高墩大跨连续刚构桥施工技术研究方案总报告文档格式.docx

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50m预应力混凝土连续T梁，延安岸为10×

50m预应力混凝土连续T梁。

全桥平面位于R=2500m的S型曲线上，纵面位于R=20000m的凹型竖曲线上。

2.1.1桥址区自然地理概况

葫芦河特大桥位于黄陵县阿党镇西龚家塬村南约2.0km处，桥位处河道顺直，水流基本畅通，河底断面规则，呈U型。

沟顶距河底约190m，沟底宽约300m，水面宽3/s，H1/300=814.96m，V1/300=2.11m/s。

20m。

桥位处Q1/300=511m桥址位于葫芦河下游,位于黄土高塬的沟壑地貌区,谷底较宽阔,分布有一级阶地、二级阶地。

设计地震基本烈度为6度。

桥位区两岸斜坡上部黄土属III级自重湿陷性黄土，层厚约12m。

桥址区地处内陆，受西伯利亚寒流侵袭，兼之地型复杂，台塬、沟壑、丘陵起伏不平，构成气候多变。

极端最高气温36.5℃,极端最低气温-21.4℃；

最大风速22m/s，最大积雪深度为20cm，最大冻土深度为69cm。

雨季在每年的6-10月。

多年平均降雨量为390mm~700mm。

2.1.2主桥设计要点

主桥桩基为直径2m嵌岩桩，引桥为直径1.5m摩擦桩。

主桥桥墩7#、8#、9#、10#为双薄壁空心墩，墩高分别为80m、130m、138m和58m。

引桥墩高在20m至55m范围内为薄壁空心墩，墩高在20m以下为双柱式实心方墩。

见大桥实景图。

葫芦河特大桥实景图

主桥上部结构由上、下行的两个单箱单室变截面箱梁断面组成，箱梁根部高度；

6.5m12.0m，底板宽，9.0m，跨中梁高3.5m其间梁高按二次抛物线变化。

箱梁顶板宽，0.8m，底板厚0.5m，、腹板分别为0.4m0.6m桥墩顶部范围内箱梁顶板厚，1.3m腹板厚

除桥墩顶部箱梁内设4道横隔板外，其余均不设横隔板。

主墩采用C40混凝土，主梁采用C50混凝土。

主桥两幅连续刚构箱梁采用挂篮悬臂浇筑法施工，T构箱梁除墩顶0#块件外，其余分20块对称梁段，即6×

3.0m+6×

3.5m+4×

4.0m+4×

4.5m进行对称悬臂浇筑。

桥墩顶上0#块长12m，中孔合拢段长2.0m，原设计为：

边孔现浇段长8.9m，合拢段长2.0m。

考虑支架现浇难度、安全、项目投入和施工进度，变更为：

调整为通过配重浇注边跨21#块段（4.5m长），并调整合拢顺序，即先中跨再次边跨合拢，最后浇筑边跨合拢段（1.2m），全桥合拢。

梁段悬臂浇筑最大块件重量163.0t，挂篮自重按80.0t考虑。

挂篮与梁段悬臂浇筑块件重量比控制在0.5以内。

l粗钢筋，标准强度主梁采用纵、横、竖向三向预应力体系。

竖向预应力采用Ф32为750MPa，采用YGM锚具，设计张拉力为540kN。

纵、横向预应力采用фj15.24高强度低松弛钢绞线，标准强度为1860MPa，设计张拉应力均为1395MPa。

其中主桥顶板预应力钢束采用OVM15-19锚固体系，底板采用OVM15-16锚固体系，横向除墩顶箱梁内4道横隔板为BM15-5锚固体系外，其余均采用BM15-3锚固体系。

全桥双幅纵向钢束共计884束，其中“T”构施工阶段纵向钢束为624束，体系转换时张拉260束；

全桥横向钢束为1796束，竖向预应力钢束为8420根。

2.1.3支座构造

在边跨处采用KG.GPZ5000型桥梁盆式支座，每半幅边跨支点处设置两个该类型支座。

施工特点2.22.2.1大体积承台混凝土冬季防裂施工

主墩承台混凝土体积巨大，其中以8#、9#墩承台体积最大，其尺寸为18.5m×

3。

而根据工期安排承台，一次浇筑混凝土最大体积为851m11.5m×

4m（长×

宽×

高）需在冬季完成施工。

对于大体积混凝土施工阶段来讲，裂缝是由于混凝土内外存在温差，因温度变化而引起的。

由于混凝土温度变化产生变形受到混凝土内部和外部的约束影响，产生较大应力，尤其是拉应力，是导致混凝土产生裂缝的主要原因。

为避免混凝土出现裂缝，不影响结构的受力和正常的使用，必须采取可靠措施防止内外出现过大温差，对混凝土温度变化加以控制，严格控制裂缝出现。

工程地处黄土地区，连续刚构对地基沉降有着严格的要求，过大的沉降将会引起结构内力的变化，并危害结构本身。

设计要求混凝土的浇注必须一次性完成，如此大体积的混凝土，产生的水化热非常之大，在冬季施工，给混凝土内外温差的控制增加了相当的难度。

2.2.2双薄壁空心超高墩施工

主桥桥墩为双薄壁空心墩，7#、8#、9#、10#墩墩高分别为80m、130m、138m和58m，由于桥墩较高，对桥墩的垂直度和偏位要求很高，对主墩的内外模板设计、混凝土的浇注及养护，均有很大的难度。

根据有关的文献资料记载，如此高墩在最大悬臂状态下（73m长）时，结构的稳定性计算表明试验模型实测的失稳临界荷载总是大大低于理论的计算值，这是由于结构不可避免地存在一些几何偏差和缺陷，而几何缺陷对临界荷载的影响很大。

本项目为一典型的连续刚构，理论分析表明，最大悬臂状态下的9#和8#墩的稳定特征值较小,稳定安全储备不大，如果高墩的墩身由于施工的原因而出现了偏斜、弯曲等几何缺陷，将会使结构的稳定性大大下降甚至产生整体失稳的严重后果。

在施工中只有严格控制墩身的垂直度，才能使结构的稳定得到根本的保证。

本项目位于黄土沟壑地区，由于项目的特殊地理位置，日照温差较大，而且主墩均为薄壁空心墩，受日照温差影响后，墩身不可避免将出现位移。

根据计算，日照温差致使混凝土箱形空心墩身发生弯曲变形，使墩顶发生较大位移，138m高墩墩顶位移甚至可达到3cm左右。

温度变化对超高墩混凝土结构的受力与变形影响很大，并随温度的改变而改变。

在不同时刻对结构状态进行量测，其结果是不一样的，如果在施工控制中忽略了该项因素，就必然难以得到结构的真实状态数据（与控制理想状态比较），从而也难以保证控制的有效性。

因此，在施工控制中必须考虑日照温差对结构的位移影响。

根据对连续晴好及连续阴雨天气的数组观测数据进行分析可知，混凝土空心墩内外壁的最大温度差在20℃左右。

从混凝土空心墩温差应力数据分析可知，6月份最大温差应力为1.961MPa，10月份最大温差应力为2.134MPa，都接近C40混凝土强度的轴心抗拉标准值2.60MPa。

这种温差应力与其它荷载的组合有可能使混凝土开裂。

尤其在墩身的施工过程中，混凝土结构未达到设计强度之前由于日照温差的影响完全可能致使结构开裂，因此，高墩的混凝土养护必须考虑空心墩内外壁温差对结构的影响，并尽可能将此种温差控制在该时刻结构允许的范围内，避免结构的开裂。

2.2.3超高墩大跨悬灌线型控制施工

由于墩高跨大，悬臂浇注时梁段的变形较大，且受日照温差、温度、预应力、临时荷载及混凝土的强度、弹性模量的影响，各节段的预抛值控制难度较大，线型控制的合拢精度要求高（横桥向为5mm，竖桥向为10mm）。

梁段的合拢施工技术较为复杂，成桥后的线型及应力状态必须与设计相吻合。

由于受混凝土的徐变影响，通车后

跨中的挠度下沉较多，影响通车后的结构线型及使用，故必须采取可靠措施使得各“T”构在形成体系之前尽可能减少混凝土徐变对梁体带来的影响。

本项目位于黄土沟壑地区，且为超高墩大跨径的曲线连续刚构桥梁，由于项目的特殊地理位置，日照温差较大，而且主墩均为薄壁空心墩，主梁为箱梁，均为箱型结构。

受日照温差影响后，墩身和悬臂箱梁不可避免将出现位移，而且这两种位移相互叠加后对最大悬臂状态下结构本身的安全和悬臂挂篮施工的线型控制将产生不可预料的影响，因此在施工过程中必须给予足够重视。

2.2.4湿陷性黄土地基高边墩边跨现浇段施工

边跨现浇段的施工难度较大，边墩距地面高度分别为58、36m。

现浇段的长度为3。

边墩的断面分别，该部分混凝土的体积为108.35m8.9m，边跨合拢段的长度为2m为：

6#墩断面4×

6.5m，11#墩断面为3×

6.5m，均为薄壁空心墩。

若采用墩身预埋托架现浇，则由于弯矩大必须在墩身另一面逐级按浇筑混凝土的施工重量加载配重以平衡该弯矩，且托架的强度必须足够；

若采用落地支架施工，地基上部黄土属III级自重湿陷性黄土，层厚约12m，由于边墩高度较高及边跨现浇段长度太长，支架的材料投入和地基处理均较大，且支架的弹性与非弹性的变形难以控制，边跨现浇段的施工难度较大。

考虑到上述因素，因此，无论采用托架或落地支架的施工方案，均必须对此方案作深入的研究，采取可靠、经济的施工技术措施予以解决。

国内研究现状2.3随着高速交通的迅速发展，要求行车平顺舒适，多伸缩缝的T型刚构也不能很好满足要求，因此连续梁得到了迅速的发展。

悬臂施工时，梁墩临时固结，合拢后梁墩处改设支座，转换体系而成连续梁。

连续梁除两端外其他无伸缩缝，有利于行车，但需梁墩临时固结和转换体系；

同时需设大t位盆式支座，费用高，养护工作量大。

于是连续刚构应运而生，近年来得到较快的发展。

其结构特点是梁体连续、梁墩固结，既保持了连续梁无伸缩缝、行车平顺的优点，又保持了T型刚构不设支座、不需转

换体系的优点，方便施工，且有很大的顺桥向抗弯刚度和横向抗扭刚度，能满足特大跨径桥梁的受力要求。

大跨径预应力连续刚构桥由于其具有大跨、高墩的能力，且施工中省料、省工、省时。

近年来，这种桥型已获得愈来愈广泛的重视。

随着交通事业的发展，线路指标不断提高，中西部地区特有的地势、地貌决定了必将修建大量的高墩大跨连续刚构桥梁，而且，随着设计、施工、监控技术的日益进步，高墩大跨连续刚构桥向着更高墩、更大跨的方向发展。

2.3.1国内公路桥梁中建成的墩高在138m以上，主跨为160m的薄壁柔性高墩大跨预应力混凝土连续刚构桥尚未见报导（详见查新报告）；

2.3.2高墩的日照温差空间扭曲对薄壁空心高墩的垂直度控制影响、空心薄壁墩内外日照温差应力对墩柱的防裂控制影响等因日照温差的地区、地形及桥型布置的差异性缺乏可以采用的现成技术资料，需要在实际施工中加以研究；

2.3.3高墩的日照温差空间扭曲、日照温差对大悬臂箱梁空间扭曲等方面对主结构线型控制影响的复杂问题没有现成的技术资料可以遵循，有待探索、研究；

2.3.4在落地支架上浇筑边跨现浇段及合拢段，合拢边跨，这是在大多数连续刚构桥上采用的方法。

在高墩的情况下，落地支架费材费力，如果支架搭在水中或地质、地形条件特殊时，难度更大，需探索不用落地支架的途径，这是连续刚构桥发展的必然趋势。

依托葫芦河特大桥工程，开展对超高墩大跨预应力混凝土曲线连续刚构桥的系统研究，可以为今后类似桥梁的设计、施工、监控提供宝贵的施工经验，并将对大跨径桥梁的发展及整个西北黄土沟壑地区选择合理的桥型有现实意义，对促进高等级公路在西北地区乃至整个中西部地区的发展有重要意义。

3主要施工方法及技术成果

3.1主要施工方法

根据施工的实际地形地质情况，结合超高墩大跨预应力混凝土连续刚构的施工特点，主要采取了以下一些施工方法。

1）桩基采用挖孔和钻孔相结合的施工技术，混凝土浇筑采用搅拌站拌制、输送车运送至工作面，按水下混凝土施工要求进行灌注；

2）主墩大体积承台冬季混凝土施工技术，通过优化施工配合比，掺入一定量的粉煤灰代替水泥，降低混凝土的水化热；

浇筑混凝土时分层厚度控制在25-30cm左右，混凝土入模温度控制在5℃左右；

施工中在承台内部布置冷却水管和测温点，通过冷却水的循环结合测温点的温度测量，及时调整冷却水的流量，精确控制混凝土内外温差，

并采用暖棚养护，严格控制施工裂缝的产生；

3）四个主墩高度分别为80m、130m、138m和58m，采用超高墩外翻内爬模施工技术，主墩墩柱的主筋连接采用等强直罗纹连接套筒技术，既加快了施工进度，又确保了工程的施工质量，节约了人工和材料；

4）主梁为90m+3×

160m+90m的连续刚构，0#块采用在墩顶预埋托架现浇的施工方法进行。

为提高模板利用效率，将高墩外模改为0#块外模使用，在布置0#块外模时，考虑将两端靠近1#节段的侧模长度定为4.8m长，拼装挂篮后，穿入外滑梁前移作为挂篮的侧模使用。

单幅桥5跨连续刚构在4个主墩上按“T”构用挂篮分段对称悬臂浇筑1-20#节段，为缩短边跨现浇段的长度，在边跨处采用挂篮不平衡悬臂浇筑21#节段；

跨中合拢段在吊架上现浇，边跨现浇段在墩身预埋托架上浇筑；

5）全桥合拢顺序为：

中跨—次边跨—边跨；

边跨和中跨合拢段采用体内劲性骨架锁定和张拉临时束的方案，次边跨合拢段采用体内劲性骨架锁定和张拉临时束及顶推方案，确保成桥后的线形。

⑴锁定

合拢段劲性骨架预埋在20#段（边跨处为21#段）底腹板处共有四处，预埋长度为100cm,外露长度为25cm。

合拢段施工时，在合拢段底模铺设完毕，侧模滑移就位后，将一侧预埋的劲性骨架与合拢段的劲性骨架相焊接，另一侧的劲性骨架不焊接保持自由伸缩。

合拢段劲性骨架焊接选取一天中温度合适的时间段，将合拢段的劲性骨架与预埋的劲性骨架焊接锁定。

锁定后，对合拢段D、D束（边跨处为B、B2211束）进行临时张拉，张拉力为50%σ。

k⑵顶推

各主墩的高度均较高，由于合拢段混凝土浇筑等强后，要进行合拢段的底板束的张拉施工，而张拉后跨中梁段混凝土势必受到压缩，且次边跨的主墩（7#、10#墩）墩顶将受到由于张拉底板束而形成的水平拉力，次边跨主墩将向跨中方向倾斜，为平衡此力并在主桥合拢后保证墩身的垂直，防止墩柱产生过大的不平衡力矩，必须在次

边跨进行顶推。

次边跨合拢段锁定前，采用两台YDC400t千斤顶对次边跨两端的梁段进行顶推。

顶推位置布置在箱梁顶、腹板的交接处，将合拢段顶开，每台千斤顶的顶推力为90t。

顶推完成后，按中跨及边跨施工程序进行劲性骨架的焊接和临时束的张拉施工。

顶推中，按照每级10t加载进行；

顶推前，对合拢段的距离进行测量，并记录初值，顶推过程中，每级加载完成后，对合拢段的距离进行量测。

顶推施工中，7#-8#墩次边跨和9#-10#墩次边跨应分级对称进行。

⑶浇筑混凝土时间的选择

在合拢段施工前7天,对主桥合拢段施工处的温度进行监控，选择合适温度锁定，低温浇筑合拢段混凝土。

通过观测，主桥左幅中跨、次边跨选择在一天中温度较高时进行（15:

00-17:

00时，主桥左幅中跨、次边跨合拢时间为2005年11月-12月），主桥右幅及左幅边跨合拢段的施工时间选择在一天中温度较低时进行（1:

00-5:

00时，主桥右幅及左幅边跨合拢段的施工时间为2006年4月-5月）。

⑷体系转换

体系转换与中跨、次边跨及边跨的合拢同步进行，施工程序如下：

中跨合拢并张拉完D-D束预应力钢束后，形成“┳┳”形刚构，然后同时进行91次边跨合拢段的施工，张拉完次边跨D-D束预应力钢束，形成“┳┳┳┳”形刚构，91然后同时进行边跨的合拢段的施工，张拉完边跨B-B束预应力钢束后，进行次边跨71D-D束预应力钢束的张拉，然后进行中跨D-D束预应力钢束的张拉。

至此，全17171010桥由各单“T”静定结构形成连续的超静定结构，全桥完成体系转换。

3.1.6在四个主墩配置了4个塔吊，一方面可作为外翻内爬模板的提升动力，另外可作为墩身施工中钢筋等材料的吊装使用，“T”构施工中可作为预埋件、模板、钢筋、预应力筋等材料的吊装使用，并可作为挂篮的吊装、拼装来使用，此外，输送泵的泵管也可沿塔吊竖向布置至墩顶。

并为墩柱7#、8#、9#三个主墩配备了电梯，电梯可作为工人上下班使用，也可垂直运送小型机具。

10#墩采用在左、右幅墩柱间搭设钢

管脚手架、布设马道的方式以便于工人上下班。

7）主墩混凝土的浇筑及0#块、“T”构各块段、边跨现浇段的混凝土浇筑均采用搅拌站拌制、混凝土输送车运送至墩底、输送泵泵送至浇筑工作面的方法施工。

3.2主要技术成果

3.2.1大体积承台混凝土冬季施工技术

3，设计要求一次性浇筑完成，而851m、9#墩承台体积为主墩承台体积较大，8#且承台不得产生裂缝。

对于大体积混凝土施工阶段来讲，裂缝是由于混凝土温度变形而引起的。

而在冬季进行施工时，由于外界气温的下降，混凝土内外温差有可能加大。

由于混凝土温度变化产生的变形受到混凝土内部和外部的约束影响，产生较大拉应力，是导致混凝土产生裂缝的主要原因。

为确保混凝土浇注过程中不出现裂缝，必须采取可靠措施：

一是从原材料着手，通过优化混凝土的配合比，采用低水化热的水泥和掺入一定量的粉煤灰，降低混凝土产生的水化热；

二是通过在承台混凝土结构内部埋设冷却水管和测温点，通过冷却水循环，降低混凝土内部温度，减小内表温差，控制混凝土内外温差小于25℃，通过测温点测量，掌握内部各测点温度变化，以便及时调整冷却水的流量，精确控制温差；

三是因在冬季施工，项目所在地区气温较低，极端最低气温-21.4℃，且早晚温差较大，因此，必须加强混凝土外部的保温措施，确保混凝土的内外温差小于25℃，并防止混凝土因外部温度过低引起表面被冻裂，四是控制混凝土的入模温度在5℃左右，以降低混凝土本身的水化绝对热。

通过在葫芦河特大桥8#、9#墩的承台施工中，我们总结认为，在大体积混凝土施工中确定混凝土浇筑分层厚度较为重要，一般宜为25-30cm；

控制混凝土的入模温度在5℃左右，在混凝土内部分层埋设Φ32mm的冷却水管，根据监测情况调整水温及流量，水流量一般应大于18L/min；

因冬期施工，在混凝土表面覆盖薄膜及棉被，外部搭设保温暖棚，探索出了采用合理布置冷却水管和测温点，控制混凝土的内外温差的有效方法，确保施工质量，保证混凝土不开裂。

采用矿渣硅酸盐水泥，掺入粉煤灰及高效减水剂，等量替代水泥用量，既有效地降低了混凝土水化绝对热量，又节约了水泥的用量。

承台混凝土施工后，经检验没有发现温度裂缝，证明所采用的施工方法与降温监测措施是行之有效的。

3.2.2超高墩外翻内爬模设计及垂直度及防裂施工控制

主桥桥墩为双薄壁空心墩，主梁与墩身采用刚接的结构形式，鉴于超高墩的垂直

度对于大悬臂状态下“T”构的稳定性具有非常重要的意义，因此必须保证墩身的垂直度和定位的准确，主桥高墩是否能快速、安全和高精准的施工将成为葫芦河特大桥能否按期完成施工任务的关键。

四个主墩高度分别为80m、130m、138m和58m，为保证快速、高效、优质的进行施工，高墩模板设计综合考虑场地、工程质量、桥墩设计、钢筋混凝土施工、起吊设备等多方面的因素，并对国内外高墩施工认真研究，确定采取外翻内爬的模板设计方案。

整个模板系统由外模、内模及内井架和其他辅助设备组成。

外模分为四节，每节2m，桁架结构，一次架立好，生根节2m，附着于已浇筑完的混凝土上，翻升由底节依次往上翻升。

内井架设计、组装成一整体，利用塔吊整体同步提升，高度由一次浇筑混凝土的高度控制，考虑到新旧混凝土的结合，内模高6.6m，底节0.6m，附着于已达到一定强度的混凝土上。

内井架用于支撑内模板，因钢筋绑扎的需要（竖向主筋9m），因此需在内井架上设工作平台，供施工人员作业使用，内井架高设计为10.5m。

由于高墩施工中的垂直度控制及混凝土外观质量的高要求，因此，在设计模板时必须考虑模板的整体刚度，在模板外侧加设桁架，结合桁架并在外模外侧沿模板四周设置操作平台，并在各层模板间布置上下人梯，便于工人上下检查及施工需要。

内外模板间采用拉筋加固，确保施工质量。

施工时，一个循环浇筑混凝土6m，正常3天一个循环，每墩日进尺可达2m，做到快速流水作业,施工效率明显提高，从工艺上实现了整个墩身零施工缝。

施工中，模板定位时要充分考虑日照温差对薄壁空心高墩的影响，必须严格控制墩柱的垂直度，结合计算及现场观测的结果，为减少这种自然因素的影响，模板定位检测的时间段一般是将一天中温度变化较小的早晨作为控制所需实测数据的采集时间如早8点前进行，但实际施工中不可能完全选择在该时间段进行模板的垂直度检测，因此，在其余时间观测时，必须结合不同的时间段、日照温差及温度对于薄壁空心高墩的影响修正检测的结果；

鉴于日照温差对于薄壁空心高墩的影响是多方面的，从混凝土空心墩温差应力分析计算可知，6月份最大温差应力为1.961MPa，10月份最大温差应力为2.134MPa，都接近C40混凝土强度的轴心抗拉标准值2.60MPa。

施工中必须在日照温差相对较大的白天对薄壁空心高墩的内外温差进行控制，避免产生裂缝。

通过在葫芦河特大桥四个主墩的工程实践，总结出了一整套适合于超高墩快速、高效、优质施工的外翻内爬模板施工技术，对于薄壁空心高墩的垂直度检测、控制以及混凝土的养护、防裂都作了有益的探索。

3.2.3超高墩大跨预应力钢筋混凝土曲线连续刚构线型控制施工技术

线型控制分为竖向挠度线型控制和轴向线型控制两个部分，对于一般的连续刚构桥梁而言，线型控制主要为竖向挠度控制，但由于本项目特殊性，挠度及轴向的线型控制均较为重要。

⑴竖向挠度线型控制

主桥上部结构采用悬臂挂篮施工技术，施工中采用公路桥梁结构计算程序GQJS计算出各施工阶段的预抛高值、挠度变形值，并将跨中预留的徐变沉降量予以叠加得出理论控制值。

其中跨中三年预留沉降量按15cm考虑，并按正弦曲线在半跨予以分布。

但当按这些理论值进行施工时，结构的实际变形却未必能达到预期的结果。

这是由于设计时所采用的诸如材料的弹性模量、构件自重、混凝土的收缩徐变系数、施工临时荷载的条件等设计参数，与实际工程中所表现出来的参数不完全一致而引起的；

或者是由于施工中的立模误差、测量误差、观测误差等；

或者两者兼而有之。

这种偏差随着连续刚构桥悬臂的不断加伸，逐渐累积。

因此必须及时有效地将实测数据（