大跨度连续刚构桥施工关键技术 图文并茂

xx

教授、博导二零一一年八月大跨度连续刚构桥施工关键技术主讲内容连续—刚构桥的简介连续—刚构桥的主要受力特点连续—刚构桥的施工关键技术连续—刚构桥施工过程中的质量控制连续—刚构桥的施工监控一、连续—刚构桥的简介连续-刚构桥属于梁式桥的范畴。连续刚构桥是从T构和连续梁发展而来的。它不仅发挥了预应力混凝土结构的受力特点，更使得悬臂施工技术在预应力混凝土梁式桥中的应用得到了新的推广与创新。因此也可以说，连续刚构桥是在预应力技术和悬臂施工的基础上产生发展起来的。一、连续—刚构桥的简介连续-刚构由于结构良好的整体刚度、便捷的悬臂施工技术，以及良好的经济性，广泛应用于公路和铁路桥梁中。特别是高速公路的迅速发展对桥梁行车平顺舒适性的要求越来越高，使得连续-刚构桥得到了迅猛发展。目前，世界上已建的大跨度连续—刚构桥统计情况：一、连续—刚构桥的简介目前，我省修建的大跨度连续刚构桥数量较少。随着我省高速公路的发展，修建连续-刚构桥，必将推动xx省桥梁建设事业的大跨度发展。柳忠路天水路黄河大桥西长凤xx特大桥xx至xx桥至xx路口高速公路工程

xx特大桥主桥简介

xx特大桥位于xx县xx乡练范村川里组与宁县xx桥镇xx桥村之间的xx上，横跨长武塬（xx县南塬东部边缘）、xx河谷及董志塬边缘。跨径组成为（35+4×50）m+（87+5×162+87）m+（4×50）m+（2×50）m+（30+2×35）m+（2×35+30）m，全长1726m。

xx特大桥由主桥和引桥两部分组成。主桥采用（87+5×162+87）m七跨预应力混凝土变截面刚构－连续箱梁，在6、11号墩墩顶设置支座，在7～10号墩墩顶采用刚构体系。桥面高度约85m。二、连续—刚构桥的受力特点2.1总体受力特点总体而言，连续-刚构的基本力学特点是：恒载、活载负弯矩的卸载作用基本与连续梁接近；桥墩参加受弯作用，使主梁弯矩进一步减小；弯矩图面积小，跨越能力大，在小跨径时梁高较低；超静定次数高，对常年温差、基础变形、日照温均较敏感.2.2受力的优点连续刚构桥墩梁梁固结，施工方方便，免去大型型支座的安装及及使用维护的费费用，最大限度度地应用平衡悬悬臂施工方法；；采用箱型截面，，提供了较大的的顺桥向抗弯刚刚度和横桥向抗抗扭刚度，满足足成桥抗弯、施施工中的抗弯和和抗扭等需求；；它利用较高的薄薄壁墩的柔度来来适应结构由温温度、混凝土收收缩徐变和预应应力引起的位移移，能满足特大大跨径桥梁的设设计要求；双薄壁墩身将较较大的抗弯刚度度和较小的抗推推刚度结为一体体，利用薄壁高高墩大的抗弯刚刚度保持桥面的的平整，利用其其小的的抗推刚刚度来适应桥梁梁的水平变位。。挪威的连续刚构构86+202+298+125m三、连续—刚构桥的施工关关键技术3.1施工过程解析大跨度连续-刚构桥通常应用用其结构优点而而采用悬臂施工方法。悬臂施工法－指梁部施工从从桥中间墩处开开始、按对称方方式逐步接长并并悬出梁段至合合龙的施工方法法。悬臂灌注法和悬悬臂拼装法悬臂灌注法－接长方式是采采用挂篮等设备备，在桥位处就就地灌注混凝土土，待混凝土达达到一定强度后后，张拉力筋，，前移挂篮，继继续下一梁段的的施工，直至合合龙。悬臂拼装法－接长方式是采采用吊机等设备备，吊装预先制制成的梁段块件件，张拉力筋，，前移吊机，继继续下一梁段的的施工。（1）悬臂施工的关关键程序基本程序悬臂施工形成T构各T构及边跨端部梁梁段之间的合龙龙三跨连续刚构桥桥例支架浇注边梁直直线段T构设备（挂篮或吊吊机）边跨合龙中跨合龙（2）悬臂施工的主主要特点预应力混凝土连连续刚构桥采用用悬臂施工时需需进行体系转换。桥跨间不需搭设设支架，施工不不影响桥下通航航或行车。多孔桥跨结构可可同时多处悬臂臂施工，施工进进度快。悬臂施工法充分分利用预应力混凝土承承受负弯矩能力力强的特点，将将跨中正弯矩转转移为支点负弯弯矩，使桥梁跨越能力力提高，并适合合变截面桥梁的的施工。悬臂施工用的悬拼吊机或挂篮篮设备可重复使用，施施工费用较省，，可降低工程造造价。施工中存在体系系转换体系转换：指桥梁结构在最最终形成之前，，曾经历过以不不同的结构体系系（如简支、悬悬臂、连续等））承受当时作用用在其上的恒载载（指结构自重重、徐变影响等等）的各施工阶阶段。若施工中存在体体系转换，则按按最终体系计算算得到的结构恒恒载产生的内力力和变形，就不不同于按各阶段段的体系计算得得到的恒载内力力和变形的叠加加值。也就是说，施工工方法不同，结结构各施工阶段段的恒载内力和和变形也不同。。3.2悬臂浇注关键技技术问题（1）挠度控制（预拱度）（2）混凝土浇注（3）挂篮设计和施施工（4）合龙施工技术术（1）悬臂施工时挠挠度控制悬拼施工过程中中所产生的挠度度，涉及到梁体自重重、预应力、混混凝土徐变、施施工荷载等的作作用。鉴于施工挠度与与许多不确定因因素有关(例如各段混凝土土间材料性能、、温度、湿度以以及养护等方面面的差异、各段段的工期也很难难准确估计)，并出于施工中荷载的随随时间变化以及及梁体截面组成成也随施工进程程中预应力筋的的增多而发生变变化等等，故要精确计算算施工挠度是非常困难的。（1）悬臂施工时挠挠度控制刚构桥悬臂时的的挠度包括：由恒载、活载、、预应力及混凝凝土徐变所产生生的刚构悬臂梁梁本身的挠度；；挂篮、时变温度度和施工临时荷荷载引起的挠度度；由不对称恒载、、活载及风荷载载引起刚构墩柱柱变形和刚构基基础变形所产生生的悬臂梁挠度度。通常采用有限元方方法进行数值模拟拟。第4块砼浇注第4块预应力张拉第5块砼浇注第5块预应力张拉连续刚构施工挠度度示例桥面铺装后恒载效应预应力混凝土徐变预拱度的设置（2）悬臂混凝土浇注注1．挂篮就位后，安安装并校正模板吊吊架，此时应对浇浇筑预留梁段混凝凝土进行抛高，以使施工完成的的桥梁符合设计标标高。抛高值包括施工期期结构挠度，因挂挂篮重力和临时支支承释放时支座产产生的压缩变形等等。2．模扳安装应核准准中心位置及标高高，模板与前一段段混凝土面应平整整密贴。如上一节节段施工后出现中中线或高程误差需需要调整时，应在在模扳安装时予以以调整。3．安装预应力预留留管道时，应与前前一段预留管道接接头严密对准，并并用胶布包贴，防防止灰浆渗入管道道。管道四周应布布置足够定位钢筋筋，确保预图管道道位置正确，线形形和顺。4．浇筑混凝土时，，可以从前端开始始，应尽量对称平平衡浇筑。浇筑时时应加强振捣，并并注意对预应力预预留管道的保护。5．为提高混凝土早早期强度，以加快快施工速度，在设设计混凝土配合比比时，一般加入早强剂或减水剂。混凝土梁段浇筑筑一般5～7天一个周期。为防防止混凝土出现过过大的收缩、徐变变，应在配合比设设计时按规范要求求控制水泥用量。。6．梁段拆模后，应应对梁端的混凝土土表面进行凿毛处处理，以加强接头头混凝土的连接。。7．箱梁梁段混凝土土浇筑，一般采用用一次浇筑法，在在箱梁顶板中部留留一窗口，混凝土土由窗口注人箱内内，再分布到底模模上。当箱梁断面面较大时，考虑梁梁段混凝土数量较较多，每个节段可可分二次浇筑，先浇筑底板到肋板板倒角以上，待底底板混凝土达到一一定强度后，再支支内模，浇筑肋板板上段和顶扳。其接缝按施工缝要要求进行处理。8．箱梁梁段分次浇浇筑混凝土时，为为了不使后浇混凝凝土的重力引起挂挂篮变形，导致先先浇混凝土开裂，，要有消除后浇混混凝土引起挂篮变变形的措施。悬臂灌筑法节段施施工流程混凝土浇注及养护护挂篮前移就位预应力张拉挂篮前移就位模板安装钢筋绑扎混凝土浇注预应力管道预留养护穿束张拉压浆主要流程1）选择挂篮形式主主要考虑结构简单、自重轻轻、受力明确、变变形较小、行走安安全、装拆方便等等方面因素。在一般情况下，，尽量选择本单位位现有设备、达到到保证施工质量，，加速施工进度，，投资较省的目的的。2）挂篮横断面布置置，一般取决于桥桥梁宽度和箱梁横横断面形式，当桥桥梁横断面为单箱箱时，全断面用一一个挂篮施工；当当桥梁横断而为双双箱时，一般采用用两个挂监分别施施工，最后在桥面面板处用现浇混凝凝土连接。（3）挂篮设计与施工工3）挂篮设计荷载①模板重力：包包括侧模、内模、、底模和端模等各各部件重力。②箱梁梁段重力力按最重梁段控制制挂篮设计。③挂篮自重。④平衡重重力。。⑤振捣器重力及及振动力。⑦千斤顶及油泵泵重力。⑧施工人员重力力。4）挂篮的验算挂篮按照钢结构设设计必须满足必要要的构造要求。挂篮满足施工荷载载下的强度、刚度度和稳定性。挂篮行走及灌筑梁梁段混凝土时的稳稳定系数，均不应应小于1.5。挂蓝组拼后，应全全面检查安装质量量，并做载重试验，以以测定其各部位的的变形量，并设法法消除其永久变形形。挂篮拼装时应对称称进行。挂篮行走时，须在在挂篮尾部压平衡衡重，以防倾覆。。浇筑混凝土梁段段时，必须在挂篮篮尾部将挂篮与梁梁进行锚固。5）挂篮的安装6）消除后浇混凝土土引起挂篮变形的的措施①水箱法：浇筑混凝土前先在在水箱中注入相当当于混凝土重量的的水，在混凝土浇浇筑中逐渐放水，，使挂篮负荷和挠挠度基本不变。②浇筑混凝土时时根据混凝土重量量变化，随时调整吊带高度。③将底模梁支承承在千斤顶上，浇浇筑混凝土时，随随混凝土重量的变化千斤顶，抵消挠度变形。。（4）合拢段施工合拢段施工时通常常采用吊架或支架架。特殊情况时，也可可在挂篮上合拢，，即先拆除一个挂挂篮，用另一个挂挂篮走行跨过合拢拢段至另一端悬臂臂施工梁段上，形形成合拢段施工支支架。在合拢段施工过程程中，由于昼夜温温差影响，现浇混混凝土的早期收缩缩、水化热影响，，已完成梁段混凝凝土的收缩、徐变变影响，结构体系系的转换及施工荷荷载等因素影响，，因此，需采取必要措施，，以保证合拢段的的质量。合拢段施工关键键技术1）合拢段长度选择。合拢段长度在满满足施工操作要求求的前提下，应尽尽量缩短，一般在在2.0m左右。（设计确定）2）合拢温度选选择。一般宜在当当地年平均均气低温合合拢，合拢拢后应用草草袋等覆盖盖，并加强强接头混凝凝土养护，，使混凝土土早期结硬硬过程中处处于升温受受压状态。3）合拢段混凝凝土选择。混凝土中中宜加入减水剂、早早强剂，以便及早达达到设计要要求强度，，及时张拉预预应力束筋筋，防止合合拢段混凝凝土出现裂裂缝。4）合拢段采用用临时锁定定措施，采用劲性型型钢或预制制的温凝土土柱安装在在合拢段上上下部作支支撑，然后张拉部部分预应力力束筋，待待合拢段混混凝土达到到要求强度度后，张拉拉其余预应应力束筋，，最后再拆拆除临时锁锁定装置。。5）为保证合合拢段施工工时温凝土土始终处于于稳定状态态，在浇筑之前前各悬臂端端应附加与与混凝土质质量相等的的配重(或称压重)，加配重要要依桥轴线线对称加裁裁，按浇筑筑重量分级级卸载。如采用多跨跨一次合拢拢的施工方方案，也应应先在边跨合拢，同时需经经大量计算算，进行工工艺设计和和设备系统统的优化组组合。4、连续—刚构桥施工工过程中的的质量控制制4.1施工时易出现的质量量问题钢筋施工：保护层厚度度控制较差差，钢筋下下料尤其是是主筋尺寸寸误差较大大，钢筋焊焊接焊缝不不饱满、焊焊缝长度不不够、个别别用错焊条条型号等。。结构物沉降降缝或变形形缝不能按按照图纸或或设计进行行施工，结结构物不均均匀变形裂裂缝时常出出现。预埋钢筋或或预埋件位位置准确性性较差，梁梁板间铰缝缝钢筋不能能按图施工工。混凝土施工工跑模漏浆浆现象难于于杜绝。混混凝土振捣捣不规范，，过震、欠欠振现象较较为普遍。。混凝土湿接接缝处理不不规范，混混凝土界面面凿毛处理理较差，接接缝混凝土土质量不符符合设计要要求，一方方面是拌和和质量较差差，另一方方面是现场场振捣质量量较差，混混凝土松散散、离析较较为普遍。。预应力结构构张拉、锚锚固、压浆浆控制不严严，滑丝、、压浆不满满或漏压现现象。混凝土养护护，拆模时时间，养护护条件。4.2突出问题——预应力施工工质量预应力筋的的滑丝和断断丝金属波纹管管孔道漏浆浆曲线孔道竖竖向位置偏偏差曲线孔道灌灌浆不密实实预应力张拉拉控制——由于预应力力对结构影影响较大，，应严格控控制预应力力施工质量量。4.3施工中需特特别关注的的几个问题题桥梁施工过过程体系转转换问题桥梁施工过过程影响因因素施工中临时时结构的安安全问题箱梁裂缝及及原因（1）施工过程程的体系转转换施工必须按按照设计预预定的程序序进行；施工前应制制定较严格格的施工过过程——施工步骤，，节段施工工时间；根据制定的的施工过程程，计算各各阶段的立立模标高，，并对施工工误差进行行技术调整整；合龙的时间间、措施尤尤为重要。。——进行桥梁施施工过程监监控是必要要的。（2）桥梁施工工过程影响响因素混凝土收缩缩、徐变温度挂篮、支架架变形预应力张拉拉混凝土收缩缩、徐变收缩、徐变变是混凝土土固有的特特性之一。。对连续刚构构，徐变伴伴随着施工工中体系转转换、临时时荷载的变变化、预应应力的张拉拉而对结构构产生重大大影响——内力，变形形。收缩对连续续刚构除由由于表明混混凝土干缩缩而产生裂裂缝外，还还会产生次次内力。连续刚构的的成桥反拱拱增大也是是徐变的影影响。温度混凝土水化化热温度变变化；环境温度变变化；温度表面干干缩裂缝；；温度次内力力及次应力力裂缝合龙温度。。挂篮和支架架变形产生结构附附加变形，，改变结构构受力状态态，发生施施工事故；；应作专门的的设计和验验算。２０１０年年１月３日日下午１４４∶２０时时，云南省省昆明市，，由云南建建工市政公公司承建的的昆明新机机场航站楼楼配套引桥桥工程在混混凝土浇筑筑施工中，，突然发生生了支架垮垮塌事故，，造成７人人死亡、８８人重伤、、２６人轻轻伤。2009.8.30贵阳市花溪溪区，在建建铁路桥垮垮塌，5名工人受伤伤，2名工人被埋埋。而工人人们介绍，，因混凝土土浇灌速度度过快等导导致事发。。预应力张张拉超静定结结构预应应力对结结构影响响更大；；预应力产产生的次次内力影影响不容容忽视；；预应力施施工质量量应引起起重视。。3）预应力力混凝土土箱梁裂裂缝（1）纵向弯弯曲裂缝缝。（2）纵向弯弯曲剪应应力裂缝缝。（3）预应力力筋未能能覆盖截截面产生生的裂缝缝。（4）桥墩两两侧箱梁梁腹板和和独立支支撑处箱箱梁横隔隔板中的的裂缝（5）温度收收缩裂缝缝。（6）箱梁底底板的锚锚下裂缝缝。（7）大吨位位预应力力引起的的裂缝。。3）预应力力混凝土土箱梁裂裂缝原因分析析（1）主桥总总体设计计中对箱箱梁截面面尺寸的的拟定不不合理，，其中包包括梁高高，腹板板及顶板板厚度尺尺寸，承承托布置置及尺寸寸。（2）设计抗抗弯剪能能力不足足。（3）未合理理考虑温温度应力力。（4）对超静静定预应应力混凝凝土连续续梁桥设设计中的的次内力力影响估估计不足足。（5）预应力力束布置置不合理理。（6）预应力力张拉未未达到设设计要求求。（7）材料自自身强度度不足。。（8）施工技技术差错错或未考考虑施工工精度的的误差。。5、连续—刚构桥的的施工监监控5.1桥梁施工工控制的的必要性性为了保证证施工质质量，必必须要对对复杂建桥桥的整个过过程进行行严格的的施工控控制。也可以这这样说，，桥梁施施工控制制是桥梁梁建设质质量的保保证。衡衡量一座座桥梁的的质量标标准就是是要保证证已成桥桥的线形形以及受受力状态态符合设设计要求求。对于桥梁梁的下部部结构，，只要基基础埋置置深度和和尺寸以以及墩台台尺寸准准确就能能达到标标准，容容易检查查和控制制。对采用多多工序、、多阶段段自架设设体系施施工的大大跨度桥桥梁的上上部结构构而言，，要求结结构内力力和标高高的最终终状态符符合设计计要求，，就不那那么容易易了。比如预应应力混凝凝土刚构构桥和斜斜拉桥在在悬臂浇浇筑l号块件时时，如预预抛高设设置不准准，可能能影响到到以后各各节段和和合拢标标高以及及全桥的的线形。。5.2施工控制制的内容容（1）大跨度度桥梁施施工控制制内容结构变形形控制桥梁结构构尺寸的的控制是是施工控控制的基基本要求求。但结结构在施施工形成成过程中中均要产产生变形形，加之之施工过过程中各各种误差差的积累累，因此此任何一一个结构构不可能能达到与与设计尺尺寸准确确无误的的吻合，，故要尽尽量减少少结构尺尺寸与设设计尺寸寸的偏差差，并将将其降低低到允许许的程度度。结构应力力控制结构应力控制制好与否，在在外观检查时时不易发现。。但是，如果果结构实际应应力状态与设设计应力状态态不符，将会会给结构造成成危害，并较较之结构变形形的影响为大大，所以，在在对桥梁进行行施工控制时时，尤其要注注意对结构应应力的监控。。结构稳定控制制桥梁结构的稳稳定关系到桥桥梁的安全，，它与桥梁的的强度有着同同等重要的意意义。目前，，桥梁的稳定定性已引起人人们的重视，，但人们只注注重桥梁的稳稳定计算，而而对施工过程程中可能出现现的失稳现象象还没有可靠靠的监测手段段，尤其是随随着桥梁跨径径的增大，受受动荷载或突突发情况的影影响，还没有有快速反应系系统。安全控制对桥梁施工中中可能发生的的意外，临时时结构的变化化等对桥梁的的安全影响。。5.3施工控制方法法主要有三种：：一是采取纠偏偏终点控制的的方法，即在施工过程程中，对产生生主梁线形偏偏差的因素跟跟踪控制，随随时纠偏，最最终达到理想想线形，这种种方法常用Kalman滤波法和灰色色理论等。二是应用现代代控制理论中中的自适应控控制方法，即对施工过程程中的标高和和内力的实测测值与预计值值进行比较，，对桥梁结构构的主要基本本设计参数进进行识别，找找出产生实测测值与预计值值(设计值)产生偏差的原原因，从而对对参数进行修修正，达到双双控的目的。。三是在设计时时给予主梁标