大跨連續剛構拱橋Y型三角區關鍵施工技術

楊誠祺 黃明超

中鐵二局第四工程有限公司

大跨連續剛構拱橋Y型三角區關鍵施工技術

楊誠祺 黃明超

中鐵二局第四工程有限公司

鄧村80+150+80m大跨度連續剛構拱橋Y型三角區設計新穎，結構復雜，支架支撐體系安全風險較高，文章結合該橋Y形三角區支撐體系設計、預壓、大體積砼澆筑及防裂、高支模“自動化”監測、應力及線形控制等關鍵技術進行介紹、總結，供類似工程施工參考、借鑒。

大跨度連續剛構拱橋 Y型三角區 施工技術

1 工程概況

1.1 工程概述

鄧村(80+150+80)m連續剛構拱橋全長310m，線間距為4.2～5.0m。平曲線半徑500m，縱坡0%，無橫坡，上部結構由Y形三角區、懸臂澆筑段和邊跨現澆段、合攏段幾部分組成，采用掛籃懸臂澆筑+支架現澆法施工。

Y型三角區全長57m，由拱肋、肋梁交匯段和拱上梁三部分組成。拱肋為上寬下窄梯形，結構高2.15～2.76m，寬4.5～5.201m，鋼筋砼實心結構；肋梁交匯段梁高5.79m，中墩頂梁段截面梁高2.0m，梁高沿縱向按2.5次拋物線變化，至拱梁交接處梁高為2.47m；拱上梁為單箱單室斜腹板箱梁，頂寬10.8m，高2m，底寬5.4m。單個Y型三角區主要工程數量為C60砼1150m3，鋼筋330t，鋼絞線18.8t。

1.2 重難點

(1)Y型三角區總長達57m，平曲線半徑僅500m，平面及高度線型同時變化，橋面寬隨線間距變化，梁底板上下緣沿曲線變化，拱肋寬成扇形遞增變化，梁體變形特點復雜(豎向變形、橫向變形、扭轉變形)，不僅考慮豎向預拱度，還要考慮橋墩的側向偏移和箱梁的扭轉，線形控制難度大；

(2)Y型三角區設計新穎，結構獨特，施工次數多(分三次澆筑)，預應力復雜，拱肋與墩交接處、拱肋與主梁交接處等關鍵部位易造成混凝土開裂；

(3)主墩SD123三角區小角度斜跨既有鄧村橋(該橋老化嚴重，承載力不足、跨度25m)，模板及支架體系(含基礎)設計難度大、風險高。

2 施工工藝流程

三角區施工工藝流程：交通疏解→河中鋼管樁施工→鋼管樁承載力檢測→岸上地基處理→拱肋支架搭設(含跨河段鋼管樁及貝雷梁支架體系預壓)→支架預壓→拱肋模板安裝、鋼筋制安→I區(拱肋)砼澆筑、養護→II區(拱梁交匯段)模板安裝、鋼筋制安→II區砼澆筑、養護→II區張拉壓漿→III區(拱上梁)支架搭設→III區模板安裝、鋼筋制安→III區砼澆筑、養護→Y形三角區張拉壓漿→拆除Y形三角區支架。

圖2-1 Y型三角區澆筑順序示意圖

3 Y形三角區關鍵施工技術

3.1 跨河段支架體系設計、施工

3.1.1 跨河段基礎設計及承載力檢測

SD123主墩拱肋段斜跨既有鄧村既有橋(2*12.5=25m跨簡支梁板)，鑒于拱肋重量大、Y腿結構對沉降敏感，采用“單跨跨越”施工風險大，對結構不利。為做到支架安全可靠、經濟合理、技術可行，經仔細研究地質資料，本著充分利用舊橋基礎的原則，采取了“橋面破洞施工鋼管樁基礎+既有橋基礎”相結合的組合基礎型式，經計算，設φ630*10mm鋼管樁4排20根，單根長24米，橫橋向間距2.0m，順橋向間距3.0m，每排鋼管樁頂設雙拼I50b工字鋼，解決了跨河支架基礎設置的難題。

選取受力分析承受最大承載力的鋼管樁，做單樁承載力試驗，試驗方法采用500t液壓千斤頂+雙拼I50b工字鋼與相鄰兩根鋼管樁焊接組成的反力架進行。

3.1.2 跨河段組合支撐體系堆載預壓技術

貝雷梁單層長21m，高1.5m，間距：拱肋下22.5cm，翼緣板下90cm。

跨河段支撐為20根鋼管樁+工字鋼+31榀貝雷梁等構成的組合體系。根據Madas Civil軟件，該體系總計需承重1647.2t，采用砼塊按10%，50%，100%，120%四級加載，布設6個沉降觀測點和4個擾度觀測點(見圖3-1鋼管樁沉降及貝雷梁擾度測點布置圖、見圖3-2沉堆載預壓貝雷梁)，通過千分表精準動態監測，其中沉降觀測允許變形值為5mm，貝雷梁跨中允許撓度值L/400=3/400=7.5mm。

圖3-1 鋼管樁沉降及貝雷梁擾度測點布置圖

圖3-2 堆載預壓貝雷梁

圖3-3 堆載預壓沉降及擾度曲線圖

經實測，最大沉降為3號測點(累計最大沉降2.4mm，其中彈性1.8mm、非彈性0.6mm)，最大擾度為2號測點(累計最大變形7mm，彈性3.5mm、非彈性3.5mm)，測點位置與計算模型吻合(見圖4-5堆載預壓沉降及擾度曲線圖)，測點變形值滿足要求。

3.1.3 滿堂支架設計、搭設及預壓施工要點

拱肋下方(拱肋段支架)：Y肋下方支架橫向間距30cm，翼緣板橫向間距60cm，縱向間距60cm，靠近墩身12.0m范圍內步距120cm，遠離墩身14.0m范圍步距60cm。

拱肋上三角區(拱上梁支架)：縱向間距90cm，橫向間距為：底板下60cm、腹板下30cm，步距120cm；拱肋下部從橋墩算起16m范圍內縱向間距60cm，橫向間距30cm，步距120cm；16m至28m范圍內縱向間距60cm，橫向間距30cm，步距60cm(見圖3-4 Y肋及拱上梁支架結構斷面圖)。

施工要點：

(1)碗扣支架嚴格按方案和規范要求搭設，Y型拱肋兩側支架通過水平普通鋼管連接成整體，以克服混凝土澆筑過程中產生的水平力。

(2)支架頂托與縱向承重方木間的空隙通過三角形方木砌塊填塞密實，確保立桿垂直作用于拱肋上，以克服16°拱肋水平分力對結構的不利影響。

(3)由于拱肋、拱梁交匯段及拱上梁結構復雜，噸位大(約 3200t)，路中場地受限，故在支架及底模鋪設完成后，選擇9m代表斷面，采用鋼筋按50%， 100%，120%分級加載預壓，共設3個斷面，每個斷面設3個觀測點，通過水準儀、全站儀適時監測(圖3-5堆載預壓及測點布置圖)。經實測，最大變形8mm，變形值滿足規范要求。

3.2 模板及鋼筋工程施工要點

圖3-4 Y肋及拱上梁支架結構圖

圖3-5 堆載預壓及測點布置圖

因主墩墩身需預留2m與拱肋一起澆筑，為有效支撐墩身后澆段與拱腳模板，克服傾斜拱肋砼澆筑水平分力對拱腳及墩身的不利影響，設計了“鋼管柱(通過精軋螺紋剛對拉)+定型鋼模”拉撐組合體系(見下頁圖3-6 墩肋結合段支撐體系結構圖)，確保了結構施工安全。

拱肋及其以上部位均采用122×244×1.8cm木模，次龍骨為10*10cm方木@20cm，主龍骨為三排雙拼[10槽鋼，精軋螺紋鋼對拉，支架底墊15cm×15cm方木(與貝雷梁接觸處墊I16工鋼)。鋼筋下料嚴格按照設計尺寸，縱向主筋采用直螺紋套筒連接。

3.3 混凝土施工操作要點

3.3.1 混凝土性能。根據各澆筑段長度、方量、鋼筋間距，拱肋斜度，結合砼振搗所用時間和泵送砼施工需要，控制坍落度140-180mm，初凝時間8～10h。

3.3.2 混凝土澆筑及養護。根據三角區拱肋、肋梁交匯段及拱上梁砼方量，每段澆筑施工盡量縮短，嚴格“分層連續疊澆、左右對稱、一次到位”。針對倒梯型斜截面(呈16度傾角)實心拱肋，采取分塊隨澆隨搗固后壓“頂模”方式，在輔以人工敲擊頂模。關鍵受力部位(如Y腿與主墩交接部位，Y腿與主梁交接部位)鋼筋密集，采取φ30cm振搗棒輔以振搗，確保砼內實外美(圖3-7 Y肋砼澆筑)。

為避免新舊混凝土收縮徐變差導致后澆混凝土開裂，采用關模養護7天的方式確保混凝土養護質量，頂面覆蓋塑料膜土工布保溫保濕養護14天。

圖3-7 Y肋砼澆筑

3.3.3 施工縫的處理。合理安排施工工序，使施工縫的混凝土齡期差異控制在14天內，并在施工斷縫周邊1～2m范圍內添加表面D8防裂鋼筋網片，嚴格鑿毛，露出新鮮粗骨料，并將混凝土渣清除干凈后，方可進行下段施工。

3.3.4 砼防裂采取的主要措施。為防止混凝土水化熱引起的溫差拱肋裂縫及變形等危害，采取了如下溫控措施：一是采用低水化熱硅酸鹽水泥；二是優化混凝土配合比設計，C60混凝土采用5-25mm連續級配碎石、Ⅱ區中砂，選用低水化熱水泥，內摻15%S95礦粉摻和料，SKT-S2高性能緩凝減水劑；混凝土中摻加高效減水緩凝泵送劑，達到延緩水泥水化反應時間和速度、降低水膠比的目的；三是澆筑前對骨料、拌合用水降溫，控制混凝土入模溫度；四是在結構內部預埋溫度計，適時監測混凝土內部溫度，及時采取有效降溫措施，防止內外溫差過大開裂；五是在其結構內部布設“S”型冷卻管(管徑φ48×3mm)，做到及時通水降溫。

圖3-6 墩肋結合段支撐體系結構圖

3.3.5 高支模“自動化”監測與常規監測“雙控”技術。首次采用智能無線數據采集儀，通過安裝位移、雙軸傾角及軸壓傳感器，借助無線接收器，做到了全方位自動、實時采集支架沉降、傾角、軸力等數據，并在室內監測平臺動態、直觀顯示，不僅解決了傳統全站儀及水準儀數據采集單一的問題，而且克服了長時間測量人為誤差及夜間測量困難的問題。同時通過支架吊線錘方式、借助水準儀、全站儀傳統方式采集支架沉降、位移及變形數據，智能儀器與人工監測雙控雙保險(見圖3-8 支架體系監測布置圖、表3-1 自動化監測成果表)。

表3-1 自動化監測成果表

3.4 預應力工程施工操作要點

3.4.1 三角區預應力張拉采用“四頂同步智能張拉”，張拉順序先下后上，先長束后短束，先張拉腹板束，再頂板、底板束，同一類型截面束對稱張拉。預采用“雙控”，以張拉力為主，以預應力筋伸長值校核，實際伸長值與理論伸長值偏差不大于±6%。

3.4.2 為防止肋梁交匯段及拱上梁施工縫出現降溫收縮裂縫，采取早期預應力張拉技術措施：澆筑完成拱上梁段后，待梁體混凝土強度達到設計值的95%，且梁段混凝土齡期不少于7天時，對2T0、2D3b、2D2b、2D2c鋼束進行初張拉，張拉控制應力為0.4fpk。待梁段混凝土強度達到設計值的100%及彈性模量達到設計值的100%后 終 張 拉2T0、2D3b、2D2b、2D2c鋼束。

3.5 應力控制

由于梁部施工臨時支架受力復雜，為保證拱肋安全，確保拱肋在施工過程中不出現拉應力裂縫，在拱肋根部和端部共四個截面布置鋼筋應力計，每個截面布置4個共16個應力計，及時對施工各階段受力進行監測、分析，并及時采取相應措施，確保三角區施工安全。

3.6 線形控制

施工前綜合考慮三角區域拱肋的支架體系變形、梁段的自重、鋼束張拉、溫度變化、混凝土收縮徐變及活載作用等各種因素的影響，在結構豎向方面：計算出每一段懸臂梁端點的各種撓度值，根據撓度值設計各截面預留拱度，施工過程中加以調整。高程用高精度電子水準儀進行測量，平面位置測量采用1’精度全站儀測量(直線段5m/斷面，曲線段2m/斷面)。

4 結語

Y型三角區結構新穎、構造復雜，支架施工安全風險性較大。從Y型三角區施工情況來看：①支架體系采用Madas Civil仿真分析受力各種工況可靠有效；②通過單根鋼管樁承載力試驗、貝雷梁堆載試驗及支架預壓，支架沉降變形監控數據有效驗證了支架的穩定性；③斜面澆筑混凝土采用“壓模”方式，使砼內實外美；④運用高支模“自動化”監測，實現了監控自動化、一體化集成。通過該橋的施工經驗，為類似橋梁施工提供參考。

[1]《鐵路橋涵工程施工質量驗收標準》(TB10752-2010)

[2]《鐵路預應力砼連續剛構橋(剛構)懸臂澆筑施工技術指南》(TZ324-2010)

圖3-8 支架體系監測布置圖