秋浦河矮塔斜拉主桥总体施工技术

2012-09-25江锡龙朱立山

湖南交通科技 2012年4期

江锡龙，朱立山

(1.池州市公路管理局，安徽池州 247000;2.湖南路桥建设集团公司，湖南长沙 410004)

1 工程概况

秋浦河主桥为(80+140+80)m跨径布置的矮塔斜拉桥，主梁为三跨连续整体式变截面连续箱梁。索塔高23.5 m，为钢筋混凝土独柱实心矩形结构，截面尺寸为3 m×4 m。斜拉索为双索面，每个塔均设有9对斜拉索。梁上锚固点顺桥向间距为5 m，横桥向间距为1.3 m。

主桥共包含 8#、9#、10#、11#四个墩身，其中 9#、10#为主桥主墩。具体见图1。

图1 主桥南跨布置图(单位:cm)

2 桩基施工

主墩每承台下均有16根直径2 m的钻孔灌注桩，其中9号墩桩长 30.2 m，10号墩桩长 42.9 m，采用C30水下混凝土，按端承桩设计。

主墩墩位均位于河床上，桩基上部覆盖层基本为淤泥质土，下部伸入微风化基岩。由于桩基钻孔深度大，成桩时间长，为确保在洪水期来临前完成基础施工，结合本桥端承桩的设计特点，对于淤泥质土层，采用冲击钻快速冲击成孔，并利用优质泥浆在孔壁形成稳定泥皮，确保桩孔稳定;对于高硬度的微风化岩层，采用回旋钻机刮刀钻头反循环钻进成孔。同时，为防止孔内沉淀过厚，影响端承桩的受力性能，在钻孔完成后，利用新鲜泥浆置换孔内的钻孔泥浆。

桩基施工时，由于水深较浅，在墩位处修建平岛作为主要的施工平台。

3 承台施工

主墩基础为矩形承台，承台平面尺寸为19.5 m×19.5 m，厚5 m，采用C30混凝土。为有利于施工，承台施工均安排在枯水季节施工。围堰分两次进行浇筑，浇筑高度分别为2 m、3 m。

3.1 主桥9#墩承台钢板桩围堰施工

9#墩紧侧邻枯水期径流，无法采用明挖基坑。根据现场的实际施工条件，采用钢板桩围堰进行施工，为确保承台的施工质量，围堰与承台间保持1.5 m间距，以有利于大面积钢模板的安装。围堰内部共采用两道内撑，每道內撑均位于每层混凝土顶面。每施工完一层混凝土，在承台混凝土及钢板桩围堰间分层夯实回填沙砾，然后拆除其顶面相应层内撑。承台混凝土施工完成后，即可拔除钢板桩(见图2)。

图2 钢板桩围堰承台施工示意图

3.2 主桥10#墩承台明挖基坑施工

10#墩离枯水期径流距离较远，且承台地势较高，承台底标高位于枯水期水位以上。施工时，采用明挖基础施工。基坑开挖深度为8 m以上。由于墩位处覆盖层主要为淤泥质土，土体稳定性较差，施工时，采用了缓坡、分级开挖、反压护脚、局部支挡、坡面防护、集中排水等措施确保了基坑的边坡稳定，防止基坑垮塌(见图3)。

3.3 承台大体积混凝土温控

承台施工的关键问题就是大体积混凝土温度控制，为利于大体积混凝土温度控制:①将承台分两次浇筑，每层厚分别为2 m、3 m，此种分层方法也方便墩身钢筋预埋;②对承台混凝土配合比进行专门设计及试验，以配制出泵送性能良好、水化热低、抗裂性能好的承台大体积混凝土，在施工时对混凝土配合比进行严格控制;③按要求控制混凝土浇筑温度，布设冷却水循环降温。

4 主塔施工

大桥主塔设计为实心矩形截面，主塔底截面尺寸为3 m×4 m，塔高23.5 m，布置在中央分隔带上。塔柱分节段进行施工，共8节:标准节段高度为3 m，共七节;塔顶段节段高2.5 m。

大桥主塔钢筋密集，竖、横、纵向钢筋间距最小为10 cm，混凝土浇筑振捣难度大;索塔内预埋的斜拉索分丝管索鞍体积、重量大，安装精度要求高;景观性要求高。

施工时，考虑到这些因素，采取了一系列技术措施确保了塔柱施工质量、外观满足设计要求:

1)为减少塔柱错台，采用翻模法进行节段混凝土浇筑施工。

2)考虑到塔柱截面较小，且为实心结构，采用无对拉螺杆大刚度模板施工技术进行混凝土浇筑:模板体系取消常规设置的对拉螺杆，通过在模板外侧设置大刚度横向钢围檩，模板转角处布置斜向拉杆拉杆，形成平面“□”受力体系，以有效抵抗混凝土浇筑时的侧向压力。

同时，通过采用大刚度的I36b型钢围檩;调整混凝土初凝时间;合理控制浇筑速度等技术措施降低混凝土侧压力，减少模板的变形。

3)为确保混凝土施工质量，在钢筋绑扎时，预设布料孔、振捣孔。

4)混凝土塑料膜包裹保湿养生，即可防止混凝土表面微裂纹的产生，又可避免混凝土表面污染，确保外观色泽美观。

5)索鞍安装采用型钢制作的劲性骨架进行定位，同“初调—精调”方式确保索鞍位置符合设计要求。

5 主桥上构箱梁悬臂施工

主桥混凝土梁段总长300 m，分离式双箱室结构，全宽34 m。0号块梁高4.5 m，梁长8 m，为直线段;跨中合龙处梁高2.5 m，梁长2 m;箱梁高度、底板厚度均按二次抛物线变化。梁标准断面如图4所示。

图4 混凝土梁标准断面图(单位:cm)

主桥上构箱梁从墩顶0号块开始施工，主桥共2个“T”，各有14对悬浇段，其中梁段数及梁长从墩顶至跨中依次为:1～5号梁段为5×3.4 m、6～13号梁段为8×5.0 m、14～15号梁段为2×4.0 m、合龙段为2.0 m。0、1号块拟采用支架现浇施工，2～15号块采用挂篮悬浇施工。悬臂浇筑最重梁段为6号梁段，重约 463.5 t。

5.1 四柱桁挂篮设计

悬臂浇筑节段采用三角形轻型挂篮进行施工。挂篮主要由以下部分组成:三角形主桁系统，悬吊系统，行走系统，锚固系统，模板系统，单个挂篮重达150 t。挂篮结构系统见图5。

挂篮主桁采用三角型结构，为型钢与斜拉板组合结构，单个挂篮采用四片主桁，主桁之间利用平联联结成整体;悬吊系统及底篮系统横梁均采用桁架梁，为解决主桁架、横梁系统受力不均匀、沉降变形大的问题，设计时采用总变形控制。

图5 挂篮结构图(单位:cm)

5.2 挂篮结构验算

整套挂篮的设计采用了ansys通用有限元程序，按照挂篮实际结构建立1/2空间模型进行整体分析计算。考虑挂篮承受的荷载有悬浇节段箱梁混凝土自重、人行荷载、施工荷载、挂篮荷载、工作平台荷载等，挂篮最不利荷载按6号梁段463.5 t计算，并考虑5%的超方。

由于箱梁翼板悬臂长，重量大，荷载主要作用于前吊模梁悬臂段，所以前吊模梁悬臂端绝对位移相对较大，最大为33 mm，在浇筑混凝土前，须对外侧模前端进行预抬高处理，以满足施工要求。挂篮各构件总体位移及其变形模拟如图8所示，其中底模纵梁相对前下横梁的相对最大位移为8 mm，满足要求(见图6)。

图6 挂篮整体变形图

5.3 挂篮的施工

挂篮拼装和预压:

拼装挂篮时，利用墩侧1台120 t·m塔吊将主桁架及平联各构件吊装至桥面进行拼装，由于前吊横梁重量大，无法一次吊装就位，因而采取分段吊装至支点位置，高空拼焊;底篮系统、外侧模及其行走梁则利用0号节段现浇支架作为挂篮拼装平台，利用挂篮的悬吊系统整体起吊就位。

预压荷载选用大型沙包，总加载量按最大节段箱梁重量463.5 t的1.05倍实施，荷载在挂篮上按混凝土浇筑施工时的实际受载模拟布置。同时，为减少堆载高度，部分沙包堆载采用钢筋代替。

荷载分4级进行加、卸载。在主桁架及底模板各设4个测点，外侧模前端外侧角点各设1个测点。加载前和每级加、卸载时对挂篮各测点进行观测并记录，以形成荷载—挠度曲线图，为梁段的立模标高提供依据。

5.4 挂篮的移动和悬臂浇筑

由于挂篮横向宽度大，主桁架片数多，为确保各主桁架能同步前移，挂篮行走系统采用可调同步前移液压顶推系统。该系统由油泵、大行程液压杆等组成。液压杆顶升端连接于主桁架前支点，后点支撑于挂篮纵移轨道上。液压杆相互之间通过三通管、分支油管采用并联方式与油泵连接，以实现各液压杆同步顶升，确保挂篮各主桁架能同步整体前移;同时，通过各分支油管油阀的开、关实现单、多台液压杆的灵活顶升，确保可实现挂篮上下游端相对平面位置的调整。

箱梁混凝土总体按悬臂端向根部的方向进行浇筑。浇筑时，先施工箱梁底板混凝土，再浇注腹板、横隔板混凝土，最后浇注顶板混凝土。竖向采用30 cm厚度进行分层浇筑。

由于箱梁横向宽度大，荷载分布不均匀，混凝土浇筑在横桥向上应进行对称浇筑，浇筑时两侧腹板混凝土高差不得大于1 m。

6 斜拉索施工

6.1 斜拉索体系

秋浦河矮塔斜拉主桥采用钢绞线斜拉索体系，体系由可换索式OVM250AT－43/55群锚锚具+多层防护的环氧树脂斜拉索组成。见图7。

图7 斜拉索体系组成

6.2 斜拉索体系选型

斜拉索为桥梁易损构件，为提高其耐久抗腐蚀性及后期易维护性，施工时，对大桥的斜拉索体系进行了选型。通过对比，最终选择了可换索式OVM250AT－43/55群锚锚具+多层防护的环氧树脂斜拉索组成的斜拉索体系，该体系具有以下特点:

1)采用环氧钢绞线斜拉索体提高斜拉索耐久抗腐蚀性。

2)采用可换索式OVM250AT－43/55群锚体系提高斜拉索后期易维护性。

6.3 斜拉索安装

根据池州秋浦河特大桥斜拉主桥斜拉索单根钢绞线间相互无粘结的特性，安装时，采用单根挂索、单根张拉的施工方法。即通过斜拉索组成的钢绞线的单根挂索实现整束斜拉索的挂索完成;通过斜拉索组成的钢绞线单根张拉实现整束斜拉索的张拉到位。

6.3.1 斜拉索挂索

单根穿索前，按设计要求，在钢绞线的穿索路线上安装好PE套管、锚杯、护套等其它附属构件，同时，在其内部采用张紧的临时钢绞线对PE套管进行空间定型。然后，由梁面一端的PE套管底口穿入，经过塔柱索鞍，由塔柱另一端梁面的PE套管底口穿穿出。再将钢绞线两端穿入梁索导管并伸出索道管的锚垫板、锚杯并留有足够工作长度。

由于大桥塔柱较矮，整个施工过程均采用人工穿索，塔端搭设脚手架平台作为施工平台。

6.3.2 斜拉索张拉

斜拉索多根钢绞线分先后依次进行单根张拉，每一根张拉的钢绞线会使梁端上抬，致使前面张拉的钢绞线缩短，产生应力损失。钢绞线张拉顺序越靠前的，损失越大。

因此，斜拉索钢绞线单根张拉时，为防止索力不均匀，各钢绞线根根据张拉顺序不不同而张拉控制力不同:首根张拉的钢绞线张拉控制应力相对于设计控制应力放大，然后，逐根递减，直至到最后一根张拉的钢绞线应力等于设计控制张拉应力。

首根张拉的钢绞线的张拉控制应力=设计控制张拉应力+斜拉索全部张拉完成后的梁端上抬量导致的单根钢绞线应力损失值。同时，该张拉控制应力应在施工过程中根据实际情况进行修正。

每根斜拉索张拉控制应力的理论递减值=斜拉索全部张拉完成后的梁端上抬量导致的单根钢绞线应力损失值÷斜拉索根数。实际施工过程中，由于多种因数的影响，每根斜拉索的理论递减值不一定等于实际递减值，理论递减量在实际施工中仅具有参考价值。

施工时，通过在首根张拉的钢绞线下设置压力传感器，实际测定每根斜拉索张拉后的首根钢绞线应力损失值，作为下一根斜拉索张拉的张拉控制应力实际递减值。

于是，张拉过程中各钢绞线的控制应力=前一绞线张拉力－前两根绞线放张后传感器读数的差值。

通过该方法，进行秋浦河大桥斜拉索的张拉，经测定，斜拉索钢绞线的应力偏差值均在设计及规范允许的范围内。