大桥高墩大跨施工

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一、工程概况

龙潭河特大桥是沪蓉国道主干线湖北宜昌至恩施高速公路上的一座重要桥梁，位于湖北宜昌长阳县榔坪镇槐树村，架立于凤凰山，跨越龙潭河，紧靠318国道，桥梁东西走向，左右线分离式，桥梁位于山岭重丘区，地形起伏较大，在施工线路周边无法找到较大的空旷地带。龙潭河特大桥左线桥孔跨布置为5*401063*2001064*40m，右线桥孔跨布置为4*401063*2001064*40m，其中主桥上部结构主桥1063×200106m采用变截面预应力混凝土连续刚构箱梁，箱梁根部梁高12m，跨中梁高3.5m，顶板厚28cm，底板厚从跨中至根部由32cm变化为110cm，腹板从跨中至根部分三段采用40cm、55cm、70cm三种厚度，箱梁高度和底板厚度按1.8次抛物线变化。箱梁顶板横向宽12.5m，箱底宽6.5m，翼缘悬臂长3m。箱梁0号节段长18m(包括墩两侧各外伸1m)，每个悬浇“T”纵向对称划分为22个节段，梁段数及梁段长从根部至跨中分别为7×3.5m、4×4.0m、11×4.5m，节段悬浇总长91m。悬浇节段设计最大控制重量2409KN。边、中跨合拢段长均为2m，边跨现浇段长5m。两岸引桥为预应力混凝土T梁，先简支后刚构。主桥墩采取双肢变截面矩形空心墩，主墩墩高178米，居世界同类桥梁墩高之首。

二、大桥重难点工程介绍

1)、22.4m×19.4m×4.0m的大体积承台混凝土施工防裂为本大桥重点工程。

2)、高墩（最高178米）大跨（主桥跨径200米）为本大桥的难点工程。

3）、预应力施工与真空吸浆是本大桥的主体工程

4）、40米T梁隧道内预制是本大桥的亮点工程

三、工程实施措施

1、承台大体积混凝土裂缝控制

受工期等各方面因素影响，承台施工在冬季进行。我们采用了以下一系列措施成功的杜绝承台大体积砼裂缝的发生。

a、在承台钢筋绑扎中调整配筋率，加入防裂钢筋网片同时布三层φ40冷却水管。冷却管采用回形方式，水平铺设。各层间进出水管均各自独立。冷却水管安装时，要以钢筋骨架和支撑桁架固定牢靠。水管之间的联接使用胶管，为防堵管和漏水，灌注混凝土前应做通水试验，确保管道密封。在砼浇注过程中一直循环通水，使混凝土散发的热量能够快速地传递到冷却管内通过循环水散发出来，从而降低混凝土内部的水化热，以免局部温差过大，而导致砼产生裂缝。分层浇注，每层浇注厚度不超过30cm，即可缩短浇注一层砼的时间，也同时加快混凝土的散热。

b、实验室对砼配合比进行调整，掺入适量的粉煤灰即可代替水泥，减少水泥用量，降低了混凝土的水化热；又能使配制出的混凝土具有更好的和易性，有利于泵送；在满足泵送要求的坍落度的前提下，最大限度控制水灰比；掺入高效缓凝剂，增长缓凝时间。并且严格控制混凝土入模温度。

c、混凝土浇注前搭设暖棚，用塑料彩条布将周围封严，内生火炉，火炉上加热水，使之散发水蒸气，保持暖棚内温度，减少混凝土内外温差，确保混凝土内外温差≤25℃。

d、大体积混凝土的裂缝特别是表面裂缝，主要是由于内外温差过大产生。浇筑混凝土后，水化热使混凝土温度升高，表面易散热温度较低，内部不易散热温度较高，相对地表面收缩内部膨胀，表面收缩受内部约束产生拉应力。对大体积混凝土这种拉应力较大，容易超过混凝土抗拉强度而产生裂缝。因此，加强养护是防止混凝土开裂的关键之一。在养护中要加强温度监测和管理，及时调整保温和养护措施，延缓升降温速率，保证混疑土不开裂。养护需要7天以上（浇筑完7天内是混凝土水化热产生的高峰期），具体时间将根据现场的温度监测结果而定。延缓拆模时间，以免混凝土内外温差聚变，使外部混凝土随气温降低而冷却收缩，产生较大的应力变化，而导致混凝土产生裂缝。

通过以上一系列措施，我们成功有效地控制了大体积砼裂缝的产生，有效地控制了工程质量的同时也为如何控制大体积砼裂缝问题提供了宝贵的经验教训。

2、高墩大跨施工

1）、高墩翻模施工

龙潭河特大桥主桥墩墩身形式为双肢变截面矩形薄壁空心墩。墩身沿线路方向（顺桥向）为各自单面向心收坡，坡率1/100；横桥向为双面对称向心收坡，坡率按高度不同分别为1/40、1/60、1/100，墩顶尺寸350×850cm，壁厚70cm。墩身除纵向主筋和横向箍精外，在四角部分还配有75×75mm的劲性钢骨架组焊而成的桁架结构，通过比对后采取翻模施工工艺。

翻模施工由三节大块钢模板、爬架、塔式起重机、电动葫芦组合而成的施工工艺。施工时第一节模板立于已完成墩身基楚上固定，第二节模板立于第一节模板上，第三节模板立于第二节模板上。第一次浇筑6米高墩柱混凝土，待混凝土浇筑完毕终凝后，绑扎第下一节段层钢筋。绑扎完毕后，利用塔式起重机和电动葫芦拆除模板，并将其翻升下一节段上。以后每次按4.5米高施工，形成搭设内模钢管架工作平台，钢筋绑扎，拆模、翻升立模，测量定位，接长输送泵管，浇筑混凝土，养生，标高复核的循环作业，直到设计高度。

工艺流程：安装劲性骨架——绑扎钢筋——拆除模板——安装模板——浇注砼并养护——提升爬架——绑扎钢筋——拆除模板——安装模板——浇注砼并养护——提升爬架

模板设计：外模模板由面板、肋板组成。竖肋采用[8槽钢，间距500mm;横肋为∠50×5mm等边角钢，间距400mm;边框和横竖肋均采用贴角交错间断焊与δ5面板焊接。在高度上划分为1.531.5=4.5m三层组成。内模采用钢组合模板，采用1.05m×1.5m定型组合钢模，在高度上分4×1.5m高，最下层1.5m高模板作为支撑模板。围檩采用2[12.6槽钢焊制成型，围檩竖向间距85cm，采用Φ25圆钢为拉杆，对外模与内模进行对拉，拉杆水平间距按1.2米布置。围檩在墩身角部相互交错，采用丝杠拉接固定。如右右图示。

围檩连接示意图

工艺要点：(1)、安装内外脚手架平台。考虑钢筋绑扎与混凝土灌注两方面因素的影响，内平台与施工节段的混凝土顶面高度保持平齐。

(2)、立模检查。每节模板安装后，用水准仪和全站仪检查模板顶面标高；中心及平面尺寸。若误差超标要调整，直至符合标准。测量时用全站仪对三向中心线进行测控复核。

(3)、混凝土灌注。模板安装并检查合格后，在内外模板和钢筋之间安装L混凝土灌注漏斗，混凝土经混凝土输送泵送至内施工平台土，通过漏斗由人工铲送入模。混凝土采用水平分层灌注，每层厚度不超过30cm，用插入式振捣器振捣，完成混凝土浇注后及时养生。

高墩翻模施工示意图

翻模施工是墩身施工主体工艺，不仅施工操作简单，周期短可以保证工程进度，资金投入小，而且在拆除模板之后可以有效的对砼平整度、节俭错台进行修复处理，保证工程质量，在施工过程中提供了安全的操作平台，达到安全文明施工的效果。

2）箱梁0#块托架施工

龙潭河特大桥主桥墩身高度较高（最高178m），考虑0#块与墩身横系梁的共同之处：决定采用在墩顶预埋牛腿，搭设桁架及悬臂端底模托架，利用纵横梁形成0#块施工平台，施工简洁方便。

由于箱梁0#体积较大，砼方量多，如果一次性完成砼的浇注，托架要承受施工过程中来自砼的自重以及各方面的施工荷载，给施工打来不便，失去托架施工的优点；甚至给托架施工带来不利隐患。经与设计方协商并得同意，0#块砼施工按高度方向上分两次进行：第一次浇注5m，墩顶两侧挡块与0#块一起；第二次浇注剩余7m，主要包括腹板和顶板。

通过对托架进行验算，来选择桁架布置位置。考虑第一次浇注0#块结构自重分布和托架受力情况，采用如下结构形式（托架安装示意图）：

托架安装示意图

在考虑0#块分层浇注情况下，第一次浇注5m高，其荷载主要通过分配梁传递给桁架。在第一次浇注的混凝土强度达到设计强度的80%后，第二次浇注的混凝土荷载是通过搭设钢管支架均匀分布到底层已成型混凝土上，从而减轻了托架压力。因此，根据计算的结果，按照托架受力荷载情况，采用千斤顶加载集中荷载的预压的方式对托架进行预压试验。预压的重量按照第一次浇注5m高0#块的重量（包括混凝土、钢筋、预应力筋、内外模板、人员机具等所有外界因素的重量）进行，取1.3的安全系数。

加载按分级进行，第一次加载60%，第二次加载100%，第三次加载至130%，加载持续一定时间后，按如上荷载进行分级卸载，检验桁架及托架的安全性。预埋件及牛腿通过高强螺栓连接，在安装牛腿时，牛腿须与预埋件面板密贴；采用扭矩扳手使高强螺栓达到规定的扭矩值。牛腿安装好后，对每个牛腿非别千斤顶进行加载预压，检验牛腿的安全性、稳定性。如下图示

牛

腿预压示意图

高墩大跨箱梁0#块具有混凝土方量大、钢筋与预应力管道密集，结构复杂，施工工艺要求精，技术含量高，施工难度大等特点。采用托架施工，不仅大大缩短了施工工期，间接节省资金投入，取得了良好的经济效益，同时还总结出了一个适合高墩大跨大体积砼的施工方案，成功解决了高墩大跨大体积砼施工难度高这一难题。

3）、大跨挂蓝施工

工艺流程：行走锚固挂篮——模板初调——绑扎钢筋——模板精调——模板加固——浇注砼——预应力待强张拉——预应力张拉压浆

挂篮结构介绍：挂篮由三角形承重桁架、底模平台、吊带和后锚系统、行走系统、模板组成。

承重桁架：承重桁架是挂篮的主要受力结构。

底模平台：底模平台直接承受梁段混凝土重量，并为立模，钢筋绑扎，混凝土浇筑等工序提供操作场地。吊带：用于悬吊底模平台、外模和内模。并将底模平台、外模、内模的自重、梁段混凝土重及其它施工荷载通过到主构架转递到已完成砼浇注的梁段上的主要受力结构。包括底模平台前后吊杆、外模走行梁前后吊杆、内外模走行梁前后吊杆。前后后吊杆全部采用Φ32精轧螺纹钢，将底模平台前端悬吊在挂篮前上横梁上，由垫梁、扁担梁和螺旋千斤顶组成的调节装置，可适当调整底模。底模平台后吊杆采用4组3Φ32精轧螺纹钢，内外模走行梁后吊杆均采用单根Φ32精轧螺纹钢

挂篮结构形式示意图挂篮预压示意图

c、挂篮预压

挂篮涉及到的结构构件较多，完成挂篮拼装后，对整个系统在各种工况下的受力情况进行检测，确保系统在施工过程中绝对安全，因此必须对挂篮进行预压试验，观各个控制点的挠度变化情况，同时通过预压试验统计各种技术参数以指导以后的施工，为悬浇施工高程控制提供依据。

为检验挂篮的安全性和实际变形量，以便能够准确预留挂篮悬浇的预拱值。由于墩身较高（最高178米）。采用集中荷载预压时间短，操作简单，挂篮弹性变形测量结果准确。预压通过采用千斤顶加载等效加载的方式进行。

千斤顶加载是将两只牛腿固结在0#段端头两侧腹板中心上，在牛腿上焊接三角架，将千斤顶安置在挂篮底模平台上对三角架施力，反力即形成对挂的预压。三角架下斜杆为3I20a工字钢，上斜杆为2[22a槽钢I20a工字钢。千斤顶安放位置：千斤顶中心在顺桥向上距离0#块节段线398.4cm，横桥向与挂篮的4根I45a工字钢纵梁对应。千斤顶下垫I20a工字钢对荷载进行分配，I20a工字钢应并排放置，总宽度应大于千斤顶的直径，并应保证底模平台受力中心位置距0#块节段线398.4cm。

预压试验原理

1、挂篮前节点A弹性变形

2、挂篮预压试验中，各节点在加载工况1和卸载工况2时产生的位移记为（k为各节点编号A、B、C；i为工况编号1、2），易知前节点A弹性变形为：

2、精轧螺纹钢吊杆弹性变形

精轧螺纹钢吊杆在预压过程中的加载工况1和卸载工况2的变形情况如上图所示，易知，吊杆的弹性变形为：，

其中为吊杆加载总变形，为塑性变形。测量前吊杆精轧螺纹钢变形时，上部测量每组吊杆处千斤顶上方的前吊杆扁担梁顶面。通过验算挂篮主构架及底模平台前吊杆总变形：△=f△L<20mm

符合施工要求

挂蓝施工过程中尤其要注意的是在行走过程中前后吊杆的变化，保持主构架与底模、内外侧模行走的一致性（具体体现在前后吊杆是否是垂直）。若发现异常停止行走挂篮，进行检查，解决异常后方可继续行走挂篮。

3、预应力张拉真空吸浆应用

预应力工程是本大桥主体，预应力工程的好坏直接影响大桥使用寿命，使用安全。因此预应力张拉压降的好坏至关重要。

本工程设计采用的是标准抗拉强度1860Mpa，公称直径φj15.24mm，公称截面积Ag=1.4×10-4m2，弹性模量Ey=1.95×105Mpa的高强度低松驰预应力钢绞线。施工应力按钢绞线标准抗拉强度的75%计算。

理论张拉应力：δk=1860Mpa×75%=1395Mpa

理论张拉力（单股）：P=δk×Ag=195.3KN

平均理论张拉力（单股）P均=P×（1-e-（kxμθ））/（kxμθ）

式中：P——预应力钢材张拉端的张拉力（N）；

x——从张拉端至计算截面的孔道长度（m）

θ——从张拉端至计算截面曲线孔道部分切线的夹角之和（rad）

k——孔道每m局部偏差对摩擦的影响系数，图纸取值为0.0015

μ——预应力钢筋与孔道壁的摩擦系数，图纸取值为0.25

理论伸长值计算：

△L=P均×L/（Ag×Ey）=P均×L/（Ag×Ey）

式中：L——钢绞线有效计算长度（cm）；

张拉顺序：按照设计要求本大桥采用双端。先腹板后顶板，先下后上，左右对称。

张拉要点：1、张拉过程中，要用千斤顶对钢绞线两端同步施力，因此两端伸长量应基本相等。若两端的伸长量相差较大时，应查找原因后纠正。2、张拉或退顶时，沿钢绞线方向不得站人，以防预应力筋拉断或夹片飞出伤人；油泵运转有异常情况时，要立即停机检查。在测量伸长量时，要停止运行油泵。3、张拉时的混凝土强度不得低于图纸规定的80%R设计和4天龄期。4、张拉完毕卸下工具锚及千斤顶后，要检查是否有断丝、滑丝现象出现，按照具体问题采取相应的解决措施后，才能进行下一道工序。

真空吸浆工艺：在孔道的较高端采用真空泵对孔道进行抽空，使孔道达到真空状态，使之产生-0.lMPa的真空度，然后用灌浆泵将优化后的水泥浆从孔道的另一端灌入，直至充满整条孔道，并加以≤0.7MPa的压力，以提高预应力孔道灌浆的饱满度和密实度。

工艺流程：真空泵安装在孔道较高的一侧，打开阀门进行抽真空，当真空泵油压表读数不变保持恒压（一般为-0.07MPa）时表明孔道中空气已抽净,可以进行压浆。将水泥浆加到灌浆泵中打出一部分浆体，待这些浆体的浓度与灌浆泵中的浓度一致时，将输浆管接到孔道的灌浆管上，扎牢。打开阀1，启动灌浆泵，开始灌浆，保持真空泵的开启状态，当观察到吸气管道有水泥浆流出时，撤除吸气管道，关闭真空泵。继续压浆，当流出水泥浆稠度和灌入之前稠度一致时，关闭出浆孔处阀门。保持管道内有0.5Mpa～0.7Mpa的压力1～2分钟，再关闭压浆泵，完成压浆。

注意事项

①由低处往高处压浆，确保孔道注浆饱满；

②在灌浆之前如发现管道内残留有水份或赃物，使用空压机先将残留在管道中的水份或赃物排走，确保真空压浆工作能够顺利进行；

③注意真空泵压力表，当真空泵油压表读数不变保持恒压（一般为-0.07MPa）时表明孔道中空气已抽净,可以进行压浆；

④压浆泵压力不得高于0.7MPa;

⑤管道较长，应在压浆后进行二次压浆；

⑥水泥浆稠度控制在14-18S；

4、40米T梁隧道内预制

方案选定：方案一：在宜昌侧路基上预制，主桥箱梁合拢后，从箱梁上运输至恩施架设，该方案受箱梁施工进度影响，工期无法保证。方案二：在恩施侧预制。恩施侧地形地起伏大切割强烈，高差达200m，最大墩高为73m，现有的施工环境，难在恩施岸桥端头找到适合40米T梁预制、存放和架设的场地；采用支架现浇，成本高，安全风险大。与接壤的榔坪隧道已完成施工，在隧道内预制T梁成为唯一的选择，可以有效利用空间场地，与箱梁施工同步进行，缩短工期。

工艺要点：在隧道内受空间场地限制，对已预制T梁如何存放。在隧道内龙门吊合理摆放，反拱的控制，T梁横移控制。

T梁模板选定：T梁模板采用定制的钢模板，中、边梁各一套，两横隔梁之间为一整体，横纵肋间距30cm，采用简易门架安装及拆除。T梁模板断面图如下：

T梁模板断面图

T梁隧道内预制：左右幅隧道各使用500米，加工3个活动底座，钢筋加工场、小型材料及机具放在隧道内，混凝土采用拌合站集中拌合，通过罐车运送至施工现场。受隧道断面限制，宽8.5m，，龙门吊高度不超过5m，采用龙门自制，同一断面存放两片梁，一片预制张拉后横移一侧，活动底座不动，预制另一片，受前一片存梁的影响，后一片梁浇注时混凝土运输困难，罐车无法到达，在前一片梁靠横隔板附近铺一条小轨道，自制料库，5t卷扬机拉至浇注地。在预制T梁之前要严格控制轨道尺寸位置。隧道断面、龙门吊及轨道布置见图：

龙门吊轨道布置图

隧道内横向宽度有限，考虑到施工进度和质量要求，预制场按照T梁尺寸要求，布置3条活动底座。台座按照设计图纸要求，40m跨T梁中梁设置2cm、边梁2.5cm的反拱，反拱在跨长范围内采用二次抛物线设置。

T梁隧道内横移：受隧道场地空间限制，隧道断面范围之内只能够存放两片T梁，因此T梁的预制次序要配合架梁的次序进行预制。T梁预制次序按照T梁预制平面布置图进行。

T梁预制平面布置图

T梁在预制过程中模板安装需要使用龙门吊，受隧道断面尺寸限制龙门吊只能纵向移动，因此在完成T梁预制并达到一定强度张拉之后要将T梁横移存放。先拆卸掉吊点过桥底座，用四个千斤顶，每个吊点位置放置两个顶升T梁，然后拆卸其余部分底座。底座拆卸完毕后，回缩千斤顶，T梁下靠近端头位置各设置一个由两根20I横移轨道，轨道上设一个1cm厚钢板制成的滑板，滑板与轨道间涂黄油，滑板上制一个承力架，将T梁搁置于横移轨道上，轨道上设一个反力架，再使用油压千斤顶顶推至预定存放T梁位置。拆除的底座进行下一片T梁施工，如此循环至T梁预制完毕。

根据理论联系实际，尽可能节约成本的情况下顺利完成T梁预制，缩短了工期，降低施工成本，达到良好的经济效益。

T梁横移示意图

四、结束语

伴随着国家高速公路网规划"东部加密、中部成网、西部连通"的布局思路，在全国范围内形成"首都连接省会、省会彼此相通、连接主要地市、服务全国城乡"的高速公路网络实施，山岭重丘区高速公路必将迅速发展。对如何选择合理的工艺，提高工程质量，降低施工成本的需求越来越大。龙潭河特大桥正是其中的典型，为山岭重丘区桥梁建设提供了宝贵的经验，总结出诸多可行性施工方案，为山岭重丘区高速的公路发展作出了巨大贡献。