共和乌江特大桥边跨现浇段、合拢段施工方案设计与分析.docx

共和乌江特大桥边跨现球合拢段施工方案设计与分析第四工程有限责任公司赖庆招于凤伍摘要共和乌江特大桥在进行边跨现浇段、合拢段施工方案设计时，通过对边跨现浇、合拢段施工方法的创新和变更，有效地解决高墩大跨径连续刚构桥边跨现浇段、 合拢段普遍存在的支架投入巨大、费用昂贵的通病，克服了距离地面高度大的边 跨现浇段、合拢段施工技术难题，对国内同类型桥梁施工具有借鉴意义和推广价 值，为相关的桥梁施工提供新的思路、成熟的施工经验和工艺，此项施工技术的 推广运用能够有效地降低连续刚构桥梁的施工成本和施工难度，对提升连续刚构 桥梁在同等跨度桥型的竞争力大有裨益。关键词现浇段 边跨合拢段 施工方案 变更 支架1 工程概况共和乌江特大桥位于重庆市彭水县高谷镇境内，跨越乌江，是重庆至长沙高速公路工程 中的一座特大型桥梁。双向4车道，左幅全长1079.5米，右幅全长1032米，主桥为 (113+200+113)预应力砼连续刚构桥，主桥桥高138米，引桥为40米、50米先简支后结构 连续预应力砼T梁。主桥“T”构纵向划分中跨26个节段，边跨27个节段，梁段数量及梁段 长度分别为：12X3m、6X3.5m、8X4.25m。箱梁左右幅分四个“T”对称悬浇最大梁高12m， 最小梁高4m，顶板宽12m，底板宽6.7m，翼板宽度2.65m。边跨现浇合拢段长9.53m，距离 地面92米。由于本桥的边、中跨跨径比值为0.565，较一般的同等跨度连续刚构桥的比值要大，其合 拢顺序也与一般连续刚构桥的“先边跨、后中跨”的合拢顺序不同，其合拢顺序为“先中跨、 后边跨”，即：挂篮悬浇第26#段箱梁完毕后，进行中跨合拢段(28#)施工；中跨合拢后两端图1共和乌江特大桥箱梁节段示意图2 边跨现浇段、合拢段设计施工方案的变更2.1关于现浇段、合拢段一次性浇筑问题的变更经过笔者对共和乌江特大桥的施工设计图的认真分析并广泛查阅相关资料，认为未在现 浇合拢段与边跨27#箱梁之间设置合拢劲性骨架，且一次性连续浇筑29#段（现浇段）和30# 段（合拢段），存在结构瑕疵，会给具体施工造成较大的危害。理由如下：2.1.1连续刚构主桥在中跨合拢后、边跨合拢前，其属于三次超静定预应力砼结构，而 超静定预应力砼在各种内外因素（外部因素如：预加力、墩身基础沉降、温度变化；内部因 素如砼材料的收缩徐变、配筋形式等）的总和影响下，结构因受到强迫的挠曲变形或轴向伸 缩变形，会在结构多余约束处产生多余的约束力，从而引起结构附加内力。2.1.2在“中跨合拢后、边跨合拢前”的连续刚构主桥具有如下特点：、其边跨悬臂 会随外界环境温度的改变而产生抬升和下降，其悬臂端部高程会有明显地变化（根据以前同 类桥梁如马鞍石大桥及白果渡嘉陵江大桥的施工经验可知，因早晚温差，端部的高程变化能 达到56cm），而在重庆地区深秋入冬季节，早晚温差变化较大，使得受上述特点的影响较为 突出；、在超静定梁式结构中，温度梯度不仅会引起梁体的纵向位移，还会产生温度次内 力，比如外界温度每温升1 °C，边跨悬臂就会产生大约100吨左右的下压力，对边跨现浇合 拢吊架会形成危害；（3）、在其他外力（如塔吊转动、电梯上下等）作用下，边跨悬臂端部会 在竖向（梁的截面高度方向）或横向的产生不同幅度振动。2.1.3根据2.1.2所述特点，若按施工设计图提供的施工方案进行施工，存在如下弊端：（1）若按此施工，由于施工中随着箱梁的横向与纵向的不同程度的位移和振动，会对交 接墩墩身产生推拉或扭转作用，而交接墩墩身高达92m，些许偏心力或扭转力都将产生极其 不利的影响，需由设计方对墩身受力进行计算，然后提出相关措施。9.53m高空吊架施工， 对支架的承载能力要求高，支架设计难度大，且要满足的抵抗箱梁振动的要求，成功的几率 为零。（2）挂篮改制成9.53m吊架，须对原挂篮进行大面积改制，原挂篮构件难免受到损害， 施工完毕后无法保证该挂篮能否继续使用，加大施工成本。同时挂篮现有材料也未能满足施 工要求，必须进行大量投入。（3）采用吊架施工时，由于吊架一端作用在盖梁上，其标高是固定不变，而作用在悬臂 上的吊架的高程会随温度的变化而改变，也就是说，该吊架在钢筋绑扎、安装预应力管道及 砼浇筑过程中始终是活动的。因此，由于悬臂箱梁的端部高程的变化，就会对现浇合拢段的 轴线、标高、钢筋骨架、预应力管道、槽口、模板等系列定位指标产生难以修复的影响。（4）现浇合拢段砼在浇筑完成后至初凝之前及砼强度成长初期，砼自身承受拉应力和压 应力的能力很微弱，由于悬臂端部高程的变化产生的错动，会导致新浇的现浇合拢段与已浇27#段的接触面混凝土出现开裂和脱落等严重质量问题。综合所述，若按施工设计图提供的施工方案进行现浇合拢段施工，将会产生的质量、安 全、进度、经济等系列风险，因此，笔者据此向业主和设计单位建议将边跨现浇段和合拢段 分开进行施工。经召开四方会议进行专项分析研究，一致同意采纳笔者建议，后业主下发正 式文件（日期及文件编号略），将现浇合拢段更正为两个施工阶段，即先浇筑7.53m现浇段， 后进行2m的边跨合拢段施工。2.2现浇段、边跨合拢段施工方法的再次变更及合拢劲性骨架的增设边跨现浇段长7.53m，需在交接墩墩身上预埋支架进行现浇。由于交接墩墩身为双柱墩， 盖梁在双柱墩身上整幅现浇施工，而现浇段则分为左右幅施工，从施工设计图上可知，单幅 箱梁的轴线与交接墩的墩身轴线不重合，轴线偏移1.8米。因此，单幅现浇段的支架无法搭 设，需对上下游现浇段的支架同时设计同时施工。这对支架承载力要求较高，用钢量大，其 对支架材料的强度、刚度要求高，对墩身偏载较大，对交接墩结构不安全，且原有盖梁支架 无法利用，需先拆除盖梁支架然后再搭设现浇段支架。若对7.53m边跨现浇段进行整体支架 施工，必然徒增工时和施工成本，同时也严重影响主桥的整体施工进度。鉴于上述理由，针对共和乌江特大桥先中跨后边跨合拢的施工顺序，创新地将对边跨现 浇段与合拢段的施工方法进行了如下调整：（1）在边跨27节段施工完毕后，利用边跨再向前悬浇（27+1）段，节段长度4m，同时边 跨合拢段向交接墩方向顺移4米，合拢段长度不变，另在中跨配载1 /2（27+1）节段重量，边 浇注边配重，不另外设置纵向预应力系统；（2）浇注完毕后挂篮不拆除，直到合拢段纵向预 应力束张拉完成后，方能开始拆除挂篮；（3）现浇段箱梁长度由7.53m改为3.53m；（4）最后 合拢边跨，长度2m； （5）不更改边跨顶、底板纵向预应力系统的设置；（6）为保证合拢施工质 量，在边跨合拢段中增设劲性骨架，合拢时先进行劲性骨架锁定，后张拉顶、底板临时合拢 束，然后进行混凝土浇注。2008年7月，由业主组织召开了包括设计、监理、监控、施工五方参加的专题方案评审 会，会议同时邀请了地方著名的桥梁专家参加，对施工方上报的方案进行了认真仔细地评审， 并在会上一致同意通过。2.3再变更后的结构特征 现浇段长3.53m，其中2.83m在盖梁上，0.7m悬出盖梁，单个现浇段方量86m3。合 拢段长2m，单个边跨合拢段方量22.2m3。由于合拢时，（27+1）段的挂篮纵梁较长，深入合拢段2.0米长范围内1米。故施工 时（27+1）段上还要承受1米长的合拢段混凝土重量约28.7吨。而（27+1）段混凝土重只有 114.7吨，远小于箱梁1号节段荷载218.4吨（挂篮设计承载最大重量220吨），并且该段混凝 土强度达到设计强度后才开始承重。所以对（27+1）节段的混凝土不会产生扰动影响。 现浇段后2m为实心段，箱内含1.5mX2.3m人洞1个。翼板从现浇段起点通过3个 平面由折线形结构经过1.53m的变化变为0.9m高实心段。3施工方案设计经过两次变更后，边跨现浇段长度已由原来的7.53m变为3.53m，且仅有0.7m悬出盖梁 外侧，由于对交接墩偏载较小，边跨现浇段施工时不需在墩身另一侧进行配重，相对而言施 工已极为简便。此种情况下，综合交接墩盖梁、现浇段及边跨合拢段的各自施工特点，笔者在进行施工 方案设计时，主要从减少工序、缩短工期的角度出发，结合现场的实际材料情况，用一套支 架体系完成了盖梁、现浇段及边跨合拢段的施工任务。由于本支架体系是以挂篮加载时所受 的荷载为控制荷载，支架各杆件受力远小于挂篮加载时的受力，此处，对支架的具体计算不 再赘述。图2交接墩盖梁支架平面布置图3.1 盖梁支架体系交接墩盖梁长24.1米，宽4.9米，高3米，盖梁后浇段的长宽高为24.2X1.85X1.4米。盖梁分两次进行浇筑，分级高度为1.65m、1.35m，后浇段待边跨合拢后再行施工。盖梁支架 仍延用三角支架体系，盖梁施工完毕后，在三角支架上搭设扣件式钢管架进行现浇段施工。 支架体系布置如图2所示。两墩身间盖梁由3排6个大三角架支撑，实际按盖梁第一级浇筑 高度计算，4个三角架完全可以满足施工需求，使用6个三角架的原因在于现场具备的铺设 在三角架上的2 18纵梁刚度不满足要求。此处引发的2个思考：（1）该三角支架体系为主桥0号块、挂篮底篮拼装平台、挂篮反力加载所使用过的支架， 现又用于交接墩盖梁、现浇段及边跨合拢段施工，由于笔者对大桥各个工序和部位进行了充 分的分析研究，并综合上述几项的施工特点，以挂篮加载时三脚架所受的荷载为控制荷载， 合理地对三角支架的型式进行了设计，使得支架得到反复多次使用，极大的节省了施工成本， 也极大地降低了施工方案设计的难度。同理，笔者对本桥的墩身、0#块、挂篮、现浇段、交接墩横系梁和盖梁的所用模板也进行了统一的设计，使得模板得到了反复使用。因此，在以 后修建类似的桥梁时，对大桥各临时支架和模板的设计，可参考上述方法，对能用同一种支 架和模板进行施工的，应尽量对支架和模板进行合理的设计，以期达到最佳使用效果。(2)在具有多次支架施工的大型项目中，在新购型钢材料时，应结合总体施工情况考虑 购买大型号的型钢材料，以便于材料的重复利用。且大型型钢材料易于保存，损耗小。若第 一次采购仅按第一次计算的理论需求购买材料，会给后续施工带来较大麻烦。如本桥中使用 的18型钢，在多次支架设计中发现，往往20型钢可以满足需求，18型钢却不能满足， 一个型号的差别，就带来了鸡肋的效果。三角架280cm 砂筒28cm H400型钢 钢牛腿8.5cm底模分配梁22cm钢牛腿'支架纵梁40cm三角架280cm砂筒28cm图3交接墩盖梁支架立面布置图图3中处所示的第2道纵梁为H400型钢，其它纵梁为2 18型钢。布设H400型钢的 目的在于盖梁施工完毕后，用H400型钢与处所指的2个三角架配合，作为现浇段支架的下 部支撑部分，见图4、图5。此种布设带来的问题及效果：用H400型钢与三角架配合作为现浇段支架的下部支撑，很明显二者的刚度不同，在 受力过程中产生的变形差异是否会对结构带来不利影响。针对这一点，经过仔细验算发现： H400型钢在其悬臂端部的最大变形值不足3mm，而三角架基本无变形，且3mm的变形差异 在实际工况中可以忽略不计。由于H400型钢与18型钢高度不同，在进行盖梁底模铺设前必须在相应位置对18 型钢加高，按3排三角架6道18型钢计算，需加高18个点。表面看使盖梁施工工作略显 繁琐，但实际却避免了主体支架系统的重复拆装，为现浇段及合拢段施工做出了充分准备。 3.2现浇段支架体系如图4、图5所示，交接墩盖梁施工完毕后，拆除部分侧模，即可在三角架上铺设横梁、 搭设钢管架、铺设底模，进行现浇段施工。图4中现浇段悬出盖梁长度0.7m，而底模下钢管 架搭设宽度为1.65m，主要目的是为后续合拢段施工做准备。图4现浇段支架正立面布置图图5现浇段支架侧立面布置图3.3合拢段支架体系边跨合拢段支架体系共分3个部分：底板支撑系统，由现浇段侧的钢管架及（27+1） 节段侧的挂篮底篮共同组成。内顶板支撑系统，由挂篮内滑梁及吊架组成。翼缘板支 撑系统由挂篮外滑梁及吊架组成。图6边跨合拢段支架布置图如图6中所示边跨合拢段底模支架由现浇段侧钢管支架和（27+1）节段侧挂篮底篮组成。 支架设计的主要思路及应注意的问题如下：钢管架理论搭设宽度1.65m，但27、26、25等箱梁节段长度为4.25m，而（27+1）节 段长度为4m，这一差异容易使第（27+1）节段挂篮前移距离出现4.25m和4m两种情况，所 以钢管架上方的方钢搭设长度应以现场测量长度为准。由于（27+1）节段浇筑完毕后，边跨合拢段施工完毕前，挂篮底篮不能松动，所以在 (27+1)节段挂篮在砼浇筑前，应将挂篮底篮前吊杆更换为较细的中32精扎螺纹钢筋，并在 其表面套上PVC管或波纹管，用于浇筑时与顶板、底板混凝土隔离。现浇段侧底模下方为横向铺设的钢管，而挂篮侧底模下方为底篮纵梁。而现浇段底模 所用的8.5cm模板横向小肋为-6扁钢，竖肋为8槽钢。为避免模板竖肋与钢管或挂篮底篮 错位，出现模板架空现象，底模加工时应在相应位置加设8槽钢。图7合拢段底模骨架示意图合拢段内顶模吊架按2种情况考虑：3、在工期不紧张的情况下，张拉(27+1)节段 及现浇段部分顶板横向预应力束，拆除挂篮内滑梁及现浇段内模钢管架，则合拢段内顶模利 用用预埋孔采取吊架施工方式°b、如果时间不允许，则内顶模骨架直接铺设在挂篮内滑梁及 现浇段侧钢管架上，直接进行合拢段施工。翼缘板支架方案与内顶模支架方案类似，不多做描述。3.4模板工程由于现浇段模板加工期间，交接墩墩身模板及挂篮模板正在使用，虽说在短时间内可以 将其从构件上拆下来进行改制。但由于工期压力较大，几天的耽搁势必造成严重的后果。为 此，根据现场实际情况对现浇对底模的设计采用了如下处理方式：在盖梁上的部分，根据“垫 石高度+支座高度=40cm”确定下层使用30cm干砂夯实，砂子上浇注10cm素混凝土作为现 浇段地板。现浇段以外的部分使用8.5cm模板作为底模，如图8所示：模板制作要求如下：混凝土底模必须略大于现浇段底板尺寸，干砂夯实后，在干砂上铺2层彩条布，然后 再进行底模混凝土浇筑。干砂铺装前应使用泡沫板将支座四周封严，避免砂子或混凝土进入支座缝隙中。混凝土浇注前应按现浇段底板坡度进行底模浇注高度预设，浇注过程中要严格控制收 面高度，确保收面平整。混凝土底模制作完毕后，为防止干砂流失，引桥侧及两腹板侧的模板不拆除。但为保 证现浇段变形顺畅，主桥侧钢模必须割断，以保证其高度低于底模高度。现浇段施工前在底模上涂抹石蜡等隔离剂，以确保现浇段施工完毕后将底模拆除。3.5其它现浇段、合拢段施工过程中，各个工序按原箱梁施工要求，进行严格控制。以确保箱梁 轴线、标高、各截面浇注厚度、混凝土强度、预应力系统等各项指标均达到优秀的质量标准， 这里不做详细描述。4变更后的实施效果实践证明，在施工难度大、工期紧张、资金压力大的情况下，针对边跨现浇合拢段的结 构特点，通过创新的变更及施工方案的合理设计和不断优化，确保了施工质量、降低了施工 难度、节约了施工成本、缓解了工期压力，效果显著。其中现浇段最快以6天完成施工任务， 比计划提前1天，合拢段5天完成施工任务，比计划提前2天，为完成预期目标赢得了宝贵 的时间。此施工方案的设计与实施，虽历经周折，但最终取得了成功，达到了满意的效果。5结束语通过对边跨现浇、合拢段施工方法的创新和变更，将大跨度吊架施工改为小跨度吊架施 工，有利于大桥施工方便，加快了施工进度，将一次性浇筑改为分段浇筑合拢，有利于改善 大桥在施工中的结构受力，避免出现结构裂缝。实践证明，通过对边跨现浇合拢段施工方法 的创新，有效地解决了高墩大跨径连续刚构桥边跨现浇段、合拢段普遍存在的支架投入大、 费用昂贵的通病，克服了离地面高度大的边跨现浇段施工技术难题，对国内同类型桥梁施工 具有借鉴意义和推广价值，为相关的桥梁施工提供新的思路、成熟的施工经验和工艺，此项 施工技术的推广运用能够有效地降低连续刚构桥梁的施工成本和施工难度，对提升连续刚构 桥梁在同等跨度桥型的竞争力大有裨益。参考文献1 路桥施工计算手册人民交通出版社.2 公路桥涵施工技术规范(JTJ041-2000)人民交通出版社.3 钢结构设计规范(GB5007-2003).