某水电站尾水大桥连续预应力箱梁施工技术

泸定水电站尾水大桥连续预应力箱梁施工技术胡传安 黎文海 赵华荣 (中国水利水电第十四工程局有限公司曲靖分公司，云南 曲靖 )摘 要：泸定水电站尾水大桥属于318公路改线组成部分，横跨发电厂房尾水渠，上部为连续预应力箱梁结构。为满足上、下游接线需要，尾水大桥为弯箱梁，纵坡达4%。因转弯半径小，纵坡大，桥墩较高，桥墩最大高度达34.5m，底板地质条件较差，与厂房施工干扰较大，施工难度较大。经过分析论证，最终采用满堂支架方案，顺利完成了施工任务，对类似工程具有较好的借鉴参考价值。关键词：尾水大桥 连续预应力箱梁 满堂支架1 工程概况跨尾水渠大桥为G318公路泸定水电站发电厂房段的改线工程。桥梁的布孔受桥下尾水渠边墙布置、尾水渠和厂房基础开挖及场内道路布置等因素控制，设计为6-40m预应力连续弯箱梁，全长246.10m。桥轴线为路中线，布置在缓-圆-缓型的平面曲线上。桥面按路面超高设置横坡，桥墩按法线方向布置。箱梁为单箱单室宽翼缘截面，翼缘板宽1.725m，端部厚18cm，根部增至50cm。箱室底宽538.4cm，腹板为斜腹板，腹板厚度均为50cm，顶板厚25cm，底板厚25 cm，梁体为250cm等高度箱梁。箱梁位于半径为255m的平曲线上，为增加箱梁的整体抗扭能力，在支座处设有横隔梁，在每跨跨中设有一道横隔板。桥墩采用设倒角的矩形实体墩，1#、2#、3#、5#桥墩基础为带承台的桩基，4#桥墩基础设计为与尾水渠墙体结合在一起。桥台设计为双柱式轻型桥台，桩基础。箱梁采用C50混凝土浇筑，桥面铺装采用C40合成纤维混凝土，桥墩、桥台盖梁采用C40混凝土，桥墩承台及扩大基础采用C35混凝土，桩基均采用C35水下混凝土。预应力束由719根15.2钢绞线组成。预应力管道采用预埋塑料波纹管。2 施工难点分析（1）上部结构为连续预应力箱梁，为满足接线需要，平面转弯，转弯半径仅255m，纵坡达4%，因特殊的线形，方案决策难度较大。（2）桥墩较高，最大高度达34.5m，无论是采用支架方案还是贝雷架方案，均有较大的难度。（3）尾水渠底板覆盖层深厚，以漂卵石覆盖层为主，局部为粉土地层，受渗水影响，地基软化，地基承载力较差。（4）第一跨、第四六跨基础与尾水渠结构干扰，或位于尾水渠开挖覆盖层边坡之上，如采用支架方案，基础处理难度较大。（5）施工干扰大，尾水大桥与厂房基坑施工及压力钢管运输，均存在较的干扰。3箱梁方案选择（1） 移动模架方案。移动模架方案具有施工快速，安全，与基坑施工干扰小等优势。但由于本箱梁平面转弯，且转弯半径较小，纵坡大，经与众多移动模架专业厂家咨询，参照移动模架施工工法，一般采用移动模架的桥梁平面转弯半径须大于400m，因本工程线形特殊，移动模架的稳定问题突出，几乎无法采用移动模架浇筑，即使采用特制移动模架浇筑，因须量身定制，后续无法与其他工程周转使用，施工成本极高，是极为不经济的。（2） 贝雷架方案。贝雷架方案简便，通常在须保证底部通行的工程上使用。本箱梁单跨度达40m，跨中必须设置钢管支墩，钢管支墩高度大，截面小，长细比小，自身稳定问题突出，加之地基承载力较差，存在较大的安全隐患。（3） 满堂支架方案。满堂支架是最常规的方案，具有机动灵活、安全可靠等优点，有快插体系支架与普通满堂支架两种形式，快插体系支架钢管材质有保证，轴心抗压性能优良，但缺点是整体稳定性较差，如基础产生不均匀沉降，产生整体失稳的风险较大。经上述分析对比，根据现场的实际条件，最终决定采用普通满堂支架方案。4满堂支架方案面临的问题与对策 （1）地基承载力问题。满堂支架对地基承载力要求较高，尾水渠底板覆盖层无法满足承载力要求。对局部地基承载力较低部位，采用石渣进行换填，采用振动碾分层碾压密实，经承载力检验合格后，浇筑垫层混凝土，垫层混凝土根据现场的地质条件，厚度按2060cm控制，局部增设钢筋网，提高基础的整体性。对于支架基础部位出露的渗水，采用引排措施，避免浸泡软化地基。（2）上、下游斜坡基础问题。满堂支架立杆基础必须水平，且承载力须满足要求，如立杆直接布置在斜坡覆盖层基础上，无法满足整体稳定要求。统筹安排尾水渠施工进度，对于第一跨、第四跨、第五跨斜坡基础，在搭设相应部位支架前，将相应的挡墙混凝土浇筑至一定高程，并及时对墙背进行回填，回填形成水平基础，再对基础进行硬化处理。对于第六跨斜坡基础，在支架基础水平投影范围内，顺坡面自下而上浇筑混凝土台阶，形成台阶式基础。（3）施工干扰问题。尾水大桥施工与压力钢管运输、厂房基坑施工及机电安装交叉作业，通道干扰问题突出。统筹安排尾水渠底板与箱梁施工进度，在第三跨箱梁施工期间，满堂支架将下基坑道路封堵，暂停尾水渠底板施工；在施工第六跨脚手架前，完成压力钢管运输，施工第六跨时，在第五跨设置4.5m门洞，确保机电安装通道畅通。（4）材质问题。根据国内钢管供应市场实际情况，基本无符合国标的产品，实际壁厚远低于国标标准。在满堂支架的设计计算时，按照实际的钢管壁厚进行设计计算，按照理论计算厚度选择钢管供应商，以计算厚度作为材质标准。5满堂支架设计及质量控制5.1满堂支架结构参数按照最高一跨脚手架进行设计计算，箱梁支撑脚手架选用外径48mm、壁厚3.0mm钢管，材质为Q235，步距1.2m，立杆间、排距均为0.6m，长宽方向均设置剪刀撑，宽度方向剪刀撑按每4跨设置一道，内外侧立面设置连续剪刀撑，剪刀撑与地面夹角按50控制。为降低风荷载，仅上部通道两侧挂安全网。支架搭设宽度为箱梁水平投影宽度加两侧走道宽度。支架立杆基础设置钢垫板，以分散立杆基础应力。立杆采用对接接长，剪刀撑采用搭接接长。立杆及水平杆接头避免在同一截面上。遇桥墩时，利用支架附墩，增加整体性。5.2满堂支架质量控制要点（1）材质。用于支架的钢管、扣件必须有出厂材质检验报告，并经进场抽检合格，方可投入使用。（2）地基承载力。地基承载力检验合格，标准值不小于200kpa，并经监理工程师验收签证。（3）严格控制立杆间距、排距，以及步距，偏差不大于10%。（4）立杆垂直度是确保支架达到设计受力工况的关键，立杆垂直度按0.5%控制。（5）扣件紧固程度。扣件采用扭力扳手抽检，合格标准为紧固力不小于35kn*m，抽检合格率不低于85%。5.3满堂支架预压为消除承重架、模板的非弹性变形和地基的压缩沉降影响，测量承重架弹性变形的实际数值，作为箱梁立模预拱度设置的参考；同时，检验承重架的受力稳定情况，确保承重架安全，按照规范要求对支架进行预压。采用堆载砂袋预压。为保证预压荷载的合理分布，模拟混凝土浇筑顺序进行加载，第一步加载底板钢筋混凝土重量，第二步加载腹板钢筋混凝土重量，第三步加载翼缘板及顶板钢筋混凝土重量。考虑到混凝土振捣产生的动荷载、小型机具荷载及风荷载，预压荷载按总荷载的1.2倍考虑。砂袋采用装载机配合人工装矿袋，50t汽车吊、塔机吊运。在预压过程中，加载、卸载前后对底模、腹板模板进行观测，计算非弹性变形及弹性变形量。根据第一跨预压实测成果，50%的测点非弹性变形大于10mm，局部达22mm。根据预压过程中的巡视检查，因对基础进行了特殊处理，基础沉降变形的因素较小。考虑到张拉后，跨中起拱约12cm，跨中按5cm设置预拱度，全跨按抛物线分配。后因工期紧张，经参建各方协商，自第二跨起取消系统预压，仅对第四跨基础条件较差部位进行局部预压，预拱度按7cm设置。6连续预应力箱梁施工技术方案6.1浇筑分段、分层方案为利于支架稳定，分两层浇筑，第一层浇筑底板及腹板，第二层浇筑顶板及翼缘板，分缝位置避免倒角等应力集中部位。按照设计要求，在零弯矩附近设置施工缝，第一跨长47m，第二五跨40m，第六跨33m。6.2模板及支撑加固方式采用竹胶板模板，堵头采用木模。底板铺设纵横向双层枋木，横向枋木截面为1515cm，间距60cm，纵向枋木截面为510cm，间距20cm，枋木表面铺竹胶板模板，底模利用顶托调节。腹板外侧模采用增加斜钢管支撑，并与支架连接支撑，内、外模均采用枋木作背枋，纵向钢管做围令，对拉加固。反倒角部位以及进人孔底板等部位，设置排气孔、振捣孔。顶板采用在底板上搭设脚手架支撑，支撑方式同底模。6.3材料垂直运输方案采用支架方案，材料垂直运输工程量大，为满足材料垂直运输需要，分别在2#桥墩外侧及4#桥墩内侧各安装1台塔机，局部采用汽车吊辅助吊运。6.4细骨料问题研究箱梁混凝土标号为C50高性能混凝土。因大渡河流域天然砂含泥量、云母含量超标，只能采用机制砂，但泸定水电站的砂石系统按照水工规范设计，采用半干半湿法生产工艺，石粉含量符合水工规范，但不满足桥涵规范。经实地考察、取样试验，湿法生产的皮带上取样检测的石粉含量满足桥涵规范要求，对砂石系统生产方式进行调整，集中为箱梁生产一批水洗砂。石粉洗掉后，细度模数达3.3，超过规范上限。经试验分析，细度模数超标主要影响混凝土和易性，对于混凝土强度有利无弊，通过适当增加胶凝材料、调整聚羧酸掺量改善混凝土和易性，满足施工要求，获得了成功。6.5混凝土浇筑方案混凝土采用48m汽车泵入仓浇筑。第一层先浇筑腹板根部，再依次浇筑底板、腹板，左、右两侧对称下料浇筑，长度方向上分段、分层浇筑。第二层全断面推进，纵向分段分层浇筑。采用50mm振捣器振捣。底板及顶板设置样架控制收仓高度，人工抹面。对于锚固端等钢筋密集部位，采用小直径振捣器仔细振捣。6.7混凝土养护措施根据外界的气候条件，分别采用洒水养护、蓄热法养护，根据监测资料，23天混凝土内部温度达到峰值，重点做好前7天的养护措施，确保混凝土表面保持湿润，持续养护时间一般按14d控制。6.8预应力施工箱梁线形为平面转弯，纵坡较大，波纹管安装精度要求较高，测量放线困难。提前由测量人员编制放样图纸，绘制每根波纹管沿桩号方向相对于底模的高程变化，现场以桩号、侧模、底模为参照控制定位。塑料波纹管采用样架钢筋固定，间距按80100cm控制，对弧段加密样架钢筋，确保波纹管精度，局部钢筋与波纹管有干扰，在不影响结构的前提下，对局部钢筋进行适当调整。钢绞线端头设置P锚，采用挤压机现场加工锚头，钢绞线采用连接器接长。混凝土强度达到设计强度90%以后开始张拉，一般5d后可开始张拉，采用400t穿心式千斤顶整体张拉，左、右两侧对称张拉，张拉顺序为自腹板根部向顶板张拉，先张拉腹板，再张拉底板，最后张拉顶板支座负弯矩预应力束。张拉完成后，立即进行孔道压浆，采用真空压浆工艺，制浆时掺入膨胀剂，排气管采用镀锌铁管，并安装球阀，以便于控制注浆饱满度。6.9桥面系施工（1）垫石及支座施工根据原方案，支座设置下垫石和上垫石，上垫石高度较小，钢筋网层数多，难以控制施工质量，经与设计协商，采用上垫钢板替代上垫石，钢板平面尺寸较对应的支座大5cm，支座螺栓部位预留螺栓孔。桥墩浇筑完成后，设计对支座型号进行了调整，调整后，有两个桥墩无下垫石空间，最终采用将墩顶部分混凝土凿除，形成凹坑，增加钢筋网片，采用下垫钢板替代下垫石。支座均采用抗震盆式橡胶支座，分固定支座、双向支座和单向支座。支座地脚螺栓孔在浇筑垫石时预留，垫石顶部与支座之间的间隙及支座地脚螺栓孔均采用ICG设备基础加固型超早强型回填灌浆料回填。立模后，支座与模板之间的缝隙采用土工布填塞，避免浆液进入支座。（2）防水层施工桥面采用XYPEX防水材料防水。施工流程为基面检查基面处理基面润湿制浆涂刷XYPEX灰浆检验养护验收。涂刷工具采用专用的半硬尼龙刷。涂刷时应注意一定的力度，以保证凹凸处都能涂上。涂层厚度0.8mm，涂刷一般分为二遍成活，每一遍涂刷应交替改变涂层的涂刷方向，同层涂膜的先后搭接宽度宜为30-50mm。（3）桥面铺装混凝土施工桥面铺装混凝土采用半幅施工，整体自上游向下游分段施工。采用角钢做轨道，混凝土采用搅拌车运输，直接入仓，振捣梁振捣，人工抹面收光，利用铝合金刮尺检查控制平整度。浇筑完成后，按照4m切缝，缝宽0.5cm，深度1.5cm。达到设计强度后，采用刻缝机刻槽。6.10冬季施工措施进入10月份，气温渐低，最低气温在3左右，影响混凝土强度增长，且容易导致温度裂缝，采取了以下措施：（1）顶板采用蓄热养护，收仓后，在顶板覆盖一层塑料薄膜保水，再在上面覆盖2cm保温被，保温被上面再覆盖彩条布，避免热量、水分自保温被接缝间散失。保温材料顶部采用枋木压紧。充分利用保水材料避免水分散失，有效利用混凝土自身散热提高环境温度，有利于强度快速增长（2）适当推迟内模拆除时间，避免在混凝土温度达到峰值时拆模，降低内外温差。（3）将箱梁上、下游两端的孔洞封堵，利用混凝土自身散失的热量保持箱梁内部适宜、稳定的温度。（4）外模在张拉完成后拆除。 通过上述措施，确保了混凝土强度快速增长，即使在冬季低温期间，也能够确保在5d具备张拉条件。6.11施工进度控制为满足临时通车节点要求，工期十分紧张。按照节点要求，倒排工期，加大人力、材料及设备投入，同时按照3跨配置脚手架、模板材料，确保第二跨以后的脚手架搭设、底模铺设不占直线工期。在前一跨顶板混凝土待强期间，进行下一跨底板及腹板钢筋绑扎，波纹管安装，施工缝位置预留张拉工位，局部不立模板、不绑扎钢筋。