预应力大跨度异形刚构桥施工技术

预应力大跨度异形刚构桥施工技术

任杰强1陈可佳2刘让平1

1.梅溪湖投资（长沙）有限公司长沙410205；2.长沙市城市建设投资开发集团有限公司长沙410011

摘要：本文结合长沙梅溪湖国际文化艺术中心龙王港河步行桥施工实例，针对预应力大体积矩形桥墩及大跨度异形钢箱梁结构工程的特点和难点，介绍一系列关键技术，供今后类似工程参考。

关键词：大体积混凝土；大跨度；预应力；钢箱梁；异形刚构桥

1工程概况

长沙梅溪湖国际文化艺术中心位于长沙市岳麓区梅溪湖畔，总占地面积10万平方米，总建筑面积12万平方米，包括大剧院、艺术馆、小剧院、步行桥四大主体，其步行桥位于艺术中心东北角，总体方案由世界著名建筑事务所NEXT进行设计，极具艺术化的造型和大跨度设计给施工带来极大的难度。

本工程步行桥为异形刚构桥，下部为大体积混凝土桥墩，上部为大跨度钢箱梁，钢结构总重约2500吨。桥梁理论中心线长度84.68m，主梁净跨66.0m，主梁采用变截面变高度钢箱梁结构，为完成整体建筑造型需求，于跨中位置及北侧处局部开孔；主梁最宽处约84.0m，最窄处约59.14m。总体立面布置如图1。

图1步行桥立面布置图

2关键施工技术

2.1大体积混凝土施工技术

桥台基础采用钻孔灌注桩，桥台为钢筋砼结构，南北侧台身为分离式台身，下部为承台，上部为桥台。南侧台身总长103m，宽8m，北侧台身长约71.8m，宽8m。南北桥台体积分别为4944m³及3336m³，南北承台体积分别为3900m³及2643m³，均为大体积混凝土。

2.1.1内置冷却管措施

本工程采用低水化热和凝结时间较长的42.5普通硅酸盐水泥。本工程通过安装冷却管，在温度的监控下，对砼采取内部降温、外部保温的方式控制里表温差。冷却管采用Φ50的输水钢管，采用丝扣连接缠绕止水带，水平布置在混凝土不同层面内，层间距为1m，三道冷却管作为一个循环系统，在第一道冷却管设置一个进水口，在第三道冷却管设置一个出水口。冷却管安装件图2。

图2桥台冷却管预埋

在桥台内适当位置布置温度测量装置，桥台平面纵横对称轴上监测点位不宜少于4个，沿混凝土浇筑方向，桥台外面、底面、中间设置温度测量点。混凝土浇筑体的里表温差控制不大于25℃，降温速率不大于2℃，浇筑体表面与大气温差不大于20℃。每昼夜测试不少于4次测量。通过降温措施效果明显，7天内将内部平均温度45℃左右降至平均25℃左右。

2.1.2分层浇筑混凝土

混凝土浇筑厚度根据所用振捣器作用深度及混凝土的和易性确定，本工程分层浇筑厚度为30cm。在前层混凝土初凝之前将次层混凝土浇筑完毕，南北两侧均从两头往中间进行分层浇筑。桥台上部预留一定数量的浇注孔，浇筑按4m的间距进行布设，砼浇筑时，泵车布料杆端橡胶管通过浇注孔深入桥台内，确保混凝土的倾落高度不大于2m。保湿养护持续时间不少于14天，保温覆盖层的拆除分层逐步进行，当混凝土的表面温度与环境最大温差小于20℃时，再全部拆除覆盖层。

2.2大跨度钢箱梁施工技术

2.2.1钢箱梁分段吊装

将桥体主箱梁及锚固段进行合理分段划分，所有分段在厂内整体制作然后运输至现场；在龙王港河南北两侧布置300吨大型履带吊。本工程锚固段共划分为24个分段，主箱梁共划分为106个分段，分段后每块重量不大于35t。

根据结构特点及构件分段划分，所有分段均通过全站仪进行三维定位。本工程所有构件均为箱体结构，定位时选择结构中心点和边缘中点作为主要定位点，对于外形规则的分段选取“中心点+四边中点”作为测量定位点，为了便于测量四边中点分别选取外沿内偏100mm处的中点作为测量定位点；对于外形不规则的分段选取“边缘中点或等分点”作为测量定位点。钢箱梁分段如图3。

图3钢箱梁分段示意图

2.2.2钢管桩辅助安装

根据分段位置在河道内适当位置打两排钢管桩，在钢管桩上端布置水平H型钢梁作为桥箱梁安装支架；总体安装方向为纵向由南北两侧向中间同时安装，以跨中分段作为合拢段，横向由中间向东西两侧安装。

临时支撑钢管桩采用Φ400*10螺旋焊接钢管，分别位于龙王港河南北侧共31个桩位，其中南侧17个，北侧14个。根据地勘资料，钢管桩长度约为19m，选用DF50型筒式打桩锤。钢管桩采用吊车配合打桩锤将钢管桩定位、用柴油打桩锤施工的方法，将钢管桩打入河床地层中。钢管桩打入深度主要以贯入度和入土深度控制，以达到设计承载力的要求。打桩前检查钢管桩的垂直度，采用打桩锤锤击定位，在过程中控制锤击力，由静-弱-中-强慢慢转换，最大下沉速度1m/min；同时控制垂直度垂直偏差为0.5%内。钢管桩施工见图4。

图4钢管桩施工

2.2.3预应力施工

本桥梁钢箱梁材质为Q390C，主梁截面中心梁高1.442m～3.002m，顶板与底板等宽布置，桥跨中部开变宽异型孔。两侧桥台分别设主梁锚固段，钢梁沿桥梁理论中心线进入混凝土桥台的长度为8.87m，在桥台后端采用预应力钢绞线锚固。钢绞线在距横梁腹板0.25m处两侧对称布置，采用Φ76×3和Φ89×4.5钢管成孔。南桥台共112根预应力预埋钢管，北桥台62根预应力预埋钢管。根据总体结构特点，南北两侧混凝桥台需进行二次浇筑成形，先进行锚固段下侧混凝土浇筑，待锚固段钢结构安装完成后，进行台身二次浇筑。

预应力束采用夹片锚锚固体系，预埋型材钢管成孔。施工所用预应力锚具为邱姆机械成套产品，固定端为P型锚具，张拉端为QMV型锚具。在混凝土强度及弹性模量达到强度的90%以上，且养护龄期不少于6天后张拉预应力束。本工程采用上端单侧张拉，所有预应力束张拉均按伸长量与张拉力双控，以张拉力为主，以张拉伸长量作为校核，实测伸长量与设计伸长量误差控制在6%以内。张拉完成后进行管道灌浆，压浆嘴和排气孔的位置在预应力孔附件设置，从最低压浆孔压入，直至顶部出孔冒浆为止。

2.2.4对称安装减少应力变形

由于结构受温度影响会产生热胀冷缩效应，如果在温度较高时合拢，结构处于伸长状态，等温度下降后收缩使得结构内部存在较大的内应力而影响结构受力。合拢应选在年平均气温较低的温度下进行，结合本工程施工工期，最终在12月份合拢，满足要求。

本工程南北向跨中分段设为合拢段，共12个分段，将该分段南北两侧的横向焊缝均为合拢缝，合拢段全部吊装到位后先将相邻两合拢段间的纵缝焊接完成，具体方向为由中间向两端焊接，纵缝焊接完成后再焊接合拢段两北两侧的合拢缝，南北两侧同时采用偶数焊工由中间向两边焊接。考虑变形和构造要求，钢箱梁中间段起拱33cm，通过上述措施效果明显，钢箱梁卸载后中间段累计沉降约为15cm左右，符合设计要求。合拢完成后进行南北桥台的混凝土浇筑。钢箱梁安装过程见图5-6。

图6结构施工完成

3结束语

综上所述，本文结合长沙梅溪湖国际文化艺术中心龙王港河步行桥施工实例，通过内置冷却管、分层浇筑、钢箱梁分段吊装、钢管桩辅助安装、预应力、对称安装焊接等一系列关键技术，解决了预应力大体积混凝土及大跨度异形钢箱梁施工难题，确保了本工程的进度和质量，也为结构验收的顺利通过奠定了基础。

参考文献：

[1]中华人民共和国建设部.GB50661-2011钢结构焊接规范.北京：2012

[2]人民交通.简明预应力混凝土桥梁施工手册.北京：2006

[3]齐新.大跨度连续钢箱梁桥设计与施工[J].桥梁建设，2007（5）

[4]刘富强.浅谈大体积混凝土施工技术.河北中冶润丰建设股份有限公司，2009

作者简介：任杰强（1983-），男，湖南长沙人，一级建造师、工程师，主要从事建筑工程研究。