大跨径钢构桥梁施工技术及质量控制要点探析

　　改革开放以来，我国公路建设事业迅猛发展，作为公路建设重要组成部分的桥梁建设也得到相应发展。同时，随着科学技术水平的提高，桥梁跨度不断增大，结构形式越来越复杂，施工工艺也越来越先进，连续刚构桥作为梁墩固结的组合体系桥梁结构，利用高墩的柔度来适应结构由预加力、混凝土收缩、徐变和温度变化等因素引起的纵向位移，使结构内力减小，结构的安全度增加，大跨度预应力混凝土连续刚构桥目前已成为主要采用的桥梁结构体系之一。然而，桥梁的形成须经历漫长的施工及复杂的体系转换的过程，对大跨桥梁实施施工过程控制，是确保施工质量和安全的重要环节，有着重要的现实意义。
　　一、 承台施工技术及其质量控制
　　1、承台模板制作、安装
　　承台模板采用大面定型钢模，一次立设。模板结构：钢模每层高度2.5m；竖肋采用[lo，间距30cm。模板在场内加工，模板采用螺栓拼装，板面平整度和拼缝错台应满足规范要求，模板拼缝豁贴双面胶带止浆。模板在厂内试拼经验收合格后，运至施工现场拼装。然后，采用拉条对拉，并在模板与锁口钢管桩围堰之间设置型钢支撑，保证模板的整体稳定。
　　2、钢筋施工
　　在桩头凿除、清渣完毕后，测放出承台边线，绑扎钢筋。承台钢筋除顶面水平钢筋外均一次性绑扎到位。承台钢筋在场内加工，运至现场安装，钢筋制作与安装严格按照设计与施工规范要求施工。主筋连接采用滚轧直螺纹接头连接，连接要求严格按照《钢筋等强度滚轧直螺纹连接技术规程》(DBJ/CToos一2002)执行;其余钢筋连接采用焊接或搭接。
　　3、 混凝土的浇筑
　　拌制混凝土配料时，各种衡器应保持准确，对骨料的含水量应经常进行检测，以调整骨料含水量和用水量。各种配料允许偏差为：水泥±1%、粗细骨料±2%、水和外加剂±1%，混凝土拌合物应拌和均匀，颜色一致，不得有离析和泌水现象。现场采用分层浇筑，其分层厚度100cm左右，沿中间向两边逐渐推进，同时考虑每层混凝土（360方）方量较大，每一层浇筑到一定的长度（20m）后，上层开始浇筑。振捣棒均匀插拔，插入下层砼50cm左右，每点振动时间10~25s，以砼泛浆不再溢出气泡为准，不可过振。浇筑期间，设专人检查支架、模板、钢筋和预埋件的稳固情况，当发现有松动、变形、移位时，应及时处理。同时，由于先期混凝土的约束，随即产生压应力，在混凝土硬化后期冷却收缩时，将产生拉应力，且拉应力将大于升温膨胀产生的压应力。当拉应力超过混凝土的极限拉应力时，就会在其表面产生裂缝，并可能发展成为贯穿裂缝。因此，在浇筑完毕后，对砼裸露表面及时修正，抹平，表面密水及时吸掉，待收浆后再抹第二遍。覆盖洒水养生。当完成浇筑，立即开始开通循环水进行降温，通水冷却时间15d，测温管需有露出承台表面一定的安全长度,以提高混凝土早期或相应龄期的抗拉强度和弹性模量。
　　二、墩柱施工技术及其质量控制
　　1、支架搭设与验算
　　墩柱脚手架主要起操作架及垂直运输作用，为了保证现浇的梁题不产生大的变形，除了要求支架本身具有足够的强度、刚度以及具有足够的纵、横、斜三个方向的连接杆来保证支架的整体性能外，支架的基础必须坚实可靠，以保证其沉陷值不超过施工规范的规定。搭设方法是在清平夯实基土，隔绕墩柱搭设碗扣件支架。
　　2、墩柱的起吊和安装
　　墩柱的起吊可以采用吊索方案。吊点设在墩柱内部，在墩顶进人孔两侧开设两条U形槽口，并在人孔底部槽口两侧预埋不锈钢板，吊具上的钢索通过人孔进入槽口，并将钢索下部锚具受力在不锈钢板上，钢索上部锚具受力在吊具上，随后将立柱吊起，吊装结束后再将钢索从人孔中取出。预制节段安装前利用GPS静态方式在承台顶面测放出墩身的设计十字线，根据承台顶面的设计十字线安放支承墩身节段的支承短柱，支承短柱通过承台上的预留孔与承台相连接，墩身节段安装完成后临时焊接连接钢筋固定，浇筑墩座混凝土，使之与墩座固结。预制混凝土支承短柱分三段预制，预制时预留孔洞，墩身安装前，先将短柱安装于承台上，且在孔洞内安装钢筋，调整好其平面位置和高程后，压浆固定。墩身节段吊装定位后，临时焊接连接钢筋固定，然后吊装墩座钢筋和模板，浇筑墩身混凝土。
　　3、墩柱施工
　　第一节墩柱施工前的测量放样同墩座施工，分别将单幅墩柱的纵、横轴线、墩柱轮廓线、模板检查线(包括内腔模板检查线)放出。根据测量放样，首先安装墩内腔的内模。内模安装完毕，根据测量放样调校墩柱预埋筋，使预埋筋垂直，并且满足保护层厚度要求。在内模顶置放并固定定位架，用以定位接长的墩身预埋筋，定位架设置。墩柱钢筋一次接长长度和外模的一次翻模高度相同，钢筋绑扎按先内层后外层、先边角部位后直线部位、先竖向筋后水平筋的总体原则进行。在钢筋绑扎过程中，必须考虑钢筋单根和整体的稳定性，要求单根竖向钢筋接长后立刻与定位架固定，墩柱四角竖向主筋固定后可先绑扎部分水平筋，确保钢筋骨架的整体稳定性。钢筋绑扎完毕，安装保护层垫块。
　　墩柱混凝土施工工艺同墩座施工，在墩柱施工过程中还必须注意模板安装施工的质量控制。主桥墩墩身及0#块梁段均统一采用新加工的定型钢模板，钢模板设计按照墩身构造进行分块编号制作。模板面板为5mm厚钢板，肋板采用0.6×8cm钢板，法兰板采用8号等边角钢，竖向加劲肋为10号槽钢。水平向加劲肋为16号角钢。
　　三、索塔施工技术及其质量控制
　　大跨度钢构桥梁索塔主要为钢结构塔柱。索塔施工主要包括塔柱施工(钢筋、模板、劲性骨架、混凝土)、横梁施工(钢筋、模板、混凝土、预应力)以及附属设施施工。
　　1、 塔座施工
　　塔座是承台与塔柱承上启下的重要结构。施工立模时，结构的水平高程、平面位置及倾斜角等都必须放线定位准确，尤其是塔柱主筋插筋及劲性骨架预埋件的准确与否更是施工关键。根据施工实践经验，塔座的浇筑应尽可能在承台浇筑后立即进行，一般塔座混凝土浇筑量小，标号较高，混凝土收缩较大，受承台的约束影响，塔座容易产生收缩裂缝。一般塔座浇筑时间应在承台结束后5d内完成。
　　2、横梁的施工
　　横梁的施工顺序一般有柱梁同步施工和异步施工两种方法，横梁一般采用钢管落地支架法进行施工。横梁施工根据横梁尺寸，一般分层、分块浇筑，预应力一次张拉完成。横梁高度较低，一般高度低于5m时可一次浇筑，一次张拉。
　　3、塔柱施工
　　塔柱施工一般采用支架法、滑模法、爬模法等。1、支架法。支架法是从地面或墩顶设置布满支架及模板，然后现浇塔柱混凝土。2、滑模法。滑模法施工时将工作平台与模板组拼成可沿塔柱向上滑移的整体装置，利用已浇筑混凝土中预埋的钢材安装滑升装置，使模板与工作平台可以逐渐向上滑动。3、提升翻模法。提升翻模法是将模板分为上、下两节，下节模板和已浇第一节筑混凝土用拉杆或其他预埋铁件固定，作为上节模板的支撑。工作平台安装附着在模板上，待上节模板安装、第二节混凝土浇筑完毕，待第一节混凝土达到一定强度后，拆除其模板，利用吊机或其起吊设备向上提升至第三节混凝土位置，支撑于第二节混凝土模板上。
　　4、绑扎墩柱钢筋
　　内模安装完毕，根据测量放样调校墩柱预埋筋，使预埋筋垂直，并且满足保护层厚度要求。在内模顶置放并固定定位架，用以定位接长的墩身预埋筋，定位架设置。墩柱钢筋一次接长长度和外模的一次翻模高度相同，钢筋绑扎按先内层后外层、先边角部位后直线部位、先竖向筋后水平筋的总体原则进行。在钢筋绑扎过程中，必须考虑钢筋单根和整体的稳定性，要求单根竖向钢筋接长后立刻与定位架固定，墩柱四角竖向主筋固定后可先绑扎部分水平筋，确保钢筋骨架的整体稳定性。钢筋绑扎完毕，安装保护层垫块。
5、安装墩柱外模
　　钢筋绑扎完毕，拆除钢筋定位架，利用塔吊安装墩柱外模。墩柱外模的第一段立模极为关键，他将直接影响后来模板的安装，因此必须确保模板的平面位置、顶口标高、节点联系等符合模板安装要求。分块模板间的联系必须牢固且不漏浆并具有良好的整体稳定性。
　　6、斜塔柱的抗倾控制措施
　　倾斜塔柱在大悬臂状态下，自重和施工荷载等会造成塔柱底部混凝土出现较大拉应力而出现开裂。因此在施工过程中须设置一定的水平支撑或约束来减小上述影响，来保证倾斜塔柱的受力、变形和稳定性。横向内倾塔柱国内外普遍运用的方法是逐段设置主动支撑，成塔后拆除所有主动支撑。横向塔身外倾时,应考虑每隔一定的高度设置受拉杆件,或在塔柱外侧设置受压支架来保证斜塔柱的受力、变形和稳定性。
　　四、 主梁施工技术及其质量控制
　　桥梁结构设计时,参数的选取、施工状况的确定和结构分析模型等诸多因素的影响,以及混凝土材料的非均匀性和不稳定性,大跨度预应力混凝土连续梁、T型刚构、连续刚构等梁桥施工过程中结构的实际状态与设计状态很难完全吻合。因此在桥梁施工过程中,必须对施工预拱度、主梁梁体内的应力等进行严格的施工控制。
　　1、主梁线形测量
　　（1）、墩顶测量和基准点的设立
　　利用大桥两岸大地控制网点，使用后方交汇法,用全站仪测出墩顶测点的三维坐标,将墩顶标高值作为主梁高程的水准基点。每一墩顶布置一个水平基准点和一个轴线基准点,做好明显的红色标识，每月至少进行一次联测。
　　（2）、主梁挠度、轴线和主梁顶面高程的测量
　　在每一节段悬臂端梁顶设立2～4个标高观测点和一个轴线点。测点用短钢筋或钢板预埋,并用红色油漆标明编号。标高用水准仪进行测量,根据各节段施工次序,每一节段按三种工况(即浇筑混凝土后、张拉后和挂篮前移后)对主梁挠度进行平行独立测量,相互校核。轴线使用全站仪和钢尺等进行测量，采用测小角法或视准法直接测量其前端偏位。视准时，将轴线后视点引至过渡墩，用远点控制近距离点。在主梁顶面混凝土高程测量过程中，同一截面测2～4点,根据其横坡取其平均值，这样可得到主梁顶面的高程值。同时，在不同工况下，由观察得到的主梁挠度(反拱)变化值，与给定立模标高(含预拱度)立模的高程值，也可得到主梁顶面的高程值，两者比较后,可检验施工质量。
　　（3）、主梁立模标高的测量
　　用精密水准仪测量立模标高,立模标高的测量应避开温差较大的时段。施工单位立模到位，测量完毕后,监理单位对施工各节段的立模标高进行复测,监控单位不定期进行抽测。
　　（4）、同跨两边对称截面相对高差的直接测量和多跨线形的通测
　　当两边施工节段相同时,对称截面的相对高差可直接进行测量和分析比较。当施工节段不同时,对称节段的相对高差不满足可比性,此时,可选择较慢的一边最末端截面和较快的一边已施工的对应截面作为相对高差的测量对象。在测量过程中,同一对称截面可测多点,根据其横坡取其平均值,可得到对称截面的对应点的相对高差。除保证各跨线形在控制范围内外,主梁全程线形应定期或不定期进行通测,确保全桥线形的协调性。
　　2、 施工挠度控制
　　大跨径连续梁式桥多采用节段施工方案，各节段的施工状态对成桥结构有着很大的影响。因此确定各节段的合理施工状态是很重要的。就成桥线形而言，由于不合理的节段立模标高设置，可能导致合拢时两悬臂端高差过大，强行以大差别的不对称压重合拢将导致大桥产生开裂；或成桥预抬值过小，导致日后大桥下沉过大，影响行车安全；或线形起伏过大，影响行车舒适等。因此线形控制工作是十分重要的。主要控制措施有：
　　(1)、布点时间
　　在主梁钢筋布置基本就绪、混凝土浇筑之前，在控制断面预埋传感元件，并做好相应的防护工作。对于预应力混凝土梁桥,主要是测试和控制桥梁结构纵向应力。因此,布点时,传感元件沿纵向(桥的里程或桩号方向)布置,用铁丝捆扎在主梁纵向钢筋的上(下)缘。
　　(2)、传感元件测试原理及其应变测量
　　混凝土应力测试传感元件类型较多,目前通常使用钢弦应变计,其测试效果较好。钢弦传感器应变与频率间的关系通常是以标定表和折线图的形式给出的,用二次曲线或三次曲线进行最小二乘拟合,便能得到较好数学表达式。
　　（3）、线形控制
　　一是梁体标高控制。挠度观测资料是控制成桥线形的最主要依据，测量时可在每个施工快件上布置5个对称的高程观测点。在施工过程中，对每一截面张拉前、张拉后、挂蓝移动后的标高观测，以便观测各点的挠度及箱梁曲线的变化历程，保证箱梁悬臂端的合拢精度及桥面线形。二是中线控制。利用导线控制点测放出桥梁某段中心作为顶板中心控制点，箱梁底板根部引设临时中线控制点，并预埋钢板固定。通过横隔板的进入孔可通视底部临时控制点，以便对中线进行控制。
　　五、悬浇箱梁施工技术及其质量控制
　　悬臂施工法用于建造预应力混凝上桥，是1950年由前联邦德国首创。悬臂施工法利用己建成的桥墩沿桥跨径方向逐段地悬出接长对称施工，其技术原理是由两个相邻的桥墩同时向两侧分段进行，水平推进，直到跨中合拢,各梁段用预应力紧密连成整体。其施工方法是在墩顶段的0号块、1号块采用墩旁托架施工，然后在0号、1号块两侧拼装移动式挂篮，并固定好，接着在挂篮悬吊着的模板上布置普通钢筋与预应力钢筋，浇注混凝土，当混凝土强度达到设计规定的强度后施加预应力，并在管道内压浆,再将挂篮移到下一节段。这样不断重复同一作业，直至合龙。采用悬臂施工的必要条件是：施工中墩与梁固结，施工过程中桥墩需承受不对称弯矩。
　　1、悬浇梁段施工工艺流程
　　挂篮就位→底模、翼板、肋板外侧模安装及排架支撑、作业平台搭设→轴线、标高放样和复核→底板钢筋施工、纵向波纹管套接→肋板钢筋施工→纵、竖向预应力筋安装→中间验收→肋板内芯模、顶板底模排架支撑→顶板钢筋施工→纵向预应力筋(波纹管)安装→承轨台插筋及接触网立柱预件→模板内冲水清理→验收→混凝土浇捣、养护→(侧、端头模)拆模→达到85%强度后张拉纵向预应力筋、灌浆→底板落模→挂篮移位→下一节段施工。其关键施工技术如下：
（1）、托架
　　 首先，采用万能杆件拼制托架，根据挂篮施工的需要和现浇段的长度确定托架的长度。然后，结合桥梁墩身高度、承台形式和地形条件，分别利用墩身、承台或地面设立支承托架。为便于箱梁腹板外侧模板的设立，横桥向的宽度一般比箱梁底宽出1.5-2.0m。同时，保持托架顶面与箱梁底面在桥纵向线形伤的一致。最后，用千斤顶法、水箱法对托架进行预压，消除托架在浇注梁段混凝土产生的变形。
　　（2）、挂篮
　　挂篮是一个能自动行走的空中活动脚手架，悬挂在已张拉的箱梁节段上，现浇段的模板安装、钢筋绑扎、管道安装、预应力张拉、压浆等工作均在挂篮上进行。施工时托架上施工几个梁段达到挂篮起步长度后，拼装对接挂篮，待其到一定长度之后，再分开对接挂篮，形成两个独立的挂篮，并向跨中逐段推进，新浇梁段达到设计强度后张拉预应力束与前一梁段连成一体，完成一个梁段后，挂篮可前移一个梁段，循环悬臂浇完所有梁段。同时，挂篮的稳定性对于连续梁浇筑施工十分重要。工程施工中应抓住以下施工关键技术，确保了工程质量。 1、检查挂篮上千斤顶等设备的状况，如完好无损时，放松吊带，先松后吊带,再松前吊带。前后吊带放松时注意均衡同步。 2、挂篮后锚固解除时,两根主桁架后锚注意同步均衡进行。
　　（3）、悬臂浇筑施工
　　施工前先对梁体进行施工设计分段，然后按照设计节段长度在桥墩两侧以挂篮机具对称施工，通常在墩顶设置0号块。挂篮悬臂施工时需首先在已建桥墩顶部现浇0号块，张拉预应力筋后在其上安装两个悬臂端挂篮。安装完毕即可以挂篮为施工机具对称浇筑下一施工段。这两个节段通过张拉预应力筋和0号块连成整体。然后进行下一节段施工，直至悬臂完成。施工中应注意控制如下几点：1、箱梁各阶段混凝土在灌注前，必须严格检查挂篮中线,挂篮底模标高；纵、横、竖三向预应力束管道；钢筋、锚头、人行道及其它预埋件的位置，认真核对无误后方可灌注混凝土。箱梁各阶段立模标高一设计标高+预拱度+挂篮满载后自身变形。后灌注的梁段应在已施工梁段有关实测结果的基础上作适当调整,已逐渐消除误差，保证结构线性匀顺。 2、若能全断面一次灌注最好,否则应按以下顺序灌注：二次灌注:第一次由底板至腹板下承托;第二次为剩余部分。三次灌注:第一次由底板至腹板下承托;第二次是腹板下承托至腹板上承托预应力管道密集处以上,第三次由腹板上承托至顶板。3、混凝土的灌注宜先从挂篮前端开始,以使挂篮的微小变形大部分实现,从而避免新、旧混凝土间产生裂缝。 4、各阶段预应力束管道在灌混凝土前,宜在波纹管内插入硬塑管作衬填,以防管道被压扁;管道的定位钢筋应用短钢筋做成井字形,并与箱梁钢筋网固定,定位钢筋网架间距应保持在0.2~0.8m左右。5、箱梁混凝土灌注完毕后,立即用通孔器检查管道,处理因万一漏浆等情况出现的堵管现象。
　　（4）、合拢段施工
　　 合拢段施工是悬浇施工中的关键，施工时在合拢段内设置刚性支撑定位，有控制合拢段的位置。同时，当悬臂到达一定长度时，结构恒载和施工荷载将产生较大的挠度，合拢时则需详细调整这些挠曲变形。主要分为以下几个过程施工：
　　·边跨合龙段施工
　　两边跨合龙段均采用挂篮悬臂现浇施工,待节段对称施工完毕后，挂篮向前推进，将主纵梁搁到边跨现浇段上，调节合龙段两侧箱梁标高，使之差值满足规范要求。边跨合龙段按设计要求进行钢筋、模板、混凝土施工，在边跨合龙段混凝土强度达到设计要求后，按设计要求进行预应力张拉施工。
　　·中跨合龙段施工
　　在中跨合龙段施工以前，先释放梁墩固结后拆除临时支座，将梁体由双悬臂结构转化为单悬臂结构。解除临时固结时先同步、对称的释放梁墩固结的预应力,后凿除临时支墩,实现逐步释放临时固结。拆除临时支座应做到“对称、均匀、同步”要求,先卸下设置在临时支座四周的漏沙螺栓,使干砂漏出,使梁体落入永久支座,再用气割对称割除槽钢。
　　（5）、悬臂拼装施工
　　可根据施工现场条件和设备情况采用不同的拼装施工方案。对靠近岸边的梁段，当桥面不高且在陆地或便桥上可施工时，常采用自行式吊车、龙门架拼装；对位于河中或通航孔的梁段，可采用水上浮吊拼装。
　　·预制梁段
　　悬臂箱梁块件通常采用长线浇筑或短线浇筑的预制方法。长线预制是在工厂或施工现场按梁底曲线制作固定台座,在台座上安装底模进行节段预制工作。底座可用多种方法制作:利用地形筑土胎,夯铺密实后其上做混凝土底模;石料丰富地区可石砌成梁底形状;地质条件差时打短桩基础后搭设排架形成梁底曲线。短线预制利用可调整外模和内模的台车和端模架来完成,其设备可周转使用,主要用于工厂节段预制。
　　·节段间的接头方式
　　接缝可采用三种方式：1、湿接缝：宽0.1-0.2m，因第一节段的施工精度直接影响到以后各节段的相对位置,所以它常在0号块与1号块之间使用；2、胶接缝：用环氧树脂加水泥在节段接缝面上涂一薄层，它在施工中起润滑作用，使接缝面密贴，完工后可提高结构的抗剪能力、整体刚度和不透水性，常在中间节段接缝使用； 3、干接缝：即接缝间无任何填充材料，以往很少采用，主要担心接缝不密贴而导致钢筋锈蚀，但是使用干接缝给施工带来很多方便。
　　·悬臂施工时预拱度的设置
　　为了克服桥梁悬臂施工引起的结构的短期弹性挠度和长期徐变挠度,保证桥梁在同一跨内合拢时两悬臂端的标高相差不大,对于悬臂施工的两端应保持平衡并预设上拱度。一般设置预拱度的曲线和数值,是将施工开始到完工后三年左右时间每一节点的弹性和徐变总挠度曲线及数值反向设置,即为主桥的理论上拱度曲线。考虑到各个桥梁工地的温度和湿度环境及桥梁施工方法及时间进度安排的不同,各系数取值不同,并与工地实际情况不完全相符,还必须依据各个桥梁施工中的实测值对系数项进行修正,并结合施工实际酌情调整和控制。理论和实践的结合,是设置预拱度抵消挠度的有效方法。
　　六、总结
　　综上所述，对大跨度钢构桥梁施工质量的控制，施工技术就成为关健。桥梁技术人员应抓住中国大规模高速铁路建设的有利条件，通过创新的设计、应用高技术的材料和新的施工工艺，将这些施工工艺在工程上的应用进行总结、研究、探索,摸索出经验,克服其他桥梁施工方法的缺陷,以求延伸、扩展到河口、海洋等深水涌浪中修建工程结构物提供一些经验，建造出一大批具有世界领先水平的大跨度桥，从而达到最大的使用效果和经济效益，保证结构物的成功率和安全性。