官厅湖特大桥施工概述.doc

官厅湖特大桥施工概述刘崇亮、毛伟琦（中铁大桥局集团一公司，河南、郑州450053）摘要：官厅湖大桥为预应力混凝土连续箱梁，介绍该桥的工程概况、主要施工方案及控制措施。关键词： 连续梁 施工方案 主桥施工。1 工程概况官厅湖特大桥为(北)京张(家口)高速公路的控制性工程，位于河北省怀来县四营村与小古城村之间，横跨官厅水库，距官厅水库大坝14公里，距现有京包铁路新建妫水河特大桥垂直距离约1.6公里。官厅湖特大桥由主桥和两岸引桥构成，全长1846m。主桥上部结构为一联12孔连续箱型梁，跨度布置为：65m+10110m+65m，横断面由两个独立的单箱室箱梁构成，全桥仅在支点处设有横隔板，箱梁顶板根据桥面横坡的需要做成2%的坡度。桥面总宽27m。基础为钻孔灌注桩，分离式承台，圆端实体墩身。 两岸引桥，上部各为10孔30m先简支后连续梁，双幅每孔10片。基础为钻孔灌注桩，桩径1.5m，双幅分体桩柱式刚架墩，肋板式桥台。 官厅湖特大桥为中铁大桥局集团按设计施工总承包方式中标的工程。2 自然条件2.1 气候与气象该地区属温带大陆性季风气候，春秋风多雨少，夏季凉爽短促，冬季寒冷漫长，全年大部分时间受西伯利亚南下冷空气影响，气候干燥，变化无常。2.1.1气温及冰冻一月平均气温-8.2,七月平均气温24.1,冻土深度一般为90131cm。官厅湖内冻结深度0.98m,平均冰冻厚度0.61m，结冰期从11月中旬至第二年3月中旬。结冰期长达四个月。静冰压力曾使库区原铁路桥墩破坏。2.1.2 雨量年降雨量350500mm，多集中在月份，约占全年降雨量的80，且多局部暴雨、冰雹。2.1.3 风该地区大风日数多，春秋多风沙。19601980年21年平均风速3.3m/s。历史最大风速23m/s，最大风速的主导风向为WNW。桥位处于“风口”区，常年多大风，且持续时间长，给桥梁施工带来较大影响。2.2 工程地质及水文地质桥址地区地层自上而下可分为三大层。上部第I大层由第四系全新统（Q4）新近沉积的淤泥、松散状的砂及软塑状的粘性土组成；中部第II大层由第四系全新统（Q4）河流冲、洪积相及湖相沉积的中密密实状砂及软塑状粘土组成；下部第III大层由第四系下更新统（Q1）湖相及河流冲、洪积地层，主要由硬塑状为主、局部半坚硬状的粘性土组成，局部夹有密实状的薄层砂层或砂层透镜体。桥址区地表水主要为官厅水库库水，地下水主要以孔隙式潜水的形式赋存于砂砾层中。地下水位受水库水位控制。地下水、地表水对混凝土均无腐蚀性。水库正常蓄水位：477.62m,冰冻期水位最低474.12m。本工程主桥墩11号墩至21号墩计11个墩位于官厅湖水中,其中13号墩至20号墩水深14m。3 施工方案本工程所在地区自然条件较差，大风多，冰冻期长，于施工不利。且该桥水上及高空施工工程量大，主桥将是该工程的控制工期的关键工程。在官厅水库1公里多宽茫茫水面上，每座桥墩的墩位处首先要有一座施工平台，才能安装钻机等施工设备进行施工，为了这些设备的运输、起吊、安装及混凝土、钢筋笼、模板等的运输、往返联系，都要有正常的施工组织系统。根据官厅湖特大桥的结构情况，工程量及当地的自然条件，我们几次考察了现场的实际情况并结合我局在京包线妫水河铁路桥施工的实践经验，经过几次讨论优化选定单侧双线栈桥和墩位平台、墩旁施工吊机施工方案。混凝土采用泵送浇注。3.1 主桥施工之临时结构3.1.1 栈桥由于桥面全宽为m，选定在主桥墩12号墩至20号墩的桥梁中线上游间距20m处设单侧双线施工栈桥，长998m，桥面宽为m，基础采用1.2m钢管桩，桩长2737m，栈桥上设t桅杆吊机，担负钻孔桩、防水围堰、承台、墩身、墩帽及梁部施工的起吊作业任务。栈桥上布设运输轨道，与两岸接通，以便岸上的混凝土运到各个墩位，进行灌筑；在岸上加工的钢筋、模板从岸上运至各桥墩安装，需维修的模板运回车间维修。张家口侧栈桥梁部用万能杆件，长552m，北京侧用六四军用梁，长436m，跨度选定为m，每m左右为一联，设温度伸缩装置和纵向联结系。栈桥的施工，用t桅杆吊机拼装成打桩平台，负责栈桥桩基和栈桥安装施工。栈桥从两岸向跨中逐孔延伸，先将.2m钢管桩用t震动打桩机下沉到设计深度，然后把预先组拼好的梁部构架架设好。3.1.2 墩位平台在主桥墩12号墩至20号墩设墩位平台，墩位平台采用钻孔桩钢护筒基础，平台的梁部用万能杆件拼成；施工平台既为钻孔平台又作为围堰的拼装、下沉的支承结构及脚手平台。3.1.3 墩旁吊机由于单侧栈桥上吊机的伸臂长度，无法覆盖m宽的桥面，为了满足对桥墩基础工程施工的各个工序和梁部施工中号节段施工和悬浇挂兰的安装等过程中繁重的起吊安装作业，确定在主桥12号墩至20号墩旁设一台固定的t桅杆吊机，这台吊机用钢管桩做基础，拼装底座支架，其上安装t桅杆吊机。完成远离栈桥侧的一幅桥号节段施工和悬浇挂兰的安装之后，即予拆除，使箱梁悬浇能逐段进行。3.1.4 栈桥上移动吊机每侧栈桥各设三台移动式WD-桅杆吊机，最大吊重12t，吊机用万能杆件拼装底座支架，采用四组自动走行三轮箱。施工方案比较表适用性比较确定方案比选方案一比选方案二单侧双线栈桥墩旁施工吊机+墩位平台双侧双线栈桥跨桥龙门吊机+墩位平台水上施工方案优点：1、无需拼装大跨度的龙门吊机。仅在各墩位处拼装墩旁施工吊机。大临结构投入少。2、栈桥只做运输道路，通过能力要求不高。3、墩旁吊机可满足施工机械设备、构件等的纵向运输及横移安装构件。4、栈桥上的吊机能满足桥梁下部结构施工及上部结构施工需要。缺点：1、钻机移位、水中墩承台围堰整体下放等施工起吊能力不足，需在墩位平台上另设起吊设备。2、上部结构施工时，墩旁吊机因与主梁相碰而须全部拆除，栈桥上的吊机不能全部覆盖远离栈桥侧的一幅桥，对施工有一点影响。优点：龙门吊机能覆盖主桥施工的每个角落，并且移动灵活，起重量大，钻机移位、水中墩承台围堰整体下放等起吊、安装极为方便，对位准确，有利于开展平行或流水作业。多项作业能有效地加快施工进度。缺点：1、栈桥因需走行龙门吊机，其通过能力要求较高。2、双侧栈桥临时工程量大，施工周期较长，不能快速进入主桥施工,对工期影响很大。3、临时工程投资大，经济可比性差。优点：1、无需拼装大跨度的龙门吊机和施工栈桥、墩旁吊机等大临结构。2、水上施工设备拼装快, 能快速形成主桥施工场面。缺点：1、水上施工需要的船舶、拖轮、吊船无法通过水运进入湖内。2、浮箱自拼的水上施工设备性能低、机动性差。3、水上船只在大风时受风浪颠波，稳定性差，另外，低温期，水面结冰前要将船只提前运到岸上，对工期影响较大。3.2 防风及冬季破冰防冰措施 该工程处于北方寒冷地区，常年大风日数多，风速大，结冰期从11月中旬到次年的3月中旬，冰冻日期达四个月，在该工程施工中如何防风及冬季破冰防冰确保施工结构安全和工程顺利施工尤为重要。 3.2.1 防风措施 施工结构设计时考虑抗风，走行设备及高大结构物采用安装止轮器、缆风等措施抗风。 3.2.2 冬季破冰防冰措施 根据我们在京包铁路妫水河特大桥施工中成熟的经验，将采取以下破冰防冰措施： （1）消除静冰压力活水圈：在施工结构物周围布置风管路靠高压风在水中吹泡翻浪，使其周围形成活水圈而不结冰，人工破冰，在建筑物周围凿开0.61.0m宽的活水圈；破冰船破冰，在桥中线以外各200m范围内巡游破冰。护筒内加盐降低冰点,内侧放稻草、海绵抵消冰胀力。（2）消除流冰撞击力的方法利用炸药包炸冰，确保流冰尺寸小于5m或小于结构物抗冰允许的尺寸。施工方案附图如下： 4 主桥施工4.1 主桥下部结构施工4.1.1 钻孔灌注桩施工钢护筒用板厚为12mm的钢板卷成，其直径比设计桩径大0.3m，水上钢护筒参与主体结构受力，其长度根据设计院给定长度和支承钻孔平台受力需要计算确定。护筒沉设时要求竖直，且定位准确，其顶面位置偏差不大于5cm,倾斜度不大于%。钻孔桩拟选用GPS15型旋转钻机、三翼或四翼刮刀钻头，开钻时以低档慢速正循环钻进，钻至孔口以下5米后改为反循环钻进。泵吸反循环方法成孔。而后进行清孔、下钢筋笼、灌注水下混凝土施工。4.1.2 承台施工：根据桥墩承台底标高和各墩位处河床标高的实际情况，主桥承台选定以下三种方法施工：(1) 10、11、21、22号四个桥墩承台选用轻型井点降水开挖基坑施工，10、11、22号三个墩承台为单级井点降水，21号墩承台为三级井点降水，下面着重介绍。21#桥墩承台底标高+468.50m，顶标高为+472.00。地面高程 +471，施工水位474m，位于官厅湖水中，钻孔桩施工时该墩填土筑岛，回填高度约为4m。根据地质报告，该承台基础底标高处土层为粉质砂土，此土质容易形成流砂，给施工带来困难，考虑使用井点降水，降低基坑水位，方便施工。施工顺序：场地整理放线定位井点设备安装人工桩间挖土（边坡支护）破砼桩头验槽承台钢筋绑扎支模砼浇筑模板拆除隐蔽验收回填土井点设备拆除。采用三级轻型井点环型布置降水施工方法，满足降低地下水位8米的要求。结合本地区的地质条件，每30米设一组抽水设备（分别位于基坑的四周），所以该工程配备抽水设备8组，其中4组备用。抽水期间应有备用电源，防止停电而使地下水位回升，造成泡槽和边坡坍塌。井点管50钢管，间距1.5米沿基坑四周分三层布设，井点施工工艺程序：放线定位铺设总管冲孔安装井点管、填砂砾滤料、上部填粘土密封用弯联管将井点管与总管接通安装抽水设备与总管相通安装集水箱和排水管开动真空泵排气、再开动离心水泵抽水测量观测井中地下水位变化。井点降水正常运转后昼夜值班，保证井点设备正常运转。本工程采用明沟排水与井点相结合的办法。在基坑四周开挖500500的明沟，在基坑转角处，设置集水井，集水井的直径或宽度，一般为0.60.8m，井壁用竹、木等简易加固。明水集中用抽水机排出，抽水机用1.5寸高压潜水泵。停止降水时，应验算基础的抗浮稳定性，达到规定要求后方可拔除井点管。(2) 12号桥墩选用双壁板的钢板桩围堰。其施工程序、方法是：钻孔桩完成后，利用墩位平台构架改装成围堰内支撑构架和拼装双壁钢板桩插打导向架，在围堰构架四周按一定顺序插入双壁板的钢板桩，合拢后，打至设计标高，然后在围堰内吸泥，清基至封底混凝土底面标高，达到要求后，进行围堰内封底混凝土灌注、抽水、凿桩头、绑扎承台钢筋、安装承台模板，并经监理检查验收合格灌筑承台混凝土。(3) 13号20号共个桥墩，所处河床面低、水深14m，承台采用吊箱围堰施工，水下封底砼厚1.5m。承台高3.5m，承台顶标高均为+472.0m，承台平面尺寸13#14#、18#20#墩为1111m、15#17#墩为1212m，承台四角均为半径1.5m的圆弧段，承台为钢筋砼结构，砼标号为25号。吊箱围堰是封底砼的承重结构，又是承台施工的模板，断面尺寸与承台相同，它主要由底板、侧板、支撑系统及吊挂系统组成。底板是由型钢组焊成正交框架的底模托架和底模组成，通过吊杆多点支撑。底板在各钻孔桩钢护筒处预留上大下小喇叭口孔洞，其下口孔径比钢护筒外径大10厘米，中心位置按钢护筒的实际竣工位置确定。底模托架和底模在墩位平台上拼装组焊。为了便于安装，可将底模分块制造安装，现场电焊对接。侧板为双壁肋板式结构，厚0.8m，高9.12 m，分上、下二节，上节高4.62 m，下节高4.5 m，每节沿周围共分12块，以便吊装。侧板支承在底板上，其连接应牢固，并保证焊缝质量。支撑系统，为保证围堰的整体刚度和承受水流及水压产生的水平力，在围堰内设内支撑框梁，内支撑梁与吊箱围堰内壁板焊连，围堰侧板与护筒间设临时支撑连接。吊挂系统，主要为吊杆和分配梁。吊杆采用直径为32mm的精轧螺纹钢筋，共18根，其下端锚于底板型钢框架上，上端锚固于焊接在护筒上的牛腿上。吊箱围堰的自重和封底砼重量，由吊杆通过牛腿传递于钢护筒上。小围堰设计重量96t，大围堰重104t 。在墩位平台上拼装完毕的围堰，通过支承在护筒顶的分配箱梁（宽0.8m、高1.8m）和5门滑车组起吊梁，整体起吊下放围堰至设计高程位置，而后将体系转换至支承在护筒牛腿上的吊杆上；围堰底模与护筒间用袋装粘土或碎石塞填、防漏。再后进行围堰封底、抽水、凿桩头、清基、承台钢筋绑扎和砼施工。吊箱围堰方案图示意如下： 4.1.3 墩身施工主桥11号至21号墩为圆端形混凝土实体墩,墩高11.7716.41m，墩身厚度4m，墩顶宽6.5m，横向按1:40的斜度放坡，墩底宽5.685.912m。在承台顶面拼装墩身的模板支架，安装墩身模板，绑扎墩身钢筋，一次灌筑墩身混凝土。墩身施工时在厚度4m方向布置2排横桥向间距1m单进单出50的散热管以降低墩身混凝土水化热。4.2 主桥上部结构施工主桥上部结构为一联12孔连续箱型梁，横断面由两个独立的单箱室箱梁构成，净距1m，单箱顶宽13m，底宽6.5m，腹板为直腹板，中间支点根部梁高6m，跨中梁高2.8m，箱梁底面按圆弧线变化，主桥箱梁采用纵、横、竖向三向预应力，纵向束采用19j15.24钢绞线，15-19型锚，边跨底板纵向束采用12j15.24钢绞线，15-12型锚，顶板横向束采用4j15.24钢绞线，BM4锚和H型锚；竖向束采用32高强精轧螺纹钢，YGM型锚。主梁采用50号混凝土。连续梁各墩处0号节段长14m，两端边跨有一段8.7m的现浇段外，其余各跨由挂篮悬浇施工，梁体自0号节段左右划分为13段对称布置，节段长度分别为3m和4m；每一孔均设一合龙段，节段长2m，。4.2 .1 0号块、现浇段施工方案0号块采用墩旁支架法，靠边墩的8.7m现浇段采用满铺碗扣式钢管脚手架。各单箱单独进行施工，每箱整体一次灌注混凝土。工序流程：拼装0号块、现浇段施工支架并模拟压重，以消除非弹性变形，并测出弹性变形值以作为预抬值。安装分配梁、钢楔块及外侧模支架。安装底模及外侧模。（0号块按设计图要求在墩顶先设置好四个有硫磺砂浆夹层的临时固结垫块和预埋72根32高强度精轧螺纹钢筋，使墩梁临时固接并安放GPZ盆式橡胶正式支座）绑扎底板及腹板、隔墙钢筋并安装端模，安装竖向预应力钢筋并固定。安装内箱模板及支架（内箱顶部应留出灌注孔）。绑扎顶板钢筋，固定预应力筋定位网及波纹管，穿入横向预应力束。检查合格灌注混凝土。混凝土达到设计要求强度后，按顺序张拉纵向、横向预应力束并压浆封端。张拉竖向预应力钢筋并压浆封端。4.2 .2 挂篮悬浇施工(1)主桥梁体1-13节段采用挂篮单幅独立对称悬浇施工。最重节段1055 KN，设计要求挂篮和模板重量不超过900KN，根据工期要求，主桥T构全面展开施工，全桥共投入挂篮44只（不倒用），其中轻型三角挂篮32只，六四式军用梁挂篮12只，使用的挂篮和模板最重为560 KN，均采用无平衡重结构, 挂篮走行的走道梁与竖向预应力钢筋锚固；挂篮工作时和走行时的稳定主要依赖于梁体上的预应力粗钢筋做为锚固筋；安全系数2。为确保各墩顶T构悬浇节段施工需要，在墩顶设拉压临时支座使0号块与墩身临时固结，以承担挂篮悬浇施工过程中的不平衡弯矩。(2)在0号块预应力束张拉完后，在0号块上对称拼装两只挂篮，并先对接和锚固好，再按设计要求进行载重试验，检查合格后，绑扎1号块钢筋并安装预应力筋孔道，立模并调模，签证合格后进行混凝土施工；对梁体混凝土进行养护，到达设计强度的90%后张拉压浆；然后将两只挂篮分离，前移、接长，形成两只独立的施工挂篮，滑移走行到2号块位置，锚固挂篮，测量梁体中线和高程，预抬底模高程，立模、绑钢筋和安装预应力筋孔道，检查签证后，灌注混凝土并养护；当混凝土到达设计强度的90%后张拉预应力束，孔道压浆。2块施工完毕，比照2号块过程进行余下节段施工至13号块（或13号块）(3)预应力施工纵向束采用19j15.24钢绞线，锚下张拉控制力为371t，边跨底板纵向束采用12j15.24钢绞线，锚下张拉控制力为234.3t，顶板横向束采用4j15.24钢绞线，锚下张拉控制力为78.1t。预应力粗钢筋为32高强精轧螺纹钢，每根张拉控制力为54.3t，纵向预应力束1915.24采用LS600W千斤顶张拉，1215.24采用YCW250型千斤顶张拉，横向预应力束415.24采用YC25型千斤顶张拉，竖向精轧螺纹钢筋采用YC70型千斤顶张拉。张拉顺序：先拉顶板纵向束后拉横向束，最后拉竖向筋；纵向束张拉为两端同时进行，横向束采用每隔一束交替单端张拉，横向束由每块的中部向两端张拉。张拉以应力为主，以伸长量校核进行双控。实际伸长量与计算伸长量之差不得大于6%。4.2 .3 合拢段施工全桥共有边跨合拢段二处，跨中合拢段十处；边跨合拢段在现浇段支架上合拢，跨中合拢段利用单只挂篮作为吊架合拢。各“T”构合拢段按设计图纸要求的顺序合拢。（1）跨中合拢段施工工序流程将悬浇时使用的一只挂篮作吊架及模板支架。采用压重的方法调整高差，悬臂端预加平衡重。将合拢跨一端的固定支座改为活动支座，以适应温度变化时的伸缩。安装合拢段处劲性骨架，将合拢口予以临时锁定。绑扎底板及腹板钢筋，固定预应力筋定位网及波纹管，安装竖向预应力筋并固定。安装内箱模板绑扎顶板钢筋，固定预应力筋定位网及波纹管，穿入横向预应力束。安装竖向预应力筋顶部压浆管。检查合格灌注混凝土（在温差变化较小的低温时间内灌注完，并随混凝土灌注，分级卸除平衡重）。张拉底板纵