高墩大跨预应力混凝土连续梁合龙段施工技术.pdf

50 建筑机械SURVEYING专题论述高墩大跨预应力混凝土连续梁合龙段施工技术王振忠（中冀建勘集团有限公司，河北 石家庄 050227）摘要高墩大跨度连续梁桥是当前高铁建设的重要组成部分，某双线特大桥（60+100+60）m连续梁为高墩大跨预应力混凝连续梁，采用悬臂浇筑法施工。本文从合龙段施工顺序、配重设计、临时锁定设计、合龙段施工工序进行介绍，为类似桥梁施工提供有价值的技术资料。关键词高墩；预应力混凝土；合龙段；施工技术中图分类号TU745.2 文献标识码A 文章编号1001-554X（2023）09-0050-04Construction technology for closure section of high pier and long span prestressed concrete continuous beamWANG Zhen-zhong 桥梁工程象征着一个国家基建的发展水平，其安全性对国民经济具有十分重要的作用，在交通事业占有相当比例1-3。众所周知，目前普遍存在着一种“重建轻养”的现象，即在桥梁工程结构以及整体构件实际的全寿命周期内，其中包括施工阶段、维护和拆除等阶段内，可能因为起初的设计理论不完善、施工过程缺陷、应用材料老化、不同循环荷载作用和突发灾害等的影响，会致使桥梁材料发生疲劳化。假若未及时发现，并通过有效维护和管理，会造成桥梁结构承载力下降。若桥梁结构承载性能下降到极限程度后，势必会引发桥梁结构失稳造成倒塌等一系列重大安全事故。高墩大跨度连续梁桥是当前高铁建设的重要组成部分，特别是在重山区高墩大跨度连续梁桥建设中，面对复杂的自然地理环境和施工不足等难题，高墩大跨度连续梁桥合龙段施工技术仍需要进一步完善和提高4-7。某特大桥100m连续梁跨度大、工期紧、技术要求高、合龙段施工结构体系转换复杂，是整个标段控制性工程之一。本文通过研究进一步提升其应用性和实用性，为解决高墩大跨度连续梁桥合龙施工难题提供优化方案。1 工程概况某特大桥采用（60+100+60）m连续梁，墩位为12-15号墩，墩高均在30m以上，经常发生洪水。防护墙内侧净宽9.0m，桥梁宽12.6m，桥梁建筑总宽12.9m。桥梁全长221.5m，梁体顶板厚38.5cm，腹板厚60100cm。主跨包括0号块，主跨方向为1-13号节段和14号合龙块，边跨方向为1-13号节段、14号合龙块和15号直线段。除0号块、15号直线段在支架上现浇外，其余节段均采用挂篮悬臂浇筑施工。其中0号块长14m，悬臂段节段长度由2.5m变化到4m，边跨直线段长度为9.75m。全桥共3个合龙段，中跨1个合龙段14 号块，边跨2个合龙段14号块，长度均为2m。2 合龙段施工顺序合龙段按先边跨、后中跨的合龙顺序进行施工8。（1）完成主墩T构悬臂箱梁施工，完成边跨直线段现浇施工。（2）13、14号墩边跨挂篮前进2m并锚固，中跨11 号块位置增加适当配重。（3）调整边跨合龙段模板进行普通钢筋及预应力管道安装，选择最佳合龙温度进行临时锁定。DOI:10.14189/ki.cm1981.2023.09.003收稿日期2023-04-17通讯地址王振忠，河北省石家庄市鹿泉区槐安西路555号CONSTRUCTION MACHINERY 512023/09总第571期混凝土浇筑结束满足要求后，对12、15号边墩支座进行解锁并拆除边跨合龙段劲性骨架锁定。依次张拉纵向钢束8T17、4B13、4B14、4B14、4B15、4B16至设计吨位锚固。（4）解除13、14号主墩临时固结，调整中跨合龙段模板，绑扎普通钢筋及预应力管道安装。对2T18、2B7管道钢绞线临时张拉到30%的张拉力后进行中跨劲性骨架临时锁定。（5）浇注混凝土，完成中跨合龙。待中跨合龙段混凝土强度、弹性模量、龄期满足设计要求后，拆除中跨合龙段临时锁定劲性骨架，依次对称张拉T18、B1-B10钢束。3 合龙段施工技术3.1 支架系统与配重措施为保证合龙段强度形成前的稳定，在边跨和中跨合龙段混凝土浇筑前需设置挂篮平衡配重和合龙段混凝土平衡配重9。本桥配重小，为方便降低施工成本，利用0号块施工时预制混凝土预压块作为配重。单个混凝土块为0.9m0.9m0.9m，重1.75t，采用塔式起重机对称加载。3.1.1 14号墩边跨配重计算14号墩边跨侧配重40.2t，中跨侧配重为40.2+3.707=43.907t。14号墩边跨合龙段配重加载前，须在中跨侧将挂篮模板后退引起的不平衡荷载加载完成后方可进行两端施工配重加载。施工现场单个预压块重1.75t，14号墩边跨合龙中跨需要25块，边跨侧需23块。14号墩边跨合龙段施工悬臂端两侧受力情况如图1所示。中跨方向边跨方向配重加载位置挂篮模板重心配重加载位置挂篮模板重心合拢段一半重量14#墩4100410045004900图1 14号墩边跨合龙段施工受力简图3.1.2 13号墩边跨合龙段配重计算合龙段混凝土25.88m3，重67.275t，分别作用于直线段及悬臂段端头位置，悬臂段端头位置中心距为49m，不平衡弯矩M4=672.75kN/2 49m=16482.375kNm；折算至11号段（中心距41m）需加载的配重为16482.375kNm/41m=402kN=40.2t。施工现场单个预压块重1.75t，13号墩边跨合龙中跨需配重23块，边跨需配重23块。13号墩边跨合龙段施工悬臂端两侧受力如图2所示。中跨方向边跨方向配重加载位置挂篮模板重心配重加载位置挂篮模板重心合拢段一半重量13#墩41004500410045004900图2 13号墩边跨合龙段施工受力简图3.1.3 中跨合龙配重计算中跨合龙段混凝土25.88m3，重67.275t，折算至11号段（中心距41m）需加载的配重为16482.375kNm/41m=402kN=40.2t。中跨侧挂篮模板不对称引起不平衡荷载，均在边跨合龙段施工配重安装过程中加载完成，边跨合龙段浇筑混凝土过程中不卸载。因此13号墩中跨加载47.615t，14号墩中跨侧加载40.2t。悬臂端受力如图3所示。中跨方向配重加载位置挂篮模板重心合拢段一半重量14#墩41004900中跨方向配重加载位置挂篮模板重心合拢段一半重量13#墩410045004900图3 中跨合龙段受力简图3.2 合龙段劲性骨架临时锁定中跨合龙段临时锁定采用“外劲性骨架+临时张拉钢束”方案。支撑型钢焊于两侧梁内预埋钢板上，起支顶及部分抗拉作用。劲性骨架锁定温度为1525，提前3天测量梁体温度，确定一个时间段进行骨架锁定。焊接时注意同一根骨架一端焊完后再焊接另一端。3.2.1 工字钢应力验算采用I36焊成支撑骨架，每个合龙段4根（共计8根），I36a截面积76.3cm2，则每个刚性支撑所受应力=N/A=487.812kN/4/（276.3cm2）=7.99MPa215MPa。3.2.2 工字钢变形验算变形计算以检算刚性支撑在温度变化的情况下，伸长和缩短时由边墩支座产生的摩擦力。在该力作用下，型钢变形量L=7.99MPa2.0m/2.1 105MPa=0.06mm0.2mm，满足混凝土最小裂缝52 建筑机械SURVEYING专题论述宽度的要求。3.2.3 预埋钢筋抗剪强度验算工字钢2根1组，每组工字钢每端下面为1块预埋钢板，钢板下设置10根U形32预埋钢筋，每块预埋钢板下钢筋的抗剪能力为2max22 120MPa8.04cm101033643.2kN121.953kNA 可见每块钢板的抗剪能力大于作用在钢板上的剪力。3.3 钢筋绑扎及波纹管安装施工（1）钢筋绑扎前须仔细检查外模与已浇筑节段的密贴程度，防止混凝土浇筑过程中漏浆。（2）中跨合拢前倒数2个节段开始要对两跨的预应力管道进行拉通测量，如果偏差较大应逐段调整，确保合龙段与前后节段预应力管道同心 同轴。（3）如果采用先绑扎钢筋后安装劲性骨架施工，合龙段纵向分布筋须是一端焊接一端绑扎交错布置，防止温差引起波纹管及钢筋上拱。合龙段底板及顶板的联系筋要适当进行加密布置。3.4 混凝土施工合龙段混凝土采用C55微膨胀混凝土，混凝土浇筑完成后，及时对梁面及箱内覆盖保温层，进行蒸汽养护，温度控制在2025，养护期不少于14天。养护期间，应禁止施工荷载上桥，避免扰动开裂。待边跨合龙段混凝土强度达到设计值的100%，弹性模量达到设计值的100%，并满足5天龄期后，按设计图纸的顺序进行张拉，张拉及压浆程序及工艺与悬臂段相同。3.5 临时支墩拆除本桥13、14号主墩每个永久支座两侧设置2个临时支墩，尺寸为3m0.5m，内设54根精轧螺纹将主墩与0号进行连接，C50混凝土浇筑。边跨合龙后，为克服空间小、混凝土凿除方量大、成本高、效率低、时间长等因素，从施工成本和工期综合考虑，采用绳锯切割拆除临时支墩。切割时间为边跨合龙段张拉压浆完成后，边跨支架拆除前。绳锯切割遵循“同时、对称”的原则。4 施工成本控制的对策及建议4.1 材料控损对成本的影响分析在实际工程项目实施过程中，不同工程类别、不同施工工序、不同工程部位、不同种建筑材料的工地搬运和施工操作损耗率都是不同的。例如，拌合站用矿粉在混凝土拌合站中的损耗率为2%，在路面工程中的损耗率为3%；在桥梁工程中，盖梁及台帽的混凝土操作损耗为2%，基础钢筋施工耗损率取值为2.5%，防水板和土工布的损耗率为6%。所以在仿真模拟前将材料的损耗率控制在2%8%之间。为了探究材料的损耗控制与施工成本之间的关系，此处将材料控损的SD仿真模型系数进行上下调整，并观察在不同材料控损水平下材料费的表现情况。如图4所示，“Current”表示当材料控损水平在0.5时的情况。0010M20M30M40M材料费材料费：材料控损（-1）材料费：材料控损（+1）材料费：Current4284126168210252294336Time(Day)图4 材料损耗与施工成本之间的关系在仿真系统中，“Current”情况下材料费最终达到27.7M。当采取放弃任何材料控损措施时，材料费最终为30.38M。当采取最理想的材料控损状态时，材料费最终表现为25.03M。可以看出，当材料控损水平上下浮动0.5时，材料费随之增减9.6%，并且随着时间的积累，在计算期内材料控损对于材料费的影响越来越大。在桥梁工程的成本构成中，建材的费用占比大，尤其是钢筋等主要材料的控损直接关系着材料费水平。因此应当关注建筑材料的损耗控制，采取有力措施降低不必要的运输、存储、使用损耗以及人为的不必要浪费。4.2 对策及建议本文通过以上基于桥梁工程项目案例建立的系统动力学模型的构建以及对仿真模型结果的分析，CONSTRUCTION MACHINERY 532023/09总第571期明晰了影响桥梁工程施工成本的关键因素，体现在桥梁工程的建筑材料管理、工人工效以及返工率三大方面。以下通过针对这些因素探讨出具体的对策建议，为桥梁工程的施工成本控制给与有益参考。（1）加强对材料采购方案的计划工作。建筑材料市场的波动对于材料管理来说，在一定程度上也是一种不可预见的风险。但是建材市场价格的波动并不是变幻莫测的，对于施工企业需要自行购买的建材，要提前了解当地市场，预测建材市场变化规律，并作出造价评估。要加强施工预算的精度，要结合图纸对工程量有精确的估算，进而确定人材机等资源消耗数量，对于不可消除的涨价风险要在涨价预备费中有所体现。利用价值工程法，结合施工组织设计和场地的自然环境条件和运输距离，确定最节约的材料采购方案和运输方案，以及最合理的储备方案，降低运输库存成本。在规划采购方案时，要考量材料型号的适用性和经济性，对采用新工艺、新材料、新设备的工程部位要确保性能稳定、达标的条件下追求经济上的适用性和可及性。在目标责任书中应该指出所需要建材的供应方式。项目经理部在材料计划、订货采购环节要认真考虑材料选型并挑选出供货质量可靠的材料供应商。（2）强化节约用料意识，严格控制损耗率。材料的集约型管理需要落实到施工现场的各个阶段，比如在装卸阶段要注意建筑砌体堆卸，严禁采用倾卸方式，在砖垛卸垛运转时要文明装卸易受损、完整性要求高的建筑材料，减少材料损耗；在使用阶段，从垛上取砖时要自上而下梯式拿取，禁止掏拿；对于限额领料的方针要抓严抓实，避免冒取和建材浪费，节约用料和控制材料损耗体现在各个方面。（3）做好项目经理部其他方面的配套工程管理工作。第一，通过提前做好造价咨询以及研究合同文件，以施工图预算为引领，加强合同管理，控制材料的加工费，找出合同文件中对工程范围和要求定义模糊的地方，以便在施工过程中可以及时索赔。第二，通过资源均衡优化技术，使得施工的各个阶段所完成的工作量、劳动量和所有消耗的建筑材料、构件、半成品等尽可能保持均衡性。通过资源均衡优化，可大幅降低现场材料库存以及临时设施，进而降低施工成本。第三，科学绘制施工平面图，认真考量设计材料堆放场地。这样不仅可以就近处理方便施工，同时也可以减少二次搬运，加快施工进度，降低材料损耗。5 结束语在重山区高墩大跨度连续梁桥建设中，面对复杂的自然地理环境和施工不足等难题，高墩大跨度连续梁桥合龙段施工技术仍需要进一步完善和提高。该特大桥100m连续梁跨度大，工期紧，技术要求高，合龙段施工结构体系转换复杂，是整个标段控制性工程之一。文章论述了施工成本控制的重要作用，提出了加强材料采购计划、控制材料损耗、提高工效、减少窝工、加强三级培训等具体措施。通过与设计院的密切沟通，线性监控单位的积极配合，在合龙过程中优化施工方案，安装劲性骨架临时锁定，调整合龙时间和合龙环境等措施有效保证了连续梁的顺利合龙。参考文献1张奉春.柔性高墩大跨度钢桁梁顶推施工技术研究J.公路，2021，66（03）：148-152.2李爱飞.虎跳门横坑水道主桥连续钢桁梁设计J.建筑技术，2019，50（01）：125-126.3张文龙.某高墩大跨度加劲钢桁连续刚构桥合龙方案优化设计J.兰州工业学院学报，2020，27（04）：16-20.4梁之海.高墩大跨度刚构连续梁超高超大体积0#块施工技术J.铁道建筑技术，2018（05）：55-58+67.5吕文高，鲍煊平，何政.大跨度桥梁连续倒塌分析与设计综述J.建筑技术，2021，52（10）：1200-1204.6郝亚婵.高墩大跨度预应力渡槽在中部引黄工程中的应用J.水利规划与设计，2017（09）：101-104.7程建新，余周，霍凯荣，等.高墩大跨度刚构桥上部结构施工关键技术应用J.中外公路，2017，37（04）：139-143.8王宏利.128m大跨连续梁低温合龙施工技术J.铁道标准设计，2010（06）：39-42.9张少硕，魏喜超，姚传勤，等.公路桥梁上跨既有铁路墩底转体施工技术J.建筑技术，2021，52（11）：1334-1337.