长江大桥钢混结合段施工技术.pdf

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1、长江大桥钢混结合段长江大桥钢混结合段施工关键技术方案施工关键技术方案1.1.施工概况施工概况鄂东长江公路大桥为主跨 926m 的九跨连续半漂浮体系混合梁斜拉桥。主桥边跨为 PK断面混凝土箱梁，中跨为 PK 断面钢箱梁，钢混结合面设置在中跨距索塔中心线 12.5m 处。北主桥钢混结合段江侧为 M 梁段钢箱梁，岸侧为 L 梁段混凝土箱梁，共同组成钢混结合段。钢混结合段长 8.5m，其中 M 梁段长 5.5m，重 200.8t；L 梁段长 3.0m，采用 C55 混凝土现浇，共计 78 方。钢混结合段结构布置如下图：图图 1-21-2 钢混结合段平面布置图钢混结合段平面布置图图图 1-31-3 钢混

2、结合段纵断面图钢混结合段纵断面图2 2 施工技术难点施工技术难点钢混结合段作为鄂东大桥主桥箱梁的关键部位，施工顺序为：首先将钢箱梁 M 梁段吊装于存梁支架，准确调位、定位，然后安装 L 梁段钢筋、预应力、浇筑 L 梁段混凝土。该部位施工难点、技术要求主要体现在以下几个方面：2.1 M2.1 M 梁段施工梁段施工根据钢箱梁安装工艺及总体施工组织要求，决定采用大型浮吊在高水位期对 M 梁段（非标准梁段）进行吊装，精确定位。（1）由于钢箱梁自重较大、位于主塔江侧，水上施工，且存梁时间较长，因此对存梁支架设计要求较高；（2）吊装施工之前吊装设备的选型，吊具设计、加工直接关系到吊装工作的成败；（3）科学

3、合理的吊装工艺及施工水域的划分、维护方案是吊装工作顺利进行的保障；（4）钢箱梁体积大、质量重，精确调位、定位难度大。2.2 L2.2 L 梁段施工梁段施工钢混结合段采用“钢格室PBL 键预应力”的结构，该结构对混凝土梁段（L 梁段）1砼配合比设计、砼浇筑饱和密实工艺、防止钢混结合梁局部纵桥向裂缝等施工技术水平提出了更高的要求。（1）由于钢混结合段采用相对新兴的高强度钢纤维混凝土，混凝土的配合比的研究直接关系到其强度、塌落度、扩展度等工作性能，进而影响整个结合段的施工质量；（2）因结合段混凝土有部分要填充进入钢箱梁钢格室内部，且钢箱梁对应部分的结构复杂，需采用科学合理的浇筑工艺确保结合部分混凝土

4、的密实和后期质量；（3）由于钢混结合段结构、受力比较复杂，且施工中易产生纵向裂缝，混凝土施工过程中的防裂措施至关重要。3 3 钢混结合段施工关键技术方案钢混结合段施工关键技术方案3.13.1 存梁支架设计存梁支架设计通过对M、F梁段位置、重量及结构的分析，结合设计院有关钢箱梁临时支点的要求，存梁支架设计依托MIDAS有限元分析软件的验算和多次优化最终确定了利用主 5#墩承台作为基础的落地式钢管支架方案。M、F梁段支架立面图江侧A-A上游12500主梁2+48.200+46.200主梁1+48.200+46.200240024001200630063002400240012006500?630m

5、m=10mm650010000?630mm=10mm?426mm=10mm?426mm=10mm+15.000图图 3-13-1存梁支架结构图存梁支架结构图存梁支架顺桥向布置 3 列钢管立柱，一列直桩，两列斜桩，桩顶间距为 6.50m；直桩列横桥向布置 7 根钢管立柱，斜桩列横桥向布置 4 根钢管立柱；与下横梁及下横梁支架通过附墙、平联连接成为整体。横桥向 2 根 2HN800300 型钢作为主梁，上方搭设 4 根顺桥向 1200500mm 的钢板组合箱形承重梁。承重梁靠近主塔端部与下横梁顶面进行锚固，作为存梁支架主要受力构件。同时为了满足存梁和后期钢箱梁精确调位需要，在承重梁上各梁段临时支点

6、处设置支座支墩。3.2 M3.2 M 梁段吊装梁段吊装（1）吊装设备选型2由于梁段重量加吊具重量超过 220t，需采用 300 吨以上的大型浮吊；通过大量的调研，同时考虑满足通航净空高度要求，最后选用镇航工 818 号 1200t 浮吊进行安装作业。（2）吊具设计梁段采用 4 点吊装，吊具主要包括吊架和吊索。吊架由主吊梁、横撑及节点箱体三大部分组成；与吊索通过销轴与吊耳连成整体，共同受力。吊索分为主吊索和次吊索。主吊索采用钢丝绳，次吊索采用钢吊带。主吊索直接悬挂在浮吊吊钩上，与吊架上吊耳采用销轴连接；次吊索与吊架下吊耳及钢箱梁顶面吊耳亦均采用销轴连接。A节点箱体ABBDL1钢管820 x107

7、50R35800R1800R7R200BDL1钢管820 x10750BDL2BDL2HW400X400BDL2HW400X40045006000120081001860081001200R70BR35800R1806000R2008001721776615002001200 6008100202008100600 1200200172800图图 3-23-2钢箱梁吊架构造图钢箱梁吊架构造图（3）施工水域划分为了使的吊装工作能够顺利进行，根据镇航 818#浮吊及运梁船的外形尺寸，结合抛锚范围及各种施工状态对梁段吊装时的施工水域进行规划。施工水域可分为浮吊工作状态施工水域和浮吊非工作状态施工水域

8、两种。浮吊工作状态施工水域适用于浮吊抛锚、起锚及 M 梁段钢箱梁吊装，此状态下由于占用大部分上行航道，海事部门届时将会对施工水域上行航道进行封航。浮吊非工作状态适用于除工作状态以外的各种状态，此时浮吊松锚，将锚链沉于水底，停泊在码头运梁船边上，以缩小施工水域，届时海事部门将会对施工水域进行协调管制。（4）吊装M 钢箱梁吊装采用“镇航工 818#”1200t 浮吊在江中横江抛锚定位、实施吊装。1)浮吊抛锚定位浮吊由拖轮编队抛锚、船体顺桥向定位，如图下所示。3说明：1、本图标注尺寸皆以mm计。2、抛锚：先在浮吊船首上游抛临 时锚将浮吊临时固定，再抛上 游船首、船尾的锚1、锚3,接着 抛下游的锚2和

9、锚4之后，将临时 锚解除,最后系5、6、7缆绳。3、吊装配合程序：（1）运梁船停靠在码头边系缆，要求系缆结实稳妥；（2）浮吊船首距主5号墩承台外 边缘约50m横江锚泊;（3）浮吊松交叉缆5和6，前进缆 7松掉或解掉，将浮吊调整到运 梁船前适当位置；（4）梁段按要求进行试吊后，继 续起钩，直到梁段高出支架1.5米 高度左右时，通过松锚2、锚4及 收锚1、锚3，在托轮的横向顶推 下使浮吊中心线与桥轴线重合。（5）浮吊重新系好前进缆7，浮吊 继续前进、梁段平移就位安装；（6）完成一梁段安装后松锚，浮 吊靠运梁船顺江停靠。图图 3-33-3浮吊定位示意图浮吊定位示意图2)M 梁段吊装运梁船进场靠码头停

10、泊、系固后，浮吊抛锚定位，调整吊架慢慢对准梁段，将次吊索与钢箱梁连接，即可正式进行吊装。整个吊装及初定位过程具体可分为以下 6 个步骤：步骤一：在钢箱梁底板临时支点位置用油漆做标记，以供后续定位参考；步骤二：在支架承重梁上测放出支座支墩及梁段的安装位置，并安装反力支座、支墩及限位型钢（设置在梁段分界线处，作为吊装定位的尺度参考）；步骤三：将浮吊通过拖轮横行顶推至运梁船前端适当位置；步骤四：浮吊落钩，将其副钩上的专用吊具与钢箱梁节段的临时吊耳连接，并挂设风缆，起吊梁段离开船上的支墩约 10cm 后停钩试吊（约 10 分钟）；步骤五：继续起升梁段直至超出支架顶约 1.5m，停钩，通过拖轮横向顶推平

11、移浮吊使其中心线与桥梁轴线重合；通过前进缆 7 移动浮吊，使梁段到达安装位置（同时安装各种缆绳牵引系统）。步骤六：梁段对正存梁支架的支座支墩后，浮吊缓慢落钩，使梁段平稳地落于滑块上，卸除吊具与临时吊耳连接，浮吊后退；将落放在支座支墩上的梁段临时限位固定，至此梁段完成吊装初定位。2008 年 10 月 3 日，在海事、航道等多家相关单位的协助下，项目部已成功将主跨钢箱梁 M 梁段吊装、临时固定于存梁支架之上；吊装初步定位实现轴线平面偏差2cm、高程面偏差1cm，远远高于轴线平面偏差5cm、高程面偏差2cm 的设计要求。4图图 3-43-4 吊装施工照片吊装施工照片3.3 M3.3 M 梁段精确调

12、位、定位梁段精确调位、定位（1）精确调位系统精确调位系统主要由临时支座及千斤顶组成。临时支座布置在存梁支架承重梁上（对应于钢箱梁内侧 4 个支撑点），由基座和支墩组成。基座上覆不锈钢板，支墩底嵌有聚四氟乙烯滑板。同时支座内纵横桥向各设置一个 16T 千斤顶，实现支墩平面移动，带动箱梁调位。高程（竖向）调整采用100T 千斤顶，亦布置于支架承重梁上，对应于钢箱梁外侧4个支撑点。调位系统示意图如下：7367710067773上游73千斤顶550677千斤顶钢箱梁70016003275073千斤顶73327505001600100650支墩千斤顶垫块2400千斤顶主梁22HN800X3001200支

13、墩240012600承重梁24001200千斤顶240067765073475图图 3-53-5平面调位千斤顶布置图平面调位千斤顶布置图图图 3-63-6竖向调位千斤顶布置图竖向调位千斤顶布置图（2）调位、定位M 梁段作为钢箱梁的基准梁段，其定位精度至关重要。M 梁段的精确调位按照先调整高程、纵坡，再调整轴线（横向），最后调整里程（纵向）的顺序逐步调整。当南北两塔区的 M 梁段各自定位后，还须对其进行联测，检查两梁中心测点之间的间距大小及其连线与桥轴线的偏差情况，进一部进行微调。当所有的检测项目均符合设计及监控要求后，将M 梁段固定在临时支座上。高程、纵坡调整竖向调位采用 4 台 100 吨千

14、斤同步顶起梁段，在支墩上平面放置不同厚度的钢板，反复调整直至将梁段调整成设计高程、纵坡。调整完毕之后，千斤顶卸载将梁段荷载转移到56501600475550支座支墩上。钢箱梁高程、纵坡调整流程见下图。图图 3-73-7高程、纵坡调整流程图高程、纵坡调整流程图 横向、纵向调整梁段平面位置的调整包括横向调整和纵向调整。调整时应遵循先横向后纵向的原则。平面位置的调整皆通过 4 台 16t 千斤顶同时顶推临时支座的支墩带动钢箱梁进行位移，当一侧千斤顶顶推调位时，另一侧垫设钢支撑限位。定位梁段精确调整到位后，利用型钢将支墩与基座焊接固定，千斤顶卸载、拆除，在千斤顶位置放置钢支撑。临时固定时的缆风绳收紧、

15、系牢，确保存梁期间梁体的位置和安全。支墩固定示意如下图。立面图图图 3-83-8支墩固定示意图支墩固定示意图平面图3.4 L3.4 L 梁段砼配比的确定梁段砼配比的确定（1）砼工作、力学性能指标6钢混结合段混凝土作为主桥钢箱梁与混凝土箱梁的连接部分，配合比甚为关键。根据设计及施工要求，其各项性能指标如下：工作性能：宜自密实，初始塌落度 230250mm，塌落扩展度 600650mm，塌损每小时不大于 20mm；设计强度：C55，试配强度65MPa，但不宜高于 75 MPa，7 天强度不低于设计强度的 90%（即 49.5 MPa）；弹性模量：28 天不小于 4.0X104 MPa；其他：应具有

16、一定的阻裂增韧性能。（2）砼配比方案比选鉴于钢混结合段结构受力复杂及易产生纵向裂缝的通病，混凝土拟选了钢纤维混凝土和微膨胀聚丙烯纤维两种方案。根据前期研究成果对两种混凝土进行试配，并分别对其工作性能、热学性能、力学性能、变形性能、抗裂性能、耐久性等方面对比，最终选择了钢纤维混凝土方案（GH-1 方案）。两种混凝土配比如下：表表 3-13-1 钢混结合段钢混结合段 C55C55 高性能自密实（大流态）混凝土优选配合比高性能自密实（大流态）混凝土优选配合比混凝土原材料用量（kg/m3）膨胀剂配合比设计参数减水胶材用剂掺量纤维量（kg/m3（%）1.61.91.51.8粉煤灰与水胶膨胀比剂掺量（%）

17、0.3120+0方案水泥粉煤灰水砂碎石GH-1440423.GH-25867.1101715867.82.5441715钢867.546.8聚丙867.5烯0.755505500.3115+8（3）试验段验证配比钢纤维混凝土方案确定之后，为了更加真实、准确的模拟钢混结合段施工时砼的情况，除进行常规的塌落度、扩展、抗压、弹性模量度等试验，还依托同济大学钢混结合段试验段试验，将配合比用于实际浇注，拆模后混凝土表面平整光滑，无裂缝、蜂窝、麻面等不良现象，取得了圆满成功。7图图 3-93-9 同济大学钢混结合段试验段砼外（内）部照片同济大学钢混结合段试验段砼外（内）部照片3.5 L3.5 L 梁段砼浇

18、筑方案梁段砼浇筑方案 L 梁段混凝土采用 C55 钢纤维混凝土，浇筑方量 78m3。混凝土通过拖泵泵送，利用软管分层布料，插入式振捣器振捣，对称浇筑。钢格室内的混凝土通过浇筑孔下料，相隔仓面混凝土高差控制在 30cm 左右，使剪力键内混凝土气泡顺利排出。（1）浇筑步骤混凝土梁段箱梁纵桥向整幅（全断面）一次性布料，分层浇筑，分层厚度为 30cm 左右。具体浇筑流程分以下四个步骤：风嘴斜底板顶板风嘴斜底板底板腹板腹板底板步骤一：从靠近钢箱梁的实心段开始浇筑，浇筑 5060cm 高后浇筑两个边箱腹板，同样浇筑 5060cm 高开始浇筑风嘴处，使混凝土向斜底板、底板灌注，直到将底板灌满。顶板风嘴斜底板

19、底板腹板腹板底板斜底板风嘴步骤二：按照步骤一的浇筑顺序分别在实心段、腹板、风嘴处转圈循环分层布料，直到浇筑混凝土面与顶板底面平齐。风嘴斜底板底板腹板顶板第一层砼腹板底板斜底板风嘴步骤三：全断面布料，左右幅同步推进，直到混凝土将顶板底层钢筋埋没（剩余 2030cm厚度）停止。8顶板第二层砼风嘴腹板顶板第一层砼腹板风嘴斜底板底板底板斜底板步骤四：结合顶面混凝土收面顺序及推进方向，进行分幅浇筑，直到将顶板剩余部分混凝土浇筑完毕。（2）养生为了保证混凝土质量，防止混凝土表面开裂，浇筑完成之后要进行及时的养护。混凝土浇筑之后，适当推迟拆模时间；拆模之后立即有土工布覆盖包裹并及时洒水保湿。混凝土养护用水要

20、洁净，洒水要及时、不间断、不流淌，避免混凝土表面出现干湿循环。养护时间可延长至 14 天，每天派专人负责散水，洒水次数以能保证混凝土表面处于湿润状态为宜。（3）浇筑保证措施由于钢混结合段部分混凝土浇筑空间狭小、钢箱梁结构复杂给浇筑带来很大困难，为了保证浇筑质量将采取以下措施：严格按照浇筑步骤进行浇筑，控制分层布料厚度。混凝土箱梁与钢箱梁交叉部分混凝土浇筑、振捣通过钢箱梁上预留的浇筑孔进行仔细振捣，避免振捣时对剪力键、预应力元件的损伤，确保该部分混凝土质量。浇筑完成后，必要时从预留压浆孔向各个钢个室内灌注水泥浆填充混凝土与钢箱梁未紧密结合处。浇筑孔浇筑孔压浆孔压浆孔排气孔排气孔图图 3-103-

21、10 钢箱梁顶面各种预留孔钢箱梁顶面各种预留孔为了使钢格室部分混凝土密实，在相邻箱梁顶板混凝土上设置 100X100mm 方木作挡板；将该部分混凝土进行超浇，对钢格室内混凝土形成反压直到混凝土从排气孔、压浆孔9溢出，并在初凝之前将多余部分混凝土清除。图图 3-113-11 挡板布置示意图挡板布置示意图局部空间相对比较狭小，振动棒无法操作的部位，必要时采用人工振捣确保混凝土密实。3.6 L3.6 L 梁段砼施工中的防裂措施梁段砼施工中的防裂措施混凝土梁段砼防裂，特别是混凝土梁段与钢箱梁结合部分的防裂是整个钢混结合段施工的关键。由于结合部分钢箱梁结构、受力相对比较复杂，因此选用本身抗裂性能比较好的

22、钢纤维混凝土进行浇筑。在施工过程中还应注意以下几点，避免因施工而引起的混凝土开裂。禁止乱踩已绑扎的上层钢筋，避免承受负弯矩的受力筋保护层加厚，导致箱梁的有效高度减小，形成与受力钢筋垂直方向的裂缝。加强混凝土振捣，杜绝因蜂窝、麻面、空洞，而导致出现钢筋锈蚀或其它荷载引起的裂缝。严格控制混凝土的浇筑速度和流动性，防止混凝土浇筑过快而流动性较低引起的（在硬化前因混凝土沉实不足，硬化后沉实过大）在浇筑数小时后发生塑性收缩裂缝。混凝土搅拌、运输时间过长，水分蒸发过多，引起混凝土塌落度过低，而在混凝土体积上出现不规则的收缩裂缝在施工中也要高度重视。加强混凝土养护，特别是初期养护，避免因急剧干燥，使得混凝土与大气接触的表面上出现不规则的收缩裂缝。严格按照试验室和相关科研单位的科研成果进行混凝土的拌和。禁止为保证混凝土泵送的流动性，增加水和水泥用量，或因其它原因加大了水灰比，导致混凝土凝结硬化时收缩量增加，使得混凝土体积上出现不规则裂缝。在 L 梁段与 K 梁段交界处，先对 K 梁段混凝土接触面进行凿毛、清洗，避免新旧混10凝土之间粘结力小，或后浇混凝土养护不到位，导致混凝土收缩而引起裂缝。浇筑之前加强对模板的支撑的检查，防止在浇筑时，因侧向压力的作用使得模板变形，而产生与模板变形一致的裂缝。严禁施工时过早拆模，防止因混凝土强度不足，使得结构在自重或施工荷载作用下产生裂缝。11