遂渝铁路主跨168米嘉陵江大桥施工技术.doc

遂渝铁路主跨168米嘉陵江大桥施工技术1、概况1.1、工程概况新建遂宁至重庆快速铁路通道新北碚嘉陵江大桥，位于重庆市北碚区下游的观音峡内，东西向横跨嘉陵江，为双线铁路桥，它是遂渝铁路重点控制工程之一。新北碚嘉陵江大桥全长450.7m，中心里程：DK125+928，桥跨布置从东向西为（94+168+84）m连续刚构箱梁+232m简支T梁+124m简支T梁，主要技术标准为：铁路等级为级，桥上线路为单线（预留双线条件）、直线、设计纵坡4%，设计时速为200km/h，设计荷载为中-活载，河道通航等级为级。桥址处地形陡峭，靠江两岸基岩普遍裸露，地质岩性为砂岩，节理较发育，属级次坚石，嘉陵江水位受季节影响较大，三月份枯水期水位172.46m，七月份汛期水位197.86m，施工常水位178.38m。主桥为（94+168+84）m三跨预应力混凝土连续刚构，上部结构采用单箱单室、变高度、变截面箱梁，箱梁底宽8.0m，顶宽11.4m，根部梁高11.5m，跨中梁高6.0m，梁底按二次抛物线变化，C55混凝土。梁体设纵、横、竖三向预应力体系。主桥下部结构采用圆端形钢筋混凝土薄壁双柱墩，1#墩高47m,采用2.0m钻孔桩基础，2#墩高49m，采用144.516m分离式矩形嵌岩基础。引桥为24米及32米预应力混凝土T梁,钻孔桩基础。1.2、技术难点和主要研究内容11#墩基础部分位于人工填筑土上，部分位于9米深的江中裸岩斜坡上，承台底处在水面以下6米。2#墩基坑紧靠江边，围岩为岩溶水较发育的灰岩，且地下溶隙溶孔较多。在深水斜坡裸岩及地下水丰富岩层中施工大体积混凝土基础是本桥首先要解决的技术难题。21、2墩分别高47m及49m，均处于地势陡峭的嘉陵江两岸，紧邻江水，远离既有道路。如何组织高墩施工，并有效防止汛期水流湍急、洪水和水中漂浮物对墩身及施工设施冲击，保证墩身施工安全，是本课题研究的重点。3本桥上部结构为时速200km/h双线铁路三跨连续刚构箱梁，主跨168m，悬臂节段21个，0#段箱身高达11.5m，悬臂浇注节段最重达270t。如何选用安全经济的0#段托架构式、安全可靠操作、方便快捷的挂篮悬灌系统，是本课题研究的关键。4主桥主跨大（168m），悬灌节段多（21个），边跨不对称，其线形控制是本课题的技术难点。2、主要项目的研究与实施2.1、深水斜坡裸岩及地下水丰富岩层中基础施工技术2.1.1、深水斜坡裸岩基坑施工由于1#墩基础范围纵坡约60o左右，基础处于嘉陵江江边半填半换的裸岩斜坡上，2.0m钻孔桩，桩长20m，桩底嵌入石质坚硬的岩层，基础范围最大水深达9m。对此，为钻孔桩施工及承台施做开辟工作平台，采用挖爆结合的方法在墩位处筑岛，为确保陡坡上的筑岛填料稳定，采用钢板桩支挡,即沿基础外1.5m处水下控制爆破，在石质陡坡处开槽埋设钢板桩,沟槽开挖轮廓线为矩尺形，底度0.6m，沟外侧1：5坡度开挖，沟内侧垂直开挖，沟槽采用一次爆破，并最大限度保护周边围岩的完整性，特采用周边切割，中间岩体抛掷的水下控制爆破方法，槽内灌注水下混凝土固定板桩,顶口设拉筋（绳）拉于设在岸上的地垄上，克服了裸岩斜坡上筑岛填料的坍滑。基础筑岛填碴部分的钻孔采用全液化冲击反循环成孔等技术，双层钢护筒配合粘土加固填碴形成泥结碴墙穿过筑岛填碴范围，防止孔壁塌坍；其具体作法为采用下放外层245cm钢护筒做储水构筑物及护筒，以克服筑岛部分渣体与江水连通无法储水的弊端，并灌注C20砼固定护筒脚，使其与周围渣体结合紧密，以防止其产生过大移位及倾斜。然后下沉内层225cm的钢护筒，定时向孔内投入优质粘土，利用冲击锤钻进时的锤击，将粘土挤进弃渣中的孔隙中形成泥结渣墙，增强了孔周围弃渣的整体稳定性，并随着钻进不断锤击下沉内层钢护筒，直至穿过筑岛填碴范围到达原状基岩面。为确保承台施工时基坑无水，采用在填渣中设混凝土墙，防止江水流入，即在基础边外0.5m处开挖1.0m宽沟槽，挖至承台底0.8m，并在沟槽内设钢管支撑架，以防沟槽两侧填渣坍塌及灌注混凝土时对渣体产生过大的侧压力，导致混凝土浆体产生过大流失。沟槽支撑架中的钢管也提高了沟槽围护墙的抗弯能力。钢筋支撑架主要由梯形支撑架、纵向受弯钢管，20内侧支挡筋组成，挖掘机开挖沟槽后采用钢筋加工的探槽器检查沟槽宽度及深度，采用塔吊下放钢管支撑架，导管法灌注水下混凝土。为防止江水通过筑岛填渣从基坑底流入，基坑挖至承台底0.8m后，用高压水将坑底裸岩冲洗干净，水下灌注C20封底混凝土，厚0.8m。形成了承台施工密闭的围护结构，保证了弃渣中基础施工顺利实施。2.1.2、地下水岩层基坑开挖施工技术2#墩分离式嵌岩基础紧临江边，距陡峭的河床仅2.0m，为保持单个基础围岩的整体性，确保基础入岩嵌固效果，同时设计要求两个嵌岩基础间岩体必须保留，且灰岩裂隙水发育，地下溶隙溶孔较多，溶洞有喷射状射水。在基坑壁上打设锚杆，挂钢筋网片，现场加水喷射混凝土，以确保基坑壁围岩的整体性。根据地下水丰富岩层基坑开挖出水情况，分别采取不同的治理技术，均取得了较好的止水效果。对基坑壁渗水，采用了山西建华化工厂生产的BR2型防水剂按照水泥：石屑：BR-2型防水剂=1：2：0.17的配合比干拌均匀，现场加水喷射。采用12m3V-12/7空气压缩机及单罐式喷浆机作业的锚喷压治渗水的方法。对基坑开挖坑壁裂隙水，因基坑壁裂隙成射状涌水，压力大，采用了山西建华化工厂生产的BR1型防水剂按照水泥：BR1型：石渣：中砂以100：18：100：100干拌均匀，干法迎水堵塞封治压力涌水。监理工程师论坛/对基坑壁溶洞涌水，通过沿基坑壁竖向开凿，钢模板支挡，槽内抽排水等技术，杜绝了溶洞有压水的射入，通过水下混凝土回填基槽，保证了基础围岩的完整性。工程监理2.1.3、大体积混凝土裂缝控制新北碚嘉陵江大桥1#、2#墩每个承台和嵌岩基础混凝土均超千方，基础均属大体积混凝土结构，且1#墩承台基础高5m，2#墩嵌岩基础高16m，设计要求一次连续灌注完毕，基础混凝土内部产生的水化热大，为克服基础内外温差大而产生过大的温度应力，避免基础产生表面裂纹或贯穿性裂缝等质量事故，确保桥梁承重关键部位混凝土的完整性，施工中采用了水化热较低的矿碴水泥，掺加缓凝高效减水剂及级粉煤灰，使用符合要求的砂石料，优化混凝土配合比，对基础混凝土进行了热工计算，确定了预埋冷却钢管管径、水平间距及层间距，由于距基底0.3H范围受基底岩石约束较大，钢管层间距及水平间距比其它范围小。以循环水降低混凝土内部温度等有效措施降低了混凝土基础的内外温差，混凝土基础内安设测温元件，按混凝土灌注的时间不同，进行不同部位温度测量，并采取了控制冷却水管入水温度、改变冷却水管内水流方向、控制混凝土基础内部降温速率等多项措施，新浇混凝土表面采用蓄水及双层塑料薄膜保温养护措施，使混凝土内外温差控制在25以内。2.2、高墩施工技术本桥两个主墩分别高47m及49m，墩址处地形条件复杂，高差较大，且远离既有道路，汛期水流湍急，洪水及水中飘浮物对墩身及施工设施影响大。施工中采用在两岸分别设置施工道路至墩位处的栈桥，解决了材料的水平运输。栈桥采用N型万能杆件拼装22m分离式钢桁梁桥，在支墩及跨中处加设横系梁。1#栈桥桥跨布置：28m+22m，桥长50m。支墩高分别为22m及38m；2#栈桥桥跨布置：24m+30m，桥长54m。支墩高分别为14m及20m。行车道构造：横向分配梁采用220槽钢，间距6m，纵向分配梁采用10根P43钢轨。纵向分配梁上满铺I级普通油枕。采用塔吊提升翻模技术，克服了江水涨落及水中飘浮物对施工及施工设施的影响，墩身一次浇注总高度9.201m，钢筋接长采用电渣压力焊，利用拼装两个10m高万能杆件支架固定墩身钢筋，保证了墩身施工的有序进行。2.3、双线铁路主跨168m三跨连续刚构箱梁施工技术2.3.1、箱梁0#段施工技术大桥箱梁0#段长15m，高11.5m，自重1900吨，结构庞大，对其支撑系统托架的强度、刚度要求较高，且受嘉陵江水位上涨和墩身高度的影响，0#段箱梁托架无法采用落地膺架。自行设计了在墩顶外侧预埋刚性支墩，内侧采用32mm精轧螺蚊钢筋，单根施加50T的预应力，将附壁型钢托架支撑系统锚固于墩身侧壁的可拆装托架，并将0#段分两次浇筑。第一次浇筑高度4米（约1/3），第二层浇筑高度7.5米（约2/3），第一次的钢筋混凝土结构与其底部托架共同作用，支撑第二次浇筑的混凝土的荷载。这种创新理念大大优化了0#段托架结构，节约了托架材料，同时也方便了超高型箱梁的施工操作。按梁体第一次灌注混凝土自重、施工人员及机具、模板重等。荷载按照50%、80%、100%、110%分级加载，对托架进行预压。0#段外侧模采用整体钢模板，纵向分成3节，分节长度为4.5米+6.1米+4.5米，竖向分成5节，其分节高度为2.5x4+1.52m。外侧模板采用桁架式，避免了翼缘底模所需的支撑系统。2.3.2、270t级悬灌箱梁挂篮设计及试验混凝土悬灌最大节段重量270T，悬灌箱梁分段长度分别为2m、3m、3.5m、4m，悬灌箱梁最高11.28m，变高梁段梁高按二次抛物线f(x)=5.5x2/733+6.0米变化，箱梁底宽8.0m，顶宽11.4m。本着安全、方便、经济的原则，大桥主跨挂篮采用自锚式无配重菱形挂篮，本挂篮由主桁系、后锚系、滑动行走系、模板系、悬吊系及工作平台六部分组成。为检验挂篮单片主桁及挂篮最大工作荷载时的变形和稳定性，并测试挂篮的主要技术参数和使用性能，在挂篮加工场对二只主桁片做了对拉荷载试验，对挂篮进行了工作状态载重试验。与以往挂篮相比，本挂篮具有以下五个突出优点：1、充分利用梁体竖向精扎螺纹钢筋预应力结构，设置模数化钢制箱型走行轨，通过梁体竖向预应力钢筋与箱型轨道和挂篮主桁底节点箱的锚固，实现了挂篮的自锚平衡。2、在箱型轨道和挂篮主桁底节点箱之间设置四氟滑板摩擦幅，有效降低摩阻系数，使挂篮系统走行稳定快捷，所需动力小。3、在挂篮底模前后下横梁内设置销接式连接幅。可始终保持吊杆（带）的垂直受力，避免了吊杆（带）横向受扭、受剪而折断的风险。4、加长底模后下横梁，在挂篮中部设置箱梁体外吊挂系统，吊挂底模后端。实现挂篮主桁、底模、外模走行一体化。5、采用伸缩式横向可滑移内模横向分配梁和拆装式内模顶板，使内模可适应箱梁内腔的不同宽度。2.3.3、三跨连续刚构箱梁悬浇施工技术连续刚构箱梁为单箱单室、变高度、变截面箱梁，箱底宽8.0m，顶板宽11.4m，根部梁高11.5m，跨中梁高6.0m，梁底按二次抛物线变化，梁体设纵、横、竖三向预应力，梁体纵、横向预应力钢绞线为2000级，竖向预应力采用32精轧螺纹冷拉IV级钢筋。箱梁共划分21个悬浇节段。，采用270T级悬灌箱梁挂篮施工，用已滑出的内外模做支撑架绑扎腹板钢筋，为消除挂篮变形对悬浇箱梁可能产生裂纹的影响，根据每个节段混凝土的浇注用时情况，将常温下混凝土初凝时间增加至1516h，其混凝土浇注顺序如下：梁段水平灌注方向采用从梁端向内灌注，垂直方向采用至下而上，即按照灌注底板、腹板及顶板的顺序。由于顶板较宽，其混凝土浇注从两侧翼缘板向中间进行。两端梁段混凝土的灌注方量差小于8立方米。底板混凝土采用开口式灌注，即混凝土经输送泵管直接流入底模，腹板混凝土用小串筒流到浇注面，箱内腹板模板上开设天窗对混凝土进行分层振捣，顶板混凝土为开口式灌注，混凝土用插入式振动器振捣。梁体纵向预应力张拉采用YDC240Q型千斤顶单根预紧到10%后，按箱梁两端对称、箱梁断面中心轴对称的原则，采用四台大吨位千斤顶，进行同步整束张拉；采用二次张拉法张拉竖向预应力筋。梁体纵向预应力采用真空辅助压浆施工。2.3.4、连续刚构体系转换施工技术新北碚嘉陵江大桥重庆端边跨长84米，无合拢段，遂宁端边跨长94米，设边跨合拢段。施工中按先中跨合拢，后长边跨合拢，再浇筑短边跨现浇段的顺序进行全桥体系转换。合拢段均采用吊架法施工，并选择在日气温最低和气温变化幅度最小的时段内进行混凝土浇筑，混凝土采用比悬灌梁段高一个等级的微膨胀C60混凝土。中跨合拢前为平衡因梁体混凝土收缩引起的主墩次内力，首先按顶推力与位移值单控原则，采用千斤顶在合拢口施加顶推力，油压表控制施加的顶推力值，经纬仪控制跨中合拢口位移值，采用顶推力及位移值单控，顶推力或位移值达到设计要求后，焊接合拢口体外钢支撑，并施加合拢束预应力进行合拢口锁定。边跨合拢段则按相同要求设置合拢口锁定装置，但不施加顶推力。2.3.5、C55高强泵送混凝土配合比设计及施工本桥箱梁采用C55高标号混凝土，混凝土要求具有强度及弹性模量增长快、泵送和易性好，水化热低，收缩徐变小，悬灌时初凝时间长等特点。现场通过优选原材料，掺加矿物掺合料及高效减水剂，降低水泥用量等措施，对原材料质量及硬度进行了试验，并对河砂、卵碎石及C55混凝土进行了碱集料反应试验。结合当地气象条件，经反复模拟实验，制定了科学的混凝土配合比和合理的工艺参数，施工中严格控制原材料质量、计量、混凝土拌制及浇筑质量；对高温天气混凝土运输采用在输送罐车罐体上加盖遮阳布，混凝土输送泵管采用湿草帘进行包裹等措施防止混凝土升温，以降低混凝土入仓温度；采取撒水及海绵保水等养生措施和封闭箱体，在模板上镶嵌保温材料等混凝土养护措施，较好的控制了混凝土施工质量。使后续施工的箱梁混凝土无裂纹，无色差，内实外美。2.4、大跨度连续刚构箱线梁形监控技术预应力混凝土刚构桥施工控制主要有施工结构变形监测、施工误差分析以及后续施工状态预测几个方面。通过施工线形控制监测，来控制施工过程中每个阶段的结构行为，使其最终成桥线形满足设计要求。它是一个施工、观测、识别、修正、预告及施工的循环过程，包括现场数据观测及修正、施工控制结构分析、每段立模标高的确定三部分。通过对箱梁的几何形状、挂篮及施工机具荷载、已完成工程时间、计划工期、混凝土弹性模量及容重、每一梁段钢束张拉前后竖向位移等进行识别及修正，采用前进分析法，有效地确定了各个节段的预抛高值。通过对梁体线形监控量测数据分析，箱梁顶实测标高值与理论值吻合较好，箱梁两侧的标高差值很小，且相邻节段高差变化无规律，说明箱梁在施工过程中未发生扭转。3、本课题的研究成果3.1针对嘉陵江大桥基础处于深水斜坡裸岩上及开挖地下水丰富岩层基坑时遇到的坑壁岩面渗水、裂隙水及溶洞射水等的工程实践，得到以下研究成果：（1）采用水下定向预裂控制爆破技术在深水裸岩上开槽埋设钢板桩，作为斜坡上筑岛填碴的支挡结构，成功地解决了筑岛填碴的坍滑问题；（2）采用双钢护筒法护壁、粘土加固填碴及岩层中大直径液压冲击钻机成孔施工技术，解决了高填方弃碴中钻孔桩成孔施工技术难题；（3）采用有效的沟槽防塌措施直接在填碴中开槽作基础施工的混凝土防水围护结构，对填碴采用通常的费工、费时及费料的预注浆加固方法进行了有益的探索，开创了填碴中直接施作基础施工施作防水围护构筑物的新思路；（4）针对岩石基坑坑壁渗水、裂隙水及溶洞射水等不同出水情况，分别采取了锚喷压治渗水、干法迎水堵漏及坑外开槽支挡和抽排水技术，解决了地下水丰富岩层基坑三种出水情况下基础混凝土无水施工的难题。3.2针对桥位处地势险峻，且墩位远离既有道路，汛期水流湍急，水位变化幅度大，水中漂浮物多，墩身高，采用栈桥及塔吊解决了