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超高墩大跨预应力混凝土曲线 连续刚构桥综合施工技术

1前言

葫芦河特大桥是黄延高速公路上的一座特大连续刚构箱梁桥，位于陕西黄土高原南部黄陵县境内，是西部大通道包头—西安—重庆—北海段在陕西境内的重要组成部分，连接中华民族的始祖发源地陕西省黄陵县及革命胜地延安。大桥主墩最高达138m，主桥为90m+3×160m+90m共660m五跨连续刚构，施工中在墩身质量及梁体的线型控制等方面可借鉴的施工经验稀少，为此，中铁十六局集团以“超高墩大跨径预应力混凝土曲线连续刚桥施工技术”为课题，成立了科研攻关小组，进行工程研究。研究的主导思想是：立足国内现有的施工技术、机械设备和工程材料，进行施工技术的综合研究。

中铁十六局集团的有关人员会同陕西省高速公路建设集团公司及设计院等单位，从2003年7月至2006年9月组织科研攻关，在刚构桥施工的关键技术上，如：大体积混凝土温度控制、超高墩外翻内爬模施工技术、超高墩大跨曲线连续刚构箱梁线型控制、高墩边跨直线段无配重现浇施工等，解决了施工难题，有力地保障了工程施工的顺利进行，大桥于2006年9月30日建成通车，达到了优质、高效、安全的总目标，得到了监理单位、建设单位的肯定。大桥的修建成功，为以后同类工程的修建提供了可贵的经验，具有重要的参考价值。

2工程概况及特点

2.1工程概况

葫芦河特大桥为双向四车道，设计标准为汽车超—20，挂车—120，设计时速80km/h，桥面净宽为2×(净10.75m+0.5m防护栏)+2.0m(分隔带)。投资总额14110万元。

大桥全长1468m，主桥为90m+3×160m+90m预应力混凝土连续箱梁刚构，引桥分别是：黄陵岸为6×50m预应力混凝土连续T梁，延安岸为10×50m预应力混凝土连续T梁。全桥平面位于R=2500m的S型曲线上，纵面位于R= 20000m的凹型竖曲线上。

2.1.1桥址区自然地理概况

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葫芦河特大桥位于黄陵县阿党镇西龚家塬村南约2.0km处，桥位处河道顺直，水流基本畅通，河底断面规则，呈U型。沟顶距河底约190m，沟底宽约300m，水面宽20m。桥位处Q1/300=511m3/s，H1/300=814.96m，V1/300=2.11m/s。

桥址位于葫芦河下游,位于黄土高塬的沟壑地貌区,谷底较宽阔,分布有一级阶地、二级阶地。设计地震基本烈度为6度。桥位区两岸斜坡上部黄土属III级自重湿陷性黄土，层厚约12m。

桥址区地处内陆，受西伯利亚寒流侵袭，兼之地型复杂，台塬、沟壑、丘陵起伏不平，构成气候多变。极端最高气温36.5℃,极端最低气温-21.4℃；最大风速22m/s，最大积雪深度为20cm，最大冻土深度为69cm。雨季在每年的6-10月。多年平均降雨量为390mm~700mm。 2.1.2主桥设计要点

主桥桩基为直径2m嵌岩桩，引桥为直径1.5m摩擦桩。主桥桥墩7#、8#、9#、10#为双薄壁空心墩，墩高分别为80m、130m、138m和58m。引桥墩高在20m至55m范围内为薄壁空心墩，墩高在20m以下为双柱式实心方墩。

见大桥实景图。

葫芦河特大桥实景图

主桥上部结构由上、下行的两个单箱单室变截面箱梁断面组成，箱梁根部高度9.0m，跨中梁高3.5m，其间梁高按二次抛物线变化。箱梁顶板宽12.0m，底板宽6.5m；腹板分别为0.4m、0.6m，桥墩顶部范围内箱梁顶板厚0.5m，底板厚1.3m，腹板厚

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0.8m，除桥墩顶部箱梁内设4道横隔板外，其余均不设横隔板。主墩采用C40混凝土，主梁采用C50混凝土。

主桥两幅连续刚构箱梁采用挂篮悬臂浇筑法施工，T构箱梁除墩顶0#块件外，其余分20块对称梁段，即6×3.0m+6×3.5m+4×4.0m+4×4.5m进行对称悬臂浇筑。桥墩顶上0#块长12m，中孔合拢段长2.0m，原设计为：边孔现浇段长8.9m，合拢段长2.0m。考虑支架现浇难度、安全、项目投入和施工进度，变更为：调整为通过配重浇注边跨21#块段（4.5m长），并调整合拢顺序，即先中跨再次边跨合拢，最后浇筑边跨合拢段（1.2m），全桥合拢。梁段悬臂浇筑最大块件重量163.0t，挂篮自重按80.0t考虑。挂篮与梁段悬臂浇筑块件重量比控制在0.5以内。

主梁采用纵、横、竖向三向预应力体系。竖向预应力采用Ф32l粗钢筋，标准强度为750MPa，采用YGM锚具，设计张拉力为540kN。纵、横向预应力采用фj15.24高强度低松弛钢绞线，标准强度为1860MPa，设计张拉应力均为1395MPa。其中主桥顶板预应力钢束采用OVM15-19锚固体系，底板采用OVM15-16锚固体系，横向除墩顶箱梁内4道横隔板为BM15-5锚固体系外，其余均采用BM15-3锚固体系。

全桥双幅纵向钢束共计884束，其中“T”构施工阶段纵向钢束为624束，体系转换时张拉260束；全桥横向钢束为1796束，竖向预应力钢束为8420根。 2.1.3支座构造

在边跨处采用KG.GPZ5000型桥梁盆式支座，每半幅边跨支点处设置两个该类型支座。 2.2施工特点

2.2.1大体积承台混凝土冬季防裂施工

主墩承台混凝土体积巨大，其中以8#、9#墩承台体积最大，其尺寸为18.5m×11.5m×4m（长×宽×高），一次浇筑混凝土最大体积为851m3。而根据工期安排承台需在冬季完成施工。对于大体积混凝土施工阶段来讲，裂缝是由于混凝土内外存在温差，因温度变化而引起的。由于混凝土温度变化产生变形受到混凝土内部和外部的约束影响，产生较大应力，尤其是拉应力，是导致混凝土产生裂缝的主要原因。为避免混凝土出现裂缝，不影响结构的受力和正常的使用，必须采取可靠措施防止内外出现过大温差，对混凝土温度变化加以控制，严格控制裂缝出现。工程地处黄土地区，连续刚构对地基沉降有着严格的要求，过大的沉降将会引起结构内力的变化，并危害结构本身。设计要求混凝土的浇注必须一次性完成，如此大体积的混凝土，产生的水化热非常之大，在冬季施工，给混凝土内外温差的控制增加了相当的难度。

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2.2.2双薄壁空心超高墩施工

主桥桥墩为双薄壁空心墩，7#、8#、9#、10#墩墩高分别为80m、130m、138m和58m，由于桥墩较高，对桥墩的垂直度和偏位要求很高，对主墩的内外模板设计、混凝土的浇注及养护，均有很大的难度。

根据有关的文献资料记载，如此高墩在最大悬臂状态下（73m长）时，结构的稳定性计算表明试验模型实测的失稳临界荷载总是大大低于理论的计算值，这是由于结构不可避免地存在一些几何偏差和缺陷，而几何缺陷对临界荷载的影响很大。本项目为一典型的连续刚构，理论分析表明，最大悬臂状态下的9#和8#墩的稳定特征值较小,稳定安全储备不大，如果高墩的墩身由于施工的原因而出现了偏斜、弯曲等几何缺陷，将会使结构的稳定性大大下降甚至产生整体失稳的严重后果。在施工中只有严格控制墩身的垂直度，才能使结构的稳定得到根本的保证。

本项目位于黄土沟壑地区，由于项目的特殊地理位置，日照温差较大，而且主墩均为薄壁空心墩，受日照温差影响后，墩身不可避免将出现位移。根据计算，日照温差致使混凝土箱形空心墩身发生弯曲变形，使墩顶发生较大位移，138m高墩墩顶位移甚至可达到3cm左右。温度变化对超高墩混凝土结构的受力与变形影响很大，并随温度的改变而改变。在不同时刻对结构状态进行量测，其结果是不一样的，如果在施工控制中忽略了该项因素，就必然难以得到结构的真实状态数据(与控制理想状态比较)，从而也难以保证控制的有效性。因此，在施工控制中必须考虑日照温差对结构的位移影响。

根据对连续晴好及连续阴雨天气的数组观测数据进行分析可知，混凝土空心墩内外壁的最大温度差在20℃左右。从混凝土空心墩温差应力数据分析可知，6月份最大温差应力为1.961MPa，10月份最大温差应力为2.134MPa，都接近C40混凝土强度的轴心抗拉标准值2.60MPa。这种温差应力与其它荷载的组合有可能使混凝土开裂。尤其在墩身的施工过程中，混凝土结构未达到设计强度之前由于日照温差的影响完全可能致使结构开裂，因此，高墩的混凝土养护必须考虑空心墩内外壁温差对结构的影响，并尽可能将此种温差控制在该时刻结构允许的范围内，避免结构的开裂。 2.2.3超高墩大跨悬灌线型控制施工

由于墩高跨大，悬臂浇注时梁段的变形较大，且受日照温差、温度、预应力、临时荷载及混凝土的强度、弹性模量的影响，各节段的预抛值控制难度较大，线型控制的合拢精度要求高（横桥向为5mm，竖桥向为10mm）。梁段的合拢施工技术较为复杂，成桥后的线型及应力状态必须与设计相吻合。由于受混凝土的徐变影响，通车后

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