杭州湾跨海大桥滩涂区50m箱梁施工关键技术.pdf

4 2 桥梁建设 2 0 0 6年第 3 期 文章 编号 ： 1 0 0 3 4 7 2 2 ( 2 0 0 6 ) 0 3 0 0 4 2 0 5 杭州湾跨海大桥滩涂 区 5 0 m箱梁施工关键技术 李友明 ， 刘乃 生， 林 原 ( 中铁二局股份有限公司， 四j i l成都 6 1 0 0 3 1 ) 摘 要 ：结合杭 州湾跨海大桥南岸滩涂区大吨位箱梁的结构设计和施 工环境的特 点， 对预制 场规 划 、 制 存 梁 台座 、 模板 、 钢 筋 、 混 凝 土 、 预应 力施 工 和 箱 梁场 内搬 运 、 提 梁 、 梁 上 运输 及 箱 梁 架设 等 关键 技 术进 行 了阐述 。 关键 词 ：滩 涂 区； 箱形 梁 ； 预 制 ； 运输 ； 架设 ； 施 工方 法 中图分 类号 ： u4 4 8 2 1 3 ； u4 4 5 4 6 文献标 识码 ： a ke y te c h ni qu e s f o r co n s t r u c t i o n o f 5 0 。 m s pa n bo x gi r d e r s o f ha n g z h o u ba y s e a - cr o s s i n g br i d g e i n ti d a l - fl a t ar e a li yo u - mi ng，li u na i - s he n g，li n y u a n ( c h i n a t i e e r j u c i v i l e n g i n e e r i n g ， i n c 、 ， c h e n g d u 6 1 0 0 3 1 ，c h i n a ) ab s t r a c t ：i n t h e l i g h t o f t h e c h a r a c t e r i s t i c s o f t h e s t r u c t u r a l d e s i g n a n d c o n s t r u c t i o n e n v i r o n me n t o f t h e l a r g e t o n n a g e c o n c r e t e b o x g i r d e r s o f ha n g z h o u ba y s e a cr o s s i n g br i d g e i n t h e t i d a l _- f l a t a r e a o n t h e s o u t h b a n k，t h i s p a p e r p r e s e n t s t h e k e y t e c h n i q u e s f o r c o n s t r u c t i o n o f t h e g i r d e r s ，i n c l u d i n g t h o s e f o r p r e c a s t y a r d p l a n n i n g，c o n s t r u c t i o n o f p r e c a s t i n g a n d s t o r a g e b e d s ，f o r m wo r k，r e i n f o r c e me n t ，c o n c r e t e a n d p r e s t r e s s i n g ，a n d a l s o t h o s e f o r s h i f t i n g，l i f t i n g o f t h e g i r d e r s i n t h e p r e c a s t y a r d ，d e l i v e r y o f t h e g i r d e r s o n t h e e r e c t e d g i r d e r t o p a n d e r e c t i o n o f t h e g i r d e r s a t b r i d g e s i t e ke y wo r d s ：t i d a l f l a t a r e a ；b o x g i r d e r ；p r e c a s t i n g ；d e l i v e r y ；e r e c t i o n ；c o n s t r u c t i o n me t h o d l 工程 概况 1 1 工程地理位置 杭州湾跨海大桥南岸滩涂 区引桥 k7 1 +3 3 5 k8 1 +4 3 5 ( 长 1 o 1 k m) 段桥梁上部结构为跨径 5 0 m 的先简支后连续预应力混凝土连续箱梁， 共有 2 0 联 8 5 o m 和 6 联 7 5 0 m箱梁( 双幅) 计 4 0 4片。 由于滩涂 区的特殊环境 ， 上部结构采用整体预制和 梁上运梁架设 的施工方案。 1 2 箱梁结构设计简介 箱梁为单箱单室截 面， 顶宽 1 5 8 m， 底宽 6 6 2 5 m， 梁高 3 2 m。箱梁两侧各 悬臂 3 9 m， 悬臂端部 和根部厚度分别为 2 o c m、 5 0 c m。顶板厚度 2 6 c m， 桥面横坡为 2 0 9 ， 6 。底板厚度 2 5 c m， 在支点两侧附 近局部加厚至 0 6 m 和 0 5 m。腹板为斜腹板 ， 上 端厚度 6 0 c m， 下端厚度跨 中为 4 0 c m， 支点 8 m 范 围增至 6 0 c m。边梁 和中梁 自重分别 为 1 4 3 0 t 和 1 42 5 t 。 1 3 工程重点、 难点 南引桥滩涂区 5 0 m箱梁采用整体预制 、 梁上运 输和架桥机架设的施工方案 ， 是国内外迄今为止采用 类似方案中最大吨位的箱梁。工程难点主要有： ( 1 )大型箱梁整体预制。 ( 2 )海工耐久混凝土配合比设计及施工技术。 ( 3 )大吨位箱梁运输和架设 。 ( 4 )箱梁先简支后连续体系转换施工技术。 收稿 日期 ：2 0 0 6 0 4 0 3 作者简介 ： 李友 明( 1 9 6 8 一) ， 男 ， 高级工程师 ， 1 9 9 1 年毕业 于上海铁道学院铁道工程专业 ， 工学学士。 维普资讯 杭 州湾跨海 大桥 滩涂区 5 0 m箱梁施工关键技术 李 友明， 刘乃生 ， 林 原 4 3 2 关 键技 术 2 1 大型箱梁整体预制施工 2 1 1 预制场总体规划 预制场 占地约 2 o万 m。 ， 按功能分为办公生活 区、 制梁区、 存梁 区及运梁通道等部分。整个生产区 以制梁台座为中心 ， 遵循“ 施工便捷 、 组织有序” 的原 则分为存梁区、 钢筋钢绞线加工及预扎区( 含料场) 、 内模拼装及整修区、 拌和站 ( 含砂石料场) 等。各作 业 区相 对独 立 ， 不 仅有 效减 少 了相互 干扰 ， 而且 缩短 了设备作业路径 ， 最大限度地发挥 了制梁场的生产 能力 。由于总体布置合理 ， 在仅设置 6个制梁台座 的情况下达到了月制梁 3 o片的生产能力。 2 1 2 台座规划与结构设计 预制场场地为滩涂 围垦 区。针对地下水位高， 地基承载力低 ， 台座承受的施工荷载大、 变形控制要 求高的特点 ， 台座采用刚性基础 和弹性基础相结合 的设计方案 。台座两端采用桩基础 ， 制梁台座中间 部分在混凝土浇筑施工过程 中只承受 约 6 0 k p a的 均布荷载 ， 该部分按弹性地基梁设计。存梁台座还 进行了桩底压浆处理 ， 以提高基础的承载力和控制 工后沉降量， 实测最大沉 降量约 5 mm， 不均匀沉降 量 2 3 mm， 确保 了箱梁在存放过程不 出现“ 三支 腿 ” 的现象 。 2 1 3 模板设计 2 1 3 1 内模系统 根据箱梁结构设计 和内模安拆施工的需要 ， 采 用液压 内模系统( 见 图 1 ) 。该系统包括标 准段( 梁 体 中间段) 、 变截面段 ( 梁体腹板变 厚段) 和孑 l 口段 ， 各段液压系统及支撑方式有所不 同， 但均 由模板系 统、 车架系统( 含支撑 ) 和液压系统组成 。其中， 模板 系统为大块钢模组拼结构 ， 分侧模下部、 中部、 边部 和顶部模板 4个部分 ， 变截面段和孔 口段为大块组 合钢模 ； 车架系统包括车架桁架 、 走行支架 、 走行轮 。 螺旋支撑杆 箱粱 图 1 箱梁液压内模系统方案( 混凝土浇筑工况) 内模 吊装可用 2种方式 ： 一是用 2台 5 0 t 搬运 机分 2次将内模吊入台座安装 ( 此方案可以把 内模 拼装 、 整修工作 与 吊装工作平行 安排 ， 缩 短作业时 间) ； 二是用 2台 ml 8 0 0型搬运机整体 吊装。现场 可 根据 实 际情 况 灵活采 用 ， 见 图 2 。 图 2液 压 内模 整 体 吊装 状 况 2 1 3 2 外模系统 箱梁外模由底模 、 外侧模和端模组成， 均为大块 钢模组拼结构 。底模与制梁台座上的预埋件焊接 固 定 ， 外侧模采用子母铁楔与底模横梁楔紧连接 ， 端模 和底 、 侧模用螺栓连接 。由于箱梁在 中墩 侧伸 出的 连接钢筋较多 ， 为脱模方便 ， 该侧端模 采用小块结 构 ， 靠边墩侧的端模板则采用大块钢模组拼结构。 在考虑外侧模系统与制梁台座配置时， 采用外 模板与制梁台座一一配置 的方案。实践证明， 模板 结构和配置有效提高 了箱梁施工质量 ， 加快 了施工 进度 ， 增加 了安全度 ， 取得 了良好的经济效益 。 2 1 4 钢筋 工程 单片 5 0 m箱梁的普通钢筋重约 1 1 0 t ， 为缩短 钢筋安装时间， 提高制梁台座的利用率， 钢筋集 中加 工 ， 分腹板 、 底板钢筋和顶板钢筋整体预扎 ， 用 2台 5 0 t 搬运机组合 吊装入模。根据施工需要 ， 设置了 顶板钢筋和底板 、 腹板钢筋预扎架各 2个 ， 整体吊装 架 1个。图 3为底、 腹板钢筋整体吊装施工的场景。 图 3厩 、 腹 板 钢 筋 预 扎 吊装 施 工 状 况 整体 吊装架设计成多功能 吊具 ， 采用型钢 吊带 代替传统的钢丝绳 ， 有效降低了轮胎式搬运设备对 起吊高度的要求。除进行钢筋整体 吊装外 ， 还用于 混凝土蒸汽养护棚架 的整体吊装 。 2 1 5 混凝 土工程 箱梁采用 c 5 0海工 耐久 混凝 土 ( 单 片箱 梁约 5 5 0 r f l 。 ) 。它是采用常规原材料 、 常规工艺 ， 大 比例 添加矿物掺合料及化学外加剂 ， 经配 比优化而制作 的， 在海洋环境中具有高耐久性 、 高尺寸稳定性和 良 好的工作性能。 维普资讯 4 4 桥梁建设 2 0 0 6年第 3 期 2 1 5 1 海工耐久混凝土配合 比设计 针对工程所在地 区域原材料的实际情况和桥梁 结构的设计要求 ， 对 原材料进行了大量 的性能检验 和上千组配合 比试验 ， 并结合现场的临时工程进行 了工艺试验 ， 箱梁使用的配合比见表 1 。 袭 1 箱粱 c 5 0海工耐久混凝土理论配合 比 k g m 水泥矿粉粉煤灰 砂 石子 水 减水剂 a d v a1 5 2 2 】 8 】 9 6 5 6 6 9 4 】 0 8 6 】 5 2 4 2 注 ： 水 胶 比为 0 3 2 3 箱梁 c 5 0海工耐久混 凝土性能指标统计 结果 为 ： 混凝土 2 8 d强度平均值为 6 7 9 mp a ， 标准差为 2 2 9 mp a ， 变异系数为 3 3 8 oa， 2 8 d弹性模量平均 值为 3 8 5 1 0 mp a ， 标 准差为 0 0 4 81 0 mp a ， 变异系数为 1 2 5 ； 8 4 d氯离子抗渗系数平均值为 1 2 1 7 x 1 0 。 m2 s ， 标准差为 0 0 3 2 1 0 m。 s ， 变异 系数 为 2 2 6 。混凝 土 各项 性 能 良好 。到 2 0 0 5年底， 共制箱梁 1 5 0片， 浇筑海工耐久混凝 土 7 0 0 0 0 m。 ， 混凝土性能稳定 ， 箱梁裂纹得到了有效 控制。 2 1 5 2 混凝土生产和运输 混凝土生产采用大型拌合站集中生产方案。配 置了 3台 6 0 r n 。 h和 1台 9 0 i n 。 h生产能力的拌合 站 ， 总理论生产能力 2 7 0 m。 h ， 实际生产能力为 8 0 m。 h ， 单片梁实际浇筑时间约 9 h 。 混凝土运输采用 4台 hb t 8 0输送泵直接泵送 混凝土和配混凝土罐车运输至待浇筑台位再泵送 2 套运输方案， 以适应不同的运输距离。 2 1 5 3 混凝土浇筑 箱梁混凝土浇筑按 照“ 底板与腹板倒角处一 腹 板一底板一顶板， 从两端 向中间” 的原则 ， 采用 4台 布料机从箱梁两端向中间对称布料、 连续浇筑， 以水 平分层( 分层厚度不大于 3 0 0 mm) 、 斜 向分段( 工艺 斜度为 1： 4 1： 5 ) 的施工工艺进行。 根据箱梁 的不同部位 ， 混凝土捣固分别采用 附 着式振捣器和插入式振捣器相结合的方案 。浇筑箱 梁底板与腹板倒角处时， 以插入式振捣为主 ， 辅 以附 着式振捣。浇筑箱梁其他部位时， 采用插入式振捣。 2 1 5 4 混凝土养护 对混凝土采用保温保湿养护方案 ： 待箱梁混凝 土浇筑完成后 ， 箱梁顶面先用海绵覆盖 ， 用养护罩封 闭梁体。待混凝土静养至初凝 ( 时间约 8 h ) ， 将箱 梁顶板上海绵浇水湿透， 箱内蓄水保湿。混凝土初 凝后 按 照 不超 过 1 0 h的升 温速 度 升 至 3 5左 右时停止升温 ， 恒温保持约 2 4 h ， 然 后按 照不超过 1 0。c h的降温速度降温。当梁体表面温度与环境 温度之差不超过 1 5时， 撤除养护罩。箱梁内室降 温较慢 ， 可适当采取通风措施。在混凝土养护过程 中应加强混凝土内部温度 、 表面温度 、 养护罩内不同 部位温度 、 湿度以及环境温度的监测 ， 并根据监测情 况采取措施 。 2 1 6 预 应力 工程 箱梁采用纵 、 横双向预应力体 系。纵 向预应力 钢束采 用 1 9 一 1 5 2 4 及 1 2 一 1 5 2 4 和5 一 1 5 2 4 三类钢绞线 ， 采用内径 1 0 0 mm和 9 0 mm塑料波纹 管成孔 ； 箱梁顶板横 向预应力束 采用4 一 1 5 2 4 钢 绞线( b m1 5 4扁锚) ， 采用 7 0 mm2 1 mm 的扁塑 料波纹管成孔。 2 1 6 1 预应力管道 预应力管道采用塑料波纹管制孔， 材质为高密 度聚乙烯 ( hd p e) 。为确保管 道的成孔质量 ， 采取 下列技术措施 ： 按直线 5 0 0 mm、 曲线 1 0 0 mm 的间 距设置定位钢筋； 管 道与锚下垫板连接处配置专用 连接管 ， 波纹管接头除采用塑焊机进行焊接外还用 不干胶布缠裹； 混凝土浇筑前， 在管道内穿硬塑管 ， 防止管道在混凝土作 用下发生挤压变形， 并在混凝 土初凝后及时拖动硬 塑管 ， 避免管道 因意外漏 浆造 成堵塞。 2 1 6 2 预应 力张 拉 箱梁纵向预应力采用二次张拉工艺 ： 当混凝土 强度和弹性模量分别达到设计值 的 8 5 和 8 0 以 上时进行部分腹板束和底板束张拉 ， 然后将箱梁搬 运至存梁台座； 待混凝土强度和弹性模量均达到设 计值时再进行其他束的张拉 。二次张拉有利于加快 制梁台座周转 。 2 1 6 3 管道压浆 为提高箱梁 的耐久性 ， 预应力管道压浆采用真 空压浆工艺 。 ( 1 )浆液配合 比设计 。为提高浆液的耐久性 ， 配合 比设计除进行常规的强度 、 泌水 和膨胀率试验 外 ， 还进行了斜管试验、 密度试验和模拟压浆试 验。 通过掺加高效减水剂、 阻锈剂和微膨胀剂， 确保浆液 具有 良好的耐久性和工作性。 ( 2 )压浆设备 ： 水泥浆拌和机和压浆泵为一体 机 ， 其拌和机转 速 1 3 0 0 r rai n ， 压浆泵 能连续均匀 地压浆， 可进行 0 7 mp a以上的恒压工作 ， 且具有 压浆量 、 进浆压力可调功能 ； 浆体养护缸的搅拌速度 不能大于 5 0 0 r rai n 。真空泵采用水环式真空泵 ， 循 环水用自来水， 水温不超过 4 0； 其抽真空的能力 维普资讯 杭州湾跨海大桥滩涂 区 5 0 m 箱梁施工关键技术 李友明 ， 刘乃生 ， 林原 4 5 应大于 9 o ( 一0 0 9 mp a ) ， 抽真空的效率应不小于 4 0 m。 h 。 ( 3 )压浆： 预应力束张拉完成后切割钢绞线 ， 安 装密封罩， 然后抽真空 ， 待真空度满足要求后方可压 浆 。压浆时 ， 由孔道压浆端压入浆体 ， 从抽真空端排 出浆体 ， 直到流出 的稠度 达到注入 的稠 度， 然后在 0 7 mp a 下保压不少于 2 mi n 。 2 2 箱梁搬运 箱梁搬运包括从制梁台座至存梁台座和从存梁 台座至提梁站的场 内搬运 、 箱梁 由地面上 至桥面 的 垂直提升和箱梁在桥上长距离运输等， 由于条件不 同采用不同的运输方案。 2 2 1 箱梁在预制场内搬运施工 箱梁在场内搬运可采用滑道滑移或轮胎式设备 搬运 。前者具有专用设备投入 费用少 的优点 ， 但工 效较低， 并且在场地地质条件不 良时， 滑道地基处理 的费用较高。该方案要求制梁和移梁顺序必须严格 按照架梁顺序进行 ， 采用架桥机架梁时尤应 注意制 梁和存梁顺序。后一方 案， 虽然投入专用设 备费用 较高 ， 但工效高 、 走行道路的地基处理费用低 ， 可实 现双层存梁 ， 对制梁和移梁顺序要求较低 ， 场地布置 灵 活 。基 于上 述原 因 ， 选 用 2台 ml 8 0 0型轮 胎式 搬 运机联合吊移梁的方案。该轮胎式搬运机 由主梁、 支腿、 运行机构、 起升机构、 吊梁小车、 吊具 、 司机室、 动力系统 、 液压系统 、 电气系统等部分组成 。图 4为 2台搬运机联合搬运箱梁的工况。 图 4 2台搬运 机联 合搬 运箱 梁的工况 该设备有下列特点： ( 1 )通过吊具结构的优化设计实现箱梁起吊的 “ 三吊点” 体系 ， 保证箱梁在移运过程 中不受附加 弯 扭作用。 ( 2 )通过 8组 液 压 油 缸 系 统 实 现 轮组 原 地 9 o 。 转 向， 可将箱梁搬运至梁场 内任何位置， 机动性好 、 作业方便。 ( 3 )单机配置 4 8 个轮子及载荷 自动均衡系统 ， 能够 自动调整轮组压强 ( o 9 5 mp a ) ， 有效降低运梁 通道 地基 处理 费用 。 ( 4 )通过采用先进 的同步控制系统 ， 确保 2台 搬 运 机联合 吊梁 运行 同 步 。 ( 5 )配置先 进 的 p l c程序 控制 系统 ， 具有 自 锁、 互锁 、 故障诊断功能 ， 安全可靠 。 2 2 2 箱梁提升上桥 采用 2台吊重 8 0 0 t 轮轨式提梁机原地将箱梁 从地 面 提升 到桥 面( 见 图 5 ) ， 轮 轨式 提 梁 机 由 主梁 、 刚性支腿 、 柔性支腿 、 吊梁小车、 吊具、 走行台车 、 司 机室、 电气及控制系统等部分组成。它具有原地起 吊箱梁、 横移箱梁、 轻载( 2 0 0 t ) 自行 、 载荷 自动均衡 ( 三吊点) 等功能 ， 并可利用提梁机组 装、 解体运 架 设备 。 图 5提 梁 机 提 升 箱 粱 上 桥 时 的 工 况 2 2 3 箱梁 梁上 运输 为实现箱梁在桥面长距离安全运输 ， 减小对墩 台和已架箱梁的影响 ， 满足驮运架桥机等要求 ， 经对 轮轨式 、 轮胎式等多种方案 比选， 采用 te l 6 0 0型轮 胎车运输箱梁的方案。该 1 6 0 0 t 轮胎式运梁车由 主机架、 走行轮组 、 承载横梁、 液压辅助支腿、 转 向机 构、 平衡系统、 电气系统 、 动力机组 等组成。同组单 车通过承载横梁联接， 后承载横梁为固定式 ， 前承载 横梁为滚动式 ， 可实现后车组推动箱梁向前作二次 纵移， 以满足架梁需要。图 6为运梁车桥上运梁时 的工况 。 图 6运梁机桥上运梁时的工况 te l 6 0 0运 梁机具 有 以下技 术性 能 ： ( 1 )箱梁运输为“ 三支点” 支承体 系， 保证箱梁 维普资讯 4 6 桥梁 建设 2 0 0 6年第 3期 不受附加弯扭作用。 ( 2 )前后车组设置辅助液压油缸 ， 抵消因运梁 车二次纵移箱梁对位 时， 后方运梁车组推动箱梁所 致的水平力 ； 在二次喂梁过程中， 随着前承载横梁前 移 ， 前运梁车组外力前移 ， 前 车组支腿 受力逐渐增 大， 确保前运梁车组的轮胎不超载 ， 保持前方运梁车 组的稳定和平衡。后运梁车组设置液压支腿 ， 将架 桥机后支腿上的负荷均匀分布在已架箱梁的对称两 侧 ， 确保箱梁受力不偏载。 ( 3 )采用 6 4 0个轮子及配套的液压系统和载荷 均衡系统， 自动调整轮组压强 ( 对地压力0 9 5 mp a ) 。 当障碍物出现时， 该系统也能保证轮组载荷均匀分 布， 避免局部超载。 ( 4 )通过 电子系统实现前后 车组“ 软刚性 ” 连 接 ， 组成刚性的同步控制系统 ， 确保 同步运行 。 ( 5 )采 用 p l c程序控制 系统 ， 通过角度传 感 器、 方向传感器及电液伺服系统实现方向 自动控制 ， 具备手动控制和 自动控制 2种模式 ， 实现行驶方 向 调节 ， 保证运梁机不偏离安全的行驶路线。 2 3箱梁架设 通过对下导梁式 、 运架一体式和步履式架桥机 进行 比选 ， 箱梁架设采用 1 6 0 0 t 步履式架桥 机进 行。该设备由主梁、 吊梁小车 、 吊具 、 前后支撑 、 前后 支腿系统以及动力 、 液压 、 机械传动 、 电控 系统等部 分组成。它具有将箱 梁起 吊、 横移 、 纵移并精确落 梁 、 整机 自力过孔等功能。图 7为架桥机架设箱梁 的工况 。 图 7架桥 机架设箱梁时的工况 步履式架桥机主要技术性能 ： ( 1 )吊具采用“ 三吊点” 体系。 ( 2 )自重轻 ( 最 大起重 比达 1 3 ) ， 工作高度小 ( 整机最大高度 1 4 m) 。 ( 3 )采用折叠式