大跨度预应力连续梁综合施工技术

中建二局第二建筑工程有限公司 郑州 450000

1 工程概况

郑州市陇海路高架快速通道跨南水北调特大桥工程位于郑州市陇海路跨南水北调总干渠处，跨越南水北调中线工程总干渠，与总干渠斜交角度为19.5°，采用斜交正做，跨径布置为：

地面南辅道桥：（32+32）m西侧引桥+（94+160+94）m主桥（图1）=412 m；

地面北辅道桥：（22+22）m西侧引桥+（90+150+90）m主桥+（22+22）m东侧引桥=418 m；

主线主桥：90+150+90=330 m。

图1 地面南辅道桥桥梁总体布置

本工程共计桩基180 根，最大桩长85 m；0#块中心截面高度11 m；箱梁最大悬挑长度79 m；整体施工难度大。主梁截面如图2所示。

2 连续梁0#块施工

2.1 0#块支架施工

本工程共计8 个0#块，信息如表1。根据8 个0#的特点不同，通过技术方案比选，确定墩柱高度在10 m以下的采用碗扣式满堂支架，墩柱高度在10 m以上的采用钢管混凝土支撑架。

图2 主梁截面

表1 箱梁0#块参数表

2.1.1 碗扣式支架

地基处理：处理方法为（由下向上）：回填土夯实（压实率为0.94）、厚50 cm三合土、厚20 cm C20混凝土面层，混凝土面层标高同承台顶面标高，地基处理范围为承台外延100 cm。

架体搭设：碗扣架立杆在横桥向间距中，腹板位置间距30 cm，底板位置间距60 cm，翼缘板位置间距120 cm。立杆在顺桥向的布置间距为60 cm（梁体投影区域）、120 cm（两侧和前后工作平台区域）。立杆步距在腹板处为60 cm，其余部位的步距均为120 cm。支撑架四周从底到顶连续设置竖向剪刀撑，中间纵横向由底到顶连续设置竖向剪刀撑，其间距应为4.2 m；支架的顶部、中部和底部设置3 道水平剪刀撑。

龙骨、模板、木方：采用14#轻型工字钢作为主龙骨，顺桥向布置。次龙骨为10 cm×10 cm木方，间距30 cm（腹板下加密为15 cm），横桥向布置。次龙骨上为厚1.8 cm胶合板作为底模模板。

2.1.2 钢管支撑架

施工承台时，在承台表面预埋6 块钢板，每侧3 块，钢板尺寸为150 cm×150 cm×1.6 cm，钢板间的中心距离为5.45 m，钢板到墩柱中心线距离为辅道桥4.5 m。预埋钢板底部做加强处理，并严格控制钢板下方混凝土的浇筑质量。

钢管立柱采用φ100 mm×10 mm螺旋焊接管，钢管底部与预埋钢板焊接并加强，钢管之间的中心距离同预埋钢板之间距离，钢管之间采用20a#槽钢焊接连接，钢管与墩柱之间采用双拼20a#槽钢焊接连接，钢管顶部设置预埋钢筋，钢筋预埋入钢管柱内长度为1.2 m并与钢管有效焊接，伸入箱梁腹板内1.2 m。钢管内浇筑C50混凝土，浇筑至梁底，并留10 cm厚度浇筑一层砂浆。

钢管柱上部设置钢牛腿，牛腿采用4 根长为2.2 m的40b#槽钢拼接而成，槽钢穿过钢管两端各留出50 cm，牛腿下设置4 块三角钢板作为加强。

牛腿两侧设置长12～16 m的双拼45b#工字钢作为支架的主横梁（图3）。

图3 钢管支架牛腿安装

分配梁采用长4.5 m的32a#工字钢，分配梁一端搭在墩柱顶部，接触长度20 cm，另一端搭在牛腿上的2 道工字钢横梁上，前端悬臂100 cm左右。

32a#工字钢分配梁上布置三角托架，三角托架使用的材料为12#槽钢，相邻三角托架间距为50 cm，各榀托架之间用100 mm×100 mm×10 mm角钢连接，在腹板位置利用100 mm×100 mm×10 mm角钢做斜支撑，形成剪刀撑状支撑系统。托架上铺设10 cm×10 cm木方，木方在底板下间距20 cm，在腹板下加密为10 cm（满铺），木方上铺设厚1.8 cm胶合板作为底模。

2.1.3 支架预压

通过Midas结构计算软件计算，2 种支撑体系都满足施工要求。然后进行加载预压。目的是：

1）验证支架或托架的强度、刚度、稳定性是否满足施工需要；

2）消除非弹性变形，实测弹性变形，为0#段提供立模标高。预压材料采用预制混凝土块、沙袋。预压区域比较集中，采用塔吊调运，汽车吊配合。

预压结果表明，0#块托架结构受力及稳定性能够满足施工要求，100%荷载作用下，最大弹性变形值δ=5 mm。

支架预压完毕后，根据预压数据结果对底模标高进行调整，随即进行后续施工。

2.2 0#块模板、钢筋施工

2.2.1 0#块模板施工

0#块模板由底板、外模、内模、端模等组成。底模使用厚18 mm胶合板；外模采用定型组合钢模板；内模采用定型组合钢模；端模架用钢板及角钢制作成钢结构骨架。0#块腹板外侧模采用定型组合钢模板。

在0#块托架系统安装完毕并预压后安装0#块外侧模，外侧模采用定型钢模拼装而成；采用QTZ100（TCT6012）型号塔吊和250 kN汽车吊配合吊装。内侧模板采用双拼10a#槽钢为主龙骨、10 cm×10 cm木方为次龙骨背楞进行加固；0#块内箱顶板模板采用钢模，模板加固采用钢管支架；0#块中隔板采用木模板，其加固方案采用与0#块腹板侧模相同的方式。

2.2.2 0#块钢筋施工

钢筋施工主要注意避免与预应力管道的冲突。顶板、腹板内有大量的预埋波纹管，为了不使波纹管损坏，一切焊接工序在波纹管埋置前进行，管道安装后尽量不焊接。如发现波纹管被破坏，要及时用胶带缠绕修补。

0#块钢筋比较多且较复杂，在进行钢筋绑扎的时候要注意钢筋绑扎的顺序，以免发生钢筋放不进去的情况，提高效率；在绑扎钢筋时，注意预应力管道的位置，在此位置的钢筋可以适当的调整，提前把预应力管道留出来，避免安装预应力管道的时候与钢筋冲突。

2.3 0#块混凝土施工

0#段施工长度12.00 m，混凝土强度等级C55、最大体积886 m3。

0#段内结构比较复杂，梁体高，混凝土方量大，钢筋多且安装复杂。墩顶部分的梁段有横向的隔板，整个0#块的施工周期长，工序复杂，其施工的成功与否将直接影响后期节段的施工，为保证梁体外观，采用一次成型工艺。

在混凝土浇筑之前，先检查整个托架系统的稳定性，再检查模板的稳定性，检查对拉杆螺帽是否拧紧，检查预埋件是否埋设及埋设位置是否正确，检查所有的模板缝有没有处理，检查钢筋网中有没有钢筋头、烟头等杂物[1-4]；在准备浇筑混凝土时，先将整个模板用水冲洗润湿，在底板变坡点左右对称设置2 个孔，用来冲洗杂物，开孔设置为10 cm×10 cm即可。冲洗完毕后浇筑混凝土前用钢板封堵，防止漏浆。

1）浇筑原则：顺桥向以横隔墙中心线为中心，前后对称浇筑，混凝土体积差不超过4 m3；底板浇筑完成后，横桥向左右腹板对称浇筑，混凝土体积方量差不超过3 m3。

2）浇筑混凝土顺序：中隔墙底板→前、后底板→中隔墙腹板→腹板→顶板→翼缘板。

3）浇筑方法：浇筑底板时，提前在内顶板开2 个孔，泵管由此进入箱梁内进行浇筑，浇筑顶板前将孔道封堵即可；浇筑腹板时根据钢筋情况由中横梁和腹板交界处下串筒进去，混凝土由串筒下去，中横梁和顶板直接在梁面上进行浇筑。

混凝土振捣时严禁振动棒触碰波纹管、钢筋、模板，并安排专人检查模板支撑的稳定性和接缝处的密合情况，避免螺栓松动造成跑模和变形，有漏浆处及时封堵。

为防止混凝土浇筑过程中预应力管道漏浆将管道堵塞，在波纹管内套内径70 mm、90 mm的塑料衬管，待混凝土浇筑完成后，拔出衬管，确保管道畅通。

梁体混凝土浇筑完毕后，进行收面处理，保证防水层基面平整及桥面流水坡度。浇筑完成后及时养护。

3 挂篮施工

本工程4 联连续梁，其中3 联主跨为150 m，另一联南辅道最大跨径达160 m，为河南省第一大跨径连续梁桥；施工难点分析如下：

桥梁最大跨度为160 m，梁的截面高度最大为11 m、腹板最大厚度为1.1 m、底板最大厚度为1.2 m。为挂篮桁架及模板加固系统带来难度。

本工程分为并列4 幅桥，桥梁间距小，高架桥与辅道桥间距1 m，2 座高架桥间距仅为2 cm。给挂篮行走带来难度；同时本工程与南水北调渠体交叉施工，施工场地狭小，桥梁主墩靠近渠体侧没有工作空间。

节段数量多，最多达21 个节段，挂篮行走危险性大；施工周期长，导致在施工期内，混凝土T构易发生徐变下挠。对桥形线型控制要求高，难度大。

合龙段施工难度大。本工程共计12 个合龙段。由于桥梁跨度大，对于大跨度箱梁平衡受力非常重要，合龙段施工难度大。

通过技术方案比选，本工程采用菱形挂篮。通过计算结果得知：挂篮最大变形值为39 mm，位置在前下横梁；Q235钢最大应力值为195 MPa，位置在前上横梁；PSB930精轧螺纹钢最大应力值为502 MPa，位置在后锚中间拉杆。以上结果均符合规范要求。

经过计算，挂篮预压过程中受力状态也符合规范要求。

3.1 挂篮拼装及预压

由于本工程和南水北调工程呈斜角交叉，在靠近南水北调干渠一侧无法使用大型吊装设备，故采用在地面拼装菱形桁架、整榀桁架整体吊装的方法，靠近干渠的一侧挂篮菱形桁架在另一侧先安装就位，然后利用挂篮轨道滑行至靠近干渠一侧（图4）。

图4 挂篮主桁架安装示意

起重设备选用1 000 kN汽车吊，最大臂长50 m，最大半径幅度42 m。当臂长46 m，半径幅度为22 m时，最大起重质量为9.4 t。主线桥挂篮单片主桁架质量为7.4 t，小于最大起重质量，满足要求。

0#块两侧挂篮均安装完毕后即进行挂篮预压（图5、图6）。

图5 挂篮预压设计

图6 挂篮预压现场示意

预压质量及预压材料：预压质量按照最大节段（1#段）质量的1.2 倍考虑。预压材料采用混凝土预制块，预制块尺寸为1.15 m×1.03 m×0.9 m，预制块素混凝土密度取2.4 t/m3，单个质量为2.56 t。通过计算得出单个节段预压质量及分级加载质量见表2。

观测点制作：采用长5 cm、φ20 mm钢筋头制作，钢筋头的一端磨圆，另一端焊接于底模上。分别在挂篮前进方向的端部底模上各布置3 个测点。

3.2 挂篮行走

挂篮行走采用液压千斤顶推动挂篮整体行走，如图7所示。

挂篮行走采用倒链配合液压千斤顶行走，1 根32#精轧螺纹钢一头穿过轨道座板，另一头穿过前支座的预留孔，利用YC80A（800 kN）型液压千斤顶锚固并配合ZB4-500型高压电动油泵进行挂篮行走。倒链一头挂在梁端头的轨道上，一头固定在挂篮前支座处。

表2 挂篮预压阶段划分表

图7 挂篮行走设计

挂篮行走最重要的就是要保证行走安全。反扣轮的质量是行走的关键。为了保证行走安全及顺利，在挂篮反扣轮左右两侧增加卡槽，防止反扣轮脱离轨道，增加了行走的安全性[5-7]。

3.3 节段预应力施工

预应力波纹管管道要用定位钢筋固定，定位钢筋牢固焊接在钢筋骨架上。定位筋间距平直段0.8 m一道，弯曲段0.45 m一道，并保证管道位置准确。锚具垫板及喇叭口尺寸正确，不得漏浆，并杜绝堵塞孔道。

所有波纹管使用前先检查其密封性和是否破损。对密封性达不到要求的不使用。安装波纹管前，对端头的毛刺、卷边、折角认真修整，确保圆顺。

波纹管接头长度取70 cm，两端平分。浇筑混凝土前对波纹管进行全面检查，及时发现和解决问题；浇筑混凝土中，避免振动棒对波纹管的振动。

所有纵向预应力管道必须设置塑料内衬管后才能浇筑混凝土。在混凝土初凝前将内衬管来回抽动，在混凝土终凝后抽出。由于本工程预应力束长，单次张拉无法完成预应力施工，必须经过多次循环张拉工艺。即在张拉过程中，预应力钢绞线理论伸长值长，一次张拉预应力钢绞线伸出量不能满足要求，需经过多次张拉才能满足要求。当混凝土强度、弹性模量、龄期达到要求后即对预应力钢束进行张拉作业。对于大跨度长束预应力钢束的张拉，由于千斤顶的油缸行程有限，需采取分段张拉的方式，经过千斤顶多次倒顶进行预应力张拉，最终计算出实际伸长值与理论伸长值的差值，满足设计和规范要求。

预应力管道压浆应采用真空辅助压浆工艺。待预应力张拉结束后，及时采用真空辅助压浆工艺对张拉后的预应力管道进行压浆封锚。真空泵放置在出浆口，用管道连接真空泵和出浆口，在进浆口位置放置压浆泵，用管道将压浆泵和进浆口连接。开动真空泵，将预应力管道内部的空气抽出，待真空泵压力表指示稳定后，开动压浆泵进行压浆。待浆液流出到出浆口和真空泵之间时，停止真空泵工作，将出浆口封堵，再补压3～5 下，使浆液充盈，封堵进浆口，完成压浆。

4 直线段施工

4.1 地基处理

边跨直线段地基采用换填土夯实处理，从上往下分别采用厚10 cm的C20混凝土，厚200 cm三合土夯实，剩余部分采用三合土填充。

4.2 支架搭设

施工过程中脚手架采用φ48 mm×3.0 mm碗扣架手架，立杆根据墩柱高度采用不同长度规格的立杆，横杆采用长30 cm、60 cm、90 cm、120 cm的横杆，顶托采用可调顶托，底托采用可调底托，剪刀撑采用φ48 mm×3.0 mm的普通钢管。

碗扣架搭设在厚10 cm的混凝土垫层上，底部均设置可调底托，用于调平碗扣架底部，使每根架管均与地面有效接触。碗扣架立杆在横桥向的布置间距为：立杆在腹板位置下间距30 cm，底板位置下间距90 cm，翼缘板位置下间距120 cm；在顺桥向的布置间距为90 cm；碗扣架立杆的步距在梁腹板下为60 cm，其余部分为120 cm；碗扣架在横桥向和顺桥向均设置剪刀撑，剪刀撑按3 m一道设置。水平方向每6 m设置一道剪刀撑。

4.3 支架预压

支架预压采用从中间向两端预压的方式，每边加载步骤为0→50%→80%→100%→120%。预压块分配见表3。

表3 预压块分配

4.4 直线段钢筋、模板、混凝土施工

直线段钢筋、模板、混凝土工程同0#块碗扣式满堂架施工。

5 合龙段施工

由于本工程桥梁跨度大，合龙段施工时，T构两端受力不均是影响合龙段施工的关键。为了解决这一难题，独创新型合龙方式：边跨合龙时采用一半支架一半挂篮合龙技术，中跨合龙采用双挂篮对称合龙技术。即在边跨合龙时，T构两边挂篮不动，利用边跨挂篮悬挑部分和直线段悬挑部分共同组成边跨合龙段支撑系统（图8）；在中跨合龙时，T构两端挂篮不动，利用中跨2 套挂篮的悬挑部分共同组成合龙段支撑系统（图9）。这样就避免了挂篮移动导致T构受力不均的状态，为大跨度箱梁合龙作了安全保证。同时，由于挂篮不动，节省了工期、材料，进而节约了资金。

图8 新型边跨合龙方式

图9 新型中跨合龙方式

边跨合龙施工流程：预埋件施工→支撑系统就位→合龙段底侧模板系统→配重→劲性骨架焊接→内模系统→混凝土浇筑→预应力施工→边跨合龙完成。

中跨合龙施工流程：临时固结拆除→底侧模系统→配重及劲性骨架焊接→钢筋系统及内模系统→混凝土浇筑→预应力施工→中跨合龙完成。

6 实施效果

郑州市陇海路高架快速通道跨南水北调特大桥工程4 幅桥为大跨度预应力连续梁桥，通过采用挂篮单侧安装滑移技术能有效解决因场地狭小导致的挂篮安装难问题；采用箱型卡槽式反扣轮大大增加挂篮行走的安全性；真空辅助压浆工艺能有效提高预应力孔道压浆的充盈度；采用新型合龙技术，不仅节约材料，而且节约时间，有效地提高了合龙时间，从拆模效果来看，浇筑后混凝土外观非常好。采用大跨度预应力连续梁综合施工技术，有效地解决了施工难题，受到了监理单位、业主及省质检站的好评，取得了良好的社会效益和经济效益。为今后同类型桥梁施工提供了可供借鉴的经验。