泸定水电站尾水大桥连续预应力箱梁施工技术.doc

泸定水电站尾水大桥连续预应力箱梁施工技术胡传安 黎文海 赵华荣 (中国水利水电第十四工程局有限公司曲靖分公司，云南 曲靖 655000)摘 要：泸定水电站尾水大桥属于318公路改线组成部分，横跨发电厂房尾水渠，上部为连续预应力箱梁结构。为满足上、下游接线需要，尾水大桥为弯箱梁，纵坡达4%。因转弯半径小，纵坡大，桥墩较高，桥墩最大高度达34.5m，底板地质条件较差，与厂房施工干扰较大，施工难度较大。通过度析论证，最终采用满堂支架方案，顺利完毕了施工任务，对类似工程具有较好的借鉴参考价值。关键词：尾水大桥 连续预应力箱梁 满堂支架1 工程概况跨尾水渠大桥为G318公路泸定水电站发电厂房段的改线工程。桥梁的布孔受桥下尾水渠边墙布置、尾水渠和厂房基础开挖及场内道路布置等因素控制，设计为6-40m预应力连续弯箱梁，全长246.10m。桥轴线为路中线，布置在缓-圆-缓型的平面曲线上。桥面按路面超高设立横坡，桥墩按法线方向布置。箱梁为单箱单室宽翼缘截面，翼缘板宽1.725m，端部厚18cm，根部增至50cm。箱室底宽538.4cm，腹板为斜腹板，腹板厚度均为50cm，顶板厚25cm，底板厚25 cm，梁体为250cm等高度箱梁。箱梁位于半径为255m的平曲线上，为增长箱梁的整体抗扭能力，在支座处设有横隔梁，在每跨跨中设有一道横隔板。桥墩采用设倒角的矩形实体墩，1#、2#、3#、5#桥墩基础为带承台的桩基，4#桥墩基础设计为与尾水渠墙体结合在一起。桥台设计为双柱式轻型桥台，桩基础。箱梁采用C50混凝土浇筑，桥面铺装采用C40合成纤维混凝土，桥墩、桥台盖梁采用C40混凝土，桥墩承台及扩大基础采用C35混凝土，桩基均采用C35水下混凝土。预应力束由719根15.2钢绞线组成。预应力管道采用预埋塑料波纹管。2 施工难点分析（1）上部结构为连续预应力箱梁，为满足接线需要，平面转弯，转弯半径仅255m，纵坡达4%，因特殊的线形，方案决策难度较大。（2）桥墩较高，最大高度达34.5m，无论是采用支架方案还是贝雷架方案，均有较大的难度。（3）尾水渠底板覆盖层深厚，以漂卵石覆盖层为主，局部为粉土地层，受渗水影响，地基软化，地基承载力较差。（4）第一跨、第四六跨基础与尾水渠结构干扰，或位于尾水渠开挖覆盖层边坡之上，如采用支架方案，基础解决难度较大。（5）施工干扰大，尾水大桥与厂房基坑施工及压力钢管运送，均存在较的干扰。3箱梁方案选择（1） 移动模架方案。移动模架方案具有施工快速，安全，与基坑施工干扰小等优势。但由于本箱梁平面转弯，且转弯半径较小，纵坡大，经与众多移动模架专业厂家征询，参照移动模架施工工法，一般采用移动模架的桥梁平面转弯半径须大于400m，因本工程线形特殊，移动模架的稳定问题突出，几乎无法采用移动模架浇筑，即使采用特制移动模架浇筑，因须量身定制，后续无法与其他工程周转使用，施工成本极高，是极为不经济的。（2） 贝雷架方案。贝雷架方案简便，通常在须保证底部通行的工程上使用。本箱梁单跨度达40m，跨中必须设立钢管支墩，钢管支墩高度大，截面小，长细比小，自身稳定问题突出，加之地基承载力较差，存在较大的安全隐患。（3） 满堂支架方案。满堂支架是最常规的方案，具有机动灵活、安全可靠等优点，有快插体系支架与普通满堂支架两种形式，快插体系支架钢管材质有保证，轴心抗压性能优良，但缺陷是整体稳定性较差，如基础产生不均匀沉降，产生整体失稳的风险较大。经上述分析对比，根据现场的实际条件，最终决定采用普通满堂支架方案。4满堂支架方案面临的问题与对策 （1）地基承载力问题。满堂支架对地基承载力规定较高，尾水渠底板覆盖层无法满足承载力规定。对局部地基承载力较低部位，采用石渣进行换填，采用振动碾分层碾压密实，经承载力检查合格后，浇筑垫层混凝土，垫层混凝土根据现场的地质条件，厚度按2060cm控制，局部增设钢筋网，提高基础的整体性。对于支架基础部位出露的渗水，采用引排措施，避免浸泡软化地基。（2）上、下游斜坡基础问题。满堂支架立杆基础必须水平，且承载力须满足规定，如立杆直接布置在斜坡覆盖层基础上，无法满足整体稳定规定。统筹安排尾水渠施工进度，对于第一跨、第四跨、第五跨斜坡基础，在搭设相应部位支架前，将相应的挡墙混凝土浇筑至一定高程，并及时对墙背进行回填，回填形成水平基础，再对基础进行硬化解决。对于第六跨斜坡基础，在支架基础水平投影范围内，顺坡面自下而上浇筑混凝土台阶，形成台阶式基础。（3）施工干扰问题。尾水大桥施工与压力钢管运送、厂房基坑施工及机电安装交叉作业，通道干扰问题突出。统筹安排尾水渠底板与箱梁施工进度，在第三跨箱梁施工期间，满堂支架将下基坑道路封堵，暂停尾水渠底板施工；在施工第六跨脚手架前，完毕压力钢管运送，施工第六跨时，在第五跨设立4.5m门洞，保证机电安装通道畅通。（4）材质问题。根据国内钢管供应市场实际情况，基本无符合国标的产品，实际壁厚远低于国标标准。在满堂支架的设计计算时，按照实际的钢管壁厚进行设计计算，按照理论计算厚度选择钢管供应商，以计算厚度作为材质标准。5满堂支架设计及质量控制5.1满堂支架结构参数按照最高一跨脚手架进行设计计算，箱梁支撑脚手架选用外径48mm、壁厚3.0mm钢管，材质为Q235，步距1.2m，立杆间、排距均为0.6m，长宽方向均设立剪刀撑，宽度方向剪刀撑按每4跨设立一道，内外侧立面设立连续剪刀撑，剪刀撑与地面夹角按50控制。为减少风荷载，仅上部通道两侧挂安全网。支架搭设宽度为箱梁水平投影宽度加两侧走道宽度。支架立杆基础设立钢垫板，以分散立杆基础应力。立杆采用对接接长，剪刀撑采用搭接接长。立杆及水平杆接头避免在同一截面上。遇桥墩时，运用支架附墩，增长整体性。5.2满堂支架质量控制要点（1）材质。用于支架的钢管、扣件必须有出厂材质检查报告，并经进场抽检合格，方可投入使用。（2）地基承载力。地基承载力检查合格，标准值不小于200kpa，并经监理工程师验收签证。（3）严格控制立杆间距、排距，以及步距，偏差不大于10%。（4）立杆垂直度是保证支架达成设计受力工况的关键，立杆垂直度按0.5%控制。（5）扣件紧固限度。扣件采用扭力扳手抽检，合格标准为紧固力不小于35kn*m，抽检合格率不低于85%。5.3满堂支架预压为消除承重架、模板的非弹性变形和地基的压缩沉降影响，测量承重架弹性变形的实际数值，作为箱梁立模预拱度设立的参考；同时，检查承重架的受力稳定情况，保证承重架安全，按照规范规定对支架进行预压。采用堆载砂袋预压。为保证预压荷载的合理分布，模拟混凝土浇筑顺序进行加载，第一步加载底板钢筋混凝土重量，第二步加载腹板钢筋混凝土重量，第三步加载翼缘板及顶板钢筋混凝土重量。考虑到混凝土振捣产生的动荷载、小型机具荷载及风荷载，预压荷载按总荷载的1.2倍考虑。砂袋采用装载机配合人工装矿袋，50t汽车吊、塔机吊运。在预压过程中，加载、卸载前后对底模、腹板模板进行观测，计算非弹性变形及弹性变形量。根据第一跨预压实测成果，50%的测点非弹性变形大于10mm，局部达22mm。根据预压过程中的巡视检查，因对基础进行了特殊解决，基础沉降变形的因素较小。考虑到张拉后，跨中起拱约12cm，跨中按5cm设立预拱度，全跨按抛物线分派。后因工期紧张，经参建各方协商，自第二跨起取消系统预压，仅对第四跨基础条件较差部位进行局部预压，预拱度按7cm设立。6连续预应力箱梁施工技术方案6.1浇筑分段、分层方案为利于支架稳定，分两层浇筑，第一层浇筑底板及腹板，第二层浇筑顶板及翼缘板，分缝位置避免倒角等应力集中部位。按照设计规定，在零弯矩附近设立施工缝，第一跨长47m，第二五跨40m，第六跨33m。6.2模板及支撑加固方式采用竹胶板模板，堵头采用木模。底板铺设纵横向双层枋木，横向枋木截面为1515cm，间距60cm，纵向枋木截面为510cm，间距20cm，枋木表面铺竹胶板模板，底模运用顶托调节。腹板外侧模采用增长斜钢管支撑，并与支架连接支撑，内、外模均采用枋木作背枋，纵向钢管做围令，对拉加固。反倒角部位以及进人孔底板等部位，设立排气孔、振捣孔。顶板采用在底板上搭设脚手架支撑，支撑方式同底模。6.3材料垂直运送方案采用支架方案，材料垂直运送工程量大，为满足材料垂直运送需要，分别在2#桥墩外侧及4#桥墩内侧各安装1台塔机，局部采用汽车吊辅助吊运。6.4细骨料问题研究箱梁混凝土标号为C50高性能混凝土。因大渡河流域天然砂含泥量、云母含量超标，只能采用机制砂，但泸定水电站的砂石系统按照水工规范设计，采用半干半湿法生产工艺，石粉含量符合水工规范，但不满足桥涵规范。经实地考察、取样实验，湿法生产的皮带上取样检测的石粉含量满足桥涵规范规定，对砂石系统生产方式进行调整，集中为箱梁生产一批水洗砂。石粉洗掉后，细度模数达3.3，超过规范上限。经实验分析，细度模数超标重要影响混凝土和易性，对于混凝土强度有利无弊，通过适当增长胶凝材料、调整聚羧酸掺量改善混凝土和易性，满足施工规定，获得了成功。6.5混凝土浇筑方案混凝土采用48m汽车泵入仓浇筑。第一层先浇筑腹板根部，再依次浇筑底板、腹板，左、右两侧对称下料浇筑，长度方向上分段、分层浇筑。第二层全断面推动，纵向分段分层浇筑。采用50mm振捣器振捣。底板及顶板设立样架控制收仓高度，人工抹面。对于锚固端等钢筋密集部位，采用小直径振捣器仔细振捣。6.7混凝土养护措施根据外界的气候条件，分别采用洒水养护、蓄热法养护，根据监测资料，23天混凝土内部温度达成峰值，重点做好前7天的养护措施，保证混凝土表面保持湿润，连续养护时间一般按14d控制。6.8预应力施工箱梁线形为平面转弯，纵坡较大，波纹管安装精度规定较高，测量放线困难。提前由测量人员编制放样图纸，绘制每根波纹管沿桩号方向相对于底模的高程变化，现场以桩号、侧模、底模为参照控制定位。塑料波纹管采用样架钢筋固定，间距按80100cm控制，对弧段加密样架钢筋，保证波纹管精度，局部钢筋与波纹管有干扰，在不影响结构的前提下，对局部钢筋进行适当调整。钢绞线端头设立P锚，采用挤压机现场加工锚头，钢绞线采用连接器接长。混凝土强度达成设计强度90%以后开始张拉，一般5d后可开始张拉，采用400t穿心式千斤顶整体张拉，左、右两侧对称张拉，张拉顺序为自腹板根部向顶板张拉，先张拉腹板，再张拉底板，最后张拉顶板支座负弯矩预应力束。张拉完毕后，立即进行孔道压浆，采用真空压浆工艺，制浆时掺入膨胀剂，排气管采用镀锌铁管，并安装球阀，以便于控制注浆饱满度。6.9桥面系施工（1）垫石及支座施工根据原方案，支座设立下垫石和上垫石，上垫石高度较小，钢筋网层数多，难以控制施工质量，经与设计协商，采用上垫钢板替代上垫石，钢板平面尺寸较相应的支座大5cm，支座螺栓部位预留螺栓孔。桥墩浇筑完毕后，设计对支座型号进行了调整，调整后，有两个桥墩无下垫石空间，最终采用将墩顶部分混凝土凿除，形成凹坑，增长钢筋网片，采用下垫钢板替代下垫石。支座均采用抗震盆式橡胶支座，分固定支座、双向支座和单向支座。支座地脚螺栓孔在浇筑垫石时预留，垫石顶部与支座之间的间隙及支座地脚螺栓孔均采用ICG设备基础加固型超早强型回填灌浆料回填。立模后，支座与模板之间的缝隙采用土工布填塞，避免浆液进入支座。（2）防水层施工桥面采用XYPEX防水材料防水。施工流程为基面检查基面解决基面润湿制浆涂刷XYPEX灰浆检查养护验收。涂刷工具采用专用的半硬尼龙刷。涂刷时应注意一定的力度，以保证凹凸处都能涂上。涂层厚度0.8mm，涂刷一般分为二遍成活，每一遍涂刷应交替改变涂层的涂刷方向，同层涂膜的先后搭接宽度宜为30-50mm。（3）桥面铺装混凝土施工桥面铺装混凝土采用半幅施工，整体自上游向下游分段施工。采用角钢做轨道，混凝土采用搅拌车运送，直接入仓，振捣梁振捣，人工抹面收光，运用铝合金刮尺检查控制平整度。浇筑完毕后，按照4m切缝，缝宽0.5cm，深度1.5cm。达成设计强度后，采用刻缝机刻槽。6.10冬季施工措施进入10月份，气温渐低，最低气温在3左右，影响混凝土强度增长，且容易导致温度裂缝，采用了以下措施：（1）顶板采用蓄热养护，收仓后，在顶板覆盖一层塑料薄膜保水，再在上面覆盖2cm保温被，保温被上面再覆盖彩条布，避免热量、水分自保温被接缝间散失。保温材料顶部采用枋木压紧。充足运用保水材料避免水分散失，有效运用混凝土自身散热提高环境温度，有助于强度快速增长（2）适当推迟内模拆除时间，避免在混凝土温度达成峰值时拆模，减少内外温差。（3）将箱梁上、下游两端的孔洞封堵，运用混凝土自身散失的热量保持箱梁内部适宜、稳定的温度。（4）外模在张拉完毕后拆除。 通过上述措施，保证了混凝土强度快速增长，即使在冬季低温期间，也可以保证在5d具有张拉条件。6.11施工进度控制为满足临时通车节点规定，工期十分紧张。按照节点规定，倒排工期，加大人力、材料及设备投入，同时按照3跨配置脚手架、模板材料，保证第二跨以后的脚手架搭设、底模铺设不占直线工期。在前一跨顶板混凝土待强期间，进行下一跨底板及腹板钢筋绑扎，波纹管安装，施工缝位置预留张拉工位，局部不立模板、不绑扎钢筋。待前一跨张拉完毕后，立即恢复张拉工位模板、钢筋，开仓浇筑下一跨底板及腹板，缩短了直线工期。通过采用上述措施，自第一跨底板开仓浇筑，至第六跨收仓，直线工期仅87天，满足了进度规定。7结语（1）满堂支架具有机动灵活等优点，在此类特殊线形桥梁上，具有较好的合用性。但满堂支架搭设过程中的质量控制极为关键，是保证施工安全的前提。 （2）腹板、翼缘板直接运用斜撑钢管支撑，刚度相对较差，须采用对拉等补强措施，条件允许的情况下，腹板及翼缘板采用定型模板最佳。（3）在桥涵规范中，对砂的指标只有含泥量限制，无石粉含量控制指标。含泥量重要针对天然砂而言，石粉含量一般针对机制砂而言，判断机制砂石粉中的含泥量，则须进行亚甲蓝实验。但在施工中，相关方常以桥涵规范中的含泥量作为控制机制砂石粉含量的控制指标，是不合适的。目前，随着天然砂的减少以及回采限制，机制砂在交通建设中的应用越来越广泛，应对桥涵规范进行完善，单列机制砂的技术指标。（4）蓄热养护法保证了冬季混凝土施工质量，保证了强度增长，有助于按期张拉，节约了工期。（5）桥面铺装混凝土应采用防水混凝土替代防水层，有助于施工质量控制。（6）桥面铺装完毕后，必须及时切缝，避免出现裂缝。作者简介：胡传安:（1975-），男，云南玉溪人，工程师。重要从事水利水电工程施工管理工作。电话: