兰州银滩黄河大桥总体施工技术总结.doc

悬臂施工技术兰州银滩黄河大桥斜拉桥主梁施工摘 要 介绍了兰州银滩黄河大桥斜拉桥主梁构造、施工技术及工艺要点。关键词 银滩黄河大桥 斜拉桥 施工技术 工艺要点1全桥工程概况兰州银滩黄河大桥座落在兰州市区西部兰州经济技术开发区内，是开发区的形象工程，也是兰州市世纪末的标志性建筑。工程起点位于黄河北岸安宁区营门滩，终点位于黄河南岸七里河区马滩。全长1397.41m ，其中桥长963.48m，共30个墩台，主桥为2133m钢筋混凝土独塔双索面斜拉桥，该工程按城市主干路一级设计，设计荷载汽-超20，结构宽度：引桥、引道23m，主桥25.5m，匝道12m。设计地震烈度八度。由铁道部第一勘测设计院设计，中铁二局集团有限公司第五工程处施工。 2主桥工程简介 图一 主桥纵向布置及主梁断面图（尺寸以cm计）主桥为双面扇形索（密索）独塔斜拉桥，跨度2133米，塔墩固结，主梁漂浮体系。索塔采用H型钢筋混凝土桥塔，混凝土标号为C40。塔高79m，其中桥面以上63m。斜拉索采用厂制镀锌5高强度低松弛平行钢丝束扭绞型斜拉索，冷铸墩头锚具。钢丝标准强度Ryb=1670MPa。斜拉索双面扇形布置，索距8m，索长32.138140.250m，全桥共124根，有121丝、139丝、187丝、211丝四种规格。单索安装索力6342505kn。缆索防护采用热挤高密度聚乙稀双护套结构，内层为黑色，外层为白色。主梁为单箱双室开口箱形截面梁。箱梁高2m，顶宽25.5m，底宽17m。箱梁沿纵向每4m设置一道横隔梁。箱梁按部分预应力混凝土A类构件设计，混凝土标号为C50。根据施工和运营需要，箱梁纵向分别配置32精轧螺纹粗钢筋和j15.24钢绞线，在斜腹板和直腹板中配有32精轧螺纹粗钢筋，在横隔梁中配有j15.24钢绞线。主桥端支点采用GPZ3000型盆式橡胶支座，横向设置阻尼橡胶支座，梁端伸缩装置为SSFB320型仿毛勒伸缩缝，全桥共2道。桥面铺装采用10cm厚钢纤维混凝土铺装。主梁共分37个施工节段，其纵向布置及施工示意、横向构造见图一。其中0号段（8米）、0号段（24米）、1号段（25米）及17号段（26.25米）采用膺架现浇施工，2-15号段采用牵索式挂篮对称悬灌施工，一次施工长度8米，宽25.5米，16号段（21.5米）为合拢段，仍采用挂篮施工。下面将主梁施工进行介绍。3现浇段施工0、0、1及17号段梁底距地面小于16m，现浇支架均采用万能杆件拼装。由于悬臂施工挂篮将在完成后的0-1号段梁下进行拼装，为保证挂篮拼装作业净空，又能保证拼装好的挂篮可以利用吊杆直接提升到位，根据挂篮组拼时的平台至塔柱承台顶面的距离，0-1号段膺架顶部采用自加工的1m长杆件拼装。支架设计高度13.2m，见图二。膺架变形采用结构有限元静、动力分析程序计算，考虑木材干缩、压缩及其他非弹性变形设置预抬值，预抬值在横向按二次抛物线设置，在纵向整体设置相同的预抬值。梁段混凝土灌注按照梁段划分先施工0、0号段，再施工1号段。由于主梁为漂浮体系，在悬臂施工前必须将塔梁临时固结，使主梁成为与主塔刚性固结的悬臂梁结构形式。临时固结在主桥合拢、进行第一批纵向钢绞线张拉并挂张0号索后拆除。塔梁临时固结竖向采用8个混凝土临时支墩将主梁与主塔下横梁连接，临时支墩在0号段施工时与主梁固结。为便于今后的拆除，临时支墩顶层有一层硫磺沙浆，并埋设有电热器。纵向及横向临时固结利用下横梁上纵横向挡块进行临时约束。由于在悬臂施工15号段及施工合拢段（16号段）时，挂篮前端须伸入17号段梁底，17号段现浇支架须部分拆除，同时，合拢段施工时，17号段前端须增加27t换重，因此，17号段支架设计以合拢 图二 0-1#段膺架图 工况为检算工况。 4悬灌施工4.1 挂篮简介 主梁悬灌每节段长8m，宽25.5m，混凝土约120m3，悬灌混凝土重量约320t。根据设计对挂篮重量等的要求，借鉴同类结构桥梁施工经验，经技术经济分析，设计制作了以万能杆件及加工构件拼装长平台牵索式挂篮进行悬灌施工。挂篮桁高2m，长22m，宽30m，自重约165t。挂篮结构见图三。 挂篮由三角架、主桁架、悬吊系、走行系、牵索系、模型系统等部分组成。其工作原理为：利用斜拉桥的结构特点，通过悬吊系统、三角架和牵索系将施工荷载分配到已成梁段及主塔上，其中大部分荷载由主塔承担，以此减小梁体在悬臂施工中由于前端荷载产生的负弯矩，使得一次悬灌长度能够达到8m（甚至更长）。挂篮移动分两步进行。先移动三角架到位，三角架移动采用=2 cm钢板作为轨道，手拉链条葫芦作为牵引动力，在走船下安放滚筒移动。待三角架移动到位后，在拉索区外侧铺设50kg/m钢轨作为主桁移动轨道，采用YCL60型千斤顶作为牵引动力，移动主桁架。由于主桁架重心靠前，为确保其走行安全，严格限定主桁架前端的走行高度不得大于85cm，并严格控制轨道的标高与平整度。同时，在主桁架尾部横向桁梁与梁底接触处安装了滚轮，两端安装了限位系统。为克服主桁架走行高度较低造成的挂篮上斜腹板底模过不了主梁上斜拉索锚块的困难，将斜腹板底模极其支架设计成为横向移动式，在主桁架移动前将其向外避让，主桁到位后复位。图三 挂篮结构示意图（单位以厘米计）4.2 悬灌施工工艺预应力钢筋下料挂篮移动就位挂篮提升挂篮标高初调梁段钢筋、模型、预应力孔道安装及预应力钢筋埋设钢筋加工模型制作斜拉索与牵索系连接，牵索预拉，设定立模标高塔上挂索砼灌注、养生配合比设计、砂石料、水泥验收预应力张拉、压浆、封锚水泥浆配合比设计千斤顶校验牵索转换，斜拉索张拉挂篮下落、移动进入下一循环铺设轨道 悬灌施工工艺流程 5主梁结构施工5.1钢筋及预埋件主梁内钢筋、预埋件密集，型号及规格众多，关系复杂，为避免错漏，除采取分段制作、加工和进场，并事先规划好各编号钢筋、预埋件安装顺序外，还采取了在挂篮或现浇支架底模等处标有相应钢筋位置，主管技术人员现场值班等措施。钢筋、预埋件安装顺序为：安装顶板预应力孔道绑扎顶板顶层钢筋安装挂篮中吊杆及斜吊杆预留孔道绑扎底板底层钢筋绑扎横梁钢筋绑扎斜拉索锚块钢筋安装底板预应力孔道、抽拔棒绑扎直腹板钢筋安装横梁预应力抽拔棒安装直腹板预应力孔道绑扎实体段钢筋绑扎底板顶层钢筋及锯齿块钢筋绑扎顶板底层钢筋安装梁上斜拉索钢管安装挂篮后锚杆及边前吊杆预留孔道安装主梁外侧U型螺栓安装挂篮移动用预埋件 5.2预应力施工为保证外观质量，5.3模型施工根据主梁模板倒用次数多、拆装较为频繁的特点，主梁底模采用=40mm木板，钉=2mm厚钢板，直接固结在底模桁架上，其中，外侧模通过型钢三角架与挂篮平台相连。中箱模型采用钢管脚手架架立，采用可调钢管顶托调节模型尺寸，为保证外观质量，中箱侧模采用木模外钉硬塑板，顶模为18mm厚的高密度聚酯纤维版。用矩形钢管做为外箍，16圆钢作内拉杆加固模型。边箱内模采用度聚脂纤维板组拼。 模型加固采用外箍内拉的方式，钢骨架及钢管脚手架架立，整榀骨架安装，在混凝土达到强度后，零散内拉杆采用16mm钢筋，拉杆通过梁体处安装25mmPVC管，外箍采用C型型钢。5.4 混凝土施工混凝土按缓凝、早强、高流态的细石混凝土配制，采用了复合外掺技术。混凝土采用桥位处集中拌合，混凝土输送泵泵送入模，插入式捣固器振捣，斜腹板外增设附着式捣固器加强振捣的方法施工。混凝土施工前，提前作好相应的准备工作，确保在混凝土初凝前完成整个梁段的混凝土施工。混凝土灌注由前端向匹配端分层进行，大小里程两端偏载不得超过50t。6斜拉索施工梁部斜拉索施工包括拉索预埋钢管安装、梁面展索、牵索进洞、牵索预拉、张拉等几项工序。主梁斜拉索钢管的定位详见“主梁施工测量”。图四 塔上、梁上斜拉索安装示意图斜拉索采用QT3-63型塔吊及5吨卷扬机配合，利用梁面上的放索平车、滚筒展索。拉索展开后，在距斜拉索塔上锚头4-5m位置安装索夹用于起吊斜拉索，索夹内包裹麻袋用以增加摩擦及保护斜拉索，塔上拉索锚头中安装牵引杆补芯，并连接牵引杆，牵引杆的另外一头连接牵引头。塔吊起重绳与锁夹牢固连接后，起吊斜拉索直到牵引头到达塔上斜拉索预埋钢管下口高度，然后将穿过钢管的牵引绳与牵引头连接，塔吊与牵引绳配合，一放一牵将斜拉索锚头牵引进钢管，见图四，待牵引杆在钢管上口外露长度可以安装千斤顶时，将牵引头拆除，转换为牵引杆与千斤顶牵引方式并牵引斜拉索，直到锚头外露长度满足要求后，完成塔上挂索，见图五。图五 塔上斜拉索千斤顶牵引示意图拉索挂至塔上后，首先调整挂篮牵索系各连接构件的平面及竖向位置到设计值，再采用两台卷扬机配合，一台牵引，一台利用架设于挂篮上的拔杆，通过转向滑车提升斜拉索，牵索穿过梁上预埋钢管，在锚头外露长度达到设计值后，将拉索锚头与挂篮牵索系连接，完成梁上穿索。混凝土灌注前牵索预拉，牵索预拉时采用双控，即牵索预拉索力值与挂篮标高同时到达设计值。牵索预拉在夜间9:00以后，主梁线型变化较小的时间段内进行。标高调整以调节挂篮尾部梁下反顶高度为主，考虑实测环境温度、斜拉索塔上锚头出洞时张拉力、牵索系位置等因素，预留斜拉索预拉时的挂篮抬高量。牵索预拉时各斜拉索同步、分级进行张拉，同时进行挂篮标高测量，直到挂篮标高、预拉索力同时到达设计值。斜拉索采用YCW350及YCL300型千斤顶张拉，一泵双顶，分级、同步、对称张拉。7线型控制 斜拉桥较之其他桥梁，主梁高跨比很小，梁体显得十分柔细，抗弯能力差，其挠度、线型变化幅度大，且在每个施工环节都要发生变化，线型控制难度较大。同时，银滩黄河大桥桥面宽度达25.5m，横向线型的控制也十分关键。另外，本桥使用的挂篮为万能杆件栓连的桁架式挂篮，栓连结构自身柔度较大的缺陷也增加了线型控制的难度。斜拉桥施工过程中如果线型控制不好，不仅影响梁体外观，造成合拢困难，更重要的是将可能引起梁体内力超限，危及主梁安全。7.1 影响主梁线型的因素影响主梁线型的因素是多方面的，归纳为以下的几个主要因素（1） 施工误差梁体混凝土超灌。在施工过程中由于模型“涨模”等原因造成混凝土超灌，使梁段重量与设计不符，影响主梁线型。实际挂篮重量与设计值存在偏差，挂篮重量增重约30-60kN。斜拉索及预应力钢筋张拉精度：由于油表精度、操作、读数等误差引起索力及预应力值的误差。挂篮拼装误差：由于挂篮拼装过程中的误差及使用过程中的偶然因素造成挂篮刚度、变形值与设计有误差。 （2）设计参数与实际情况不完全一致 混凝土实际容重与设计计算采用的混凝土容重有一定偏差，导致梁段实际重量与设计值出现偏差。 梁体混凝土实际强度、弹性模量与设计取值存在误差。 实际施工持续时间与设计预期值不一致，混凝土收缩徐变影响与设计期望值不能完全一致。 （3）、由于温度变化影响主梁线型。 其中包括：体系温差、索梁温差、上下缘温差、单侧日照温差。由于兰州地区昼夜温差大，大桥为东西走向，索梁温差、上下缘温差、单侧日照温差对主梁线型影响最大。所有这些温差使悬臂端在升温时下挠，线型下降，降温时上翘，线型上升。主梁线型随温度变化而不断变化，最大可达70-100mm。7.2 主梁线型控制主要措施 （1）排除温差影响。线型测量选择在清晨6-8时，索、梁、塔温度基本一致的时候进行，并尽量同时测量温度场，以便于比较分析，排除结构温差影响。 （2）加强混凝土施工控制及灌注方量控制，使梁段混凝土重量和性能指标与设计尽量一致。 （3）严格控制挂篮重量及附加荷载，使挂篮的使用状态尽量符合设计要求。 （4）挂篮标高调整在夜间进行，减少温差对主梁线型的影响。 （5）通过采用结构有限元静、动力分析程序计算挂篮变形及对实测资料的分析，合理设置挂篮底模的纵、横向弹性预抬量，考虑温差对标高的影响，对挂篮立模标高进行修正。采用公式可表达为：hhs + hh + hzt k式中：h-梁段挂篮调节时实际立模标高 hs-为达到设计标高，考虑施工段荷载加上后梁体发生下挠值设定的立模标高 hh-横向预拱度 hz-纵向弹性预抬量 t-作业时温度与设计计算温度差（大于设计温度为正温差，反之为负温差） k-单位温差引起的标高变化量（经验数据） （6）挂篮标高调整时，合理预留抬高量，以保证牵索预拉时挂篮标高与牵索索力同时到达设计值。 （7）严格控制桥面堆载，桥面堆载不大于500kg/m2，堆载位置应在施工梁段后两个梁段（16m）以远。 （8）精确控制斜拉索的初张力与预应力钢筋的张拉力。通过采用以上的措施，保证了主梁线型正常，梁体内力合理，主梁外观较为顺畅，没有突变、转折出现，达到较好的效果。8主梁施工测量在主梁悬灌施工中随着悬臂的伸长，索力、温度、荷载等因素对主梁标高都有大量值的影响。主梁标高有动态的特征，这对测量工作提出了许多新的要求。为保证成桥线型与目标线型一致，每节段都要进行监控测量对主梁标高变化进行分析，对下一节段的立模标高进行计算。主梁斜拉索钢管的精密定位安装也因梁体的动态特性而采用了相应的控制办法。（1） 平面控制点建立图六 主梁施工测量控制网示意图0号段施工完成后在其上建立塔柱中心点O，再以塔柱中心点0为依据，建立悬灌施工的平面控制点、线。具体方法为：首先在与塔柱中心点O同一里程的上下游各12.1m的处建立控制点A、B，A、O、B三点为基准控制点，三点之间的连线即为塔柱横向中心线；再通过塔柱中心点O确定主梁中心线，建立通过A、B 点且平行于主梁中心线的控制线，该线既为双索面的对称中心线，又是控制主梁梁面宽度的控制线；最后在施工过程中，随着悬臂的伸长，在距离各节段梁端1m处建立平行于塔柱横向中心线的里程控制线，该线与主梁中心线、双索面对称中心线的交点为主梁悬臂节段的控制点，见图六。通过上述步骤，在主梁梁面上建立了矩形控制网，并在施工过程中不断扩大，为梁体各部尺寸、斜拉索钢管等控制、定位提供了便利的条件。（2） 高程控制点建立由于主梁在施工中的动态特性，在主塔的上、下游塔柱上建立了2个高程控制基准点，因在主梁施工过程中，随着梁体增长，自重加大，主塔将会发生沉降，所以在施工中定期对高程控制基准点进行复测及修正。在每节段梁体的端面均埋设有5个节段控制水准点，每节段竣工时，测出各水准点与梁底的高差，使该水准点在进行监控测量时，不但可以反映主梁梁面线型，而且可以推算出梁底线型。（3） 线型测量主梁线型测量包括高程线型测量和中线测量。 高程测量测出已施工完成节段的节段水准控制点的绝对标高，再根据各节段竣工测量时测得的水准控制点与梁底的高差，推算出相应节段的梁底标高，从而得到主梁梁顶及梁底的高程线型情况，并具此对主梁线型进行分析。主梁高程测量应尽量排除温差影响，且持续时间越短越好，具体的测量时间见“线型控制”。中线测量是观测已完成节段中心点相对于桥轴线的偏位，以桥轴线为基准，采用方向法测定，其目的是了解已完成节段在悬灌过程中是否发生扭转，保证梁体沿正确的桥轴线方向延伸。中线测量观测时间与高程测量同步。（4） 主梁斜拉索钢管的精密定位主梁斜拉索钢管的中心定位利用梁面上建立的双索面对称中心线及里程控制线进行，由于主梁的动态特性，钢管定位中难度较大的是钢管倾斜角度的确定。由于在施工中主梁线型随时发生变化，同时成桥后主梁线型与施工时线型不同，导致梁上斜拉索钢管与水平面的夹角在施工中为一不定值，因此拉索钢管安装进行动态分析。钢管倾角定位以运营节段的斜拉索倾角为目标值，在挂篮标高经过初调后，对挂篮标高进行测量，根据挂篮实测坡率，考虑混凝土灌注过程中的梁段下沉、挂篮变形以及斜拉索垂度等影响因素，确定施工阶段钢管倾角值，精确安装钢管，并在混凝土施工过程中不断修正。拆除型钢支撑完成合拢预应力下料预应力张拉千斤顶校验砼灌注配合比设计，砂石料、水泥检验换重减载钢筋、模型、预应力孔道安装及预应力钢筋埋设模型加工钢筋加工型钢支撑安装进行调索确定调索方案需要调索标高、索力测量换重、配重加载拆除挂篮前端底模平台构件加工拆除三角架拆除挂篮尾部构件挂篮走行就位15号段施工挂篮改装，安装副走行及临时悬吊系统拆除构件作为配重拆除构件作为配重拆除构件作为配重9合拢段施工合拢段理想的合拢状态为零应力合拢。由于合拢口两端结构体系不同，同时兰州地区气温日较差较大，根据连续24小时对主梁线型的测量，悬臂端因温差引起的梁端竖向变位在13、14号段施工后即达到75mm，且相对变位为零的时间段不超过3小时，而合拢口的另一端17号段为膺架现浇段，其变位甚微。因此，在合拢段混凝土强度形成前，两端结构的变位必须通过强制约束协调一致。本桥合拢设计经过多次讨论，最后采用体外强制合拢的方案，换重法施工。施工示意如图八。9.1 合拢段施工工艺 （1）挂篮改装 为保证挂篮前端底模平台拆除后挂篮能够顺利、安全的走行到设计位置，在15号段施工完成后，挂篮尾部原安装后支撑系统的部位换装副走行系统，同时须在挂篮尾部加设临时悬吊系统，安装临时悬吊系统后，即可进行挂篮前端平台拆除，并拆除三角架，将三角架与挂篮前端构件作为合拢施工配重。 （2）挂篮走行 在前端平台拆除完成后，解除所有吊杆，使挂篮完全下落在走行轨道上，仍采用与施工悬灌段相同的方法安装牵引系统牵引挂篮走行到位。 （3）挂篮尾部拆除 挂篮走行到位后，安装吊杆，拆除挂篮全部尾部构件。拆除下来的钢构件作为合拢施工配重。 （4）合拢前调索 挂篮改装完成、合拢段配重钢料安放完成后，即进行监测监控测量。根据实测标高、索力和设计值比较，确定是否采取调索，以保证梁体线型符合合拢要求。实际施工中由于前期施工控制较好，主梁线型得到了保证，因此不必进行调索即已达到合拢施工的要求。 （5）合拢段型钢支撑安装 合拢段型钢支撑采用焊接，临时预应力钢束为32精轧螺纹钢筋，每侧合拢口12束，单束张拉力270kN。型钢支撑的焊接工作在一日当中标高变化为中值的时间段进行，以保