高速公路特大桥部分关键性技术问题及应对措施

酉阳至沿河高速公路特大桥部分关键性技术问题及应对措施本项目几座连续刚构大桥、特大桥均位于跨越峡谷，地质条件复杂。桥梁设计、施工技术难度大，而且设计工期紧。根据目前国内外已建成的类似工程所取得的经验，结合本项目的具体特点，预计工程勘察设计中将遇到的主要关键技术如下：（1）桥跨布置（2）主桥下部结构的施工（3）主桥的工期的控制（4）引桥的合理跨径及结构形式（5）景观（6）勘察1、桥跨布置问题的分析：本项目桥梁位移峡谷地带，是典型的“V”或“U”型谷，谷深，谷面陡峭，山势险要，连绵不断。桥位处由陡坎、深谷、陡坎组成，要横跨这样的河谷，可想而知这座桥梁的雄伟壮观了，如何选用桥跨布置是关键问题。对策措施：针对桥位的具体情况，综合水文、地质、经济、景观等因素，主桥主跨采用100～200m跨径跨越深谷，引桥采用40m和30m跨径简装连续T梁。对大跨径主桥进行以下研究：●边中跨比的优化对于过渡墩高的桥梁，边跨采用落地支架势必导致支架的施工难度加大、费用增高，所以在受力许可的范围内，尽量减少边跨长度。通过结构分析，合理的边中跨比为0.5～0.6之间，即保证边跨过渡墩支座不出现负反力，同时有方便施工。●梁高研究大跨径连续刚构桥的梁高变化规律的选择对于结构的合理受力至关重要，特别对梁截面的抗剪能力。本项目梁底按1.8次抛物线规律变化，增强了结构的抗剪能力与结构的抗裂能力。●混凝土耐久性研究对于大跨径预应力混凝土桥，其耐久性日益成为人们关注的焦点。加强局部分析，使构造和配筋合理；预留结构加强措施，设置顶底板预留束；采用高性能混凝土，改善结构受力；提高结构的防腐能力。在运营阶段，加强养护与管理，制定养护、检测手册，定期检测，并建立桥梁安全检测仿真分析系统，时刻了解各构件的受力状态。2、主桥下部结构的施工问题的分析：主桥主墩高均在80～120m左右，所以主墩的设计与施工，是一个关键技术问题，另外本桥位地质情况复杂，桥墩处可能有岩溶出现或处在斜面上或在斜岩钻孔容易偏孔。对策措施：由于主墩墩普遍比较高，主墩采用双薄壁空心结构和单箱室矩形结构，以增加结构的稳定性和改善墩的结构受力。下部桥墩采用翻模或爬升模板进行施工。施工中要加强施工监控，防止主墩失稳和混凝土浇注质量。大桥桥位处有可能有岩溶出现，应加强地质钻探，探明地下地质情况，钻孔桩施工前必须对岩溶地区的钻孔桩的地质情况进行认真的分析（依据主要是设计地质柱状图），分清每一根岩溶钻孔桩溶洞的发育情况、溶洞的位置、溶洞的大小、是否有充填、充填物是什么物质等一系列地质情况，如果基础有岩溶出现，应尽量调整跨径进行避让，如果不能避让，要采用措施，设计中应合理采用桩长和桩径，给出岩溶区桥梁基桩嵌岩深度的。溶洞地质钻孔施工时根据岩溶具体情况可采取预注浆、挤石造壁、投粘土、片石、水泥、跟进钢护筒的处理措施，并对施工荷载施加过程中溶洞及顶板岩体的变形进行了现场监测。对于墩柱处在斜面的基桩施工,斜岩面钻孔施工时采取回填片石及混凝土的处理措施。对于施工过程中可能出现斜岩偏孔的处理措施，主要是通过向孔内填入坚硬片石及粘土混合物至斜岩面顶以上1m左右，然后钻进冲孔，必须注意片石要有足够的强度，这样才能有效地均衡岩石的强度，破碎斜岩。如一次不能将斜孔修正，则要重复上述工序，直至将孔位修正到位。下部施工注意事项：桩基、承台（系梁）施工成孔工艺的选择应根据地形、地质、水文、进场道路、施工场地等，因地制宜的选择机械钻孔或人工挖孔。对地形复杂、地势陡峭、进场道路狭窄、水源困难、地质条件较好，无地下水或少量地下水的桩基，宜采用挖孔灌注桩施工，这是符合客观情况的。但同时，从安全角度考虑，人工挖孔深度不宜大于15m。对于山区基桩也成为唯一切实可行的成孔方法，这就要求特别重视施工安全和环境保护，严格遵守人工挖孔的安全操作规程，并对可能出现的安全问题制定防范措施和应急预案。当位于陡坡上的桩基上方边坡岩体破碎易坍塌时，采用必要的防护加固措施，如用挡土墙、锚索、锚杆稳定山体。本桥山体陡坡＞60°，开孔时经常造成开挖上方是山体，下方则为邻空面，我们采用下述方法来处理：邻空的半个圆可采用内外模浇20㎝厚混凝土，靠山体的半圆采用钢筋混凝土加锚杆。在桩孔由邻空半圆进入薄壁（壁厚＜2.0m），则薄壁的半圆采用钢筋混凝土，靠山体的半圆采用钢筋混凝土加锚杆。进入岩层后需要爆破，遵循“多打眼少装药”原则，以达到松动岩层又不破坏山体稳定。对于桥隧相连地段，如果不影响工期，按照先施工隧道主体和桥梁基桩，后施工桥梁下部及上部，这是为了防止隧道洞口爆破失稳等不利因素对桥梁的影响。3、主桥工期的控制问题的分析：本项目桥梁多，隧道长，因此本桥的工期由主桥和隧道控制，如何加快主桥的施工是影响本项目进度的关键之一。对策措施：主桥桥墩基础均在深谷陡坎阶上或沟底附件，地质基础条件好，但地下条件复杂，设计时根据实际也采用挖孔桩进行施工。主桥箱梁采用挂篮对称悬臂施工，工期不成问题。合理地进行施工组织管理，可以缩短主桥的施工工期。4、引桥的合理跨径及结构形式问题的分析：连续刚构两侧引桥均采用预制预应力混凝土连续T梁，便于集中预制，提高施工质量，施工方便，又能有效的的降低工程造价。对策措施：连续刚构引桥可以与附件区域中桥采用同一个预制场地，合理的跨径范围为从30米到50米。考虑到山区施工期安全、方便，引桥的结构型式采用预制预应力混凝土连续T梁。跨径为40m和30m连续结构，采用吊装施工。5、景观问题的分析：项目区沿线旅游景点多。本项目所到之处是一处不可多得的峡谷观光景点，所以对景观要求较高，好的景观设计可以完全融入旅游景区，和周围环境相协调。对策措施：坚持“可持续发展的景观规划设计”的核心思想，将桥梁景观设计与生态环境和地域人文历史（文化）相结合。在保证行车安全的前提下，追求结构型式和造型艺术的统一，赋予本项目景观设计以“生态、景观、人文、和谐”的主题，以区别于以往传统的以硬质景观为主而产生的千篇一律、千人一面的景观设计手法。对选定的桥型结构进行不断优化，特别在考虑结构方面同时考虑结构的外观设计，是桥梁本身与山区的地形、地貌、结构物的形式相协调，来选择合理的桥跨、桥型结构和墩柱形式。同时，将其作为社会和文化财产，在结构设计中亦考虑景观的设计。景观设计中遵循“通透性、协调性、连续性、新颖性、标志性、轻型化、观赏性、可行性”的设计原则进行设计。6、勘察问题的分析：本项目地下结构复杂，地质条件探明程度，将直接关系到设计和施工方案、工程的经济性、工程的实施难度等因素。因此只有采用先进的技术手段，查明沿线的地质情况，才能确定合理的设计、施工方案，降低工程造价。对策措施：●严格按照资料收集、调查测绘、勘探测试、报告编制、成果审定的程序进行。制订周密、细致的勘察方案，严格执行工序管理的要求，采用综合勘探方法，提高勘探效率和成果精度，以保证勘察质量。●勘察重点工程为地基、桥梁、环境保护、筑路材料等。对淤泥质软土和风化基岩，应详细查明其分布范围、性质、提供处治设计所必须的地质资料和地质参数、其对本工程的影响应进行定性及定量评价。●勘察方法主要采用：工程地质遥感、测绘、物探、槽探、钻探、原位测试、室内试验等。对控制工程造价工程项目的和对策措施桥梁专题研究影响桥梁工程造价的因素主要有：桥型结构、桥梁跨径、上下部结构形式、基础形式、施工方案等。对策措施1.1、 结合本项目特点，确定科学合理的桥梁设计原则1、遵循“技术先进、安全可靠、实用耐久、经济合理”的要求进行公路桥涵设计。综合考虑结构的安全性、适用性和耐久性，并综合考虑使用要求、本地区的自然条件、材料来源、便于施工和养护等因素。重视与周围环境、人文景观的协调。重视桥梁造型美观。充分听取当地政府和有关主管部门的意见。2、跨越河流的桥梁，必须满足泄洪要求，跨越通航河流时，桥孔设计还须满足通航净空要求。3、根据桥位的地形、地质和水文等条件，合理设计桥孔，尽量采用成熟、适用、经济的桥型。4、跨越深、宽山（峡）谷的桥梁，应作多方案充分比较，侧重于采用技术成熟、便于施工和养护成本低的桥型。技术复杂的特殊大桥应制定专门的勘察设计大纲和技术措施，组织技术力量解决其中的技术难点，必要时作实验分析研究，确保桥梁设计安全、可靠、技术先进。5、确定桥型方案还应注意桥位处的交通运输条件、施工机具进出、场地布置等因素。采用标准化跨径的桥涵宜采用装配式结构，适用于机械化、工厂化施工。以加快施工速度，降低工程造价。6、为满足高速行车舒适性要求，特大、大、中桥采用连续结构，小桥可采用简支结构，桥面连续。7、主线桥内、外侧均设钢筋混凝土墙式护栏。8、综合考虑行车舒适性、工程造价、结构耐久性等因素。特大、大型桥梁采用模数式伸缩装置，伸缩缝槽口采用强度不小于C40的聚丙烯纤维混凝土。9、梁桥一般采用板式橡胶支座。必要时可采用盆式橡胶支座。10、桥头搭板长度视路基填土高度和沉降大小确定，一般采用8.0m、5.0m。11、特大、大桥根据具体情况考虑设置用于检查和养护的设施。12、一定路线长度内的一般性桥梁，尽量采用同类桥梁结构，以方便施工。同时要注意相邻桥梁之间的距离不能太短，特别是在填方路段。如遇这种情况，可考虑将相邻桥梁连通或加长填方路段，以避免连续的桥头跳车。13、山区桥梁施工条件相对困难，场地狭窄，并考虑到以往的经验教训，一般桥梁应尽量避免采用50m（含）以上跨径的预制T梁。14、位于平曲线上的桥梁：平曲线半径较小时可作曲线桥；平曲线半径较大时，可布置折线桥，其上部结构必须包络桥面净空和护栏。路线设计原则上不在桥上布置小于一般半径值的凹形竖曲线。15、施工方案的安全可靠性、可实施及可操作性、技术先进性、经济合理性；16、遵循全寿命周期成本的设计理念，充分考虑营运维护的快捷、便利性，技术先进性；1.2、 进行多方案必选，选择经济合理的桥型结构根据以往的设计和施工经验，结合本项目的特点，跨越较宽、较深山谷时，均采用预应力混凝土连续刚构或连续梁桥；跨越山区典型的V形沟谷且地质条件较好时，可采用大跨径砼拱桥；跨越特宽、特深沟谷时，可采用悬索桥、斜拉桥等。初步设计阶段还需根据具体桥位的地形、地质条件，对采用的同一种桥型作不同跨径布置的方案比较，以优化方案。一般多孔梁桥孔跨布置应综合上、下部结构及基础作总体分析比较，选取合理的孔跨布置。根据地形地质和经济合理施工方便的原则，最合适的桥型是混凝土连续刚构桥，所以主桥推荐方案均采用连续刚构桥，其施工技术成熟，施工难度相对小，又与周围景观相协调，造价也相对最低。对于主跨100~200m变高度连续刚构桥设计，上部主梁采用单箱单室，三向预应力体系。纵横向采用低松弛预应力钢绞线，管道采用塑料波纹管。竖向预应力采用精轧螺纹钢，管道采用无缝钢管。管道压浆均采用真空辅助压浆工艺。箱梁尺寸在满足结构受力要求下，结合我院西部课题合理耐用结构研究成果，选择合理的结构构造。下部桥墩根据墩高及跨径选择双支薄壁墩或单支薄壁墩，根据受力需要合理选用薄壁墩尺寸。由于本项目中桥、大桥及其特大桥的引桥最大墩墩高在60m左右，绝大部分墩高也在30m左右，由于受地形和施工条件限制，支架现浇施工或移动模架施工对施工要求高，且要求泵送混凝土能力强，而预制梁施工可以集中预制，质量有保证，因此无论支架现浇施工还是移动模架施工，均比集中预制施工难度大，故本项目所有引桥均采用预制梁结构。另外，采用预制小箱梁与预制T梁比，预制小箱梁单件吊装重量大，施工不方便，工期较长。预制T梁是山区一