西雙版納瀾滄江黎明大橋拱肋施工技術

保云輝，莊宏飛，馬增權，余永亮，覃 藝，姚岱廷

（西雙版納瀾滄江黎明大橋建設指揮部，云南 西雙版納 666101）

1 項目概況

1.1 黎明大橋主橋概況

云南省西雙版納瀾滄江黎明大橋位于景洪市流沙河與瀾滄江交匯口南側，跨瀾滄江，起點位于瀾滄江北岸，接景寬公路，終點位于流沙河東岸南守山農(nóng)場前。黎明大橋主橋采用飛燕式無推力中承式鋼箱系桿拱橋，跨徑布置為（65+310+65）m，拱肋理論計算跨徑310 m，拱軸線為懸鏈線，矢高為77.5 m，矢跨比1/4，拱軸系數(shù)m=2.2；飛燕線形采用直線段加懸鏈線，懸鏈線段為跨徑116 m，矢高28.9 m，拱軸系數(shù)m=8.5的半拱。該橋道路等級為一級公路，雙向四車道布置，設計時速為60 km/h，設計荷載公路-I級。

圖1 瀾滄江黎明大橋效果圖

1.2 飛燕拱及主拱混凝土段構造

飛燕拱及主拱混凝土段分別采用C55和C60預應力混凝土構件，并與鋼筋混凝土拱座固結。

圖2 飛燕拱及主拱肋混凝土段構造圖

1.2.1 飛燕拱

飛燕線形采用直線段加懸鏈線，懸鏈線段為跨徑116 m，矢高28.91 m，拱軸系數(shù)m=8.5的半拱。兩拱肋橫向中心距26.5 m，橫向采用整體不分幅設計。飛燕拱肋采用矩形實心截面，其中等截面段高寬為5.5 m×3.5 m，變高段截面隨設計線進行變化（高度5.4～8.27 m），并設橫向3 m加寬段。預應力鋼筋采用φs15-25、φs15-27鋼絞線，張拉控制應力為1 395 MPa。飛燕拱肋間采用1道箱型橫梁連接，其端部設置1道異型箱型端橫梁，拱肋變高度范圍再設7道橫隔梁，橫隔梁縱橋向中心距均為4.1 m，橫橋向凈距為17 m，橫梁及端橫梁均采用C55預應力混凝土構件，并采用兩端張拉方式。飛燕橋面板采用鋼筋混凝土結構設計，板厚為25 cm，橫橋向凈距為17 m，單側縱橋向總長度為27.17 m。

1.2.2 主拱肋混凝土段

主拱肋混凝土段采用高寬為6 m×4 m矩形實心截面，設計為C60預應力混凝土，預應力鋼筋為φs15-31鋼絞線，采用單端張拉方式，張拉控制應力為1 395 MPa。預應力鋼束在混凝土拱肋內(nèi)采用兩階段錨固，混凝土拱段水平投影長度19.3 m。混凝土拱肋間設1道3.2 m×4 m箱型截面C55預應力混凝土橫梁，其頂、腹板厚度0.6 m，采用兩端張拉方式。鋼混結合段由預埋鋼板、PBL剪力鍵、φ39 mm 40CrNiMo高強鋼拉桿、內(nèi)外法蘭組成。

2 施工工藝概述

飛燕段拱肋及主拱肋高度分別為5.5 m、6 m，起拱段坡度分別為52°、47°，均設計為實心混凝土，擬定對飛燕段拱肋分4段澆筑，對主拱肋分3段澆筑。在離承臺12.3 m、18.3 m處預留波紋管孔道及齒塊，預留2道體外預應力施加通道，并在過程中根據(jù)監(jiān)控收集數(shù)據(jù)及指令穿束張拉。

拱肋起拱段坡度陡，頂板采用邊澆筑邊封蓋封頂模板方式。每段混凝土澆筑完成，端頭模板與底模板法線垂直方向重合。飛燕段拱肋及主跨拱肋均存在體內(nèi)預應力，按照設計要求張拉到位后方可進行下一階段施工。拱肋屬于大體積混凝土，按照設計要求預埋冷卻管的同時，優(yōu)化配合比，降低水化熱提高混凝土后期強度。

根據(jù)現(xiàn)場早期試驗，優(yōu)化配合比前由于存在較高水化熱，致使內(nèi)部溫度很高，內(nèi)外溫差太大，導致表面出現(xiàn)網(wǎng)狀裂縫，多發(fā)生在澆筑后的3～5 d。混凝土試塊裂縫如圖3所示。

圖3 混凝土試塊裂縫圖

對于水化熱引起的裂縫，在保證混合料質(zhì)量的前提下，減小水泥和水的用量，可以在配合料中加入適量的減水劑并充分振搗。澆筑完成后，注重對混凝土的保養(yǎng)，對試塊的溫度及濕度進行控制，也可在混凝土表面覆蓋一層保護膜，避免出現(xiàn)內(nèi)外側溫差過大。優(yōu)化后的試塊如圖4所示。

圖4 優(yōu)化配合比后混凝土試塊圖

2.1 拱肋混凝土段施工流程

圖5 拱肋混凝土段施工流程圖

2.2 支架施工

2.2.1 支架分類

支架由主跨拱肋支架、邊跨拱肋支架、飛燕支架、主拱肋橫撐支架、拱上立柱橫梁支架構成。

2.2.2 邊跨拱肋支架

黎明大橋全橋共計4個邊跨拱肋支架，單個飛燕段拱肋支架設計如下：以起拱段作為支架起點，立柱縱向間距2.4 m×2+2.77 m×3+2.9 m×5+3 m×5+3.5 m×3+5.3 m，累計58.5 m，共計20排，每排設置2根立柱。

型鋼材質(zhì)均采用Q235-b，各型號規(guī)格如下：立柱Φ720×8 mm鋼管、連接撐2[20鋼箱、橫梁2I45b工字鋼、縱向分配梁2[36a鋼箱、底板1 cm厚鋼板。樁頂楔形塊采用鋼箱填充混凝土形成的組合鋼箱。縱向分配梁與拱座上預埋的鉸座連接，采用插銷式連接。

圖6 飛燕段支架布置圖

2.2.3 主拱肋支架

全橋共計4個主跨拱肋支架，單個主跨拱肋支架設計如圖7所示。

圖7 主跨拱肋支架設計圖

以起拱段作為支架起點，立柱縱向間距3 m×6，累計18 m，共計7排。每排支架采用3根鋼管樁立柱。型鋼材質(zhì)均采用Q235-b，各型號規(guī)格如下：立柱Φ720×8 mm鋼管、連接撐2[20鋼箱、橫梁2I45b工字鋼、縱向分配梁2[36a鋼箱、底板1 cm厚鋼板。拱肋底板坡度采用縱向分配梁齒塊調(diào)節(jié)。縱向分配梁與拱座上預埋的鉸座連接，采用插銷式連接。

2.3 邊跨拱肋、主跨拱肋混凝土施工

施工順序主跨拱肋分3次澆筑成型，邊跨拱肋分4次澆筑成型，主跨拱肋與邊跨拱肋采取不同步對稱澆筑，邊跨及主跨拱肋混凝土完成1次對稱澆筑后采取體外拉索張拉，張拉力控制在300 t。

圖8 邊跨拱肋、主跨拱肋混凝土施工順序

2.4 模板系統(tǒng)

a）底模板采用寬3.5 m、厚1 cm的鋼板，長度根據(jù)縱向分配梁接縫自行加工，確保縱向分配梁接縫處鋼板斷開。安裝前，先在每塊底模鋼板上焊接4個“吊環(huán)”或“吊耳”，用于吊運和安裝時起吊。待整個底板安裝完成后，再割除“吊環(huán)”或“吊耳”，并通過人工打磨，使其表面平整光滑，與其他部位的底模板表面一致，不影響混凝土外觀質(zhì)量。

b）側模板在廠家分塊定制加工，模板的面板采用厚度為6 mm的鋼板，豎肋采用∠75×6角鋼，橫肋采用厚度為10 mm，高度為75 mm的鋼帶。模板與模板間的連接采用法蘭連接，法蘭盤鋼板厚度為12 mm，連接螺栓采用φ22 mm螺栓。拉桿采用φ32 mm精扎螺紋鋼，背枋采用2[16槽鋼。

c）拱肋斜坡段頂面處模板仍然采用與側模板一樣，由廠家加工的大塊平面模板，底部拉桿采用φ32 mm精扎螺紋鋼，上部采用φ22 mm普通圓鋼，背枋采用2[16槽鋼。

d）拱肋分段澆筑處的臨時端頭封頭模板中間部位采用廠家制作的大塊平面鋼模板，邊緣部位因需要留鋼筋孔，所以采用6 mm鋼板，并按照縱向主筋位置預留鋼筋孔。其拉桿采用φ22 mm普通圓鋼，背枋采用2[16槽鋼，與拱肋頂面模板對拉。

2.5 混凝土澆筑及養(yǎng)生

黎明大橋飛燕及主拱混凝土段，由于澆筑段屬于大體積混凝土，同時，澆筑段內(nèi)的鋼筋及預應力筋等較多，混凝土的澆筑和振搗較為困難。混凝土的設計強度較大，養(yǎng)護困難，易開裂收縮[1]。針對上述存在的問題，制定相關施工方案，保證施工的順利開展。

由于混凝土鋼筋、預應力管道密布等難點，混凝土質(zhì)量要求高，澆筑難度大。澆筑時，每個澆筑段均屬于大體積混凝土，所以應按照大體積混凝土澆筑的相關要求來完成各澆筑節(jié)段的混凝土澆筑。首先，在混凝土施工前，應做好各項施工前的準備工作，并與當?shù)貧庀笈_（站）聯(lián)系，掌握近期天氣，確定澆筑時的天氣適合混凝土較長時間的澆筑，并做好相關確保措施。用混凝土輸送泵直接泵送混凝土入模進行澆筑。在每一段混凝土澆筑過程中，均采用水平分層澆筑法澆筑，水平分層厚度為40～50 cm，并在前層混凝土初凝之前將次層混凝土澆筑完畢，保證無層間冷縫，混凝土的振搗嚴格按振動棒的作用范圍進行，嚴防漏搗、欠搗和過度振搗，當預應力管道密集、空隙小時，配備小直徑50型的插入式振搗器，振搗時不可在鋼筋上平拖，不可碰撞預應力管道、模板、鋼筋、輔助設施（如定位架等）。混凝土振搗要仔細緩慢，不可過急過快。同時要避免對模板、預應力以及結合段剪力鍵的損傷，其中需特別注意剪力鍵分布區(qū)的振搗[2]。

混凝土養(yǎng)生時，在每澆筑段的混凝土澆筑完成后，應及時對所澆筑的混凝土進行覆蓋保溫保濕養(yǎng)護，派專人負責保溫養(yǎng)護工作，同時做好測試訪問記錄。養(yǎng)護時間不少于8 d。在混凝土養(yǎng)生過程中應注意：

a）澆筑段混凝土在入模溫度基礎上的溫升值不宜大于入模溫度50℃。

b）澆筑段混凝土的里表溫差小于25℃，若大于25℃，則應對混凝土表面進行保溫覆蓋。

c）混凝土澆筑段的降溫速率不小于2.0℃/d。

2.6 預應力體系

在所有節(jié)段混凝土澆筑完成并達到設計及規(guī)范要求的強度和齡期后，開始按照設計要求的張拉順序進行預應力體系的張拉。

2.6.1 預應力束的制作

先在鋼筋制作場把鋼絞線按設計長度下料并制成束，然后在安裝鋼筋過程中，將預應力束按設計要求安裝到位。在安裝預應力束時，一定用定位鋼筋將預應力束按設計坐標定位。最后用塑料薄膜將露出部分的鋼絞線和波紋管端頭一起包裹起來，避免淋雨后鋼絞線生銹。

2.6.2 預應力管道安裝

預應力管道安裝必須按照設計位置進行放樣，誤差控制在規(guī)范要求范圍內(nèi)。管道采用井字型筋定位，定位鋼筋必須與附近其他鋼筋焊接牢固，以保證預應力管道位置準確。

2.6.3 預應力錨具安裝

錨具安裝時，墊板平面必須與鋼束管道垂直，錨孔中心應對準管道中心孔，鋼束管道與錨具端頭連接必須妥善處理，錨具夾片和錨杯錐孔應保持清潔。在鋼筋綁扎完成后，頂?shù)装迳霞芰⑴R時操作工作架，工作架支立在模板和已澆混凝土梁上，防止施工時因操作人員踩壓或機具放置造成鋼筋下陷、預應力管道位移等現(xiàn)象。在澆筑混凝土前檢查預應力管道的位置及管道接頭，縱向波紋管接頭處不得有毛刺、卷邊、折角等現(xiàn)象，接口處要封嚴，防止漏漿。

圖9 預應力體系布置圖

3 工程特點及難點和技術保證條件

黎明大橋飛燕及主拱肋混凝土段由于結構的特殊性，工程施工中具有顯著的特點，針對工程結構的特殊性，分析施工中的重難點，針對各工程特點及難點，研究專項技術保障方案，為工程施工安全、高效地推進打下堅實的基礎。

飛燕及主拱肋混凝土段作為結構施工關鍵工序，針對優(yōu)化后布設的纜索吊裝系統(tǒng)作業(yè)盲區(qū)的問題，提前將飛燕位置鋼格梁臨時存放在支架上，科學、合理組織該工序的實施，對后期主拱圈纜索吊裝工期起到關鍵作用。同時，飛燕及主拱混凝土段為重要的受力構件，預應力鋼束和鋼筋布置規(guī)格多，永久支座、冷卻管等預埋件多，相對空間關系復雜，施工過程加強對預應力筋、預埋件位置的定位控制，同時根據(jù)工藝需求設置各種定位支撐件和臨時件，確保預應力準確施加。黎明大橋跨越瀾滄江河道，為保證飛燕及主拱肋混凝土支架施工的空間立體組織活動，針對其各施工階段實施過程中全天候采取絕對可行、有效的防護措施來保障上、下作業(yè)人員，航道過往船只，以及結構的安全。

飛燕及主拱肋混凝土段體積大，端橫梁結構長，極易受拱座水平推力和水平位移影響產(chǎn)生位移，引起拱肋混凝土開裂，因此必須高度重視邊跨拱肋支架現(xiàn)澆的設計和混凝土的施工，為了避免邊跨拱肋在施工過程中支架體系出現(xiàn)不均勻沉降，采取邊跨拱肋和端橫梁混凝土分段澆筑工藝、支架預壓消除支架非彈性變形量，同時實測其彈性變形量，設置預拱度使截面各點標高符合設計要求。由于混凝土段支架從搭設到拆除使用時間較長，部分支架基礎位置水位高度受庫區(qū)電站影響漲幅較大，以及支架需考慮臨時存放鋼格梁承受荷載大，需嚴格把握支架結構選型、強度剛度分析、穩(wěn)定性分析、細節(jié)計算分析等重要因素。

混凝土的水化熱也是影響拱肋施工工藝的重要因素，故采取優(yōu)化配合比，控制溫度、濕度等方法控制飛燕及主拱肋混凝土段大體積混凝土的水化熱、降低水化熱引起的混凝土內(nèi)部溫度，同時改善混凝土的散熱條件，避免混凝土的內(nèi)外溫差過大產(chǎn)生裂紋。同時，施工時還面臨施工現(xiàn)場場地狹窄，坡度較陡等問題，導致支架搭設完成無法采用汽車式起重機作業(yè)，因此針對此類問題，擬定在合理位置布置一臺塔吊，保證拱肋施工吊裝作業(yè)。

4 結語

云南省西雙版納瀾滄江黎明大橋的建設，施工中涉及的技術問題較多。其一在于該橋施工工序復雜，如飛燕段分段澆筑及預應力張拉、體外拉索張拉等相較于同類型橋梁施工難度大；其二在于特殊的環(huán)境及大體積混凝土澆筑要求，需進行早期試驗。早期實驗中，由于水化熱較大，混凝土內(nèi)外出現(xiàn)較大溫差，致使試塊表面出現(xiàn)網(wǎng)狀裂縫。后對其配合比進行優(yōu)化，添加適量減水劑，充分振搗，同時控制其在養(yǎng)護過程中的溫度與濕度，試塊因水化熱產(chǎn)生的網(wǎng)狀裂縫消失，滿足大體積混凝土澆筑要求。

由于結構的特殊性與建設施工環(huán)境的影響，施工中存在較多的問題與難點，為保證施工安全、可靠地進行，針對各問題進行了專項施工預案，有效地解決了相關問題與難點。為后期中承式鋼箱系桿拱橋的施工提供了有效的工程參考。