，壁厚0.25m,外形尺寸为2.5m×1.5m，拱箱吊装过程中可作墩扣。拱上桥面板为9.928mPC简支空心板，桥面持续，在每孔墩（台）立柱上设一道伸缩缝。主桥下部5#～7#墩采用钢筋混凝土空心薄壁墩，纵横向按1：50往下放坡，按单片拱箱合拢水平推力进行设计；4#、8#台及5#墩采用明挖扩大基本，6#、7#墩采用承台桩基本。引桥设计为柱式墩，台为重力式U型台，基本为明挖扩大基本。该桥设计荷载：汽车-超20级，挂车-120级；桥面净宽：净-2×11m（行车道）＋1.5m(中央分隔带)＋2×0.5m（护栏）。该桥特点是：跨度较大（净跨径132m）、连拱较长（4跨连拱，吊装缆索跨度较大，设计吊装缆索中跨径655m）、桥墩和立柱刚度较低（墩高且为空心薄壁构造，最高墩身为64m（6#墩））、桥位风速较大（设计风速27.9m/s）、吊装重量较大（最大吊重达70t）、设计规定严格控制施工过程构造受力与变形指标等。该桥是长涪高速公路上重、难点工程，重庆市交通局及重庆市高速公路建设指挥部十分注重，多次到现场指引工作，并作为重庆市科技攻关项目。因而“高效、优质、安全”施工意义重大。。3施工方案设计该桥施工重、难点是缆索吊装施工。依照该桥地形、地势状况及工程特点，结合本单位施工技术水平、机具设备等，拟定该工程总体施工方案及控制要点为：①基本采用常规办法施工，重点注意大体积承台混凝土施工控制；②空心薄壁高墩采用本单位在诸多空心薄壁高墩施工中开发“采用钢管爬架倒模新工艺施工空心高墩工法”施工，重点进行模型设计；③主拱箱采用缆索吊装施工，重点为缆索吊装系统设计、吊装工序，解决设计规定主墩只能承受单片拱箱推力而按双基箱合拢施工技术；④墩(拱)上排架采用缆索吊装施工，重点注意排架尺寸、吊装连接方式；⑤桥面板采用预制吊装施工，重点注意预制构件质量。4施工办法4.1基本施工该桥基本涉及明挖扩大基本和挖孔桩基本，施工采用常规办法施工。开挖时一方面测量放线，复核地面标高。明挖基本施工时据左右线基底标高拟定施工顺序，开挖至基底时要禁止放炮，避免基本整体性受到破坏，并对放炮振松岩体清除干净、彻底。挖孔桩基本施工时，要跳孔开挖，施工时孔口设护壁，钢筋笼就地绑扎，桩基检查验收后，灌溉混凝土。桩基竣工后，承台基本检底，绑扎钢筋灌溉混凝土。承台混凝土属大体积混凝土，减少水化热，防止混凝土开裂为施控制重点，采用掺某些粉煤灰减少水泥用量，掺高效、缓凝减水剂推迟水化热高峰值，设立两层循环水管协助散热，灌水养护控制内外温差施工办法。4.2墩身施工空心薄壁高墩施工重点是解决模板模型、模板安装及拆除办法、混凝土运送等。空心薄壁高墩施工普通采用施工办法有落地支架提高模板、滑升模板及翻转模板施工方案。落地支架提高模板方案支架材料用量较大，施工速度较慢；滑升模板方案施工速度快，但滑模工艺规定严格，且昼夜持续作业，管理难度较大；翻转模板施工方案用料少，工艺较简朴，且速度较快。普通均需配备塔吊、电梯等设备。我单位施工该类型薄壁空心高墩开发了类似翻转模板施工方案“采用钢管爬架倒模（简称爬模）工艺施工空心薄壁高墩工法”，充分运用常备构件，材料用量少，速度较快，且工艺较简朴。经比较，决定采用“爬模”施工方案施工主桥墩身。依照本桥墩身设计特点（空心、多室、内外截面尺寸较大、墩身较高）等，进行方案设计。墩身外模采用δ＝5mm钢板加∠50×50、50×3mm肋条间焊而成，每块模板尺寸2×3m；内模用P3015型钢模，并特制收坡钢模和圆端角端模，模型间用螺栓拼合而成，内外模间设对拉螺栓。模型提高架采用万能杆件组拼内爬升架，辅以钢板组焊伸缩式箱型梁形成，手动葫芦提高，其顶设立操作平台，安放提高材料卷扬机，设摇头扒杆吊运钢筋及机具；墩身外围挂钢筋梯，铺木板供人员上下立拆模，内架上左右设三层平台存储内模；模型外围立面用安全网全封闭防护；混凝土用泵机一次输送，泵管运用预埋在墩身上固定架由下而上安装；施工人员用升降机载运。施工过程中，每一节模板都立在已浇注混凝土模板上，该节施工完毕后拆除下节模板，再转至上节模板施工，两节模板交替轮换往上安装。墩身钢筋连接用竖向电渣压力机竖焊。墩身施工至顶时，运用提高架支撑梁作支架，现浇施工各墩顶拱座。由于正拱斜置，拱座斜面标高、倾角需认真控制，保证满足设计规定。混凝土输送采用泵送，混凝土强度级别为C30，普通均用中（粗）砂。因地处长江中下游，中（粗）砂产量甚微，开发运用丰富长江特细砂（60%）掺石灰岩机制砂（40%），即改良特细砂配制高标号混凝土，进行混凝土配合比设计，经工程实践，满足构件特性规定。4.3墩上立柱及盖梁墩上立柱充分运用大吨位缆索吊装索道，主桥5#～7#墩上立柱及盖梁采用预制吊装施工。就近各墩位平整场地，预制墩上立柱及盖梁。整根立柱吊重大，分为两段预制，对立柱与墩身顶、立柱与立柱、立柱与盖梁连接进行加强设计。立柱与拱座、立柱与立柱间连接采用螺栓拧紧，立柱与盖梁连接采用四根钢筋伸入盖梁。墩帽施工毕，高架索道试吊验收后，吊运立柱就位，安装时，先用缆风绳调正轴线，上紧连接螺栓，为调节标高，上下角钢间可垫钢板，并焊接预留钢筋后解除吊点，在间隙处冲填干硬性高强砂浆，外浇接头膨胀混凝土。盖梁抬运就位后,采用水平仪观测标高。必要保证接头钢筋焊接质量，缝隙间砂浆填充密实，接头混凝土捣固密实。主桥4#、8#拱座立柱采用万能杆件搭设支架现浇施工。立柱施工到顶时，预留牛腿支架预留件，支撑槽钢横梁，现浇施工盖梁。4.4缆索吊装设计由于本桥主墩按单片拱箱合拢水平力进行设计，因而相邻孔合拢片数不能不不大于1。本桥施工难点在于拱箱吊装，既要满足相邻孔合拢片数不能不不大于1，又要保证拱箱吊装合拢后稳定和安全。对吊装施工方案，设计曾考虑了两种方案：①将主桥4#～8#墩台用钢铰线连结在一起，设两组吊装天线，采用双基合拢，由于桥墩只能承受一片拱箱水平力，另一片拱箱水平力由对拉钢铰线来平衡。②采用修吊桥方式进行拱箱吊装，即第一孔、第二孔第一片拱箱端段采用墩扣，间段采用塔扣，顶段扣在主索，再吊装第一孔第二片拱箱形成双基合拢。吊装跨序为涪陵岸跨→中跨→长寿岸跨。因该桥现场实际特点是：4#～5#墩跨有二专路跨越，沿桥轴线地形高差50～60m，主拱箱预制场无法安排在两台后路基上或4#～5#墩间，只能选取在5#～6#间，不能按设计吊装跨序施工；设立主墩反抵抗单片拱推力装置设于地面，反拉绳影响拱箱吊装时移梁平车不能进入主缆索下，同步需要设立两付工作索道。经检算单基合拢时主墩抗扭刚度满足施工需要，提出了先吊装左右幅靠路线中心拱箱，然后用型钢暂时联接成格构，既保证拱箱稳定，又不增长桥墩水平力，并减少吊装设备施工方案，得到各方批准。以此进行缆索吊装系统设计。本桥缆索总体布置为三跨一组承重天线，长寿端边跨115m，涪陵端边跨145m，中跨度655m，设计吊重为70t，两旁架设两付吊重为5t工作索道。主索道承重绳选用6∮55日本产密封式钢丝绳，工作索道承重绳选用国产∮47.5钢丝绳。主索道用于吊装主拱箱、墩上立柱及盖梁以及预制车道板等。工作索道用以解决某些混凝土浇注和材料、机具、人员等运送。两端塔架运用万能杆件组拼，长寿端高56m，涪陵端高66m，两端各布设轻型桩板式地垅一种。4.5主拱箱施工4.5.1主拱箱预制拱箱预制场设在5#～6#墩并紧靠6#墩，场内设15个拱胎，3个用于预制中段，6个用于预制次边段，6个用于预制边段。运用万能杆件组拼龙门吊桁车用以运送移存拱箱；为减少场地租用和大量挖填方，拱箱两层堆码储存。为保证5#～6#墩跨拱箱顶段正起吊、正合拢，在该跨跨中位置另设一组与中轴线垂直储存场。按布置规划场地，夯实拱胎。施工中精确按标高布设，夯填坚实、牢固，并预留出穿拱箱吊点处吊具、脱模打顶槽沟位置。主拱箱分五段预制组装，先平卧预制腹板与横隔板，再在拱胎上按常规组装将腹板、横隔板立放在拱胎上焊接成若干格，现浇底板混凝土，再现浇腹板、横隔板间接缝混凝土使之形成开口箱，最后现浇顶板混凝土，形成封闭箱。组装施工过程严格控制接头倾角、连接角钢位置精确，成型后弦长误差不超过6mm。养护顶板混凝土强度达设计100%后用千斤顶顶升脱落，用龙门吊桁车移至储存场。4.5.2主拱箱吊装先吊装左右线相邻近来拱片，合拢后用型钢连锁，形成一种稳定“桁架拱”构造，辅以横向缆风绳再松开吊扣索，待全桥“桁架拱”形成后，其他辅助箱遵守相邻孔合拢片数相差不不不大于1规定依次往外，左、右对称吊装合拢。4.5.2.1横向暂时连接构造设计横向暂时连接构造是将紧靠桥轴线两肋拱片固接，并辅以缆风绳，以便形成稳定“桁架拱”构造后拆除吊扣索，因而设计应有足够刚度，将两片合拢后拱肋连接在一起以增强横向刚度，控制两拱箱平面尺寸不变形，及其在风力作用下共同受力达到稳定。据此，上、下均横梁采用2[22构成“Ⅰ”字构造，上横梁焊在拱肋顶板预埋钢板上，中部采用万能杆件组拼与上横梁形成桁架构造，将两肋拱箱牢固连接。安装在每跨边段顶端与次边段顶端第一种横隔板及中段中央共5处。4.5.2.2扣索系统及扣塔设计该桥主拱箱分五节段吊装，扣索分上扣索、下扣索，扣索索力据绳索整体布置计算成果分别是上扣索为103.5t，下扣索为42t，拟定上下扣索分别采用4∮43和2∮34钢丝绳。拱箱预制场选取在5#～6#墩间，墩柱盖梁顶离地高达94m，拱箱起吊过扣索高度较大，无法采用歪拉迈过扣索，只能选取穿扣方案，因此上、下扣索均应设立有一定宽度（2.5m）扩张装置，以利拱箱能从扣索中间提起。长寿岸有小工作索道牵引、起重绳影响，扣索在平面位置上应有能躲过工作索道起重、牵引绳宽度，且两岸路基上有众多预制件（拱上立柱及其盖梁），扣索不能直接从地面引出，故扣索对称布置在主索两侧8m处，挂托索轮从塔架上引出。由于索道跨度大，次边段扣索水平夹角过小（约为10°），故主墩立柱盖梁上需设扣塔增长扣索角度以减小扣力。据此，在4#～8#墩设万能杆件组拼移动式扣塔，高度8m，以便拱箱能通过扣塔，塔顶设水平撑梁，用以支承及扩张上扣索，墩柱盖梁上设立下扣索支承及扩张装置，上下扣索扩张宽度2.5m，扣塔下部锚固在墩柱盖梁上，顶部四周设∮15.5缆风绳，拉在相邻墩帽上，扣塔采用工作索道吊运移动。因拱箱吊装时，箱就位后平面空隙只有4cm，无法采用老式捆扎式吊装与扣挂拱箱，拱箱预制时埋设吊孔，开发设计吊扣直接转换吊带式扣挂系统。本桥上下扣索均采用从主地垅引出通扣布置，扣索均用2×1000m绳，采用双头滑车连接。扣索在拱箱吊装时，因穿塔架次数较多，且扣索较长，工作量极大，布置时宜尽量减小退绳长度。4.5.2.3缆风系统设计该桥设计风速27.9m/s，拱箱吊装采用双单基肋合拢，横同风力达44t，稳定性较差。因而设计安全能提供拱箱横向稳定浪风系统是必不可少。缆风设计原则上应尽量少，且对称布置，缆风绳要短，能提供足够拉力且变形量小，要与桥轴线夹角尽量大与地面夹角尽量小，且两边长度、角度尽量对称。但该桥桥址地形地貌极差，均无法满足上面关于风缆布置普通基本规定。据现场实际状况，布设左右浪风长度，角度相差较大，且设立于拱箱下，拱箱易扭转，同步长度过长（约250m），受力差，竖角度大（约30°），为此，分别计算各绳索受力状况，施工中采用传感器测设初张力，使每根缆风绳达到设计初张力，保证拱箱吊装施工系统有较好稳定作用。单片拱合拢时共设立4对浪风，每对浪风拉力按11t水平力设计，采用2∮19.5钢丝绳。地垅设计是按每个地垅上设4组浪风，共计拉力76.8t，分4个3∮16预埋环设计预埋。浪风地垅一律采用桩垅，桩径为2～2.5m，深度为3～5m。该桥缆风设计具备如下特点：①风速达27.9m/s，风力达44t；②地形地貌条件差，左右浪风长度、角度相差太大；③浪风设立于拱箱下缘，拱箱易扭转；④浪风长度过长（达200多米），受力条件差，竖直角大（达30多度），扣力增长较大。4.5.2.4吊装工艺原则主拱箱吊装原则：不歪拉，不斜吊，正穿扣，正合拢。拱箱吊装程序：边段拱肋吊装及扣挂，次边段拱肋吊装及扣挂，中段拱肋吊装及合拢。拱箱扣索布设原则：边段拱肋扣索通过墩上立柱采用通扣，次边段拱肋扣索通过墩柱上移动式扣塔进行通扣。拱箱吊装跨序：涪陵岸跨（8#～7#墩跨）→6#～7#墩跨→长寿岸跨（4#～5#墩跨）→5#～6#墩跨拱箱。拱箱吊装片序：先吊装左右线相邻近来两肋拱片，而后依次往外，遵守相邻孔合拢片数相差不不不大于1原则左、右对称吊装。拱箱吊装段序：边段→次边段→顶段并左右对称。拱箱合拢原则：严格采用边碰中合拢顺序。浪风绳布置原则：浪风绳与桥轴线水平投影夹角不不大于50°，与地面夹角不大于20°。拱箱吊装准备：①高架索道试吊，按设计吊重70%、100%、130%进行，对塔架、地垅等缆索吊装系统验收合格后进行主拱箱吊装；②预制拱箱从长、宽、高、中线及预埋件进行质量检查；③拱座混凝土平整凿毛，标出拱肋安装位置台口线及中线；④测量计算拱肋长度与拱座间净跨施工误差，拟定钢垫板厚度；⑤对吊装拱箱在其端头及拱肋顶部作中线观测标记，拱段前端头设高程观测标尺，对合拢段拱箱纵向中部设水平标尺，以便按三角网布设设计跨中控制点进行跨中观测。拱箱吊装观测：①采用测主缆索跨中垂度以计算主索拉力；②应用位移值观测地垅安全；③用经纬仪观测塔架位移；④用水平仪观测拱肋高程，普通观测接头和拱顶标高，用以控制合拢过程中拱箱抬高量扣松和合拢；⑤用经纬仪观测拱箱吊装合拢过程中墩顶水平位移，必要满足设计规定状况下进行拱箱吊装。主拱箱吊装合拢是施工中重点、难点。通过工程实践，只要在施工中制定切实可行安全办法，加强拱肋横向稳定，稳妥地制定施工工艺和拱箱合拢方案，是可以完毕单箱合拢。4.6拱箱接头与纵缝、垫梁混凝土单线拱箱合拢后，即可浇注浇注拱箱间纵缝混凝土、拱箱顶板现浇层混凝土（为减轻吊装重量，拱箱顶板减薄10cm）及垫梁混凝土。浇注前应对拱圈接头、跨中及1/8跨径处高程全面复核，以对拱箱沉落成拱状况有进一步理解，并做详细记录。混凝土集中在两端引桥上拌合，用工作索道吊运混凝土浇注。浇注顺序为由两拱脚至拱顶，横向先中间后两边，左右对称，四孔同步，均匀加载，严防拱箱纵向失稳。4.7拱上立柱及帽梁安装拱上立柱及帽梁型号多、数量大、圬工方量小，属细长构件，设计采用搭架现浇施工。为充分运用大吨位缆索吊装系统，经批准后变更为预制吊装施工。按照等强与超强原则，对拱上立柱与垫梁、帽梁接头进行了设计。在两端路基上平整场地预制。运用主索道尾端索吊移立柱至轨道平车上，运立柱及帽梁至主索道下方，两端起吊摆直，垂直运送吊装，从拱脚至拱顶安装。立柱与垫梁、帽梁间接头钢筋必要保证焊接质量，缝隙间填实干硬性高强砂浆。4.8桥面板施工桥面板预制场选在涪陵端路基上，场内设两组墩式张拉台座倒用，每组台座共三线，场内铺设移梁轨道，制作简易龙门吊移存预制板。桥面板预应力钢铰线采用定位板控制平面位置，张拉采用张拉力和伸长值双控，张拉按0→超张拉105%δκ→20%δκ（测伸长初值）→100%δκ（测伸长终值）→锚塞锁紧（测回缩值）顺序进行。钢铰线张拉结束后绑扎钢筋，安装空气胶囊，浇注混凝土。待混凝土强度不低于设计强度80%后，放松预应力钢铰线，移梁桁车运至储存场存储。应注意地是存储期过长，超过3个月，预拱度有也许继续增长，桥面板中桥面铺装在跨中有也许变薄影响，相差过大，则须预压。拱上立柱及帽梁施工毕，铺设轨道，用平车运送桥面板至索道下方，用主索道吊运安装，先全桥贯通4片后采用汽车吊辅助架设。4.9桥面系施工含护栏、分隔带、泄水管、伸缩缝、桥面铺装等，该某些须保证线条直顺、牢固、美观，桥面排水良好，无阻塞、渗漏、变形、开裂等，保证质量。5施工办法对于如此难度特大型桥梁工程，制定切实可行地施工安全、工程质量、工期进度控制办法是保证施工顺利必不可少地。5.1施工安全管理针对斜阳溪大桥构造、