武汉西四环汉江特大桥合龙段施工控制关键技术
2017-04-10
1 工程概况
武汉西四环线汉江特大桥是武汉四环线上的枢纽，横跨东西湖区与蔡甸区，双向八车道高速公路。设计行车速度100km/h。主桥设计为五跨一联双塔双索面预应力混凝土斜拉桥，主跨跨径360m，桥跨布置为77m+100m+360m+100m+77m。该桥是目前国内同类型桥梁中桥面最宽的斜拉桥。该桥主梁采用双边箱形截面，中间无底板，主梁顶面宽43.6m，底面宽44m。主梁顶面设有2.5%的横坡，中轴线梁高4m，标准梁段长度为6m，横隔梁标准间距6m，边跨部分梁段间距4m。横梁间距与斜拉索索距相对应，为预应力混凝土结构，横梁厚0.4m。主塔塔身由塔座、下塔柱、上塔柱、塔冠、上横梁、牛腿等组成。塔柱截面是“H”型，塔柱高为126.1m和130.1m，采用矩形空心截面。每个塔柱布有28对索，全桥共224根，呈扇形布置。斜拉索采用7丝ΦS 15.2热镀锌钢绞线。根据索力不同分别采用43、55、61、73根四种规格。
本桥型特点是高塔、宽梁、大挂篮。主梁结构形式为双边箱“π”形预应力混凝土梁，横断面面宽为目前同类桥梁之最，其标准节段重量达到610吨;主梁悬浇采用的牵索挂篮单个自重达300t，横向宽49m，长17.5m，是目前国内同类型最宽、最重的挂篮。中跨合龙段长度2m，采用挂篮合龙。本桥式布置如图1所示：
中跨合龙段为双边箱“π”形截面，梁长2m，顶面宽43.6m，中轴线梁高4m，顶板厚28cm，底板厚40cm，斜底板厚25cm，腹板厚40cm，纵隔板厚30cm，合龙段钢筋11.5t，混凝土59.6方。中跨合龙段在主梁底板设置纵向合龙束，预应力为高强度低松弛钢绞线，钢绞线单根截面面积，，。
合龙段主梁横断面见图2所示：
2 合龙段施工特点与难点
（1）合龙段主梁为混凝土结构且截面形式复杂、桥面超宽，如何控制箱梁不出现裂纹、如何控制桥面平整度、如何保证混凝土匀质，为施工的重点和难点;（2）考虑温差影响、桥面临时荷载变化影响而引起的箱梁标高线形变化，如何保证合龙段线形确保精确合龙，为施工的重点和难点;（3）采用超宽超重挂篮合龙，如何保证挂篮整体刚度是重点。
3 中跨合龙施工关键技术
3.1 合龙段挂篮施工技术
挂篮的吊杆系统需预埋准确，南北两岸在最后一个标准节段（28号节段）浇筑前，提前预埋挂篮吊杆孔。合龙段吊杆预留孔布置见图3所示：
中跨最后一个标准节段28号块浇筑完成，且预应力张拉完成后，挂篮前移至合龙段29号块，利用南岸原有锚固系统提升锚固（距离梁底预留5cm空隙）。因挂篮自重达310t，且“前重后轻”，为提高挂篮在浇筑合龙段混凝土的整体刚度，在挂篮前端（北岸）增加临时锚固系统，走行到位且锚固后示意图见图4所示：
结合考虑前端挂篮自重，北岸新增加的锚固系统预张拉25吨，保证挂篮荷载均匀分布在南北岸梁体上且提高挂篮刚度，确保浇筑合龙段混凝土时挂篮变形控制在允许范围内。
3.2 合龙段压重、换重施工
为保证中跨合龙段混凝土浇筑过程中，两侧主梁线形和梁体标高不发生变化，根据合龙段梁体荷载，在合龙口两侧进行临时压重、换重准备，布置“压重水袋”和“换重水袋”。在合龙段南、北两岸27#、26#块的上、下游侧各布置压重水袋，总共四个压重区域，每个区域均布置两种水袋。第一种压重水袋布置有以下两种目的：（1）抵消南岸挂篮在合龙段29#块的两岸重心不平衡;（2）增大主梁29#块合龙段的压应力储备。压重区域长12m、宽8m、平面面积96m2。第二种换重水袋等效29#合龙段混凝土湿重的四分之一（143t/4=35.75t），压重区域长8m、宽4.81m、平面面积38.5m2，浇筑混凝土时，合龙段混凝土湿重143t按照换重法，对第二种水袋进行压重水的卸压。控制卸水重量和浇筑混凝土车数的混凝土等重，注意保证上下游、南北岸同步卸压。中跨合龙压重水袋布置见图5所示：
3.3 合龙段刚性支撑安装
为了防止环境温度和日照对新浇筑合龙段混凝土产生破坏，选择晚上恒温环境，采用型钢作为刚性支撑对合龙口进行临时锁定。中跨合龙刚性支撑布置图见图6所示：
按照要求提前三个节段进行两岸48小时联测，测量主塔、主梁三向位移变化（X、Y、Z）值并进行分析，及时对主梁的线形、断面参数进行修正，南岸挂篮走行至29#块两岸锚固后根据测量数据分析，采取主动措施调索、静载配重、动载配重等方式调整合龙段标高以满足要求，当两侧梁面标高和梁端截面符合监控及设计要求，选择夜间温度稳定时安装合龙刚性支撑。刚性支撑安装前，可先将刚性支撑的一侧与预埋件焊接，等达到刚性支撑安装条件时，采用多台电焊机快速将刚性支撑与另一侧预埋件焊接。调整合龙段底模，抄垫密实，进行下一步的钢筋、模板、混凝土施工。
3.4 合龙段钢筋、模板、混凝土施工
3.4.1 钢筋工程。在保证钢筋原材合格条件下，按照图纸下料并安装，在此不详述。依据本工程桥面超宽以及截面型式特殊性，科研单位计算得出边箱室顶板受拉力较大，经与设计单位协商增加此受拉区域顶板钢筋，控制混凝土裂纹产生。见图7所示：
3.4.2 模板工程。为提高混凝土表面的光泽度和润滑度，需将模板清理干净并涂刷模板油，并且减少模板错台（具体工艺不详述），边箱室顶板受拉区域，铺设透水模板布，此材料工作原理：浇筑混凝土后，在混凝土内部压力、模板布的毛细作用以及振捣棒等共同作用下，混凝土中的气泡以及部分游离水分由混凝土内部向表面迁移，并通过模板布排出。这种技术措施可减少表面混凝土气泡，使混凝土表面更加致密;混凝土中部分水分排出而水泥颗粒留在混凝土使得表面混凝土水胶比降低，大大提高了混凝土表面的强度、硬度、抗冻性、耐磨性;混凝土中的水通过渗透及毛细作用经透水模板布均匀排出不形成集聚，有效减少砂斑砂线表面缺陷;透水模板布保水作用为混凝土养护提供了良好条件。此技术措施可抵抗区域混凝土拉力而产生裂纹，见图8所示：
3.4.3 混凝土工程。主梁混凝土强度为C55微膨胀混凝土，加入膨胀剂以防止混凝土收缩引起裂纹，混凝土配合比如下：水泥∶水∶粉煤灰∶河沙∶碎石∶减水剂∶膨胀剂=140∶420∶58∶694∶1059∶6.76∶4.2。为减少混凝土水化热，需控制混凝土入模温度以及养护温度，确保混凝土入模满足要求（控制混凝土入模温度不低于5℃，根据合龙段时间，以控制在15℃为宜）。采取措施有：采用泵管包裹;模板外壁包裹海绵橡胶保温材料（见图9）;混凝土浇筑完成顶板进行二次收浆后，采用多层覆盖（塑料薄膜、土工布、彩条布、篷布）保温（见图10）;同时内箱室采用加湿器养护。混凝土强度达到2.5MPa前，不得使其承受施工人员、运输工具等荷载。在合龙段上下游侧实心段大体积混凝土内部设置冷却水管通循环水冷却。在混凝土养护期内，为了对混凝土内部温度进行监控，并做好测温记录，控制混凝土内部最高温度不高于75℃、内表温差不应超过25℃。
3.5 拆除刚性支撑及塔梁临时固结
夜间恒温环境浇筑合龙段29#节段混凝土，在养护龄期及强度满足设计要求后，卸载配重水袋。张拉合龙段预应力，张拉顺序为先纵向后横向，先长束后短束，上下游和两端同步对称进行，之后压浆封锚。拆除合龙段刚性支撑、模板以及挂篮（见图11）。解除主塔处与主梁临时固结钢筋以及临时固结垫块，至此完成此斜拉桥主体结构。
4 结语
本桥作为国内同类型斜拉桥桥面最宽的混凝土桥梁，结构形式复杂，如何确保精确合龙、线形流畅以及确保混凝土结构不出现裂纹为合龙技术控制的重点和难点。通过采用换重法和配重法联合、刚性骨架对梁体锁定、增加超宽超重挂篮临时锚固系统等技措施很好控制合龙段线形;通过增加受拉区域钢筋、受拉区域铺设透水模板布、完善混凝土配合比、后期养护等技术措施控制梁体不出现裂纹。
超宽预应力混凝土箱梁斜拉桥施工的关键技术突破了常规施工方法，攻克了超宽预应力混凝土箱梁施工的技术难题，整个建造过程顺利，主梁线形实际状态与理论状态基本一致，安全质量进度可控，得到省质监局、业主、监理等外界单位认可。
参考文献
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