1、贵州省六广河大桥施工与设计阮有力 谢万臣 曾涛 钟荣炼 张鑫 （贵州省桥梁工程总公司）摘 要：本文介绍六广河大桥的设计及扩大基础、90m 高墩的施工工艺、240m跨连续刚构箱梁悬浇施工技术及测量控制方法。关键词：六广河大桥 连续刚构 施工控制 刚度 设计一、概 述六广河大桥位于贵州省修文县境内六广河风景区，是贵阳毕节汽车专用二级公路上横跨六广河峡谷的一座特大型桥梁。主桥为中跨 240m，边跨 145.1m的预应力混凝土连续刚构，其中 2 号桥墩高 90m。引桥为 20m 无粘结预应力空心简支板，全长为 564.2m(见图 1)。该桥同时也是贵州省内第一座含有环保设计的公路桥梁。大桥所处地貌属河
2、流侵蚀谷地，河谷深切，相对高差约 300m，河谷下部呈 U 型(约成 8090 度绝壁)，上部呈 V 型(约成 3045 度陡坡)，桥位岩层单一，为二迭统下统栖霞组燧石灰岩，局部层间夹破碎角烁岩，岩体内沿岩层面及节理面溶蚀作用极为发育，常在岩层面及节理面附近形成溶孔溶隙 (宽 102Ocm)，部分岩溶扩张形成溶洞，溶洞高 0.22.7m，相互连通，钻孔内见 14 层溶隙溶洞，内见满充填、半充填或空洞，充填物均为碎石粘土，结构松散。该溶洞为溶蚀裂隙与不规则中小溶洞共同构成，围岩边界极不规则复杂多变。六广河大桥于 1999 年 11 月开工，2001 年 10 月全桥建成通车。图 1 六广河大桥（
3、尺寸单位：cm）二、结构设计1、上部结构设计上部构造为变截面单箱单室双悬臂箱形梁(图 1)，全桥分为 0 号梁段、1-28 号梁段、现浇段及合拢段。箱梁顶宽 13m，底宽 7m。箱高 0 号梁段 13.4m，合拢段、边跨现浇段 4.1m，其余梁段从悬臂根部至端部，按半立方抛物线从13.4m 变至 4.1m。箱梁顶板厚除 0 号梁段为 5Ocm、梁端支承截面为 1O2cm 外，其余均为 28cm，并设有 1.5%的双向横坡。箱梁底板厚 0 号梁段为 l60cm，悬臂根部为 145cm，合拢段为 3Ocm，从悬臂根部至端部，按半立方抛物线从 145cm变至 3Ocm。边跨现浇段底板厚从 3Ocm
4、变至 7Ocm，其间按直线变化。腹板厚 0号梁段 l00cm，悬臂根部至端部按 7Ocm、60cm、4Ocm 三种尺寸突变，边跨现浇段从 40cm 到 l40cm 按直线渐变。2、下部结构设计1 号、2 号桥墩为主孔墩，1 号桥墩墩身高 73m，2 号桥墩墩身高 Wm。每个桥墩由两片横桥向宽 7m，顺桥向厚 3m 的矩形钢筋混凝土薄壁墩柱组成，两薄壁墩柱间净距 8m。由于桥墩较高，为稳定在两薄壁墩柱间设有与墩同宽、厚2.2m 的横系梁。1 号墩设一道横系梁，2 号墩设两道横系梁，故两个墩的整体刚度接近。薄壁墩柱从底端至横系梁(2 号墩至第二道横系梁)为实心矩形截面，以上为空心矩形截面。墩的下端
5、与基础固接，上端与箱梁固接且墩壁与 0 号梁段的横隔板相对应。0 号桥台为重力式台，3 号桥墩为主、引桥过渡墩，墩身为钢筋混凝土实心薄壁墩。3、基础设计六广河大桥基础均为扩大基础。由于两个主墩的基础分别置于两岸的悬崖陡壁上，设计时首先考虑的因素是桥墩基础处的岩层在承受桥梁荷载后的整体稳定性，其次是基岩的承载能力、施工条件等，综合考虑后决定采用明挖扩大基础。1 号墩基础厚 5m，2 号墩基础为减少墩高设置为两层，每层 5m，两个墩基均嵌人基岩中。三、预应力体系及受力分析六广河大桥上部箱梁为三向预应力混凝土结构，下部为钢筋混凝土结构。设计时将它分成纵向刚构及横向框架用平面杆系程序作受力分析。箱梁纵
6、向按全预应力混凝土结构设计，箱梁在营运时受拉一侧仍留有一定的压应力。纵向预应力体系用 22 孔 15.24m 预应力钢绞线，设计张拉吨位 4297kN，每个 T 设置钢索 112 束，中跨连续索 26 束，边跨连续索 16 束。箱梁横向按部分预应力 B类构件设计，营运时最不利荷载组合下产生的拉力由横向预应力束和普通钢筋共同承担。横向预应力也采用 15.24mm 的钢绞线，张拉端采用 BMl5-3 扁锚体系，固定端使用轧花锚，张拉端和固定端交错布置，设计张拉吨位为 508kN。箱梁竖向采用 32 精轧螺纹粗钢筋。纵向受力分析考虑了风荷载产生的静风压力，由于设计时无桥位处实测资料，因而按规范取值，
7、基本风压取 400Pa(即风速 25m/s)，分别对风向为顺桥向、横桥向及施工最大悬臂时两侧不同风压的状态作计算。温度荷载纵向按均匀温变20考虑，不均匀温变按+33.5，-28.4考虑。横向框架计算时温变按10及内外温差 5考虑。由于六广河大桥两个主墩高分别为 73m 和 90m，同类型桥梁中还是比较少见，因此高墩的受力分析尤为重要。墩的计算中考虑了各施工阶段两悬臂荷载差一个块件的底板及两悬臂自重相差 5%对墩的影响，考虑了节段施工中最大悬臂加风载的影响，考虑了张拉预应力钢束及温度变化对桥墩横系梁的影响。对高墩在施工过程中的稳定性用 SAP97 程序分三种工况进行计算。工况一：中跨侧荷载为 1
8、27 号梁段自重(考虑 5%的超重)+28 号梁段底板重+挂篮，边跨侧荷载为 127 号梁段自重+挂篮。工况二：中跨侧荷载为 127 号梁段自重(考虑 5%的超重)+28 号梁段底板重+挂篮，边跨侧荷载为 127 号梁段自重。工况三：工况一+风荷载。计算结果最小稳定安全系数为 8.42，发生在 1 号墩工况三时，由于桥梁设计规范中没有对连续刚构桥桥墩的稳定作规定，所以设计时用斜拉桥规范中对斜拉桥塔身结构的稳定标准来控制。四、基础的施工及处理由于该大桥是贵阳至毕节公路全线建成通车的控制工程，开工也较晚，施工环境险恶，气温变化大，要确保贵毕公路按时通车又要力争部优工程这就对施工单位提出了很高的要求
9、。施工单位仔细分析了全桥的施工过程并经过现场实地的考察，一致认为该桥的施工工期控制虽然在上部箱梁的施工，但上部结构施工的工期儿乎是确定而不能够压缩的，要保证按期完成就必须在下部结构施工中想办法。1、2 号墩的扩大基础的开挖石方量较大，因为基础处在峡谷边缘，所挖出的石方不得就近堆放，也不准弃到六广河中，全部汽车运走(设计中的环保要求)，因此安装两台 QT125 型塔吊，石方直接由塔吊吊装到转运汽车上，这样既加快了速度又解决了施工面较小的困难。同时在靠河谷侧修建三级挡土墙和打钢板桩防止石料滚落河底。两个基坑的开挖深度较深，为了保证基底的整体性和坑壁的完好性，开挖时采用松动爆破和光面爆破相结合的方法
10、。待挖至距设计基底有 2m 时就停止松动爆破，而采用人工开挖和浅孔爆破到设计基底，以免扰动原有地质。在基础开挖到设计高程时在 2 号墩基坑发现有溶洞，于是地勘部门对 1、2号基坑岩体进行了补勘(同时作地质雷达物探检测)。补勘结果 1 号墩基坑基底地质情况良好，90%以上是新鲜基岩，只有较少的小溶蚀出现，岩层整体性较好，岩体的力学性能满足设计要求，可以作为桥基的持力层。2 号墩基坑距基底 9.717.7m 深度范围溶蚀作用较大，形成的溶洞较深而且呈柱状向下发育，分布厂又相互贯通。9.717.7m 以下是良好的桥基持力层。并且 2 号墩基坑前端基岩陡斜向六广河峡谷下游，沿岩层节理面裂隙较发育。经业
11、主组持了由设计、施工、监理、地质和有关专家参加的工地现场技术会后确定了处理方案。1 号墩基坑对局部的溶隙进行高压灌浆处理。2 号墩基坑前端 816m 范围继续向下开挖至裂隙闭合，并且基坑开挖成反坡状，开挖的部分在处理溶洞后用 C30 混凝土填筑至设计基底标高。对溶洞的处理如下：在溶洞顶板最薄处开挖两个直径 1.2m 的圆孔进人溶洞清除溶洞表壁的粘土和松动碎石，在基底以下 13m 深位置将向下发育的溶洞用钢筋混凝土盖板封闭，13m 以上的溶洞用 C30 混凝土填实，不能采用混凝土填实的部分采用高压压浆填实。开挖圆孔及呈柱状部分的溶洞按照钢筋混凝土桩基施工，圆孔既作为地质探孔又作基础的锚固桩。相互
12、贯通的溶洞也用钢筋网与柱状部分溶洞连接形成整体，处理后的地基要保证 9m 深度范围内全部用 C30 混凝土及压浆法填充密实。处理完后，经地勘部门的钻孔检验，证明处理办法切实有效，处理后的基底达到设计的承载力要求。五、墩身施工及控制1 号墩墩身高 73m，2 号墩墩身高 90m，在刚构桥中这样的高墩还是比较少见，同时该桥又处在旅游风景区，对外观质量要求较高。设计要求墩身的垂直度偏差不得大于 1/1000，墩身底、墩身顶平面申心位置与设计偏差不得大于10mm。为对墩身混凝土的质量和外观进行较好的控制，特别投人数十万元的资金加工墩身的钢模板 12 套，规格为 3.0m3.0m，3.Om3.5m。钢模
13、板的规格及加工要求都考虑了将来主梁施工所要使用的模板，这样所有的墩身钢模板可全部使用在挂篮模板上，既节约的资金又节省了时间(模板的规格同时考虑了墩身横系梁所处的高度)。墩身混凝土设计标号为 C50，浇筑采用泵送工艺，为保证墩身混凝土的颜色一致，整个墩身使用同一品牌、标号规格的水泥。施工外架采用钢管脚手架，采用钢管外架主要考虑：(1)充分利用施工单位现有的周转材料；(2)在省内利用钢管作外架是常规工艺，工人不需要专门培训，同时外架升高与其它作业不冲突可以交叉作业施工速度较快；(3)墩身处在悬崖边缘而且墩身高度较高，采用钢管外架可以减少作业人员的心理恐惧，安全性较高；(4)系梁的施工支架也是钢管架
14、，在墩身施工时所搭设的外架和系梁支架规格一致这样就相对减少了系梁施工的时间；(5)因为有外架对以后墩身的修饰工作十分便利；(6)高空安装大模板时钢管外架可作一定的加固外架，同时校正模板时有钢管外架也十分方便；(7)为了加快施工进度墩身钢筋接长每次为 9m，则墩身钢筋需要稳固措施，钢管外架就可以作为加固钢筋的支撑措施。在墩身垂直度和平面位置的控制方面(1)扩大基础施工时预埋墩身钢筋由测量人员放出墩身边线，根据墩身钢筋布置放好点将竖向束筋预埋好，确保了墩身钢筋位置精确(墩身竖向受力钢筋为3 根 28 钢筋组成束筋，布置较密，间距较小)；(2)第一节墩身施工是控制垂直度的关键所在要求大模板的底座首先
15、要调平，模板除了用拉杆内拉之外同时利用钢管架和周围岩壁作为支撑确保墩身混凝土不偏位；(3)在扩大基础顶和每道系梁顶预埋钢筋作为墩身立模的校准点，每次立模和浇筑后都使用全站仪对模板的四个角点定位检查，同时用加大的垂球和预埋的钢筋校准点对模板的垂直度进行调整检查；(4)对墩身混凝土浇筑采取准许制度即浇筑之前要有测量人员的模板检查报告和质检员的钢筋检查报告报施工负责人批准浇筑，同时浇筑后由测量部门出具检查报告对出现的问题立即组织相关人员分析原因，提出整改措施；(5)对墩身的垂直度和平面位置偏差作了更加严格的要求，垂直度小于5/10000，墩身中心平面位置偏差不大于 5mm。为保护已浇筑好的墩身外观，
16、特别制定了对墩身的保护措施：(1)在没有保护措施的情况下电焊和氧焊作业不得靠近已浇墩身；(2)禁止上下抛掷物件，所有有可能坠落的物件要全部清理到安全的地方；(3)为防止养生水将下面的墩身污染，用塑料薄膜将己浇墩身的四周包裹；(4)所有拉杆孔用锥形块封闭。经过精心组织、严格施工，墩身施工取得了非常好的内在质量和表观度，整个墩身外观颜色接近一致，垂直度最大偏差为 4/10000，墩身中心平面位置偏差小于 4mm，墩身的施工进度也达到了每天一米的高度，远看雄伟壮观，可以说六广河大桥为六广河风景区又增添二道风景线。另外，在墩身施工中由于施工经验不足，也有许多改进的地方，如模板规格可以进一步加大到 3.
17、Om4.5m，3.5m4.5m，甚至可以到3.Om6.0m，3.5m6.0m，这样就可以进一步加快墩身施工的速度。六、0 号梁段施工连续刚构主梁 0 号块是主梁混凝土浇筑方量最多的部位，预应力管道最密集，钢筋最复 杂，外形尺寸要求最严的地方。是连续刚构施工的关键部位之一。六广河大桥的 0 号块混凝土总方量为 820m3。0 号块混凝土浇筑不可能一次浇筑完，如果分两次浇筑则施工托架的投入就会过大，最后决定分三次浇筑完。第一次浇筑 1.6m 底板和1.4m 腹板(未超过横隔板上的过人洞口，即整个结构在人洞处断开，增加了结构的自由度，这样有利于抵消结构的收缩应力)。第二次浇筑 6m 高的腹板。第三次
18、浇筑 3.4m 腹板和顶板。两次浇筑混凝土的龄期差不超过 20 天。在墩身施工时有意识的将墩身的浇筑高度降低 2Ocm，这样就使墩身与 0 号块的结合面避开了截面突变处。连续刚构桥的 0 号块施工托架一般都是在墩顶预埋钢牛腿或者预埋贝雷梁但考虑到预埋钢牛腿或者预埋贝雷梁有一些不利的地方，一是需要大量钢材，资金投人大，浪费大。钢牛腿需要 2Omm 厚钢板约 l5t 而且加工质量要求较高，钢牛腿的适用性也较差不能够经常使用。预埋贝雷梁的方法是一个非常浪费材料的方法，并且因贝雷梁的规格是固定的，在尺寸上的适用性就非常差。二是需要调整墩身竖向钢筋的间距，但在六广河大桥中因为竖筋布置非常密，钢筋之间的净
19、距只有 6cm，预埋件没有位置。结合本桥的特点在选择 0 号块施工托架时采用万能杆件拼装 6m6m 见方的钢支架，钢支架基础座在横系梁上(该桥横系梁较厚经过计算可以用来承受 0 号块的全部重量，这是该桥的一个特点)。钢支架在墩身施工时就随墩身升高，兼做墩身施工外架。墩身施工完后即可进行 0 号块的模板安装，施工过程连续也缩短了工期，而且该支架由于刚度较大，承重后变形较小，便于控制 0 号块的线形，也可减少分层浇筑混凝土时对下层混凝土产生的叠加应力。在选取混凝土配合比时考虑到混凝土泵送距离长(水平 80m 加垂直 80m)，混凝土浇筑量大，施工面较大等因素决定掺加缓凝型高效减水剂(湛江外加剂厂生
20、产的FDN880 型)。缓凝时间达到 12 小时以上，保证了浇筑混凝土的质量。0 号块施工正值冬季，冬季施工对大体积混凝土尤为不利，对混凝土的养护工作一定要正确细心。0 号块顶板的裸露面积大，地处峡谷位置气流运动频繁，而且第三次浇筑混凝土后整个 0 号块形成一个空箱结构，混凝土的热量不易散发，所以养护工作主要在于防止混凝土内外温差过大，所以在养护士采取了如下措施：在所有外模镶贴 4cm 厚的泡漠板对混凝土进行保温，顶板严实覆盖一层麻布袋淋水养护(气温在 5lO时用温水养护，lO以上时一般淋水养护，5以下时停止淋水养护)，0 号块两个端头用塑料布封闭，箱内因气温一直高于 10所以采用一般淋水湿润
21、即可，整个养护期为 15 天直到 0 号块混凝土内外温差小于 10。0 号块的底板上原设计有一个施工用的人洞，根据全国同类型桥的资料反映在人洞处常常发现受力裂缝。经过考虑此处的人洞对以后检查没有实际意义，检查洞口设在桥台位置，0 号块底板上的人洞只有施工作用，如果不设有利于防止底板开裂，而且对施工无任何影响(施工时由塔吊的框架中间上下人)。所以在底板施工中去掉人洞，施工完后经检查底板上没有出现裂缝。七、上部箱梁悬臂施工及施工控制1、挂篮的检查与预压。六广河大桥使用的挂篮为其它桥使用过的，各种受力构件可能已经受到损伤、变形，一些热处理构件有被电焊过的痕迹，再加上运输中将四套挂篮混堆，事先没有进行
22、编号，这样就造成了挂篮使用的困难。所以在上部施工前几个月就对四套挂篮进行预拼装(同时进行编号)，并请了专业人员对挂篮所有的受力构件和焊缝进行超声波无损检测，特别是对所有的钢销同时作磁粉探伤，对所有有质量怀疑的物件全部更换，保证受力的可靠性。挂篮预压采用精轧螺纹钢悬吊工作平台配砂袋预压的方法，各悬吊点与挂篮主要实际受力点相近，并观测挂篮的主柿与底篮的变形情况。2、上部除 0 号块外所有 28 个节段全部都是一次性浇筑完成，为保证两个悬臂端的重量差在设计范围内，所有的节段在浇筑时都注意对称浇筑。混凝土浇筑采用一台混凝土输送泵泵送，输送管在 0 号块中间向两端分出，在中间设一个 90 度的弯头，浇筑
23、混凝土时根据两端的重量差和混凝土凝固情况换管。由于挂篮在预压中消除了非弹性变形，在实际浇筑过程中的沉降变形较小，混凝土接缝质量较好，尚未发现竖向裂缝。3、连续刚构桥建成后的沉降主要是由混凝土的收缩徐变以及预应力的松弛引起的，从实践经验来看，混凝土的收缩徐变要比理论计算值大，近年国内的儿座大跨度连续刚构桥的下沉值出现了异常情况，影响了大桥的外观，为此六广河大桥在中跨预留拱度设置时有意识的提高达到了跨径的 1/1000)。本桥的高墩便施工控制中就必须考虑到墩身高度变化对施工控制的影响，首先是上部节段的重量对墩身的压缩，这个压缩值是可以计算出的，在计算墩身压缩数值时，不能将墩身重量考虑进去，因为墩身
24、自重的压缩在墩身施工时就已经发生了，在 0 号块施工时要将这个压缩值考虑在施工高程中。其次是温度引起墩身高度变化对施工控制的影响，桥墩施工是在气温较低的季节完成的，在上部节段施工中随着气温的升高，墩身也会膨胀升高，在立模时就要考虑这部分的影响。所以就要求施工立模时提供节段立模高程与 0 号段基准点的相对高差，这样就可以消除墩身高度变化的影响。4、标高测量分四个阶段完成，浇筑前、浇筑后、张拉前、和挂篮移出后。每个阶段均对已浇筑好梁段进行观测，这样我们提供的数据更加有利于监控单位进行高程控制。八、结 束 语六广河大桥的建成，对于在山区修建跨越深谷河流的大跨径连续刚构桥梁有一定的积极意义，同时该桥也是贵州省内含环保设计的儿座桥梁之一，为在山区建设公路中如何加强环境保护积累了一定的经验。
