衡阳湘江三桥施工简介

衡阳湘江三桥施工简介朱忠民吴健军【摘要】：介绍衡阳湘江三桥合理安排全桥施工顺序；优化基础施工和引桥16m空心板梁施工方案；介绍主孔斜拉桥包括索塔、主梁、拉索及拉索防护施工的特色；介绍边孔40mT梁预制及安装的施工工艺。【关键词】：挖孔桩空心板梁空心索塔肋板式主梁钢绞线群锚拉索T梁架桥机1、工程概况衡阳湘江三桥是衡阳市西环线工程的一座特大桥，全长1206m。桥型为：23×16m空心板+5×40mT梁+2×112m斜拉桥+10×40mT梁；主桥为2×112m的独塔双索面斜拉桥，主梁为肋板式断面，塔高98m。（见图1）23×16M空心板5×40MT梁2×112M斜拉桥10×40MT梁图1：桥型示意图设计标准：⑴、载重等级：汽——超20，挂——120⑵、桥面宽度：斜拉桥宽33.8m，T梁及空心板宽29.0m⑶、桥面最大纵坡：1.5%⑷、桥面横坡：双向1.5%⑸、地震裂度：小于6度衡阳湘江三桥由湖南省交通规划勘察设计院设计；湖南省路桥总公司承担0#——30#墩的施工，广梅汕铁路公司承担30#——40#墩的施工；监理单位为湖南大学监理站。2、基础施工衡阳湘江三桥西岸引桥1#——22#墩设计为每墩2根Φ200cm的桩基础，23#——24#墩为2根Φ250cm的桩基础，共48根桩，桩长在15m—20m之间。地质情况履盖层为亚粘土和亚砂土，土层密实，中间夹杂着较薄的沙砾层，岩层均为红砂岩质的强风化和弱风化层，岩层稳定。基础施工在设计上是采用钻孔灌注桩，但此处位置的地质情况和水文情况适宜于人工挖孔桩，且人工挖孔桩施工的设备少，投入也少；多个墩可同时施工，不受机械设备的限制；造价低，施工速度快；人工挖孔桩无沉淀层，检验直观，质量有保证。而采用钻孔灌注桩施工，需要大量的机械，钻孔过程中大量的泥沙和泥浆排泄困难；施工便道在桥下穿行，采用钻孔影响施工便道的通行。经综合考虑，决定采用人工挖孔桩的施工方案。从结果来看，采用人工挖孔桩的方案是正确的，在8个月的时间桩基础全部开挖且浇注混凝土完成。桩基础混凝土浇注采用抽干孔内水，浇注水下混凝土的方法进行浇注，这样综合了浇干混凝土和水下灌注混凝土两种方法的优点，浇注的桩基混凝土质量可靠。而25#——28#墩在湘江中，设计为明挖基础。96年冬季是近几年最低水位的年份，有利于明挖施工。大部分的桥墩水深也只有1m，用草袋围堰开挖基坑时积水也不多。覆盖层均为红砂岩，采用空压机和风钻打孔，人工爆破出渣。斜拉桥主墩29#墩位于湘江主航道中，施工时水位3——5m，均无覆盖层。下游基础采用18×4m，高为4m的长方形拼装式，壁厚1m的简易钢围堰。上游则采用钢管架草袋围堰，先用钢管扎架，在钢管架中间填草袋和粘土。基础采用风钻打孔，人工爆破，25T吊车配合出渣。在施工过程中，由于是冬季进行施工，气候寒冷且天气情况也不好。抓住了下游大源渡电站大坝即将截流蓄水的机遇，在倒灌水前，坚持将水中的基础全部抢出，给全桥施工进度带来很大的主动。斜拉桥主墩29#墩施工过程控制：钢围堰制作——墩位放样——钢围堰就位——钢围堰落床锚定——打刃脚封水混凝土——岩层风钻打孔爆破——基础岩面修凿平整——基坑开挖至设计标高。3、引桥空心板施工3.1、预制场位置和预制场构造引桥0#台——23#墩设计为23孔16m先张法预应力空心板，每孔28片，共有644片。考虑到场地和吊装的需要，空心板预制场设在16#——19#墩之间下的地面上，每孔横向设置6个底座，三孔共18个底座。张拉台座设在16#和19#系梁上，系梁经过增加构造钢筋和断面进行加高加宽，两根系梁之间加设三根60×80cm的混凝土地撑梁以增加张拉台座整体强度和抵抗张拉时所产生的水平力。张拉台座由预埋在系梁中的36#工字钢和δ10mm的钢板三角撑加强而成。空心板底板铺设δ10mm的钢板以保证底板的光滑。钢绞线三片整体下料，每三片梁同时张拉，既节约钢绞线又操作方便。模板采用钢模，每边的模板分4块制作，采用上空龙门吊上的电动葫芦进行运输和安装。（见图2）空心板预制场中，17#和18#墩的两根盖梁先不施工，在17#和18#墩的立柱上立Φ120cm的钢管桩，16#和19#墩的盖梁上立两根Φ60cm的钢管桩作为竖向支撑，在钢管桩上铺设覆盖整个预制场的贝雷架纵梁，纵梁上铺设轨道和行走系统，再在上面铺设贝雷架横梁，横梁上铺设轨道和行走系统等组成的组合式龙门吊。龙门吊的作用是作为预制场模板和混凝土的吊运，以及空心板梁垂直起吊至桥面，便于架桥机的安装。架梁采用自制的钢导梁架桥机再配合运梁平车安装就位。每天以三片的速度进行预制和安装。钢管立柱龙门吊贝雷架纵梁钢导梁架桥机191817161514地撑梁预制台座系梁预制场立面图预制场平面图图2：预制场布置和架梁示意图钢导梁架桥机由两片平行的主梁组成，每片主梁分四节加工，用螺栓和钢板联接成主梁，两片主梁用型钢连接成整体导梁，导梁上安装起吊装置和行走装置。钢导梁架桥机全长32m，前端变截面导梁长11m，尺寸从50cm过渡到90cm；后端等截面导梁长21m，尺寸为90cm。这种架桥机结构简单，加工容易，造价低；导梁所用的加工件及型钢总量不超过14T，并可重复利用，安全可靠，架梁速度快。将空心板先张法预制台座直接布置在引桥桥下，与常规的空心板梁长线法，即纵向5片以上的先张法台座相比，占用施工场地省。张拉台座就利用引桥本身的桩基和系梁来抵抗张拉水平力，节省了台座的投入，架梁时只需将空心板梁垂直起吊，即可分别向两头存梁和架设，纵向运距减短，架梁速度快。由于空心板的位置布设合理，投入的设备少，预制出来的空心板的质量好，速度快，为40mT梁预制场做好准备，为全桥的工期保证提供了条件。4、斜拉桥施工4.1、索塔施工索塔为H型空心塔，梁上塔高64m，塔下部为6×2.4m的矩形实心截面。拉索锚固区为空心箱形截面。锚固壁厚1.0m，侧壁厚0.6m，侧壁以5Φj15.24的预应力钢绞线环行布置，双向张拉。两索塔之间设置上、下两根风撑以加强索塔的刚度。在斜拉桥0#块主梁混凝土浇注完成以后就着手进行索塔施工。索塔采用裸塔翻模法施工，索塔模板采用双层骨架模板，外模采用6mm厚的钢板作面板，[10槽钢作肋，L7.5角钢作加强桁架，2m一节。工作平台随每节附着其上。上、下游塔柱各配制三节模板。内模同样采用钢模拼装。施工过程中每次留一节模板不拆，以保证接头的平顺。三节模板轮番往上安装。模板安拆采用塔吊运输。混凝土的垂直运输采用输送泵泵送到位，泵管则利用塔吊标准节为依附体随其上升并用手拉葫芦或自制抱箍固定在塔吊标准节上。横向两个索塔之间的风撑施工选用Φ120cm的钢管桩支撑体系和塔柱预埋牛腿搭设支架的方案。两根Φ120cm的钢管桩支撑在0#块上，可排除钢管桩基础沉降，牛腿支撑在塔柱上，其沉降及压缩变形可忽略而不计。受载后的弹性变形经计算都在弹性变形范围内，施工中采用设置预拱度进行施工。在横梁底模上用全站仪设置几个基准点在砼浇注过程将随时进行检测。混凝土分三次浇注。斜拉索锚区套筒用定位器进行安装，套筒标高，角度及平面位置，要严格按图纸数据控制，精确测量。索塔的环形预应力筋的安装，张拉，压浆都必须严格按规范要求进行控制。由于预应力管道过于弯曲，管道摩阻力极大，穿索及张拉时先用压浆机往管道中压入肥皂水（或洗衣粉水）来减小管道与钢绞线之间的摩阻力，在压浆时用压浆机压入清水冲洗干净后再进行压浆。通过采取措施，环形预应力损失控制达到了预期的效果。4.2、主梁构造及施工斜拉桥主梁是主桥上部构造施工的关键，也是整个衡阳湘江三桥的主体工程。斜拉桥主梁断面为2.5×2.4m矩形断面，每段梁尺寸有4.0m、4.1m、4.2m的。每个块件由主梁（包括翼板）、横梁、次梁和桥面板组成。横梁长为25.5m，宽度为0.35m，桥面板厚度为0.3m。主梁施工挂蓝采用轻型的后支点组合式挂蓝。挂蓝用40#和20#槽钢加工焊接成桁架式组合挂蓝，中间净距25.5m的横梁用三单片贝雷架将上下游挂蓝联接成一体，其贝雷架组又作为浇注横梁混凝土的挂蓝，同时翼板及桥面板挂蓝又与上下游主梁挂蓝后半部组成一体，整个挂蓝体系包括模板总重80T。施工过程中密切注意各部件的变形，由于挂蓝移动受斜拉索的影响，单个挂蓝两边的临时联系需要解联，在解联的前后要采取必要的措施使纵向主挂蓝保持不变形，使其不影响挂蓝的安全受力状况。主梁从0#——25#块共26个块件东西方向各长112m，按以下顺序施工：⑴挂篮就位到第N段，根据监控标高值和施测时温度调整N段主梁底模标高；根据同一段面主梁标高，测量N-1段横梁、N-2段桥面板的标高，观测记录挂篮移动前后第N段及后几段梁体标高变化。⑵绑扎钢筋，安装预应力管道，精确安装定位钢套管，安装侧模。观测梁体标高变化。⑶先浇注N-2段桥面板混凝土，再浇注N段主梁混凝土，接着浇注N-1段横梁混凝土。观测梁体标高变化。⑷混凝土待强。依次张拉完N-2段横梁、桥面板横向预应力，张拉N段面主梁纵向预应力，张拉N-1段横梁横向预应力，斜拉索挂索与张拉。观测梁体标高变化。⑸降底模，挂篮就位到下一段，循环进行施工，直至合拢段，观测全桥梁体标高来确定全桥的斜拉索调索。⑹直至最后，将挂蓝作为底梁，分别支承在斜拉桥主梁和过渡墩上，简支浇注合拢段混凝土。主梁标高测量必须严密跟踪控制，考虑桥横向宽度达33.8m，标高监控点横向布置要合理。挂篮施工过程中，必须考虑施工中主要的不定因素影响，掌握好现场第一手资料，通过现场施工监控及计算，不断测试→反馈→修正，及时调整立模标高，使施工顺利进行。标高的测量统一在清晨进行，选择适当的测量时间，力求将温度、日照对索力和标高的影响降低到最小限度，测量的数据及时反馈给监控单位，用计算机跟踪分析计算和处理实测数据，施工过程中不断追求斜拉桥成桥时取得最理想满意的线形和内力。主梁施工关键工序的质量控制：①、拉索锚固端套筒钢管的平面位置、角度及标高。②、预应力管道的布置和座标。③、主梁、横梁、桥面板预应力张拉及管道压浆。4.3、斜拉索的挂索和张拉及施工控制本桥斜拉索是钢绞线拉索群锚体系，单根钢绞线是成品索。由于斜拉索外层为防锈油脂和高密PE保护层，会影响挂索时和张拉后张拉端和锚固端锚具的工作夹片的正常工作，挂索前要根据计算下料长度、锚具尺寸和张拉伸长量准确计算出两端的剥皮长度，将此部分拉索的油脂和保护层清洗干净。张拉斜拉索后要马上验证剥皮的长度是否满足拉索正常工作的要求。在挂索的过程中，采用塔吊配合5T卷扬机进行安装，当斜拉索与施工挂蓝和预埋钢筋相撞时，用两层麻袋与之隔开。在锚具进入钢套筒时，注意调整整体钢绞线的角度，以避免钢绞线和钢套筒摩擦而破坏钢绞线的PE料层。斜拉桥主梁设计系轻柔型的梁体结构，每根拉索的力度对梁体线型影响十分敏感，对斜拉索的张拉过程控制很重要。张拉过程在监控单位根据施工阶段悬浇施工结构体系理论计算索力和跟踪实测索力结果的指导下进行，主要采用应力二次张拉到位法：第一次张拉以控制梁顶标高，满足梁的设计线型；第二次张拉按设计索力来调整张拉。在成桥时由监控单位根据全桥所测的索力和各梁段标高分析指导调索。张拉过程采用小千斤顶分孔张拉，因此两个索塔同步、对称进行张拉，张拉速度进行统一协调，使主梁受力均匀；索塔的东、西岸索对称张拉，使塔的两边受力均匀，控制塔顶在张拉时位移最小；锚孔中19根索应按先内后外、上下、左右对称进行，使锚具中心受压均匀，同时，注意整股索力的均匀，先张拉的索力逐步提高，后张拉的索力逐步降低，并回过头来抽检先张拉的索，如有预应力损失，应及时补足应力。4.4、斜拉索的防护1995年底建成通车的衡山湘江公路大桥的斜拉索和锚具与本桥相同，都是柳州OVM—200型拉索群锚体系。回过头来看锚具和钢绞线防护有明显的缺陷：梁内固定端锚具夹片防松措施不可靠，锚腔内的剥去PE的钢绞线部分和过渡段斜拉索钢套筒内防腐采用贯油的方法，经过几年的时间，油全部漏走，雨水顺着斜拉索上单根钢绞线之间缝隙渗入钢套筒内，锈蚀钢绞线和锚具。本桥斜拉索除了厂家生产的锚具有大的改进外，我们对锚具防护的意识也明显提高，建立了“整体斜拉索的完全防腐”的概念。对钢绞线斜