高速铁路H 型双塔斜拉桥大跨度水中梁柱式支架现浇梁施工质量控制

2024-05-19王俊俊WANGJunjun

价值工程 2024年13期

王俊俊WANG Jun-jun

（中铁十七局集团有限公司第四工程有限公司，重庆 401120）

1 工程概况

遂宁涪江特大桥位于四川省遂宁市境内，跨越船山区、河东新区、经开区，全长5585.5m。该桥梁集成了梁体预制架设、移动模架现浇、连续梁挂篮悬浇、全封闭声屏障梁、H 型双塔斜拉桥等多项重难点施工工艺，桥梁施工组织要求高，施工难度大，是全线重难点控制性工程之一。桥址区处四川盆地腹心，位于新华夏系第三沉降带，四川沉降褶皱带之川中褶皱带内，其构造以褶皱为主，构造形迹为近东西向，褶皱宽阔平缓，并表现为排列有序的鼻状背斜及箕状向斜。

遂宁涪江特大桥主桥88#墩～93#墩为钢混结合梁H型双塔斜拉桥跨越涪江主河道，全长579m，孔跨布置为（64+73+305+73+64）m 结构形式。索塔采用H 型桥塔，共设置56 对斜拉索，扇形布置。斜拉索与索塔采用混凝土侧壁锚固形式，梁端锚固，塔端张拉，斜拉索在梁端索距为8m 和10m，最大索长173m。90#索塔高118m 位于涪江东岸，91#索塔高122m 位于涪江河道中，主梁由边跨混凝土箱梁和中跨钢混结合梁两部分组成，混凝土箱梁与钢混结合梁衔接处设置钢混过渡段。遂宁涪江特大桥主桥纵断面如图1 所示。

图1 遂宁涪江特大桥主桥纵断面示意图

本文仅以涪江河道中91#～93#墩斜拉桥边跨现浇梁为例，阐述大跨度水中梁柱式支架现浇梁施工技术及质量控制。

2 支架设计

2.1 总体方案选定

施工前结合场地布局、施工进度控制、施工安全控制、施工质量控制、施工成本控制等多因素综合对比分析，对施工方案进行比选。

方案一：支架采用梁柱式支架，采用φ630@8mm 螺旋钢管柱直接插打入河床底，支架大梁顺桥向布置，承重贝雷梁横桥向布置形式，待梁体施工完成后可提前拆卸部分支架，用于周转使用。方案一支架纵断面如图2 所示。

图2 方案一支架纵断面图

优点：承重贝雷梁横桥向布置形式可在梁体施工结束后、斜拉索张拉前提前拆卸部分材料周转使用，节约成本。

缺点：①钢管柱、贝雷梁等支架材料初期投入量大，成本高，不经济；②梁体施工结束后、斜拉索张拉前拆除部分支架危险因素众多，不拆除部分支架易受扰动、稳定性差，难以保证施工安全，风险高；③提前拆卸部分支架时对梁体扰动因素众多，内力发生变化，质量风险高，实体质量难以保证。

方案二：支架采用梁柱式支架，基础采用混凝土灌注桩，φ630@10mm 螺旋钢管柱在基础混凝土初凝前埋入，支架大梁横桥向布置，承重贝雷梁顺桥向布置形式，支架待斜拉索挂设完成后一次性拆除。方案二支架纵断面如图3 所示。

图3 方案二支架纵断面图

优点：①支架在挂索后一次性拆除，施工内容清晰明了、井然有序，安全风险低；②支架整体稳定性好，不对梁体造成扰动，保证施工质量不受影响；③不考虑支架材料周转使用，支架到场后一次搭设完成，加快施工进度，工期可控。

缺点：钢管柱、贝雷梁等支架材料占压时间长，无法提前拆除周转使用，不经济。

结论：通过方案对比分析，在保证施工安全的前提下保证施工质量100%合格，同时抓好施工进度及成本控制，最终选定方案二支架形式。

2.2 支架设计

根据施工经验，结合箱梁的结构尺寸、斜拉索的索锚区位置以及现场地形条件，通过结构验算，支架设计如下：

91#～93# 墩现浇梁位于涪江河道中，91～92# 墩跨度73m，92#～93#墩跨度63m。采用筑岛工艺填筑出施工便道并碾压密实，将水上施工变为陆上施工。支架基础采用单桩单柱工艺，以混凝土桩基础为持力构造，螺旋钢管为支架支撑柱，钢管柱主要布置在斜拉索的索锚区对应位置，间距8m 或10m。钢管柱间设I20 工字钢连接系，柱顶设砂箱为卸落装置，砂箱上型钢及贝雷梁为主要承重结构，整体组合而成梁柱式支架。

支架正式施工前做好河床底地层的勘探工作，详细掌握地质情况，认真验算桩基础承载能力及桩底标高。91#～92#墩73m 跨支架每排设置5 根立柱，横向间距4m，纵向间距8m；92#～93#墩64m 跨支架每排设置4 根立柱，横向间距5m，纵向间距10m。基础采用φ1.5m 旋挖钻钻至设计标高，清孔后下方钢筋笼、灌注混凝土，在桩基础混凝土灌注后、初凝前将φ630@10mm 钢管柱插入桩基混凝土内埋深不少于3m。采用坡口焊工艺接长至设计顶标高，按设计尺寸焊接横纵向I20 工字钢连接系和剪刀撑，并将提前预压完成的砂箱居中对正固定在钢管柱顶。91#～92#墩73m跨支架横断面如图4 所示，92#～93#墩64m 跨支架横断面如图5 所示。

图4 91#～92# 墩73m 跨支架横断面图

图5 92#～93# 墩64m 跨支架横断面图

砂箱顶设置三拼I56b 工字钢横梁，其上架设贝雷梁作主要承力梁，贝雷梁上下均设置加强弦杆，并在贝雷梁与三拼I56b 横梁的交叉节点处增设20#槽钢立杆。91#～92#墩73m 跨支架设置9 组贝雷梁，在底板下间距1.1m，斜底板下间距0.8m 和1m，如图4；92#～93#墩64m 跨支架设置8 组贝雷梁，在底板下间距1.2m 和1.5m，斜底板下间距1.2m 和1.5m，如图5；贝雷梁之间采用900 型支撑架连接。贝雷梁上为横向I12 工字钢分配梁，分配梁间距30cm 一道。分配梁上部，斜底板位置设置I20 工字钢自制三角桁架，纵向间距0.6m 一道，桁架上安装钢模；平底板位置直接铺设底模。

2.3 模板设计

混凝土箱梁为单箱三室等高截面，梁顶宽15m，梁高4.2m，箱梁两侧设风嘴，在靠近钢混过渡段梁宽加宽至15.6m。

混凝土主梁每隔8m 或10m 布置一道横隔梁，与斜拉索位置对应设置，混凝土箱梁上共计30 道斜拉索；横隔板厚度0.5m，中室设矩形过人孔，尺寸1.2×1.5m，边室设直径1m 的圆形过人孔。

标准横截面顶板、底板及斜底板厚度为40cm，中腹板厚50cm，边腹板厚1.7m；在边支点及桥塔支点横梁处底板及斜底板加厚至90cm，中腹板加厚至138cm，边腹板加厚至194cm，顶板加厚至1m 和0.5m。标准横截面如图6所示；横隔板横截面如图7 所示。

图6 标准横截面图

图7 横隔板横截面图

箱梁模板包括外模、内模和端模。内模和底模均采用15mm 厚优质竹胶板根据梁体尺寸加工而成；斜底板和侧模采用钢模。底模系统自下向上分别由承重方木和面板组成，承重方木为10cm×10cm 方木，其直接纵桥向平铺在支架I12 分配梁上，方木中心间距30cm。斜底板模板安装前，先安装模板底三角支架，支架采用12#工字钢加工。支架立杆置于贝雷片弦杆上，横向间距同贝雷片间距，纵向间距0.6m，支架顶设置1m 宽操作平台，平台外侧设置1.5m 高护栏。斜底板与外侧模采用钢模，斜底板模板在钢筋绑扎前安装，外侧模在腹板钢筋绑扎完成后安装。

内模由横隔板模板、顶板模板、腹板模板、倒角模板组成，箱室底板不设置模板，两侧斜底板设置模板。模板背肋沿桥梁横向设置，纵向间距30cm。模板间缝隙用橡胶密封条填塞。内模利用直径48mm 钢管脚手架进行加固，立杆横向间距60cm、75cm，纵向间距100cm，竖向步距0.5～0.75m，杆头均采用可调顶托，顶托上安装12.6#槽钢支承模板。支架立杆底部安装自制钢筋底托，钢筋底托由4 根φ25mm 钢筋组拼焊接而成。钢筋底托上口插在立杆内，底口直接落在底模高强混凝土垫块上。内外模板之间通过拉杆进行固定，中腹板拉杆竖向间距0.75m，水平间距0.5m；斜腹板拉杆竖向间距0.8m，水平间距0.5m，斜腹板拉杆垂直于边腹板外模，拉杆内侧斜角处采用木楔块楔紧，箱梁模板安装形式如图8 所示。

图8 箱梁模板安装示意图

3 施工质量控制

3.1 施工准备

所有投入施工生产的原材料进场时必须经过检验且合格后方能投入使用。钢材、钢铸件的品种、规格、性能要求等检查其质量合格证明文件、检验合格标志和检验报告等。进场的钢板，每一品种、规格抽查不少于5 处，钢板的厚度及允许偏差符合其产品标准的要求。型钢采用钢尺或游标卡尺检测其规格尺寸和偏差，符合其产品标准的要求。钢材表面有锈蚀、麻点或划痕等缺陷时，其深度不得大于该钢材厚度负允许偏差的1/2，钢材端边或断口处无分层、夹渣等缺陷。

高强度连接螺栓按包装箱配套供应，包装箱上表明标号，规格、数量及生产日期。螺栓、螺母、垫圈外观表面涂油保护，不应出现生锈和沾染赃物，螺纹无损伤。

支架原材料及构配件进场后检验其材质、规格尺寸、焊缝质量、外观质量等资料，同时核查产品标识及产品质量合格证，核查供应商配套提供的管材、铸件、冲压件等材料的材质、产品性能检验报告。重复使用的支架材料及构配件，经检查合格后方可使用，必要时通过荷载试验确定其实际承载能力。

3.2 支架基础

支架施工6 个月前，将91#～93#墩现浇梁施工区域采用筑岛工艺分层填筑并碾压密实，填筑完成待筑岛体自由沉降稳定后再进行支架施工，以避免岛体沉降牵动支架整体位移而失稳。采用潜孔钻在支架钢管柱位置钻探取芯，并详细记录地层岩性，以保证支架基础稳定支承在持力层上。桩位地层岩性统计完成后进行比对分析，参照《铁路桥涵地基和基础设计规范》TB10093-2017 进行验算桩基础承载能力，计算得出每根桩端标高及桩长。采用旋挖钻进行施工混凝土灌注桩，桩基成孔后尽快完成混凝土灌注，避免塌孔造成孔底沉渣量大。支架基础检查验收类目见表1。

表1 支架基础检查验收类目

3.3 φ630@10mm 螺旋钢管柱

支架所用钢管柱不得有明显变形和削弱截面的硬伤，钢管柱柱脚和柱顶均按设计要求设置加劲钢板，保证在支架的整体稳定性，不失稳，在立柱间设连接系，连接系采用I20 工字钢。

螺旋钢管柱在桩基础混凝土初凝前埋入，施工前通过地面标高-桩顶标高+埋入深度=螺旋管预埋控制高度。钢管柱预埋前，提前在钢管柱上画出标记，通过标记位置判定埋深是否满足设计要求，钢管柱埋入后采用靠尺在两个方向呈90°测量控制，以保证其竖直。钢管柱接长采用“V”型坡口对焊，坡口角度60±5°，焊缝满焊厚度1cm，对接焊完成后，沿焊缝四周绑焊6 块60cm×10cm 的同材质钢板；每一道焊缝等级不低于二级焊缝。钢管柱与I20 工字钢连接系节点处焊接连接，焊缝必须饱满、无漏焊、无点焊。钢管柱检查验收类目见如表2。

表2 钢管柱检查验收类目

3.4 柱顶三拼56b 工字钢横梁

钢管柱顶三拼56b 工字钢横梁长度19m，安装前在地面平整场地上采用3 根长19m 的I56b 工字钢并焊，上下翼缘板间采用焊接连接，每1m 焊接一处，每处焊缝长度不少于20cm，对应钢管支墩处要加强焊接，焊接长度不小于60cm，在现场加工，吊车吊装。

接长时采用对接焊缝，对接接头位置上下翼板及腹板全部满焊，在上翼板和下翼板内侧位置均绑一块60×13.5cm 的钢板进行补强，在腹板两侧各帮一块60×47.5cm的钢板进行补强。相邻两工字钢接头错开间距不小于2m。三拼工字钢横梁检查验收类目见表3。

表3 三拼工字钢横梁检查验收类目

3.5 贝雷梁桁架的拼装

贝雷梁在平整宽敞场地上拼装，拼装时先安装单片贝雷片的上弦杆和下弦杆，弦杆与贝雷片之间采用螺栓连接。弦杆安装完成后先用25t 吊车将第一片贝雷片吊装拼装位置后采用型钢对贝雷片进行支撑防止倾斜，再进行相邻组的第一片拼装，安装连接件，连接件与贝雷片连接采用螺栓连接；进行第一组的第二片安装，第二片的贝雷片阳头放置到位后，人工将专用销子将两片贝雷片连接，若遇到销子安装时阻力较大时可以采用平头铁锤敲打直至安装到位，销子到位后安装保险卡，防止使用过程中，销子的脱落。再安装花架连接件，安装第二组第二片贝雷片安装，依次重复以上步骤单组接长。

在三拼工字钢横梁上按设计间距将各组贝雷片的位置用油漆标好，用吊车将已联结好的每组贝雷片按先中间后两边的顺序吊装到位，首先在梁体中心线上对称布置一组，其余贝雷片组按照设计间距布置，每吊装就位一组贝雷梁后，采用一个“U”型抱箍固定一次，同时在贝雷梁外侧竖向焊接一根10cm 长角钢将贝雷片固定在横梁上，以防止后续吊装作业时贝雷梁移位。贝雷梁检查验收类目见表4。

表4 贝雷梁检查验收类目

3.6 安全防护设施安装

在支架端头处设置梯笼作为人员上下通道，梯笼与桥墩之间采用10#角钢附墙。支架顶设置1m 宽操作平台，平台外侧设置1.5m 高护栏，护栏立柱利用φ42mm 无缝钢管焊接成型，平台底部设置踢脚板以避免小型器具掉落造成高空坠物伤人事件。支架四周设置波形护栏防撞设置，以避免支架在投入使用期间受外界因素干扰。安全防护设施检查验收类目见表5。

表5 安全防护设施检查验收类目

3.7 支架预压

在支架结构安装完成并检查合格后进行预压。预压的目的一是检验支架及地基的强度及稳定性，消除混凝土施工前支架的非弹性变形（消除整个地基的沉降变形及支架各接触部位的变形）。二是检验支架的受力情况和弹性变形情况，测量出支架的弹性变形。

加载时按照最大施工荷载的0→60%→100%→110%→100%→60%→0 进行三级加载，并监测各级荷载下的位移和变形。每级加载完毕1h 后进行支架的变形观测，加载完毕后每6 小时测量一次变形值。预压卸载时间以地基沉降变形稳定为原则确定，最后两次沉落量观测平均值只差不大于2mm 时，即可终止预压。

因梁体跨度大、断面尺寸大、混凝土方量大，从而需要的预压材料量较大，预压方式按照分段预压的形式进行逐段预压，每节段预压时需搭接一跨钢管立柱。预压过程中的荷载尽量模拟箱梁自重及施工过程中荷载的特点进行布置。预压材料采用混凝土预压块，共分为四次预压完成，第一次预压49.5m，第二次预压26.45m，第三次预压43.4m，第四次预压38.1m。待消除支架非弹性变形量及压缩稳定后测出弹性变形量，即完成支架预压施工。

监测断面设在每跨支架的支墩处，监测点设在桩基础顶面、横梁顶面和纵梁跨中位置，每组布置5 个监测点并对称梁纵向中心线布置。为便于观测，横梁顶面监测点采用焊接钢筋头一端固定在横梁上，另一端引至横梁以下20cm 处，在钢筋头上挂设测量反光贴。预压之前需测量各观测点的原始标高，预压开始后继续测量，并作详细记录，为施工调整模板提供准确依据。

预压时竖直和水平位移监测内容主要包括：

①基础沉降变形。

②支架竖向位移。

③支架顶面水平位移。

④钢管柱支架纵（横）梁的挠度。

⑤近邻结构物变形。

支架预压检测频率符合下列规定：

①支架加载前，监测记录各监测点初始值。

②每级加载完成1h 后进行支架的变形观测，以后间隔6h 监测记录各监测点的位移量，当相邻两次监测位移平均值之差不大于2mm 时，方可进行后续加载。

③全部预压荷载施加完成后，间隔6h 监测记录各监测点的位移量；当连续两次6h 监测位移平均值之差不大于2mm 时，即认为支架已经稳定，方可卸除预压荷载。然后根据观测值绘制出支座预压变化（时间—下沉量）关系曲线。

④支架沉降监测采用水准仪，测量精度符合三等水准测量要求。支架平面位移采用全站仪进行观测。

支架预压完成后，根据监测数据计算分析基础沉降量和基础弹性变形量、非弹性变形量及平面位移量，评价支架安全性和确定立模标高，形成支架预压报告。

3.8 模板安装

木模安装时，木模背后采用10×10cm 方木做背楞，腹板位置方木中心间距20cm，其余位置方木中心间距30cm；木模与背楞采用铁钉连接，为保证梁体拆模后的外观质量达标，加工时将铁钉由木模一侧敲入方木中，使铁钉顶帽与模板面齐平；木模拼接时，接缝位置均设置在方木上，保证模板接缝错台控制在2mm 以内。钢模安装时，保证模板拼缝严密、无错台，所有拼接处均安装双螺帽。模板面打磨干净，全面涂刷脱模剂。模板安装检查验收类目见表6。

表6 模板安装检查验收类目

3.9 梁体施工

钢筋绑扎前在底板上按图纸尺寸放样出钢筋的间距，使钢筋排放正确。钢筋接头采用绑扎或搭接焊，搭接焊时提前将接头预弯，使钢筋轴心在同一直线上。接头双面焊长度不小于5d，单面焊长度不小于10d，焊缝宽度不小于0.8d，焊缝厚度不小于0.3d。

梁体预应力管道采用金属波纹管。波纹管接头位置避开孔道弯曲处，金属波纹管接长可采用大一号同型波纹管作为接头管，接头管长度不得小于30cm，且接头管两端采用密封胶或塑料热缩管封裹严密。孔道定位必须准确可靠，严禁波纹管上浮。直线段每0.5m，弯道部分每0.3m 设置定位钢筋一道，每道定位钢筋包括支承钢筋及定位在支承钢筋上的U 型环，支承钢筋与钢筋骨架连接，定位后管道轴线偏差不大于5mm。

预埋件安装：梁体预埋件包括内箱泄水管、梁面泄水管、腹板通风孔、无砟轨道连接增强型套筒、索道管、接地端子、接触网支柱基础等预埋件。通风管及泄水管预埋时注意螺旋筋的安装。增强型套筒、接触网支柱基础、索道管按照设计位置定位安装，安装时加强测量定位以及加固，混凝土浇筑时做好复测工作，及时纠偏。接地端子安装加强焊接质量检查，保证接地电阻＜1Ω。

索导管安装：索道管为Q345C 热轧无缝钢管，在后场加工完成，锚垫板在专用台座上加工制作，索道管下料后用砂轮机打磨割口，上下口尺寸精度控制在2mm 以内，锚垫板上预留出M12 螺栓孔，用于安装斜拉索防护罩。钢管切割后两端须磨光；钢管与锚垫板焊接时，锚垫板圆孔边缘不得露出钢管内壁，否则必须打磨平齐。在初步定位之后，进行精密定位测量，利用高精度的全站仪对索管的上下口分别进行复测。精密定位时将索道管上口控制点定位在索道管最上缘中心点位置，下口控制点定位在锚垫板的最上缘位置，测量位置的实测三维坐标与理论坐标相比较求差值，如果差值大于10mm 施工现场进行微调，继续测量，直至精度满足要求，将索道管与定位钢筋固结。

钢混过渡段钢梁安装：钢梁在钢拼场内加工成半成品，分片转运至现场后采用汽车吊吊装。钢混过渡段的钢梁在支架上吊装就位后，利用千斤顶调整钢梁标高、平面位置，调整到位后现场施焊，将分片半成品钢梁焊接成整体。

混凝土施工：混凝土采用C55 混凝土，弹性模量：≥3.6×104MPa；预应力张拉槽口、后浇带及钢混结合段采用C55 补偿收缩混凝土。在混凝土浇筑前，对模板、钢筋、预埋件及预留孔道等检查一遍，模板内的杂物和钢筋上的油污清除干净。穿好波纹管内的衬管后，对波纹管全面排查，如有破损及时进行更换或修复，防止漏浆。采用3台泵车浇筑，控制混凝土分层厚度不超过0.30m，混凝土下落高度超过2m 时，设置溜槽或串筒，保证混凝土的浇筑质量。锚固端、索道管四周、预应力钢束管道及钢筋密集部位采用Φ30 插入式捣固棒加强捣固，振捣时注意不触碰及破坏预埋件，若预埋件有移动，及时纠正并加固。