扬州廖家沟大桥连续梁悬拼法施工

扬州廖家沟特大桥

预应力连续梁悬拼法施工

撰写人：康瑜德

铁 道 部 大 桥 局 四 桥 处

一 九 九 三 年 五 月

前言

一、块件预制 

（一）预制场地的选择

（二）块件的预制方法

二、块件装船运输

（一）块件吊离制梁台座前的准备工作

（二）块件整修

（三）块件的装船及浮运

三、悬拼吊架及作业程序

（一）悬拼吊架

（二）块件拼装作业程序

四、块件拼装的接缝处理及预施应力

（一）湿接缝

（二）环氧树脂接缝

（三）预施应力及体系转换

（四）胶接缝的预施应力过程中出现的问题及处理方法 

五、块件拼装位置的控制

六、悬拼施工中的几个问题

预应力混凝土连续梁悬拼法施工

前言：

扬州一级公路西段廖家沟特大桥，跨越扬州地区最大的排洪入江水道廖家沟河上，其上游4公里左右为万福闸，下游直通长江。上部跨径组成（从扬州至江都）：90*30m+45m+3*70m+45m+7*30m。大桥全长786.90m，净宽23m，分上下行两座桥。主桥结构形式为五孔一联悬拼双向（纵向和竖向）预应力混凝土连续箱梁，最大跨径为70m，主跨全长为300m，两端边跨共16孔，为30m跨的预应力混凝土简支梁，下部主孔为钻孔灌注桩承台基础，边孔为钻孔灌注桩双柱式基础。

箱梁截面形式采用单箱单室，上、下行箱梁之间设简支盖板连接（即分隔带）。

箱梁顶宽11m，底宽6m，支点处梁高4m，跨中和边跨支点处梁高2m，其间梁底以二次抛物线连接。现浇边跨直线段长11.4m，跨中合龙段长2m，边跨合龙段长1m，在支点与跨中处设置横隔板，上、下行两箱梁之间无隔板。

箱梁为双向预应力：纵向预应力钢叔管道直径为5厘米，24丝φ5高强度钢丝束（无衬管）采用钢质锥形锚具（弗式锚）锚固。用TC-85型三作用千斤顶对称张拉，锚下控制应力σk=0.75Ryb=1200Mpa，即每束钢束控制张拉力为565KN，锚塞顶压力为280~300KN。竖向预应力箱梁采用扎丝锚体系锚固，钢筋直径为φ25，45号钢，张拉控制应力σk=0.9Ryb=477Mpa，即每根钢筋控制张拉力234KN。

9#墩至14#墩5孔主跨的上部结构为预应力箱梁，采用悬臂拼装法施工。

悬拼施工主要分为：块件预制、装船运输、拼装等三个工序，其中块件预制包括1~4#块的竖向预应力钢筋的张拉及其管道压浆。拼装包括起吊、涂胶、定位、穿预应力钢束、张拉纵竖向预应力钢束、钢筋及其孔道压浆等。现将施工工艺分别介绍如下：

一、块件预制

本桥实为平行并列的两座大桥，全桥共有8个箱梁“T”构，（10#~13#墩），每个“T”构由23块箱梁块组成（包括0#块），如下图所示。

（一）预制场地的选择

预制场地的选择考虑了如下几个问题：

1.块件起重方式及其设备的技术性能；

2.便于块件吊离台座、堆放、装船；

3.便于模板、钢筋及其它预制材料的运输；

4.设置预制台座的材料较省。

本桥的箱梁块件采用600KN龙门吊机，并通过栈桥实现梁块下河装船。由于梁场场地比较紧张，梁块按三层堆放。龙门吊机和栈桥配合使用，使梁块的下河装船十分方便。

（二）块件的预制方法

各墩“T”构每侧悬臂长度34m（从0#块中心算起），梁高4m~2m，由11个块件组成，块件长2.5m~3.0m，每块砼数量为18.6m3~15.6m3，其中在0#块与1#块之间设置了20cm宽的湿接缝，0#块于墩顶就地浇注。

悬拼的块件要求在拼装时接缝密贴，为此采用了长线台座逐块连续浇注的施工方法。

1.浇注顺序：按梁高到梁低的顺序逐块浇注，1~4#块共用一套钢模（包括内模），5~8#块共用一套钢模，9~11块共用一套外模，内模各采用一套木模。

当4#块预制完毕后，1#块和2#块即可吊离台座，继续预制下一个“T”构的1#块，其余如此类推，这样可以加快施工进度，提高生产效率。

2.制孔方式：纵向预应力孔道制孔采用外径φ55mm的胶管，块件间的孔道衔接，既要保证拼装时孔道畅通，又要保证水泥浆不至流入前一块件的孔道内。为此，将胶管的一端用扎丝扎细，插入前一块件的孔道内约150~200mm，胶管内用φ20~φ22的圆钢作为芯棒，以增强胶管的刚度。

竖向预应力孔道采用内径φ内=36mm的高频管制孔，竖向预应力粗筋事先安装于高频管内，高频管两端与焊于支承垫板上的承插管连接，接头处用胶布包好，防止水泥浆渗入高频管内。

3.浇注方法：一次全断面整体浇注，先浇注底板砼，接着浇注两侧腹板砼，最后浇注顶板砼。底板、顶板砼的陷度为5~7cm，腹板砼陷度为7~9cm。

二、块件装船运输

（一）块件吊离制梁台座前的准备工作，主要有：

1.对预埋测点进行高程测量，并对整个预制段的所有块件的纵向、横向用墨斗弹线，以便拼装时控制位置，箱梁块接缝面的顶板、腹板上还设置了剪力键，以保证对位时精确无误。

2.块件编号。

3.检查砼强度，是否具有吊离台座的条件。

4.检查龙门吊机及其他机具设备。

5.准备块件堆放场地。

（二）块件整修

由于预制过程中某些缺陷，使块件产生了一些疵病，位保证悬拼顺利进行，拼装前必须对所有块件进行如下整修工作：

1.按胶拼面的处理要求将胶拼面处理干净。

2.对湿接缝截面进行凿毛处理。

3用φ46mm通孔器检查孔道是否阻塞变形，并进行处理。

4.检查各锚头垫板是否与孔道垂直，否则，在锚头垫板上加焊楔行垫板纠正。

（三）块件的装船及浮运

本桥箱梁预制块件的重量为48.5t~39.5t，梁高为3.88m~2.00m，块件长度1~4#块为2.5m，5~11#块为3.0m，由于块件高度较小，稳定系数较大，因此块件在装船浮运时，稳定性是足够的。浮运梁块的船只载重量为150~200t，为降低重心，梁块置于船舱内，并在底部垫三角楔块，使梁块保持水平。

块件装船系采用预制场的龙门吊机从堆放点起吊，并负荷运行至下河码头的栈桥上装船。

由于廖家沟上游有万福闸，河水流速较小，水面也较平静，浮运船能依靠自身动力，较平稳地将梁块浮运至悬拼地点。

三、悬拼吊架及作业程序

（一）悬拼吊点

1.吊架构造

吊架在拼装1#块和2#块时，为锚于墩顶0#块顶面的双悬臂吊机。如图2所示。

当拼装3#块及以后的块件时，即将双悬臂吊机拆开改装为两个的吊架，如图3所示。

悬拼吊架由纵向主桁架、横向起重扁担、平衡重及锚固装置、起重机构、走移机构、吊篮工作平台等部分组成。吊架用万能杆件和型钢拼装，其最大起重量为500KN。

（1）纵向主桁架：是吊架的主要承重部分，桁架用万能杆件和[30槽钢拼制而成，共四片桁架，各片之间设横向联结系连成整体。

（2）横向起重扁担：由I55和[30以及∠100组拼而成，其上安装一组苏式定滑轮组，用于起吊梁块 ，该扁担通过两个10t的倒链，可以在主桁上顺桥向来回滑动。

（3）平衡重及锚固装置：其目的是保持主桁架的平衡，防止吊架倾覆翻转。拼装1#~2#块件，不设平衡重，而用8根φ35的锚固杆，将主桁架锚固在0#块的竖向预应力粗筋上，拼装3#~11#块件时，双悬臂吊架分成两个单悬臂吊架，每个单悬臂吊架分别采用1个浇满水的、重量为23t的浮箱作为平衡重，还分别用4根φ35的锚筋将主桁架锚固于已拼好梁块的竖向预应力筋上，防止吊架倾覆。

（4）起重机构：每个吊点由2个苏式五轮滑车组组成，用一台7.5t卷扬机带动。

（5）走移机构：吊架整体纵移采用两组8米长的钢轨作下滑道，主桁底部设上滑道，上下滑道间涂黄油，用两台10t倒链拖动，横向起重扁担的走行，采用扁担直接在主桁上滑移（涂黄油），由两台10t倒链拖动。

（6）吊篮工作平台：供穿束、张拉、压浆人员工作之用。它悬挂在主桁架的前端。

2.吊架拼装与改装

吊架的拼装程序如下：

（1）将吊架分成对称的两组（每组各2片），并在岸上分别预拼好。

（2）在0#块顶部按设计位置布置纵向主桁架的四个支点。

（3）将两组主桁架浮运至墩下，每组主桁架重约20t左右，合用两台水上TMK吊机将其吊上0#块顶部，两组主桁架就位后，立即拼装横向联结系。

（4）吊架锚固于0#块顶部，并在其上安装横向起重扁担。

（5）安装电动卷扬机（2台7.5t卷扬机）和滑车组。

（6）安装吊篮工作平台。

经上述安装后的吊架即可进行悬拼工作了。每侧拼完2#块后，将吊架进行如下改装：

（1）起重扁担内移至支点附近，并设置好平衡重。

（2）在主桁架底部设置滑道，并涂上黄油，准备好拖拉主桁架的倒链（10t倒链）。

（3）沿主桁架中部拆开分离。

这时吊架改装成了两个的悬臂吊架，用于分别吊装两侧的块件（3~11块）。

3、吊架的移动

块件拼装及预施应力后，在拼装下一块件前，吊架需进行前移，具体步骤如下：

（1）将起重扁担内移至支点附近并松开锚固杆。

（2）用50t千斤顶将吊架稍稍顶起，将下滑道前移2.5m或3.5m。

（3）吊架前移采用2台10吨的手拉倒链，在下滑道前端设置反力点，倒链连接于反力点与主桁架前支点的牵引鼻之间。

（4）收紧倒链，实现吊架前移。

（5）吊架定位对中。

（6）安装限位装置，固定锚杆，并前移起重扁担，准备下一块件的拼装。

（二）块件拼装作业程序

1.湿接缝块件拼装作业程序

（1）驳船浮运1#块至桥下预定位置，并将驳船靠泊稳定。

（2）挂好吊点后，两侧块件同时起吊，块件吊离驳船20cm左右后即可停止提升，检查起重设备是否工作正常，当确认一切安全可靠后即可撤走驳船，将块件继续提升至拼装高度。

（3）移动横向起重扁担，使1#块与0#块靠拢，初步进行定位检查，检查缝宽（设计为20cm），核对孔道对接情况，发现问题及时处理。

（4）正式定位后，焊接湿接缝定位撑块，并安装湿接缝制孔胶管、钢筋、模板等。

（5）张拉临时束后，浇注湿接缝砼。

（6）待砼强度达到40号后，进行全面预施应力。

2.胶接缝块件拼装作业程序

除1#块外，其余块件接缝均为胶接缝 ，拼装作业程序如下：

（1）、（2）同湿接缝拼装。

（3）将块件起吊至拼装高度进行试拼，初步定位，检查块件的标高，中线以及孔道接头并进行处理。

（4）将块件移开，在接缝面涂环氧树脂。

（5）块件靠拢，正式定位。

（6）张拉临时束（吨位为设计吨位的60%），保温12~24小时后，进行正式预应力张拉。

四、块件拼装的接缝处理及预施应力

（一）湿接缝

本桥悬拼“T”构中，仅在0#块与1#块之间设置了缝宽为20厘米的湿接缝，其作用是便于1#块的拼装定位，保证现浇0#块与预制1#块之间的接缝密贴。

湿接缝砼标号与梁体砼标号相同（50号），并掺入膨胀剂以消除砼收缩裂缝，保证接缝质量。

（二）环氧树脂胶接缝

1.胶接缝的作用及影响胶接缝强度的因素：

①提高悬拼块件间接缝的抗剪能力，改善接缝处的应力传递。

②使接缝能承受拉力，提高抗裂性。

③增强悬臂的的整体性等。

胶接缝的强度除和选用的胶结材料及其配合比有关外，还和胶接缝的施工操作工艺有密切关系。例如：非活性稀释剂用量过多，胶接缝施加压力不足（小于2kg/cm2），胶接面处理不佳（油脂未除去，胶合面潮湿），硬化温度不合适，作业时间超过规定等等，均能引起胶接缝强度降低，因此选择适当材料、严格施工工艺是保证胶接缝质量的关键。

2.树脂胶的材料

施工中采用的环氧树脂的材料主要是由环氧树脂粘结剂、增塑剂、稀释剂、硬化剂以及填充料等材料组成。

①环氧树脂粘结剂：采用6101低分子量树脂。

②硬化剂：根据施工操作时所需的硬化时间，选用了在常温硬化的间苯二胺。

③增塑剂：环氧树脂硬化以后，其性能较脆，为增加胶结材料的塑性，提高其抗冲击、抗弯及抗拉性能，选用二丁脂作增塑剂。

④稀释剂：在常温条件下，可降低粘度，浸润胶合剂表面，提高粘结力，增加体积容量和填充料含量，以及便于涂抹与延长使用时间。本桥选用活性稀释剂501#（环氧丙烷丁基醚），施工中还采用了非活性稀释剂丙酮来吸附涂胶面的水分。

⑤填充料：是改善胶结料的机械物理性能，满足操作要求的掺合料，施工选用了便于调整施工稠度，控制胶层厚度，提高胶缝弹性模量的水泥作为填充料，所用水泥须干燥无水，并用900孔/平方厘米的筛子过筛。

⑥辅助材料：由于环氧树脂胶结料不溶于水，因此对工具的洗刷采用丙酮或二丁脂。

3.环氧树脂胶结料的配方

环氧树脂胶结料的配方，是根据胶接缝所要求的物理力学性能，以及拼装时的环境温度和所要求的操作时间而选定的。本桥在经过几十种配方试验后，选择了低温配方和高温配方各一种，如下表所示：

4.胶接缝施工工艺

（1）准备工作

①检查入库材料的牌号、性能是否和经试验选定的材料相符。

②挑选身体健康的人员组成胶接缝施工专业队，进行施工工艺交底。

③清除箱梁胶接面的油污和石灰层（预制箱梁块时，为便于脱模，在匹配面上涂上了石灰水），并使胶接面保持干燥。

④准备好口径350mm～400mm和口径200mm的容器以及毛刷若干，以供调制和涂刷树脂胶时操作人员使用。

⑤准备防雨措施，以防天气变化影响施工质量。

⑥冬季施工，备好保温设备。

（2）拌胶程序及注意事项

①拌胶程序

先将环氧树脂与二丁脂，501#与简苯二胺，分两个容器分别拌合，其中简苯二胺需先捣碎成粉末后，再加上501#稀释剂，加热至55～60℃，搅拌稀释均匀，并使水分和气泡逸出，然后倒入前者的容器，混合搅拌，最后加水泥继续搅拌均匀为止。

②注意事项

a.严格按拌合顺序逐一称量，不准随意变动配合比。

b.拌料要均匀，加料时应边拌边加料，搅拌速度要快，搅拌时间不得少于10分钟。

c.搅拌时不得有杂物、水分进入，阳光不得直接照射。

d.在块件初步定位，各项涂胶准备工作就绪后，方可加入固化剂，以便在规定时间内操作完毕（一般为30分钟），防止硬化。

e.每次拌合的胶结料均应做好各项记录，制作试件，试件要在与实物处于相同的条件下进行养护，以供试验检查。

f.各种容器使用后及时檫洗干净。

③涂胶工艺及注意事项

为保证在硬化前对胶接缝施加0.2Mpa的压力，因此要求涂胶操作在预定时间内完成（30分钟），同时涂胶、预施应力等各项工作必须密切配合。涂胶工艺及注意事项如下：

a.人员组织：按两个接缝同时涂胶组织，根据接缝面积，涂胶厚度、硬化时间以及每人每小时能完成的涂胶面积来确定涂胶人数。当涂胶厚度为1毫米时，每人每小时能完成2.0平方米左右。

b.操作时，先由下而上挂胶，在左右铺平，最后自上而下刮平。涂胶厚度控制为1毫米。

c.胶结料在使用过程中，要继续搅拌，以保持均匀。

d.树脂胶涂好后，在接缝面的预应力孔道上帖一块厚10mm的环行海绵垫（普通海绵），以保证预应力孔道的密封，防止孔道压浆时串浆、漏浆。

e.根据试验得知，环氧树脂胶粘料涂抹以后，需对胶缝施加0.2Mpa的压力，并且还要求在比较稳定的温度下进行硬化，特别是初始养护的温差必须严格控制。本桥在悬拼施工中，由于气温较低，我们采用了草带加蓬布覆盖的保温措施，使砼表面保持在特定的温度范围，其温度变化幅度控制在±5～10℃。

f.胶缝加压后被挤出的胶粘料要及时刮干净以免污染箱梁，影响外观。

（三）预施应力及体系转换

1.压胶束临时张拉。根据施工工艺要求，胶拼面树脂胶要求在一定的压力下进行硬化，因此需临时张拉压胶束，每个胶拼面选用6束，其中顶板4束，腹板各一束，并与胶拼面竖轴对称，每束张拉力300KN。

2.全面张拉。待环氧树脂胶强度达到设计强度后，（一般为24小时），张拉全部静定钢丝束，临时张拉的压胶束也松解重新张拉至设计吨位。张拉原则：先长后短，先边后中，先上后下，交错的原则进行。张拉质量采取应力、伸长量双控制，张拉采用分级张拉。其加载顺序如下：

0→初应力（10%σk并划线作记号）→105%σk（持荷5分钟后，测量伸长率）→σk→顶锚塞→油缸回零（测回缩量）→回油退楔。其中σk=1200Mpa，每束钢丝束的设计张拉力为565KN，分级张拉，每级5Mpa 。

3.竖向预应力张拉竖向预应力筋在箱梁预制时已安装在块件内，块件在拼装完毕后即可直接进行张拉。张拉顺序如下：

0→初应力（10%σk并划线作记号）→σk（持荷2分钟，测量伸长量）→拧紧螺帽进行锚固→卸载。

其中σk=477Mpa，每根钢筋设计张拉力为234KN，竖向预应力筋张拉时没有进行分级加载，均属直接张拉至设计吨位。

4.合龙段设置内支撑并预施应力。根据设计图纸的要求，在合龙段内设置钢支撑。钢支撑位置如下图所示。

安装钢支撑要求在当天气温最低时进行，支撑装好后，按设计规定张拉合龙段临时束，然后进行合龙段钢筋、砼的施工。

待砼强度达到设计强度的80%时，张拉合龙段预应力钢丝束并进行体系转换。合龙由边孔向中孔对称进行，永久固定支座设在12#墩上。

（四）胶接缝在预施应力过程中出现的问题及处理方法

廖家沟大桥箱梁悬拼在预施应力过程中，出现了胶接缝下缘开口的现象，这是由于在预施应力时，箱梁截面下缘出现拉应力所致。处理办法：

（1）在箱梁底板部位用两台10t倒链拉住，抵抗预施应力时在下缘所产生的拉应力，效果良好。

（2）在箱梁底板部位有预应力孔道9通过束孔道）的截面，采用增加两道底板临时束的办法，效果良好。临时束的张拉吨位为设计吨位的60%。

由于箱梁拼接面的腹板部位设有剪力键，因此在预施应力时，梁块没出现向上滑移的现象。

五、块件拼装位置的控制

块件拼装时，必须按设计线型控制各块件末端的底面和顶面标高及桥轴向位置。本桥箱梁块件的标高控制以梁块末端底面标高作为控制对象（其中1#块需控制前后两端的底板标高）。梁块的顶板和底板两端设置骑马线，即梁块的中轴线，是梁块吊离制梁台座前统一设置的，悬拼中，用以控制桥中线。

本桥的箱梁悬拼中，标高和中线的变化难以控制，往往出现上翘和侧弯的现象，一般在拼至3#块以后，标高就是呈现偏高的趋势，且中线也偏离理论位置。当初，我们采用2～3mm厚的石棉垫块来进行调整，但效果较差，后来就干脆采用了垫铁板设置小湿接缝的办法来进行调整，通过几何计算来决定该截面上下左右的缝隙宽度，使被调整的梁块朝有利方向扭转一定角度，将标高和中线的偏差逐步调整过来。小湿接缝的施工方法与1#块、0#块之间的湿接缝施工方法相同，但因小湿接缝的宽度较小（一般5厘米左右），缝内无法浇注砼，只能浇高标号砂浆（掺膨胀剂），砂浆标号为65号，力学性能满足设计要求。

各“T”构的设缝位置如下所述：

下行道：

10#墩“T”构，4#块与5#块之间设缝（调标高、中线）。

11#墩“T”构，6#块与7#块之间设缝（调标高、中线）。

12#墩“T”构，6#块与7#块之间设缝（调标高、中线）。

13#墩“T”构，仅扬州岸5#块与6#块之间设缝（调标高、中线）。

上行道：

10#墩“T”构，7#块与8#块之间设缝（调标高、中线）。

11#墩“T”构，7#块与8#块之间设缝（调标高、中线）。

12#墩“T”构，5#块与6#块之间、7#块与8#块之间设缝（调标高、中线）。

13#墩“T”构，6#块与7#块之间设缝（调标高、中线）。

六、悬拼施工中的几个问题

（一）由于缺乏经验，箱梁块在预制时没有很好的在梁块上设置标高测量标志，因此在悬拼中控制标高时，只能以梁块底板的底面为基础，不可避免地造成了较大的偏差。

（二）为调整悬臂端的标高和中线误差而设置的施接缝，由于缝较窄，在往里浇砂浆时，不可避免地出现了密实度不均匀地现象，因而对截面受力有一定影响。

（三）在进行预应力孔道压浆时，拼接面处仍出现了串浆漏浆现象，但在悬臂完毕后，对压浆不密实地孔作了补浆处理。

（四）从设计地角度来看，箱梁悬臂拼装的施工方法是有其优越性的，但从施工方面来讲，要保证良好的接缝质量和密实的孔道压浆质量，难度很大，而且梁部的结构线形也不好掌握。

悬拼中的有关标高数据及有关附图见后面的附录。