大跨连续刚构拱桥Y型三角区关键施工技术

杨诚祺 黄明超

中铁二局第四工程有限公司

大跨连续刚构拱桥Y型三角区关键施工技术

杨诚祺 黄明超

中铁二局第四工程有限公司

邓村80+150+80m大跨度连续刚构拱桥Y型三角区设计新颖，结构复杂，支架支撑体系安全风险较高，文章结合该桥Y形三角区支撑体系设计、预压、大体积砼浇筑及防裂、高支模“自动化”监测、应力及线形控制等关键技术进行介绍、总结，供类似工程施工参考、借鉴。

大跨度连续刚构拱桥 Y型三角区 施工技术

1 工程概况

1.1 工程概述

邓村(80+150+80)m连续刚构拱桥全长310m，线间距为4.2～5.0m。平曲线半径500m，纵坡0%，无横坡，上部结构由Y形三角区、悬臂浇筑段和边跨现浇段、合拢段几部分组成，采用挂篮悬臂浇筑+支架现浇法施工。

Y型三角区全长57m，由拱肋、肋梁交汇段和拱上梁三部分组成。拱肋为上宽下窄梯形，结构高2.15～2.76m，宽4.5～5.201m，钢筋砼实心结构；肋梁交汇段梁高5.79m，中墩顶梁段截面梁高2.0m，梁高沿纵向按2.5次抛物线变化，至拱梁交接处梁高为2.47m；拱上梁为单箱单室斜腹板箱梁，顶宽10.8m，高2m，底宽5.4m。单个Y型三角区主要工程数量为C60砼1150m3，钢筋330t，钢绞线18.8t。

1.2 重难点

(1)Y型三角区总长达57m，平曲线半径仅500m，平面及高度线型同时变化，桥面宽随线间距变化，梁底板上下缘沿曲线变化，拱肋宽成扇形递增变化，梁体变形特点复杂(竖向变形、横向变形、扭转变形)，不仅考虑竖向预拱度，还要考虑桥墩的侧向偏移和箱梁的扭转，线形控制难度大；

(2)Y型三角区设计新颖，结构独特，施工次数多(分三次浇筑)，预应力复杂，拱肋与墩交接处、拱肋与主梁交接处等关键部位易造成混凝土开裂；

(3)主墩SD123三角区小角度斜跨既有邓村桥(该桥老化严重，承载力不足、跨度25m)，模板及支架体系(含基础)设计难度大、风险高。

2 施工工艺流程

三角区施工工艺流程：交通疏解→河中钢管桩施工→钢管桩承载力检测→岸上地基处理→拱肋支架搭设(含跨河段钢管桩及贝雷梁支架体系预压)→支架预压→拱肋模板安装、钢筋制安→I区(拱肋)砼浇筑、养护→II区(拱梁交汇段)模板安装、钢筋制安→II区砼浇筑、养护→II区张拉压浆→III区(拱上梁)支架搭设→III区模板安装、钢筋制安→III区砼浇筑、养护→Y形三角区张拉压浆→拆除Y形三角区支架。

图2-1 Y型三角区浇筑顺序示意图

3 Y形三角区关键施工技术

3.1 跨河段支架体系设计、施工

3.1.1 跨河段基础设计及承载力检测

SD123主墩拱肋段斜跨既有邓村既有桥(2*12.5=25m跨简支梁板)，鉴于拱肋重量大、Y腿结构对沉降敏感，采用“单跨跨越”施工风险大，对结构不利。为做到支架安全可靠、经济合理、技术可行，经仔细研究地质资料，本着充分利用旧桥基础的原则，采取了“桥面破洞施工钢管桩基础+既有桥基础”相结合的组合基础型式，经计算，设φ630*10mm钢管桩4排20根，单根长24米，横桥向间距2.0m，顺桥向间距3.0m，每排钢管桩顶设双拼I50b工字钢，解决了跨河支架基础设置的难题。

选取受力分析承受最大承载力的钢管桩，做单桩承载力试验，试验方法采用500t液压千斤顶+双拼I50b工字钢与相邻两根钢管桩焊接组成的反力架进行。

3.1.2 跨河段组合支撑体系堆载预压技术

贝雷梁单层长21m，高1.5m，间距：拱肋下22.5cm，翼缘板下90cm。

跨河段支撑为20根钢管桩+工字钢+31榀贝雷梁等构成的组合体系。根据Madas Civil软件，该体系总计需承重1647.2t，采用砼块按10%，50%，100%，120%四级加载，布设6个沉降观测点和4个扰度观测点(见图3-1钢管桩沉降及贝雷梁扰度测点布置图、见图3-2沉堆载预压贝雷梁)，通过千分表精准动态监测，其中沉降观测允许变形值为5mm，贝雷梁跨中允许挠度值L/400=3/400=7.5mm。

图3-1 钢管桩沉降及贝雷梁扰度测点布置图

图3-2 堆载预压贝雷梁

图3-3 堆载预压沉降及扰度曲线图

经实测，最大沉降为3号测点(累计最大沉降2.4mm，其中弹性1.8mm、非弹性0.6mm)，最大扰度为2号测点(累计最大变形7mm，弹性3.5mm、非弹性3.5mm)，测点位置与计算模型吻合(见图4-5堆载预压沉降及扰度曲线图)，测点变形值满足要求。

3.1.3 满堂支架设计、搭设及预压施工要点

拱肋下方(拱肋段支架)：Y肋下方支架横向间距30cm，翼缘板横向间距60cm，纵向间距60cm，靠近墩身12.0m范围内步距120cm，远离墩身14.0m范围步距60cm。

拱肋上三角区(拱上梁支架)：纵向间距90cm，横向间距为：底板下60cm、腹板下30cm，步距120cm；拱肋下部从桥墩算起16m范围内纵向间距60cm，横向间距30cm，步距120cm；16m至28m范围内纵向间距60cm，横向间距30cm，步距60cm(见图3-4 Y肋及拱上梁支架结构断面图)。

施工要点：

(1)碗扣支架严格按方案和规范要求搭设，Y型拱肋两侧支架通过水平普通钢管连接成整体，以克服混凝土浇筑过程中产生的水平力。

(2)支架顶托与纵向承重方木间的空隙通过三角形方木砌块填塞密实，确保立杆垂直作用于拱肋上，以克服16°拱肋水平分力对结构的不利影响。

(3)由于拱肋、拱梁交汇段及拱上梁结构复杂，吨位大(约 3200t)，路中场地受限，故在支架及底模铺设完成后，选择9m代表断面，采用钢筋按50%， 100%，120%分级加载预压，共设3个断面，每个断面设3个观测点，通过水准仪、全站仪适时监测(图3-5堆载预压及测点布置图)。经实测，最大变形8mm，变形值满足规范要求。

3.2 模板及钢筋工程施工要点

图3-4 Y肋及拱上梁支架结构图

图3-5 堆载预压及测点布置图

因主墩墩身需预留2m与拱肋一起浇筑，为有效支撑墩身后浇段与拱脚模板，克服倾斜拱肋砼浇筑水平分力对拱脚及墩身的不利影响，设计了“钢管柱(通过精轧螺纹刚对拉)+定型钢模”拉撑组合体系(见下页图3-6 墩肋结合段支撑体系结构图)，确保了结构施工安全。

拱肋及其以上部位均采用122×244×1.8cm木模，次龙骨为10*10cm方木@20cm，主龙骨为三排双拼[10槽钢，精轧螺纹钢对拉，支架底垫15cm×15cm方木(与贝雷梁接触处垫I16工钢)。钢筋下料严格按照设计尺寸，纵向主筋采用直螺纹套筒连接。

3.3 混凝土施工操作要点

3.3.1 混凝土性能。根据各浇筑段长度、方量、钢筋间距，拱肋斜度，结合砼振捣所用时间和泵送砼施工需要，控制坍落度140-180mm，初凝时间8～10h。

3.3.2 混凝土浇筑及养护。根据三角区拱肋、肋梁交汇段及拱上梁砼方量，每段浇筑施工尽量缩短，严格“分层连续叠浇、左右对称、一次到位”。针对倒梯型斜截面(呈16度倾角)实心拱肋，采取分块随浇随捣固后压“顶模”方式，在辅以人工敲击顶模。关键受力部位(如Y腿与主墩交接部位，Y腿与主梁交接部位)钢筋密集，采取φ30cm振捣棒辅以振捣，确保砼内实外美(图3-7 Y肋砼浇筑)。

为避免新旧混凝土收缩徐变差导致后浇混凝土开裂，采用关模养护7天的方式确保混凝土养护质量，顶面覆盖塑料膜土工布保温保湿养护14天。

图3-7 Y肋砼浇筑

3.3.3 施工缝的处理。合理安排施工工序，使施工缝的混凝土龄期差异控制在14天内，并在施工断缝周边1～2m范围内添加表面D8防裂钢筋网片，严格凿毛，露出新鲜粗骨料，并将混凝土渣清除干净后，方可进行下段施工。

3.3.4 砼防裂采取的主要措施。为防止混凝土水化热引起的温差拱肋裂缝及变形等危害，采取了如下温控措施：一是采用低水化热硅酸盐水泥；二是优化混凝土配合比设计，C60混凝土采用5-25mm连续级配碎石、Ⅱ区中砂，选用低水化热水泥，内掺15%S95矿粉掺和料，SKT-S2高性能缓凝减水剂；混凝土中掺加高效减水缓凝泵送剂，达到延缓水泥水化反应时间和速度、降低水胶比的目的；三是浇筑前对骨料、拌合用水降温，控制混凝土入模温度；四是在结构内部预埋温度计，适时监测混凝土内部温度，及时采取有效降温措施，防止内外温差过大开裂；五是在其结构内部布设“S”型冷却管(管径φ48×3mm)，做到及时通水降温。

图3-6 墩肋结合段支撑体系结构图

3.3.5 高支模“自动化”监测与常规监测“双控”技术。首次采用智能无线数据采集仪，通过安装位移、双轴倾角及轴压传感器，借助无线接收器，做到了全方位自动、实时采集支架沉降、倾角、轴力等数据，并在室内监测平台动态、直观显示，不仅解决了传统全站仪及水准仪数据采集单一的问题，而且克服了长时间测量人为误差及夜间测量困难的问题。同时通过支架吊线锤方式、借助水准仪、全站仪传统方式采集支架沉降、位移及变形数据，智能仪器与人工监测双控双保险(见图3-8 支架体系监测布置图、表3-1 自动化监测成果表)。

表3-1 自动化监测成果表

3.4 预应力工程施工操作要点

3.4.1 三角区预应力张拉采用“四顶同步智能张拉”，张拉顺序先下后上，先长束后短束，先张拉腹板束，再顶板、底板束，同一类型截面束对称张拉。预采用“双控”，以张拉力为主，以预应力筋伸长值校核，实际伸长值与理论伸长值偏差不大于±6%。

3.4.2 为防止肋梁交汇段及拱上梁施工缝出现降温收缩裂缝，采取早期预应力张拉技术措施：浇筑完成拱上梁段后，待梁体混凝土强度达到设计值的95%，且梁段混凝土龄期不少于7天时，对2T0、2D3b、2D2b、2D2c钢束进行初张拉，张拉控制应力为0.4fpk。待梁段混凝土强度达到设计值的100%及弹性模量达到设计值的100%后 终 张 拉2T0、2D3b、2D2b、2D2c钢束。

3.5 应力控制

由于梁部施工临时支架受力复杂，为保证拱肋安全，确保拱肋在施工过程中不出现拉应力裂缝，在拱肋根部和端部共四个截面布置钢筋应力计，每个截面布置4个共16个应力计，及时对施工各阶段受力进行监测、分析，并及时采取相应措施，确保三角区施工安全。

3.6 线形控制

施工前综合考虑三角区域拱肋的支架体系变形、梁段的自重、钢束张拉、温度变化、混凝土收缩徐变及活载作用等各种因素的影响，在结构竖向方面：计算出每一段悬臂梁端点的各种挠度值，根据挠度值设计各截面预留拱度，施工过程中加以调整。高程用高精度电子水准仪进行测量，平面位置测量采用1’精度全站仪测量(直线段5m/断面，曲线段2m/断面)。

4 结语

Y型三角区结构新颖、构造复杂，支架施工安全风险性较大。从Y型三角区施工情况来看：①支架体系采用Madas Civil仿真分析受力各种工况可靠有效；②通过单根钢管桩承载力试验、贝雷梁堆载试验及支架预压，支架沉降变形监控数据有效验证了支架的稳定性；③斜面浇筑混凝土采用“压模”方式，使砼内实外美；④运用高支模“自动化”监测，实现了监控自动化、一体化集成。通过该桥的施工经验，为类似桥梁施工提供参考。

[1]《铁路桥涵工程施工质量验收标准》(TB10752-2010)

[2]《铁路预应力砼连续刚构桥(刚构)悬臂浇筑施工技术指南》(TZ324-2010)

图3-8 支架体系监测布置图