超寬橋面部分斜拉橋懸灌施工工法

《超寬橋面部分斜拉橋懸灌施工工法》是中鐵四局集團有限公司完成的建築類施工工法；作者分別是姚松柏、羅賢輝、唐俊、王江洪、胡永；適用範圍是寬橋面PC連續梁橋、部分斜拉橋混凝土箱梁的懸灌施工，以及平行鋼絞線拉索體系掛索施工。

《超寬橋面部分斜拉橋懸灌施工工法》主要的工法特點是採用組合式掛籃，有機形成大型掛籃設備；積極採用理論計算和現場監測數據指導施工生產，採用先移籃再掛索的施工工藝；採用單股依次掛設、依次等張法初張拉、再整束張拉的掛索工藝。

2008年1月31日，《超寬橋面部分斜拉橋懸灌施工工法》被中華人民共和國住房和城鄉建設部評定為2005-2006年度國家二級工法。

基本介紹

• 中文名：超寬橋面部分斜拉橋懸灌施工工法
• 工法編號： YJGF251-2006
• 完成單位：中鐵四局集團有限公司
• 主要完成人：姚松柏、羅賢輝、唐俊、王江洪、胡永
• 審批單位：中華人民共和國住房和城鄉建設部
• 主要榮譽：國家二級工法（2005-2006年度）

形成原因

部分斜拉橋與同等跨度的PC梁橋或斜拉橋相比，具有節省材料，經濟指標更好；同時，隨著中國國內經濟的不斷飛快發展，普通的雙向四六車道橋樑已難以滿足日益增長的交通量需要，寬橋的建設是未來的趨勢。柳州三門江大橋良好地將部分斜拉橋與寬橋面橋（雙向8國道）有機結合一起。

該橋現澆梁段規模大，進行全斷面懸灌澆築較一般連續梁或剛構掛籃設計更為複雜、施工難度更大；由於橋面寬，使其面板、橫隔板結構極易出現裂縫，主梁的線形施工控制難度也較連續梁或剛構更大。中鐵四局集團開展了科技創新，取得了“超寬橋面部分斜拉懸灌施工技術”這一中國國內領先的新成果，於2007年通過安徽省科技廳鑑定。同時，形成了《超寬橋面部分斜拉橋懸灌施工工法》。由於在處理超寬橋面主梁懸灌施工、平行鋼絞線掛索方面效果明顯，技術先進，故有明顯的社會效益和經濟效益。

工法特點

《超寬橋面部分斜拉橋懸灌施工工法》的工法特點是：

1.全斷面整幅澆築較分幅澆築有利於梁體的成型質量，防止因施工縫的處理不當而影響橋樑的使用性能，同時加快施工進度。

2.通過採用組合式掛籃，有機形成型掛籃設備，確保了寬橋面主梁全斷面澆築的平台；並根據箱梁截面特徵，合理設定主桁架的位置及主桁架的構造，確保了掛籃能夠同時滿足有索梁段和無索梁段的施工；掛籃構件大量採用成品型材，方便裝拆，並提高回收再利用率、大大減少了周轉料的投入，填補了中國國內寬橋面主梁全斷面懸臂澆築技術的空白。

3.積極採用理論計算和現場監測數據指導施工生產，採用先移籃再掛索的施工工藝具有加快施工進度的優點，為部分斜拉橋施工提供良好的借鑑。

4.針對平行鋼絞線拉索體系構造特點及影響拉索拉力偏差因素，採用單股依次掛設、依次等張法初張拉、再整束張拉的掛索工藝，先進合理，拉索拉力偏差控制合理，較其他工藝易組織施工、投入少的優點。

操作原理

適用範圍

《超寬橋面部分斜拉橋懸灌施工工法》適用於寬橋面PC連續梁橋、部分斜拉橋混凝土箱梁的懸灌施工，以及平行鋼絞線拉索體系掛索施工。

工藝原理

《超寬橋面部分斜拉橋懸灌施工工法》的工藝原理敘述如下：

通過設計使用組合式三角掛籃，實現超寬橋面箱梁全斷面懸臂澆築的作業平台，達到成橋質量和施工進度滿足要求的目標。

一方面，根據超寬橋面部分斜拉橋主梁斷面特徵合理設計掛籃：採用三組相對獨立的主桁架、一組整體式底籃，組裝成一套組合式掛籃；根據箱梁自重的分布情況，按同一安全係數、沉降控制量設計掛籃的主桁架和底籃構造，以滿足箱梁承重要求並儘量減輕掛籃自重、確保掛籃在同一截面不同位置處沉降量的均勻性；主桁架設計充分考慮斜拉索布置情況，掛籃同時滿足有索梁段和無索梁段施工；充分利用梁體自身的豎向鋼束進行後錨，提高掛籃的操作性能；充分考慮橫隔板的影響而採用可拼式鋼框木模作為內模，有效提高模板調整的操作性能；18米跨橫隔板及橋面板區，底模系統採用碗扣式滿堂腳手架、人工裝拆，底籃下放後掛籃前移過孔，操作安全簡便，滿足箱內狹小空間作業。

另一方面，通過理論計算和現場監測，指導施工生產，施工中採取先移籃後掛索的工藝，減少掛籃和掛索間的干擾，並採用基於最小二乘法的誤差控制理論，對梁體進行線形控制。

施工工藝

• 工藝流程

《超寬橋面部分斜拉橋懸灌施工工法》的工藝流程是：

一、總體施工工藝程式

主橋連續箱梁施工，主要分成四部分，梁體的分段見圖1所示：

圖1梁體分段示意圖

第一部分：0號、1號梁段，採取在主墩承台上搭設鋼管樁、貝雷梁支架，分層、分幅澆築施工；

第二部分：主墩兩側2號~21號塊梁段，採用掛籃對稱整幅懸灌施工；

第三部分：邊跨現澆段，採用搭設膺架整幅、分層現澆；

第四部分：邊、中跨合攏段，採用在兩懸臂段間、懸臂段與邊跨現澆段間設定托架整幅澆築施工。

主橋樑體總體施工工藝程式如表1所示。

二、主梁施工工藝流程

主梁施工工藝流程見圖2。

圖2主梁懸灌施工工藝流程圖

操作要點

《超寬橋面部分斜拉橋懸灌施工工法》的操作要點如下：

一、組合掛籃設計

掛籃設計採用有限元計算軟體建模計算，將掛籃自重和懸臂段長度等參數在最不利組合的條件下計算，計算結果滿足要求後，並重點考慮以下兩方面：

1.主桁架的布置形式及後錨方式

主桁架共設定三組，左右兩箱室頂設定一組，各由三桁架組成，對應於箱梁腹板布置；另一組主桁架設定於兩箱室間的跨中，由兩桁架組成，分列於橋軸兩側；主桁架後支點均設於橫隔板的正上方，確保梁體足以抵抗支反力。

桁架的底縱梁截面採用雙肋梁形式，肋淨寬22厘米，稍大於梁體腹板豎向鋼束的排距（16厘米），使主桁架直接利用梁體豎向鋼束作後錨；中部桁架利用橫隔板的預埋件作後錨。

2.有索區梁段和箱室間18米跨區的施工

由於拉索位於箱室中腹板的兩側，淨距85厘米，桁架縱向主梁設計截面寬度為35厘米，以滿足拉索安裝施工空間的要求。

由於梁段兩箱間的施工作業繁雜，底模及側模採用了可拼式鋼框木模，支撐系統採用腕扣腳手架，以便操作。

掛籃結構設計圖如圖3、圖4所示。

圖3掛籃正面圖（單位：毫米）

圖4掛籃側面圖（單位：毫米）

二、主梁梁段施工

1.施工組織

兩個主墩4個懸臂端分別由兩個綜合作業隊施工（除混凝土、預應力工序），根據梁段截面特徵，將每個懸臂端劃分成左幅箱室、右幅箱室、中間18米跨隔板和橋面板等3個工作面，並細分成21道施工工序，組織平行、流水施工，懸臂施工節拍平均周期控制在11~12天。

2.鋼筋製作安裝

鋼筋統一在陸地製作後，按吊運至橋面安裝。

安裝順序為：底板→腹板→隔板→頂板。

3.混凝土施工

箱梁全斷面一次性澆築成型，設定兩台地泵分別澆築主墩兩側懸臂端，確保前、後對稱澆築；在已澆梁段上設定轉向台座，確保左、右均衡澆築。

澆築順序及布料工藝為：底板區，從兩側腹板及箱頂開孔布料，分層澆築→橫隔板底以下腹板區，分層澆築→橫隔板及剩餘腹板區，由隔板的跨中向兩端，並沿至腹板，分層澆築→頂板，分層澆築。

梁段混凝土自前端向後澆築，防止因前端下沉產生裂縫。

4.鋼束預應力施工

主梁為三向預應力，張拉順序為：隔板橫向鋼束初張拉→縱向鋼束張拉→橫向鋼束張拉→移籃→豎向鋼束張拉。

5.掛籃走行

整個掛籃的走行分兩次完成，第一次前移三組主桁架和外滑梁，第二次前移外側模和底籃，三組主桁架實行分別前移就位。

掛籃全寬42米，前移時設定五處牽引點，同步均勻施力，防止底籃縱橫向變形。

當風力達到五級以上時，不宜前移底籃。

6.寬橋面板及橫隔板裂縫控制措施

由於橫隔板1800×415（280~550）×40厘米大跨度結構特點，施工過程中極易產生裂縫，控制措施主要有以下幾點：

1）有限元建模設計掛籃，組合式掛籃的同一沉降量控制，並增強掛籃整體剛度。

2）提高混凝土的抗裂能力和減小收縮能力最佳化混凝土的配合比，減小水灰比，減小砂率，增加骨料用量並改善骨料的級配。

3）提高混凝土的表面抗裂性能。在橫隔板側面設定一層防裂鋼筋網。

4）改進混凝土的施工工藝。箱梁底、腹板、橫隔板澆築完畢，且混凝土穩定後（初凝前）再分層澆築面板，在與腹板、與頂板交界處採用二次振搗工藝；當外界氣溫高於32℃時不宜進行灌築，並確保外界溫度上升時梁段混凝土灌築完畢。

5）預應力工藝緊跟施工。在混凝土強度達到設計值時，及時施加預應力。對橫隔板的預應力採用二次張拉工藝，在混凝土強度達到設計強度的70%時，張拉60%的設計張拉力，以有效地抵消早期板內由於收縮而引起的拉應力，防止裂縫產生。待強度達到85%後，再張拉至100%的設計張拉力。

6）增強養護措施，延長養護時間，不少於7天。

7.斜拉索施工

1）斜拉索採用平行鋼絞線拉索體系，其施工工藝為：單根掛索、初張→整束張拉→合攏前全面調索，達到梁體線型及索力，符合設計要求。

2）單根張拉

採用等張力法進行單根鋼絞線的張拉。等張力法首根鋼絞線拉力取值：f=KFcon/n。式中Fcon——每束拉索的設計控制索力；n——拉索中鋼絞線的根數；K——梁體剛度係數（對於橋面系輕的梁，如鋼箱梁，可取1.5~1.7；對於混凝土等橋面系重的梁，取0.9~1.1）。

首根鋼絞線張拉前在錨板上安放單根測力感測器測試錨固應力值，其餘各根鋼絞線均以此值進行錨固。

3）整體張拉（調索）

在拉索單根張拉完成，根據設計索力要，用整體張拉千斤頂對拉索進行整體張拉。當整體張拉達到設計要求以後，進行最終錨固。在斜拉索整體張拉時，由技術人員統一指揮，同時張拉的4對拉索應對稱同步進行載入。

單根鋼絞線張拉及拉索整體張拉見圖5、圖6。

8.合攏段施工

1）合攏時由邊至中對稱進行，先合攏邊跨，後合攏中跨，均採用托架法施工。邊跨合攏段：托架主梁一端支撐於邊跨現澆段支架，一端支撐於懸臂端（21號塊處）掛籃的底籃前托樑上，形成托架；中跨端的兩側掛籃在施工完21號梁段後，其底籃間淨距只有0.4米，底籃分別與梁段脫離、下放20厘米左右，再在兩底籃間鋪底模系統，形成托架。

2）考慮墩、梁、塔固結，梁體剛度大，採取邊、中跨三處合攏段相繼混凝土澆築合攏，再依次分批張拉、壓漿合攏預應力鋼束，再分別拆除現澆段支架、合攏段掛籃。通過事前理論計算，該合工藝，在跨中和梁根部底板區混凝土最大拉應力為1.1兆帕，滿足規範要求，梁體總體變形與設計相符。

3）合攏時間、溫度、合攏口的確定。在梁頂對稱分布的5個測點，進行24小時跟蹤測量，測量的主要內容有溫度梯度、軸線位置、高程、合找口長度，以合口參數基本穩定時為最佳合攏鎖定時間、鎖定溫度。

4）為確保施工進度和保證兩個“T構”在合過程中大致保持對稱平衡，合攏段掛籃採取同時拆除。

三、主梁施工控制

施工中設立實時測量監控體系，對施工過程中結構的內力、位移和溫度進行現場實時跟蹤測量，為施工監控工作提供實測數據，採用專用橋樑軟體、前進分析計算。

1.建立測量監控體系。由現場測試和計算分析人員組成的監控組；建立一套完善的報表體系及測量制度，以監控和指導施工。

2.變形監測：在各梁段的懸臂前端頂板上，橫向布置7個觀測點，結合部分斜拉橋懸臂施工的步驟，採用四階段觀測法，即分別在掛籃前移就位後、混凝土澆築完成後、預應力張拉完成後和斜拉索張拉完成後，對已施工梁段上的測點進行量測一次；採用傾斜儀監測索塔頂的縱向傾角。合攏前，對懸臂“T”構線形進行通測，指導壓載方案；全橋合攏後，進行梁體線形通測，結合梁體應力通測，指導橋面調平層縱斷面的設計及施工。

3.主梁、索塔的應力監測：在索塔主梁的根部，以及拉索區梁段，預埋應力測試元件，測試主梁特徵截面在各施工階段的混凝土應力；根據實測數據，調整拉索的張拉順序和張力，以調整主梁的線形。

4.索力測試：採用頻譜分析法，求得實際索力後以確定是否調索，在全橋合攏完畢後，進行全索通測，無誤後進行拉索鎖定。

• 勞動組織

《超寬橋面部分斜拉橋懸灌施工工法》的勞動組織見表2。

表2 勞動力組織表

序號	單項工程	所需人數	備註
1	指揮員	4	吊裝、移籃指揮
2	技術人員	6	測量、質檢、試驗及旁站等
3	掛籃施工	16	移籃、掛籃調整等
4	模板施工	58	內模加工、安拆等
5	鋼筋加工安裝	52	含預應力管道施工
6	電工	3	電源分配及線路管理
7	混凝土施工	30	澆築、養護及接茬面鑿毛
8	司機	10	混凝土運輸車、泵機及運輸船
9	普工	20	鋼筋、鋼絞線等半成品搬抬
10	預應力施工	20	張拉、壓漿，拉索張拉
11	合計	219	╱

材料設備

《超寬橋面部分斜拉橋懸灌施工工法》所用的主要材料數量見表3，主要施工機械設備見表4。

表3 主要材料數量表

序號	材料名稱	材料規格	單位	數量	用途
1	三角主桁架	型鋼主梁、立柱與斜拉帶	榀	32	4套（12隻）掛籃主桁所用
2	貝雷梁	1500毫米×3000毫米	片	224	4套掛籃底籃所用，含支撐架
3	立柱橫聯	4∟75組合桁架	套	20	1套掛籃共5片
4	前橫樑Ⅰ	鋼板組合箱梁	套	8	1套掛籃共2根
5	前橫樑Ⅱ	鋼板組合箱梁	套	4	1套掛籃共1根
6	中後橫樑Ⅰ	[16a組合梁	套	24	1套掛籃共6根
7	鋼框木模	1200毫米×600毫米	塊	128	內模使用
8	浮橋	2.5米寬	座	2	施工便橋

表4 主要機具設備表

序號	材料名稱	材料規格	單位	數量	用途
1	塔吊	5013B	座	2	施工運輸、吊裝
2	鐵駁船	10噸	艘	1	交通船
3	汽車吊	20噸	台	2	一般吊裝
4	鋼筋機具	╱	台/套	20	切斷機、彎曲機、電焊機等
5	木工機具	╱	台/套	12	電鋸、電刨等
6	拌合機站	0.75L	座	2	河岸兩側各一座
7	混凝土輸送泵	60型	台	3	懸臂兩端各一台，一台備用
8	振動器	50/30	台	20/3	╱
9	混凝土運輸車	╱	輛	4	╱
10	張拉油頂	25~400噸	台	8	合攏束張拉時需12台
11	壓漿泵	╱	台	2	兩個主墩各設一台
12	真空機	╱	台	2	兩個主墩各設一台
13	壓力試驗機	200噸	台	1	╱
14	萬能材料試驗機	60噸	台	1	╱
15	全站儀	╱	台	1	╱
16	水準儀	╱	台	2	╱
17	索力測試儀	╱	台	1	╱
18	混凝土應變感測器	JXH-2	台	1	╱

質量控制

《超寬橋面部分斜拉橋懸灌施工工法》的質量控制要求如下：

一、質量控制標準

1.遵循並執行《公路橋涵施工技術規範》JTJ 041-2000，《鋼結構工程施工質量驗收規範》GB 50205-2001。

2.箱梁混凝土構件無危害裂紋。

3.成橋線形：中線偏差15毫米，合攏段高程偏差±30毫米。

4.索塔頂部偏移：15毫米。

5.每根拉索各股鋼絞線拉力離散誤差不大於理論值的±3%，一對拉索兩根間的差值不大於整索索力理論值的±2%，斜拉索整索索力誤差不大於理論索力的±2%。

二、質量保證措施

1.掛籃設計採用專用橋樑結構軟體計算，安裝完成後進行載入預壓試驗，著重監測各主桁架、底籃變形情況，並與理論值校核；同時對後錨點錨力監測，是否滿足安全係數。

2.細部水準測量等級按三等水準測量控制。在兩岸加密兩條平行於橋軸線的基線並設加密控制點，指導掛籃就位、立模、澆築混凝土等，保證了橋樑線形。

3.用不漏漿的塑膠波紋管作預應管道，嚴禁在施工中電弧燒傷或尖銳器物傷害波紋管，確保管道暢通。

4.使用泵送緩凝早強混凝土，合攏段採用微膨脹高強混凝土，確保接縫接合緊密。

5.斜拉索環氧噴塗鋼絞線放盤，下墊麻袋或地毯保護，防止PE外套破損、泄漏油脂。

6.張拉油頂、油表、應力感測器有周檢計畫。

安全措施

採用《超寬橋面部分斜拉橋懸灌施工工法》施工時，除應執行國家、地方的各項安全施工的規定外，尚應遵守注意下列事項：

1.掛籃精軋螺紋鋼吊帶進行冷拉試驗，施工中電焊作業遠離鋼吊帶。

2.反覆使用並拆裝的螺栓要經常塗油、檢查，保證螺紋處於良好狀態。

3.掛籃主桁後錨筋擰入連線器的長度達8厘米，並在鋼筋上作擰入長度標記。

4.每班作業前檢查各部位（螺栓、銷子）、鋼絲繩、葫蘆及主要受力焊縫，做好記錄，發現問題及時通知負責人並及時處理，否則不得開工作業。

5.混凝土灌注時，設專人仔細觀察和檢查吊帶、錨固系、側模、牛腿等主要受力部件有無變形，發現問題要及時完善處理。澆築混凝土隨時測量掛籃的撓度（前托梁及吊帶變形）、及時調整。

6.張拉現場有明顯標誌，與該工作無關的人員禁止入內。千斤頂支架與梁端墊板接觸良好。每一梁段張拉完畢後，檢查端部和其他部位是否裂縫。

環保措施

《超寬橋面部分斜拉橋懸灌施工工法》的環保措施如下：

1.建築垃圾集中堆放，統一運至陸地適當位置淹沒或運至垃圾中轉站處理，杜絕直接向江中拋扔。

2.做好機械保養工作，防止漏油事件。

3.施工範圍出入口處設定洗車槽、沉澱池及高壓沖洗水槍沖洗出入車輛及地泵。

效益分析

1.《超寬橋面部分斜拉橋懸灌施工工法》具有施工操作簡便，安全可靠，各工序銜接合理，實施簡便，宜於提高成橋質量，成功地克服了寬橋面部分斜拉橋主梁整幅懸臂施工難題，提高集團公司橋樑施工技術水平，為企業樹立良好形象。斜拉索張拉採用等力張拉法，逐股穿索、張拉，當每根斜拉索各股鋼絞線全部安裝後，一次性整體張拉到位，經檢測各項誤差均能滿足設計要求。

2.《超寬橋面部分斜拉橋懸灌施工工法》中採用組合式掛籃，桿件大多採用定型型材，具有加工安裝、拆除方便等特點，並回收利用率高，減少施工成本；合攏段施工的托架充分利用2005年前已有的掛籃和現澆段支架，減少周轉材料的投入；採用該工法施工的主梁型材投入成本610萬元，回收280萬元。採取先移籃、後掛索工藝，有利於施工組織，並縮短關鍵線路工期28天。

註：施工費用以2005-2006年施工材料價格計算

套用實例

《超寬橋面部分斜拉橋懸灌施工工法》在柳州市三門江大橋A標段主橋的套用情況如下：

1.工程概況

柳州市三門江大橋主橋是中國國內首座41米寬橋面的雙塔雙索麵部分斜拉橋，長360米，跨徑組合為100米+160米+100米，塔、梁和墩固結。主梁採用分離式雙主箱斷面，為預應力混凝土箱形截面，直腹板，梁底設定二次拋物線。全截面寬41米，每個分離式箱梁底寬9米，為單箱雙室截面，外側翼緣板懸臂長度2.5米，梁段根部高6.5米，箱間與箱內設橫隔板。箱梁懸臂樑段長度分為3米、3.5米和4米三種，0~10號、20~22號梁段（合攏段）為無索區，11~19號梁段為有索區，索塔結構高度21.8米，橋址水深14.3米。全橋成型實景見圖7。

圖7柳州三門江大橋成型實景

2.施工情況

0號、1號梁段採取在承台頂搭設鋼管樁、貝雷片膺架進行現澆施工，初次澆築至腹板與頂板間的倒角下，最後施工倒角及頂板。為確保梁體的成型質量，同時加快施工進度，2~21號梁段採用掛籃全斷面懸臂施工。23~27號梁段為邊跨現澆段，採取在河床搭設鋼管樁、貝雷片膺架整體現澆法施工。施工中材料主要通過碼頭、浮橋、泵管、運輸駁船、塔吊等設施、設備進行水平和垂直運輸，既節約成本，又安全可靠。

《超寬橋面部分斜拉橋懸灌施工工法》施工的主橋箱梁2號梁段於2006年3月4日開始拼裝施工，2006年10月30日主橋順利合攏，11月15日掛籃拆除完畢，梁段施工周期平均為12天，施工中未出現任何質量、安全事故。

3.工程監測與結果評價

在整個施工控制過程中，控制截面混凝土應力的實測值與理論值基本吻合，應力變化趨勢相同。主梁高程及線形變位控制達到了較高的精確度，結構變位及高程變化特點與預應力混凝土連續箱梁相接近；採用高程控制為主，索力調整為輔的施工控制方法是切實可行的。

由於掛籃剛度影響當前施工梁段混凝土的成型位置，也即影響相鄰梁段的相對高程，因此，控制好掛籃在混凝土澆築過程中的變形對當前梁段的高程控制相當重要。做好長期的掛籃變形監測，並根據梁段重量對預抬量進行適當調整，而不能單純憑經驗去估算掛籃變形值。

對預應力混凝土橋樑結構而言，預應力是其根本。因此，應重視與預應力相關的所有施工環節（孔道成型、預應力張拉、真空灌漿等），確保施工質量。

成橋後，通過廣西大學土木工程試驗檢測中心動靜載試驗，均滿足設計要求。

榮譽表彰

2008年1月31日，中華人民共和國住房和城鄉建設部以“建質[2008]22號”檔案發布《關於公布2005-2006年度國家級工法的通知》，《超寬橋面部分斜拉橋懸灌施工工法》被評定為2005-2006年度國家二級工法。