兰州市小西湖黄河大桥施工技术(参加交流)

一、工程概况

兰州小西湖黄河大桥是兰州市城市交通中的重要工程之一，对兰州的经济发展和城市快速交通网的形成具有十分重要的意义。兰州市小西湖黄河大桥主桥为81.2+136+81.2m三跨预应力混凝土双塔单索面部分斜拉桥，桥长300m。

主桥采用塔梁固结、梁墩分设的结构形式。上部采用单箱三室、三向预应力体系；支点处梁高4.5m，跨中梁高2.6m，梁体下缘按二次抛物线变化，箱梁顶宽27.5m，箱梁底宽15.428m～16.948m；其中1#-4#梁段为无索区，5#-14#梁段为有索区；主塔高17.0m，采用钢筋混凝土实心矩形截面，顶部宽2.6m，下部宽3.0m，横桥向宽2.0m，桥塔布置于分隔带上；斜拉索采用钢铰线索，每根拉索由31根φ15.24mm镀锌钢铰线组成。

主桥下部采用钻孔桩基础，墩身采用上大下小的“花瓶形”实体墩。其中，2#、3#主墩基础均采用12根φ2.0m的钻孔桩，桩长37m，承台厚4.0m；1#、4#墩基础均采用8根φ1.5m的钻孔桩，桩长分别为25m和18m，承台厚3.0m。

本桥位于兰州市市区北侧，横跨黄河。桥位处黄河河槽宽约300m左右，两岸为人工浆砌堤岸，其水量、水位受上游刘家峡水库影响较大，黄河主流位于北岸，水面宽约50-100m，丰水季节或上游水库放水时，则河水淹没整个河床。通常，12月—翌年3月为枯水期；4-5月为平水期；6-10月为丰水期。由于春灌的需要，每年春季上游水库有一次放水，直接影响到主桥基础的施工。

本桥桩基穿过填筑土层、卵石层、飘石层，桩底坐落在泥岩和砂岩上；主桥1#、3#、4#墩位于河漫滩；2#墩位于主河槽内。

本桥于2002年1月12日开工，2003年6月18日主桥合拢，2003年12月28日建成通车。

二、关键技术问题

1、主桥2#墩位于黄河主河槽内，墩位处水流流速大、冲刷严重。由于开工日期较晚，再加春灌日期比以往提前20天，给2#墩基础施工造成很大困难，2#墩基础施工将制约全桥的施工工期，2#墩基础施工必须采取特殊的技术措施，确保按期完成。

2、2#、3#承台轮廓尺寸为18.95×13.7×4m，一个承台的混凝土方量为1038.5m3 , 采用一次浇注的施工方法。为确保承台大体积混凝土质量，必须采取可靠的技术措施，减少混凝土水化热对混凝土质量的影响。

3、小西湖黄河大桥在国内属首座Ⅷ度区部分斜拉桥，3#墩为固定墩，承担地震产生的纵向水平力，施工时应采取可靠的技术措施，确保3#墩墩身质量。

4、本桥箱梁断面为单箱三室，桥面宽27.5m，最长梁段4m，最重梁段290t，在国内悬灌施工中十分少见，施工中如何确保挂篮施工的安全性、缩短梁段的施工周期是梁部施工的关键。

5、按照工期的要求，全桥箱梁悬灌施工必须安排在冬季进行。兰州地区冬季干燥少雪多风，最冷月平均气温-6.4℃，极端最低气温-23.1℃，最大温差30.2℃，基本风压值W0=500Pa，历年最大风速17.0m /s，历年极大风速27.6 m /s，平均相对湿度54.9%，最大冻结深度1.20 m。在如此恶劣的自然条件下，冬季悬灌施工27.5m宽箱梁，在国内尚无先例。

6、本桥斜拉索在国内首次采用分丝管技术，分丝管的精确定位是斜拉索施工的关键。

7、本桥悬灌施工过程中，由于斜拉索多次安装，使结构受力和变形较普通悬灌施工更加复杂，为确保箱梁成桥后的线形符合设计要求，施工过程中的应力测试和线形控制,是本桥施工的关键。

三、施工方案及关键技术问题的研究解决

本桥施工前，项目部组织科研攻关组对本桥的施工方案以及关键技术问题进行科研攻关，制定了切实可行的施工方案，解决了施工中的关键技术问题。

（一）总体施工方案

主桥的钻孔桩采用冲击钻进行施工。主桥1#、3#、4#墩位于河漫滩，基础施工采用原位筑岛先施工桩基础，然后开挖施工承台。2#墩位于主河槽内，采用钢筋混凝土围堰的施工方案，先下沉围堰到设计位置后，再进行钻孔桩的施工，钻孔桩施工完成后，在围堰内进行承台的施工。

2#、3#T构的承台上设置8个临时支墩，支墩下端与承台固结，上端与0#梁段固结，使施工过程中T构形成稳定体系。边跨合拢后，拆除临时支墩，实现体系转换。

主桥0#梁段采用碗扣支架法现浇施工；1#-16#梁段采用挂篮悬灌施工；在2#梁段施工完成后，在梁顶搭设施工支架，进行索塔施工。5#梁段施工完成后，安装斜拉索。边跨直线段和边跨合拢段在支架上现浇施工，中跨合拢段采用挂篮底模架施工。

为保证2#墩以及上部施工的需要，在本桥的下游设有施工栈桥。在2#和3#墩旁下游侧各设一座塔吊，负责施工材料的垂直运输。本桥上下部均采用商品混凝土，混凝土由输送泵进行浇注。

（二）关键技术问题的研究解决

1、2#墩基础施工

2#墩位于主河槽内，水流流速快，冲刷严重，又受春灌提前放水水位上涨的影响，必须采用防水围堰、先堰后桩的施工方法，才能保证2#墩基础的施工。显然土袋围堰和钢板桩围堰不适合于本桥，钢套箱围堰造价昂贵，且自重轻、下沉困难；经方案比选，2#墩基础采用圆形薄壁钢筋混凝土围堰。围堰直径24m，壁厚0.8m，高10.5m，共分三节（4m+3m+3.5m）制作下沉，其中：刃脚高1.2m。围堰底标高1506.4m（比承台底低1.4m），围堰顶标高1516.9m,比十年一遇洪水位高0.2m（比施工季节最高水位高1.5m），可满足施工需要。

围堰设计时，采用Ansys结构分析程序，对围堰下沉过程中的各种受力工况进行空间受力分析，确保围堰受力符合规范要求；围堰下沉过程中，在围堰顶面设置8个测点，加强施工观测；将挖掘机置于围堰内，使围堰内四周取土均匀，围堰下沉位置准确。

第一节围堰利用低水位时筑岛立模浇注。下沉第一、二节围堰时，用一台挖机在围堰内均匀开挖，另一台挖机在围堰外接应，并在四角设有集水井水泵排水；第三节沉井制作完成后，随着井内深度的增加，改换长臂挖掘机放在围堰内，开挖时挖掘机位于沉井中间，四周对称开挖，形成中间固定平台。平台比四周高4-5m，以方便四周水泵抽水及临时停电时保证备用电源供电时间，不致淹住挖机。根据涌水量计算，选用8台（工作5台备用3台）。开挖中采取强排水，对称开挖，控制围堰内外水头差保持在4-5m，在围堰顶设8个测点随时检测围堰下沉情况，保证顺利下沉。从2002.03.20开始下沉第一节围堰至2002.05.10完成第三节围堰下沉，共用时50天，日均下沉0.21m，且位置准确，没有发生倾斜和开裂。

2、承台大体积混凝土施工

混凝土为热不良导体，大体积混凝土内部的水泥水化热不易散发，使大体积混凝土内部的温度升高，造成内涨外缩，使混凝土表面产生拉应力。本桥2#、3#墩承台大体积混凝土施工时，混凝土采用低水化热水泥、掺加粉煤灰、减水剂减少水泥用量，经多次实验选定最优配合比；浇注时，减少浇注层厚度，加快混凝土散热速度、在混凝土内埋设冷却管通水冷却、布设测温管加强温度控制，浇注完成后，在混凝土和侧面覆盖撒水养护，2#、3#承台大体积施工时，承台混凝土内外的温差始终控制在18度之内，经多次检验，混凝土没有出现开裂的情况。

3、3#墩墩身施工

本桥桥址位于地震烈度Ⅷ区，3#墩为主桥固定支墩，承担地震产生的水平剪力和弯距，固定墩采用国际上最先进的延性理论设计，墩底塑性铰范围内，布置强大的箍筋和受力钢筋，钢筋直径大，间距小，钢筋的联结困难，施工时采用冷挤压套筒连接技术，确保钢筋位置准确、联结牢固。根据3#墩钢筋间的实际净空，采用小石子混凝土，选用不同直径的插入式振捣棒振捣，防止出现蜂窝的情况发生，保证了墩身混凝土的灌注质量。

4、宽截面箱梁的悬灌施工

本桥施工前，曾对国内的各种挂篮进行比选，首选菱形挂篮作为本桥施工用挂篮。由于本桥箱梁为单箱三室，5#-14#梁段中室设有斜拉索锚固点，挂篮必须选用4主桁的结构形式，4主桁挂篮在国内从未使用过，其各部分受力和施工过程密切相关，如何解决4主桁的受力和变形均匀问题、挂篮的安全性问题、挂篮的整体一次移动问题和底模的平整度问题是本桥挂篮设计的关键。

挂篮包括：主构架、底模架、前上横梁、内外模板、行走及锚固系统五部分。底模架前端通过吊带悬吊在前上横梁上，后端通过吊带悬吊在已成梁段底板上；外模前端通过走行梁悬吊在前上横梁上，后端悬吊在已成梁段的翼缘上。梁段的部分重量通过前上横梁传递给主构架，主构架通过后锚筋将待浇梁段重量传递给已成梁段。本桥挂篮通过前吊带的位置调整，使四片主桁受力均匀，变形一致。通过采用大刚度底模，解决了现浇箱梁底板的平整度问题。采用前上横梁分离的形式，解决了挂篮移动的不同步问题。本桥4主桁挂篮在设计时考虑了不同梁段长度、不同浇注顺序、各种施工工况的情况下，挂篮各构件的受力最不利情况，从构造上确保了挂篮施工的安全性。

梁段预应力张拉完成后，挂篮一次整体移动到下一梁段。0#梁段施工完成后，在0#段上拼装挂篮，悬灌施工1#-16#梁段。

由于本桥箱梁断面较宽（顶板27.5m），混凝土浇注时必须采用合理的施工顺序，防止底模扭曲变形、4主桁变形不同步的情况发生，影响混凝土质量。混凝土浇注时，三箱应同时进行，由前向后，先底板后腹板再顶板最后翼缘的施工顺序。

本桥梁段悬灌施工中，无索段平均施工周期为7天，有索段平均施工周期为10天。挂篮4主桁变形均匀，挂篮移动平稳，一次移动到位仅需要4小时，箱梁底板平整，梁段接缝错台很小，在全桥悬灌施工中没有发生任何问题。

5、宽截面箱梁冬季悬灌施工

箱梁冬季悬灌施工，在国内及为少见。兰州地区冬季能否进行悬灌施工，当时是有争议的。经组织有关专家对本桥冬季施工方案进行论证后，认为本桥冬季施工方案是可行的。冬季悬灌施工必须解决三个问题：①冬季施工的防风措施问题；②大截面单箱三室养护的温度、湿度的控制问题；③混凝土质量控制问题。

5.1 防风措施

在挂篮外模桁架的外面铺设5㎝木板，木板采用钢筋作为背带，背带与外模框架固定，木板内侧依次为塑料布、岩棉被、塑料布和木板；在侧模端头用一层塑料布、岩棉被、塑料布和木板隔热层将侧模端头封闭。保温层外层采用木板，木板和外模桁架固定，起到防风的作用；第二层采用塑料布，起到防水作用；第三层采用岩棉被，起到保温作用；第四层采用塑料布，起到防水作用；第五层采用木板，起到隔热作用。在此空间安装1台煤炉。

在底模下搭设悬吊支架，支架用塑料布、岩棉被、木板包裹，支架与底模组成封闭的暖棚。在封闭空间内安装3台煤炉。

利用挂篮主桁架在现浇箱梁顶面搭设支架，支架用两层帆布包裹，将箱梁顶封闭。箱梁前端用两层帆布封闭。

在箱梁内室各安装一台煤炉。每台煤炉顶安装一个水桶，起到加湿作用。

5.2 大截面单箱三室养护的温度、湿度的控制

在外模封闭暖棚内设2个温度和湿度测点，在底模暖棚内设3个温度和湿度测点，在室内设3个温度和湿度测点。混凝土浇注后，应每2小时检测一次，确保暖棚内的温度和湿度均匀。通过采取上述保温措施，本桥冬季施工中，暖棚内的温度始终控制在26度左右，箱梁表面未见任何裂纹。

5.3 冬季混凝土施工质量控制

箱梁冬季施工前，对混凝土配合比进行调整，并采用NST-2型高效减水剂，选用兰化中凯公司生产的粉煤灰，经实验，混凝土的物理、力学性能指标均满足冬季施工以及预应力混凝土施工的技术标准。通过对水的加热，确保混凝土的出机温度保持在15度以上；对混凝土运输车以及混凝土输送泵管采取保温措施，砼灌注前暖棚提前预热，确保混凝土入模温度不低于10度；混凝土养护时，安排专人24小时检查暖棚内的温度和湿度情况以及暖棚的密封情况，根据温度和湿度的实测数据，调整煤炉火的大小。确保箱梁外模、底模以及箱室内部的温度和湿度统一。管道压浆用的水泥浆的配合比在施工前，也做了调整，经过同条件实验后，确定水泥浆的配合比和外加剂。

6．斜拉索分丝管精确定位

本桥斜拉索索鞍部分在国内首次采用分丝管技术，斜拉索的每根钢绞线通过分丝管后，锚固在箱梁上。与以往的索鞍结构相比，分丝管便于斜拉索的养护和换索，但对安装精度提出了更高的要求。经方案比较，我们采用索塔模板分两次立模，混凝土分两次浇注，索塔上段模板和预埋鞍座分丝管整体安装的方案，通过控制钢模板的制作以及安装精度来保证分丝管的定位精度。模板和分丝管在专用的平台上进行预拼装，平台尺寸为10m×4m,平台顶面平整度控制每平米1mm之内，以模板的下缘和侧面为基准对分丝管和锚垫板进行精确定位，以锚垫板的螺栓孔确定模板与锚垫板连接的螺栓孔。模板和分丝管固定后，将模板和分丝管整体吊装，采用精密水准仪和全站仪对模板精确定位，模板的中心线和标高均控制在1mm之内，在模板四周立刚性支架，将模板和支架固定，防止混凝土浇注过程中模板移位。

7、桥梁施工中的应力测试和线形控制

斜拉桥施工中，由于斜拉索的分段张拉，使T构形成多次超静定结构，梁段的变形和受力不仅受混凝土自重、配合比、混凝土收缩徐变、温度、湿度、箱梁截面特性以及混凝土弹性模量等影响，还受多根斜拉索的施工影响，线形控制比普通悬灌施工的桥梁更加困难，桥梁施工过程中，必须对箱梁进行应力测试和线形控制，以及时反馈箱梁施工过程中的应力变化情况，确保成桥后箱梁的线形。

全桥对8个截面采用钢弦式应变计进行应力测试，钢弦式应变计分别设在0#梁段以及1/4跨径处。测试时间选在混凝土浇注后和斜拉索张拉后。主梁的标高采用精密水准仪测量，每个梁段截面前端设4个测点，对施工中的每一个工况均进行标高测试，测试时间选在每天早晨6点。通过每个工况箱梁标高变化数值和计算结果对比分析，调整计算中影响结构变形的参数，为下一梁段的施工提供立模标高。通过跟踪测试温度对箱梁变形的变化，总结出结构日照温差变形规律和季节性温差变形规律，用于指导悬灌施工。本桥总体分析采用非线形理论,用Ansys计算并采用西南交通大学编制的BSAS软件进行校核。全桥按照实际施工过程分为若干阶段，对每一阶段进行分析计算，模拟整个施工过程。

本桥施工过程中，应力检测表明；控制截面的混凝土的拉应力不超过2.76MPa，最大压应力不超过19.6MPa，和设计计算值吻合较好。成桥后线形符合设计线形。最大垂直合拢误差不超过10mm，最大中线偏差控制为4mm，小于规范20mm和5mm的规定值。本桥的应力检测技术和线形控制技术取得了很好的效果。

四、施工技术中的创新点

1、本桥在主河槽2#墩采用内径24m、壁厚0.8m的大直径薄壁钢筋混凝土围堰施工技术,保证了2#墩基础在丰水期顺利施工,确保了全桥的施工工期。

2、采用4片主桁菱形挂篮，悬灌施工单箱三室、顶板宽27.5m、梁重290吨的箱梁，在国内尚属首次。该挂篮受力明确、结构合理，具有很好的安全性和使用性。

3、在寒冷地区，采用非蒸养技术冬季悬灌施工大截面混凝土箱梁，国内尚无先例。采用多层防风蓄热技术、温度和湿度多点测控技术以及冬期混凝土质量控制技术，确保了箱梁冬季悬浇施工质量。

4、采用了针对部分斜拉桥的施工控制技术，保证了箱梁的合拢精度和成桥后的线形。

５、桥塔索鞍采用分丝管以及抗滑锚施工新技术，为使用期的养护和正常换索提供了方便，同时保证了斜拉索的安装精度和施工质量。

五、经济社会效益分析

本桥施工中采用的七项关键技术，对兰州小西湖大桥的施工质量、施工安全和按期完工起到决定性的作用，其产生经济和社会效益均十分显著。

1、大直径薄壁钢筋混凝土围堰技术确保了位于主河道内的2#墩基础在丰水期顺利施工，保证了全桥的施工工期。本桥采用大直径薄壁钢筋混凝土围堰比采用钢围堰节省直接投入约30万元。

2、采用双掺和冷却管技术成功解决了大体积混凝土的水化热问题，2#、3#墩承台大体积施工时，混凝土内外温差控制在18度之内，混凝土表面无任何裂纹。

3、宽截面箱梁悬灌施工技术的成功运用，使每个梁段的平均施工周期由12天，缩短到8天，节省工时费20万元。挂篮的利用系数高（约0.31），挂篮加工费用节约约60万元。

4、本桥采用多项先进施工技术，加快了施工进度，比合同计划工期提前了20天，可产生直接经济效益约100万元。

5、本桥多项先进的施工技术，为今后同类型桥梁的施工起到指导和借鉴作用。由于本桥的顺利建成为中铁十二局集团公司在西北地区的建筑市场赢得了广泛的社会信誉。随后，中铁十二局集团公司又相继承揽了“隆务黄河大桥”、“银川市北二环一号斜拉桥”、“山西离石市部分斜拉桥”等多项施工任务。二台、省市电视台、交通之声和省市各大报刊多次报道了我们的事迹，先后获得甘肃省文明工地和国家工程建设质量管理优秀小组称号。

六、结束语

全桥完工后，对大桥进行了动静载实验，结果表明：“从总体上来说索力、应力和挠度的实测结果小于理论值，表明主梁的实际刚度大于理论计算的刚度，结构具有很好的力学性能，施工质量达到了设计的预期目的”、“结合恒载和活载测试结果进行综合分析，表明结构的实际工作状况很好，与设计的主梁显形和结构受力状态一致，结构具有足够的安全储备”，小西湖黄河大桥的完工为兰州市增添了一道亮丽的风景线。

中 铁 十 二 局 集 团 有 限 公 司

二 ○ ○ 五 年 五 月