淺談大跨預應力混凝土斜拉橋綜合施工技術

秦野

（中鐵十六局集團第五工程有限公司，河北 唐山 063000）

1　概述

“大跨預應力混凝土斜拉橋綜合施工技術”依托寧夏永寧黃河公路大橋為背景，該橋全長3 743.37 m，主橋橋跨結構布置為鉆石形雙塔雙索面斜拉橋+變截面連續箱梁。主塔為鉆石形鋼筋混凝土結構，塔高102.15 m。主塔斜拉索采用扇形密索布置，梁上索距為1.5 m。斜拉索采用平行鋼絲索冷鑄錨具，預留減震裝置?；A為鉆孔灌注樁，樁徑2.2 m。承臺長51.08 m，寬32.5 m，厚5.0 m，整體啞鈴形，混凝土方量7 216 m3。

2　主要施工技術及施工創新

2.1　復雜地質條件下深水超長樁基施工技術

大橋兩個主墩共有104根樁基，樁基直徑2.2 m，鉆孔深度93 m。在樁基施工中首次提出了采用SR360型旋挖鉆機進行主河道中大直徑深水樁基的施工，并研究設計了滿足大型鉆機要求的鉆孔平臺，保證大型設備水上安全施工。并通過對國內不同種類的膨潤土與當地不同水質按不同配合比進行多次試配，試驗出了適合該項目樁基施工的優質泥漿，首次達到了泥漿中懸浮的細沙36 h不沉淀的效果，解決了粉細砂地層大直徑深孔樁基成孔難題，減小了樁底沉渣厚度，保證了成樁質量[1]。

2.1.1大噸位承載力鋼棧橋及施工平臺設計

根據地勘資料分析，該地區地質情況為飽和液化砂土，砂層呈單粒狀結構，自穩性差，鉆進過程中及成孔后易發生坍塌、縮徑現象，且鉆孔深度達93 m，成孔時間28 h。針對該工程施工特點，經過對氣舉反循環、旋挖鉆機及其他型式鉆機性能進行對比，最終選擇采用旋挖鉆機組織施工。由于旋挖鉆機整機重量達92 t，為確保鉆機的安全，設計了承載力180 t的鋼棧橋和200 t的鉆孔平臺，既能滿足大型設備水上施工的安全，也為后續的50 m預制T梁的運輸提供了便利條件。

在平臺及棧橋設計時，采用大型有限元程序建立空間立體模型，真實地模擬了棧橋和平臺的受力狀態，保障了施工過程的安全。

2.1.2泥漿循環

跨黃河施工，對水環境保護要求極其嚴格，研發了智能泥漿循環系統，包括岸邊泥漿池和泥漿泵一，泥漿泵一的入口通過輸送泥漿管與岸邊泥漿池相連通，泥漿泵一的出口通過輸送泥漿管與中轉泥漿箱相連通；中轉泥漿箱內設置有泥漿泵二，且泥漿泵二的出口通過輸送泥漿管與鉆孔樁泥漿區相連通，泥漿泵二的入口通過輸送泥漿管與中轉泥漿箱相連通；中轉泥漿箱上設有與泥漿泵一相配合的液位開關一，鉆孔樁中轉泥漿箱上設有與泥漿泵二相配合的液位開關二。該技術解決了鉆孔樁施工中泥漿循環中需要大量人工的難題，同時實現了泥漿長距離輸送；該技術的液位開關與泥漿泵連接，實現了泥漿泵隨著泥漿液面變化自動進行補漿。泥漿循環系統示意圖如圖1所示[2]。

圖1　泥漿循環系統示意圖

2.2　深水大體積承臺施工技術

承臺長 51.08 m，寬 32.5 m，厚5.0 m，整體啞鈴形，混凝土方量達7 216 m3，在主墩承臺施工中研究設計了拉森Ⅵ型鋼板樁、內支撐及圍檁的組合圍堰體系，解決了深水大型承臺施工技術難題。提出了圍堰迎水面插打人字形防沖刷鋼管樁防護墻、拋填石籠等技術措施，解決了黃河沖刷嚴重的問題，保證了圍堰安全穩定[3]。

2.2.1圍堰支護型式的選擇

通過對歷年來寧夏地區黃河流域所建的大橋進行調研，橋梁主墩基坑支護形式全部采用鋼套箱圍堰，并通過對鎖扣鋼管樁圍堰、雙壁鋼套箱圍堰、拉森鋼板樁圍堰三種型式進行對比，最終選擇最優的拉森鋼板樁圍堰進行施工。

2.2.2鋼圍堰構造及布置型式

鋼板樁采用拉森Ⅵ型鋼板樁，材質SY295，單根長度為24 m，圍堰平面尺寸為54 m×34.8 m，共設置兩層內支撐。第一道內支撐圈梁采用2H 600 mm×200 mm，斜向支撐采用630 mm×10 mm鋼管，垂直對撐采用800 mm×10 mm鋼管；第二道內支撐圈梁采用4H 600 mm×200 mm，斜向支撐及垂直對撐均采用800 mm×10 mm鋼管。為保證鋼管受力均勻，與圈梁相接觸鋼管四周需加焊加勁板，圈梁與鋼板樁之間的連接采用牛腿型式。鋼板樁圍堰總體布置圖如圖2所示。

2.3　大跨度斜拉大斜度高塔施工技術

在主塔施工中首次提出了在塔梁施工過程中設置臨時黏滯阻尼器+彈性索，解決了塔梁抗風、抗震和位移的難題。并通過多次模擬計算，提出了液壓爬模施工大斜度索塔首次采用6 m一段分節，突破高墩施工4.5 m分節的常規技術，減少了施工循環次數，縮短了施工工期，優化了設計，提出了主動臨時橫撐系統，并輔以監控手段，控制了上、下塔柱連接部混凝土應力，確保了大斜度高塔的施工安全和質量[4]。

塔柱總高度為102.15 m，單座塔柱混凝土方量總計6 164 m3，通過對高墩施工工藝的深入研究，針對4.4 m×7 m截面的大斜度空心高塔，選擇液壓爬模進行施工，并通過多次模擬計算，突破高墩施工4.5 m分節的既有經驗，采用高度6m的分節，減少了施工循環次數，有利于鋼筋配料，節約施工工期。

3　大跨度斜拉主梁冬季施工技術

3.1　暖棚設計

利用前支點掛籃，梁頂搭設巖棉彩鋼暖棚，保溫棚由棚蓋、縱梁、側圍護結構、前圍護結構和底圍護結構五部分組成。其輪廓尺寸為縱向長9.44 m，橫向寬38.6 m，高8.185 m，單個暖棚自重26.1 t，暖棚重量增加了掛籃設計難度。

圖2　鋼板樁圍堰總體布置圖（單位：mm）

3.2　暖棚內供暖方式

采用4臺BV290E型熱風機進行供暖，同時準備6臺蒸汽發生器作為備用，另準備220 V、40 W/m2的電熱毯對暖棚外側的預應力管道進行加熱，電熱毯規格為0.5 m×6 m，電熱毯能使混凝土表面溫度控制在40～60℃[5]。

采用熱風機廠家的計算標準及規范的計算標準分別計算，具體如下。

3.2.1需求熱量計算一（行業標準計算）

棚內需求熱量計算見表1。

表1　棚內需求熱量計算表

熱量計算公式如下：

式中：V為需加熱區域體積；T為室內外溫差；K為熱傳導系數；KW為所需暖風機的最小輸出功率；所選熱傳導系數為0.5，適用于保溫效果極差的簡單建筑物；環境溫度選-30～-20℃進行計算。

結論：單臺BV290E熱風機輸出功率為81 kW，可滿足棚內供暖要求，棚內需灑水養生。

3.2.2需求熱量計算二（暖棚法計算）

暖棚法是在混凝土結構周圍用保溫材料搭成暖棚，在棚內設熱風機、安蒸汽排管或生火爐，使棚內混凝土結構保持在正溫下養護。

暖棚的熱工計算可按下式進行：

式中：Q為每立方米暖棚的耗熱量，W；Mσ為表面系數，即冷卻面與外部度量暖棚的體積之比。

式中：a為每一種保溫材料的厚度，m；λ為每一種保溫材料的導熱系數，W/（m·K）；Ma為混凝土結構的表面系數，按式（4）計算。

對矩形截面的梁或柱：

對正方形截面的梁或柱：

對樓板或墻：

式中：a為梁截面的邊長；b為柱截面的邊長；d為板或墻的厚度。

所以 Mσ=2×（6+36.5）/171.9=0.5，散熱系數a=1.5，K=1/（0.043+0.75/0.04）=0.4。

結論:單臺BV290E熱風機輸出功率為81 kW，可滿足棚內供暖要求，棚內需灑水養生。為確保棚內溫度，每個暖棚設2臺暖風機進行供暖，在棚內掛設濕度檢測儀，中箱布置1臺48 kW蒸汽發生器，并備用4臺蒸汽發生器，適時調整棚內濕度。

4　結語

綜上所述，大跨預應力混凝土斜拉橋綜合施工技術在永寧黃河公路大橋的成功應用，實現了全橋施工工期提前一個月、質量驗收一次通過的良好結果，并已在寧夏回族自治區內推廣應用。隨著國內外基礎設施建設的蓬勃發展，在西部大開發的國家發展戰略和國家“一帶一路”倡議的引領下，大跨度斜拉橋的修建會越來越多。該研究成果具有深遠的推廣前景，對同類的公鐵路橋梁建設具有很好的指導意義。