某特大橋施工技術(shù)總報(bào)告

某特大橋施工技術(shù)總報(bào)告一、超長(zhǎng)挖孔樁、高墩、大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋施工技術(shù)在國(guó)內(nèi)外發(fā)展情況預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋特別適用于大跨度、高橋墩橋梁的情況，是近年來(lái)使用較為廣泛的一類(lèi)獨(dú)特的橋梁形式。查有關(guān)資料，列出世界連續(xù)剛構(gòu)橋梁的之最：(1)跨徑最大的連續(xù)剛構(gòu)橋：虎門(mén)大橋位于廣東省珠江三角洲中部，是廣州一深圳-珠海高速公路跨越珠江的一座特大型公路橋梁，大橋全長(zhǎng)15.76kM，主橋長(zhǎng)4.606km。主航道橋?yàn)榭鐝?88米加勁鋼箱梁懸索橋，鋪航道橋?yàn)榭鐝?70m的預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋，居世界同類(lèi)橋梁之首，于1997年4月建成通車(chē)?？招谋”诙丈怼⒆罡?0.6m，基礎(chǔ)為直徑2m的嵌巖鉆孔樁，樁長(zhǎng)最大48m。(2)墩高最高的連續(xù)剛構(gòu)橋：國(guó)內(nèi)已建成公路墩高最高的大橋是云南的連續(xù)剛構(gòu)橋，為“世界第一高橋”，這座橋位于昆明至曼谷國(guó)際公路云南段的元江至磨黑高速公路上，最大墩高123.5米。(3)樁長(zhǎng)最深的連續(xù)剛構(gòu)橋：樁長(zhǎng)最深的是南京長(zhǎng)江二橋，深達(dá)102m。XX高速公路某特大橋是西部大通道包(頭)北(海)線(xiàn)陜西境黃陵至延安段高速公路的重點(diǎn)控制工程，位于陜西省洛川縣石子頭鄉(xiāng)橋西村和蔣村之間的某沖溝內(nèi)，地面起伏很大，地面標(biāo)高介于1011.83m～1153.33m，相對(duì)高差141.5m。橋址跨越兩側(cè)黃土臺(tái)塬的黃土梁斜坡地帶及某河谷。斜坡上支溝發(fā)育，支溝切割主溝溝坡，形成黃土柱、陡坎等特殊地貌景觀(guān)。XX高速公路某特大橋全長(zhǎng)878.84m，是95m+4×170m+95m的六跨三向(縱向、橫向、豎向)預(yù)應(yīng)力混凝土曲線(xiàn)連續(xù)剛構(gòu)橋，該橋跨度雖然無(wú)法和其他特大跨度的連續(xù)剛構(gòu)橋相比擬，但在同一座橋上集中了深樁(樁長(zhǎng)102m、人工挖孔110m)、高墩(105m)、大跨(170m)三項(xiàng)技術(shù)難點(diǎn)于一體實(shí)屬罕見(jiàn)，且梁部懸灌施工難度較大。我們?cè)谌狈Τ墒斓氖┕そ?jīng)驗(yàn)的情況下，在施工實(shí)施過(guò)程中不斷的摸索和總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，優(yōu)化施工工藝和施工組織，摸索出一套較為成熟的超長(zhǎng)樁、高墩、大跨預(yù)應(yīng)力混凝土曲線(xiàn)連續(xù)剛構(gòu)橋的成套施工技術(shù)。在施工中，嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)圖紙和施工技術(shù)規(guī)范要求，結(jié)合工程實(shí)際，認(rèn)真研究超長(zhǎng)樁、高墩、大跨預(yù)應(yīng)力混凝土曲線(xiàn)連續(xù)剛構(gòu)橋的各項(xiàng)施工技術(shù)，以較快的施工速度，安全、優(yōu)質(zhì)、高效地完成了某特大橋的施工。二、研究的主要內(nèi)容和關(guān)鍵技術(shù)2.1主要內(nèi)容(1)濕陷性黃土地區(qū)大直徑(Φ1.8m)深樁(102m)施工技術(shù)研究(2)大體積承臺(tái)混凝土施工技術(shù)研究(3)柔性、空心、薄壁百米高墩(105m)施工技術(shù)研究(4)掛籃優(yōu)化設(shè)計(jì)和施工(5)大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋懸臂施工技術(shù)研究(6)不同工況條件下結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析報(bào)告與檢算資料2.2關(guān)鍵技術(shù)(1)陜北濕陷性黃土地區(qū)大直徑百米超長(zhǎng)人工挖孔樁施工技術(shù)取得成功：陜北大部分位于濕陷性黃土地區(qū)，濕陷性黃土屬于大孔徑、淺黃色粉質(zhì)低液限粘土，硬塑狀態(tài)(塑性指數(shù)為12.5～15.7)，透水性較強(qiáng)，土樣浸入水中后，很快崩解，土的結(jié)構(gòu)迅速破壞發(fā)生顯著的附加下沉(即濕陷)。在進(jìn)行砼護(hù)壁人工挖孔施工前，我們綜合考慮了土層壓力和地下水的側(cè)壓力、樁孔深度、挖孔樁直徑、護(hù)壁形式、護(hù)壁砼的抗壓強(qiáng)度、護(hù)壁深度等因數(shù)后進(jìn)行理論計(jì)算確定了護(hù)壁厚度及人工挖孔安全可行性的理論根據(jù)。雖然在國(guó)內(nèi)對(duì)于大直徑百米深度的人工挖孔樁施工尚無(wú)任何借鑒依據(jù)，但我們?cè)谑┕ぶ凶龅搅耍孩偈冀K貫徹執(zhí)行“以人為本，安全第一”的安全管理宗旨和理念；②做好挖孔過(guò)程中孔內(nèi)的排水、通風(fēng)、照明及通信；③通過(guò)對(duì)挖孔砼護(hù)壁的監(jiān)控量測(cè)、挖孔設(shè)備的改進(jìn)、完善、安全性能的提高；④各種安全防范措施、應(yīng)急預(yù)案的制定。論證了在陜北濕陷性黃土地質(zhì)情況下對(duì)于百米樁基采用人工挖孔樁施工能滿(mǎn)足安全的要求、是完全可行的。(2)鋼筋鐓粗直螺紋連接施工及真空壓漿施工等新技術(shù)、新工藝的成功引用：①某特大橋的105m高的四肢高墩均采用了鋼筋鐓粗直螺紋連接新技術(shù)：每肢墩身每一個(gè)循環(huán)218根ф28mm的主筋對(duì)接總耗時(shí)約150分鐘，比焊接連接速度高出8～12倍。鋼筋鐓粗直螺紋連接具有接頭強(qiáng)度高，性能穩(wěn)定、質(zhì)量好、生產(chǎn)效率高、施工適應(yīng)性強(qiáng)、價(jià)格適中等優(yōu)點(diǎn)。②某特大橋的1#、5#墩墩身豎向預(yù)應(yīng)力施工及大跨懸臂澆筑箱梁的三向(縱向、橫向、豎向)預(yù)應(yīng)力施工均采用了真空壓漿新技術(shù)：真空壓漿工藝優(yōu)于普通壓漿工藝之處為――對(duì)預(yù)應(yīng)力孔道進(jìn)行抽真空處理后壓漿，這樣使孔道內(nèi)的漿液充分飽滿(mǎn)密實(shí)，確保了壓漿的質(zhì)量，克服了普通壓漿不密實(shí)的現(xiàn)狀，杜絕了橋梁運(yùn)營(yíng)使用過(guò)程中病害的發(fā)生，提高了橋梁工程的使用壽命。(3)掛籃的優(yōu)化設(shè)計(jì)：在保證施工安全和施工質(zhì)量的前提下，以人性化的設(shè)計(jì)原則，通過(guò)對(duì)以往三角形掛籃的優(yōu)化設(shè)計(jì)，自行研發(fā)了輕型自錨式三角形掛籃。優(yōu)化后的掛籃具有經(jīng)濟(jì)實(shí)用性、安全高效性和新穎先進(jìn)性。①掛籃人性化設(shè)計(jì)之一：由于橋梁結(jié)構(gòu)尺寸的多變性，掛籃模板設(shè)計(jì)以模塊化設(shè)計(jì)為主，確保其通用性，模板調(diào)整系統(tǒng)采用螺旋頂桿無(wú)極調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)方案，有效的提高模板調(diào)整的操縱性能，同時(shí)集合了調(diào)節(jié)與鎖定功能，提高了調(diào)節(jié)模板的工作效率。②掛籃人性化設(shè)計(jì)之二：通過(guò)對(duì)掛籃的安全防護(hù)系統(tǒng)及人員操作平臺(tái)及通道的設(shè)計(jì)完善，更加確保了施工的安全。③掛籃人性化設(shè)計(jì)之三：掛籃懸掛裝置采用16Mn鋼吊帶方案，比以往的精軋螺紋鋼吊帶更具有剛性和安全性。將以往掛籃主桁之間的栓接聯(lián)結(jié)調(diào)整為銷(xiāo)接，以便于安裝作業(yè)，同時(shí)簡(jiǎn)化栓接中螺拴聯(lián)結(jié)的緊固過(guò)程，有效的提高了拼裝的生產(chǎn)效率。④掛籃人性化設(shè)計(jì)之四：目前國(guó)內(nèi)大部分掛籃前移均采用人工機(jī)械牽引，這種牽引模式即費(fèi)工又費(fèi)時(shí)，安全隱患大，而且牽引過(guò)程中很難保證兩只掛籃同步前移。為了提高高空掛籃施工的作業(yè)效率，本掛籃設(shè)計(jì)中采用了新型自錨走行機(jī)構(gòu)，走行系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，走行動(dòng)力采用60t液壓頂（豎向預(yù)應(yīng)力張拉用）做為推進(jìn)系統(tǒng)，傳力裝置為直徑32mm的Ⅳ級(jí)鋼筋以及四只限位卡。走行速度經(jīng)過(guò)實(shí)際使用平均為20cm/min，每個(gè)節(jié)段前移所需時(shí)間為45min左右(以3m節(jié)段為例，包含準(zhǔn)備工作時(shí)間)每只掛籃移動(dòng)需要3名技術(shù)工人即可，相比人工前移掛籃功效可提高2倍。三、研究過(guò)程和研究方法3.1研究過(guò)程2003年初，我公司中標(biāo)了XX高速公路HY-06合同段工程，對(duì)于該管段內(nèi)的技術(shù)含量高、施工難度大及工期緊迫的某特大橋這樣的大型工程，不僅是對(duì)于七公司而且對(duì)于集團(tuán)公司來(lái)說(shuō)，具有史無(wú)前例的里程碑意義。施工進(jìn)場(chǎng)后，為了確保某特大橋高精度合攏，保證其施工過(guò)程中的結(jié)構(gòu)安全與施工安全，保證成橋后的梁體線(xiàn)形、變形及結(jié)構(gòu)內(nèi)力均能滿(mǎn)足設(shè)計(jì)的要求，我們成立了在集團(tuán)公司總工程師領(lǐng)導(dǎo)下的以七公司為主、集團(tuán)公司有關(guān)部門(mén)和技術(shù)專(zhuān)家參加的“某特大橋施工技術(shù)研究小組”，成立了施工監(jiān)控及科研小組，對(duì)該橋進(jìn)行全過(guò)程、全方位、全天候的技術(shù)監(jiān)控，并對(duì)重點(diǎn)、難點(diǎn)的技術(shù)難題開(kāi)展科技攻關(guān)。對(duì)包括大跨度連續(xù)剛構(gòu)施工控制技術(shù)在內(nèi)的一整套施工技術(shù)進(jìn)行研究，并負(fù)責(zé)該項(xiàng)目的實(shí)施。針對(duì)某特大橋施工技術(shù)難度大(集超長(zhǎng)人工挖孔樁、高墩、大跨于一體的連續(xù)剛構(gòu)橋)、工藝復(fù)雜、施工控制精度要求高等特點(diǎn)，聘請(qǐng)專(zhuān)家對(duì)某特大橋的施工方法進(jìn)行了深入的探討，編制了實(shí)施性施工組織設(shè)計(jì)。3.2研究方法根據(jù)某特大橋的設(shè)計(jì)特點(diǎn)以及業(yè)主、監(jiān)理的要求，結(jié)合不同部位的施工方案，認(rèn)真研究并記錄了各種施工方法和工序作業(yè)的操作要點(diǎn)以及施工注意事項(xiàng)。針對(duì)某特大橋的技術(shù)含量高、難度大的特點(diǎn)，我們將有針對(duì)性地進(jìn)行專(zhuān)項(xiàng)的技術(shù)講座和培訓(xùn)，擬采取聘請(qǐng)集團(tuán)公司、公司、高等院校、業(yè)主、及同行標(biāo)段的技術(shù)專(zhuān)家和前輩們給我部施工人員進(jìn)行集中授課講解，吸取外協(xié)隊(duì)伍、臨近標(biāo)段好的施工經(jīng)驗(yàn)，取長(zhǎng)補(bǔ)短，優(yōu)化施工工藝、方案。在濕陷性黃土百米超長(zhǎng)挖孔樁施工中，我們將現(xiàn)場(chǎng)取樣試驗(yàn)與理論分析模擬相結(jié)合，在施工不同層段的黃土層時(shí)分別提取原狀土進(jìn)行各項(xiàng)指標(biāo)分析，再將分析結(jié)果交由協(xié)作分析的有關(guān)單位或院校進(jìn)行分析研究，進(jìn)行理論論證，并針對(duì)陜北濕陷性黃土特征，我們改進(jìn)了施工工藝、設(shè)備及防范措施，成功地解決了百米深樁人工挖孔施工的通信、照明、通風(fēng)、供氧、排水、巖層爆破、樁身垂直度控制、沉降、位移的監(jiān)控及針對(duì)不同土層的施工對(duì)策及各種應(yīng)急預(yù)案，最后形成一個(gè)合理的結(jié)論證明了這種地質(zhì)條件下，采用砼護(hù)壁進(jìn)行人工挖孔樁施工是完全可行的。在進(jìn)行大體積砼施工前，我們對(duì)高標(biāo)號(hào)砼的防裂及溫升進(jìn)行了模擬試驗(yàn)，得出以下結(jié)論：(1)砼表面無(wú)龜裂，屬正常；(2)砼在入模后24h后達(dá)到溫度峰值，實(shí)測(cè)Tmax=45.1℃。我們對(duì)大體積承臺(tái)砼及0#塊段梁體砼的降溫從混凝土水化熱，配合比、原材料、緩凝時(shí)間，以及澆注工藝、養(yǎng)護(hù)、溫度控制方面采取了有效措施。我們采取了對(duì)大體積砼用原材料的選用、砼配合比的設(shè)計(jì)優(yōu)化、循環(huán)冷卻水管的設(shè)置等方案、措施，有效地控制了大體積砼的內(nèi)外溫差，在溫度差接近25℃時(shí)，采取了外部保溫措施，嚴(yán)格將溫差控制在25℃范圍內(nèi)，避免了表面溫度裂紋的出現(xiàn)。在百米高墩翻模施工中我們收集有關(guān)資料并借鑒以往高墩爬模和滑模的施工方案，取長(zhǎng)補(bǔ)短，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，迅速發(fā)展了百米高墩翻模施工的新工藝、新技術(shù)，形成了綜合配套的施工方法，把高墩翻模的施工作業(yè)平臺(tái)和模板分成兩個(gè)獨(dú)立的體系，克服了滑模施工要求的連續(xù)性、施工組織的復(fù)雜性及混凝土外表質(zhì)量差等的不足，解決了爬模形成施工平臺(tái)困難的問(wèn)題。百米高墩翻模施工(6m＋3m的循環(huán))更具有經(jīng)濟(jì)實(shí)用性、安全、高效性和新穎、先進(jìn)性。針對(duì)高空作業(yè)“以人為本、安全第一”的原則，我們?cè)鲈O(shè)了內(nèi)外作業(yè)平臺(tái)和安全通道。我們通過(guò)對(duì)高墩翻模施工的高墩高程、垂直度、線(xiàn)型的監(jiān)控測(cè)量，確保了高墩成型后的線(xiàn)型及外觀(guān)質(zhì)量。該橋墩高，且上部結(jié)構(gòu)迎風(fēng)面大，風(fēng)荷載對(duì)橋梁施工的影響不容忽視。墩身、梁體結(jié)構(gòu)在風(fēng)環(huán)境下的變形情況進(jìn)行跟蹤監(jiān)測(cè)，結(jié)合理論分析進(jìn)行校核，以確定最不利狀態(tài)發(fā)生的環(huán)境，并通過(guò)理論分析解決風(fēng)載影響的辦法。大跨度T構(gòu)連續(xù)剛構(gòu)梁懸臂施工中，我們通過(guò)對(duì)掛籃的優(yōu)化設(shè)計(jì)及加強(qiáng)施工監(jiān)控技術(shù)的研究及實(shí)施工作，通過(guò)對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行受力分析取得各節(jié)段施工預(yù)拱度的理論計(jì)算值，再結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際對(duì)外部環(huán)境的監(jiān)控量測(cè)和不同的懸灌梁體在不同時(shí)段的測(cè)量數(shù)據(jù)結(jié)果，使其理論擬合預(yù)測(cè)逐步接近實(shí)際施工情況，以達(dá)到通過(guò)前期監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)結(jié)合理論分析來(lái)正確指導(dǎo)下一步施工的目的。該橋部分梁段處于曲線(xiàn)、緩和曲線(xiàn)段，箱梁結(jié)構(gòu)尺寸隨里程推進(jìn)存在異型變形，同時(shí)軸線(xiàn)在隨之調(diào)整方向，標(biāo)高在不斷變化，通過(guò)對(duì)掛籃結(jié)構(gòu)、外部環(huán)境影響、理論計(jì)算、分析并結(jié)合監(jiān)控量測(cè)修正的數(shù)據(jù)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，確保梁體線(xiàn)形和合攏精度達(dá)到設(shè)計(jì)要求。四、取得的研究成果4.1施工技術(shù)成果本次科研課題研究完成了合同中規(guī)定的各項(xiàng)內(nèi)容，取得了如下施工技術(shù)成果：1、證實(shí)了在陜北濕陷性黃土地質(zhì)條件下進(jìn)行百米超長(zhǎng)人工挖孔樁施工的可行性及國(guó)內(nèi)首創(chuàng)性，并總結(jié)出了一套完整成熟的《陜北濕陷性黃土地區(qū)百米超長(zhǎng)人工挖孔樁施工技術(shù)》及《陜北濕陷性黃土地區(qū)百米超長(zhǎng)人工挖孔樁施工工法》。2、成功地取得了《大體積砼(大體積承臺(tái)砼及0#塊段梁體砼)的冷卻管設(shè)計(jì)與施工技術(shù)》。3、《高墩、大跨連續(xù)剛構(gòu)橋梁百米高墩(105m)翻模施工技術(shù)》：該技術(shù)吸取了以往高墩爬模和滑模施工的優(yōu)缺點(diǎn)，采取了百米高墩翻模施工工藝(6m＋3m的循環(huán))，其更具有經(jīng)濟(jì)實(shí)用性、安全高效性和新穎先進(jìn)性?！栋倜赘叨辗Ｊ┕すしā窐s獲我集團(tuán)公司企業(yè)級(jí)優(yōu)秀工法。QC成果《某特大橋薄壁高墩模板安裝質(zhì)量控制》榮獲安徽省2005年優(yōu)秀QC成果獎(jiǎng)。4、成功應(yīng)用并積累了《高墩、大跨連續(xù)剛構(gòu)橋梁鋼筋鐓粗直螺紋連接施工新技術(shù)》及《高墩、大跨連續(xù)剛構(gòu)橋梁真空壓漿施工新技術(shù)》。5、自行研發(fā)了“輕型自錨式三角形掛籃”，是在通過(guò)對(duì)以往三角形掛籃的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上進(jìn)行的優(yōu)化和改進(jìn)，并結(jié)合施工實(shí)踐，其更加簡(jiǎn)易、輕便、安全、靈活、經(jīng)濟(jì)、適用，在我集團(tuán)公司內(nèi)部具有領(lǐng)先的先進(jìn)水平。成功地取得了《某特大橋T構(gòu)連續(xù)梁掛籃設(shè)計(jì)與施工技術(shù)》和《輕型自錨式三角形掛籃施工工法》。6、《高墩、大跨連續(xù)剛構(gòu)橋梁梁部施工技術(shù)》：使高墩、大跨預(yù)應(yīng)力砼曲線(xiàn)連續(xù)剛構(gòu)橋的懸臂施工工藝更加趨于完善和成熟。嚴(yán)格進(jìn)行施工監(jiān)控：通過(guò)建立撓度預(yù)測(cè)模型與引入計(jì)算調(diào)整系數(shù)，保證了成橋的線(xiàn)型與高精度合攏。4.2社會(huì)、經(jīng)濟(jì)效益1、濕陷性黃土百米超長(zhǎng)挖孔施工工藝的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)效益：(1)適用于土層直立性好、無(wú)水或少水的地質(zhì)條件；(2)可以減少鉆機(jī)等大型機(jī)械投入；(3)取消了護(hù)壁泥漿，無(wú)泥漿排放和泥漿對(duì)環(huán)境的污染問(wèn)題；(4)比較適用于相對(duì)復(fù)雜地形的樁基施工。(5)對(duì)超長(zhǎng)樁基的單位樁長(zhǎng)的經(jīng)濟(jì)消耗指標(biāo)要小于其它施工方法，比機(jī)械成孔節(jié)省工程成本約300多萬(wàn)元。2、薄壁空心高墩大跨度曲線(xiàn)連續(xù)剛構(gòu)施工工藝的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)效益：采用塔吊輔助提升的翻模方式，相對(duì)于常規(guī)的爬模和滑模而言，減少機(jī)械投入，操作更簡(jiǎn)單明了，受力更明確。在該橋的高墩翻模施工中，前期的工程進(jìn)度為13天一個(gè)循環(huán)，即每13天翻模施工9m(0.7m/天)，通過(guò)對(duì)施工工藝的不斷優(yōu)化，使墩身翻模施工由最初的13天/循環(huán)→10天/循環(huán)→