. . . .超高墩大跨預應力混凝土曲線連續剛構橋綜合施工技術1前言葫蘆河特大橋是黃延高速公路上的一座特大連續剛構箱梁橋，位于陜西黃土高原南部黃陵縣境內，是西部大通道包頭西安重慶北海段在陜西境內的重要組成部分，連接中華民族的始祖發源地陜西省黃陵縣及革命勝地延安。大橋主墩最高達138m，主橋為90m+3160m+90m共660m五跨連續剛構，施工中在墩身質量及梁體的線型控制等方面可借鑒的施工經驗稀少，為此，中鐵十六局集團以“超高墩大跨徑預應力混凝土曲線連續剛橋施工技術”為課題，成立了科研攻關小組，進行工程研究。研究的主導思想是：立足國內現有的施工技術、機械設備和工程材料，進行施工技術的綜合研究。中鐵十六局集團的有關人員會同陜西省高速公路建設集團公司及設計院等單位，從2003年7月至2006年9月組織科研攻關，在剛構橋施工的關鍵技術上，如：大體積混凝土溫度控制、超高墩外翻內爬模施工技術、超高墩大跨曲線連續剛構箱梁線型控制、高墩邊跨直線段無配重現澆施工等，解決了施工難題，有力地保障了工程施工的順利進行，大橋于2006年9月30日建成通車，達到了優質、高效、安全的總目標，得到了監理單位、建設單位的肯定。大橋的修建成功，為以后同類工程的修建提供了可貴的經驗，具有重要的參考價值。2工程概況及特點2.1工程概況葫蘆河特大橋為雙向四車道，設計標準為汽車超20，掛車120，設計時速80km/h，橋面凈寬為2(凈10.75m+0.5m防護欄)+2.0m(分隔帶)。投資總額14110萬元。大橋全長1468m，主橋為90m+3160m+90m預應力混凝土連續箱梁剛構，引橋分別是：黃陵岸為650m預應力混凝土連續T梁，延安岸為1050m預應力混凝土連續T梁。全橋平面位于R=2500m的S型曲線上，縱面位于R= 20000m的凹型豎曲線上。2.1.1橋址區自然地理概況葫蘆河特大橋位于黃陵縣阿黨鎮西龔家塬村南約2.0km處，橋位處河道順直，水流基本暢通，河底斷面規則，呈U型。溝頂距河底約190m，溝底寬約300m，水面寬20m。橋位處Q1/300=511m3/s，H1/300=814.96m，V1/300=2.11m/s。橋址位于葫蘆河下游,位于黃土高塬的溝壑地貌區,谷底較寬闊,分布有一級階地、二級階地。設計地震基本烈度為6度。橋位區兩岸斜坡上部黃土屬III級自重濕陷性黃土，層厚約12m。橋址區地處內陸，受西伯利亞寒流侵襲，兼之地型復雜，臺塬、溝壑、丘陵起伏不平，構成氣候多變。極端最高氣溫36.5,極端最低氣溫-21.4；最大風速22m/s，最大積雪深度為20cm，最大凍土深度為69cm。雨季在每年的6-10月。多年平均降雨量為390mm700mm。2.1.2主橋設計要點主橋樁基為直徑2m嵌巖樁，引橋為直徑1.5m摩擦樁。主橋橋墩7#、8#、9#、10#為雙薄壁空心墩，墩高分別為80m、130m、138m和58m。引橋墩高在20m至55m范圍內為薄壁空心墩，墩高在20m以下為雙柱式實心方墩。見大橋實景圖。葫蘆河特大橋實景圖主橋上部結構由上、下行的兩個單箱單室變截面箱梁斷面組成，箱梁根部高度9.0m，跨中梁高3.5m，其間梁高按二次拋物線變化。箱梁頂板寬12.0m，底板寬6.5m；腹板分別為0.4m、0.6m，橋墩頂部范圍內箱梁頂板厚0.5m，底板厚1.3m，腹板厚0.8m，除橋墩頂部箱梁內設4道橫隔板外，其余均不設橫隔板。主墩采用C40混凝土，主梁采用C50混凝土。主橋兩幅連續剛構箱梁采用掛籃懸臂澆筑法施工，T構箱梁除墩頂0#塊件外，其余分20塊對稱梁段，即63.0m+63.5m+44.0m+44.5m進行對稱懸臂澆筑。橋墩頂上0#塊長12m，中孔合攏段長2.0m，原設計為：邊孔現澆段長8.9m，合攏段長2.0m。考慮支架現澆難度、安全、項目投入和施工進度，變更為：調整為通過配重澆注邊跨21#塊段（4.5m長），并調整合攏順序，即先中跨再次邊跨合攏，最后澆筑邊跨合攏段（1.2m），全橋合攏。梁段懸臂澆筑最大塊件重量163.0t，掛籃自重按80.0t考慮。掛籃與梁段懸臂澆筑塊件重量比控制在0.5以內。主梁采用縱、橫、豎向三向預應力體系。豎向預應力采用32l粗鋼筋，標準強度為750MPa，采用YGM錨具，設計張拉力為540kN。縱、橫向預應力采用j15.24高強度低松弛鋼絞線，標準強度為1860MPa，設計張拉應力均為1395MPa。其中主橋頂板預應力鋼束采用OVM15-19錨固體系，底板采用OVM15-16錨固體系，橫向除墩頂箱梁內4道橫隔板為BM15-5錨固體系外，其余均采用BM15-3錨固體系。全橋雙幅縱向鋼束共計884束，其中“T”構施工階段縱向鋼束為624束，體系轉換時張拉260束；全橋橫向鋼束為1796束，豎向預應力鋼束為8420根。2.1.3支座構造在邊跨處采用KG.GPZ5000型橋梁盆式支座，每半幅邊跨支點處設置兩個該類型支座。2.2施工特點2.2.1大體積承臺混凝土冬季防裂施工主墩承臺混凝土體積巨大，其中以8#、9#墩承臺體積最大，其尺寸為18.5m11.5m4m（長寬高），一次澆筑混凝土最大體積為851m3。而根據工期安排承臺需在冬季完成施工。對于大體積混凝土施工階段來講，裂縫是由于混凝土內外存在溫差，因溫度變化而引起的。由于混凝土溫度變化產生變形受到混凝土內部和外部的約束影響，產生較大應力，尤其是拉應力，是導致混凝土產生裂縫的主要原因。為避免混凝土出現裂縫，不影響結構的受力和正常的使用，必須采取可靠措施防止內外出現過大溫差，對混凝土溫度變化加以控制，嚴格控制裂縫出現。工程地處黃土地區，連續剛構對地基沉降有著嚴格的要求，過大的沉降將會引起結構內力的變化，并危害結構本身。設計要求混凝土的澆注必須一次性完成，如此大體積的混凝土，產生的水化熱非常之大，在冬季施工，給混凝土內外溫差的控制增加了相當的難度。2.2.2雙薄壁空心超高墩施工主橋橋墩為雙薄壁空心墩，7#、8#、9#、10#墩墩高分別為80m、130m、138m和58m，由于橋墩較高，對橋墩的垂直度和偏位要求很高，對主墩的內外模板設計、混凝土的澆注及養護，均有很大的難度。根據有關的文獻資料記載，如此高墩在最大懸臂狀態下（73m長）時，結構的穩定性計算表明試驗模型實測的失穩臨界荷載總是大大低于理論的計算值，這是由于結構不可避免地存在一些幾何偏差和缺陷，而幾何缺陷對臨界荷載的影響很大。本項目為一典型的連續剛構，理論分析表明，最大懸臂狀態下的9#和8#墩的穩定特征值較小,穩定安全儲備不大，如果高墩的墩身由于施工的原因而出現了偏斜、彎曲等幾何缺陷，將會使結構的穩定性大大下降甚至產生整體失穩的嚴重后果。在施工中只有嚴格控制墩身的垂直度，才能使結構的穩定得到根本的保證。本項目位于黃土溝壑地區，由于項目的特殊地理位置，日照溫差較大，而且主墩均為薄壁空心墩，受日照溫差影響后，墩身不可避免將出現位移。根據計算，日照溫差致使混凝土箱形空心墩身發生彎曲變形，使墩頂發生較大位移，138m高墩墩頂位移甚至可達到3cm左右。溫度變化對超高墩混凝土結構的受力與變形影響很大，并隨溫度的改變而改變。在不同時刻對結構狀態進行量測，其結果是不一樣的，如果在施工控制中忽略了該項因素，就必然難以得到結構的真實狀態數據(與控制理想狀態比較)，從而也難以保證控制的有效性。因此，在施工控制中必須考慮日照溫差對結構的位移影響。根據對連續晴好及連續陰雨天氣的數組觀測數據進行分析可知，混凝土空心墩內外壁的最大溫度差在20左右。從混凝土空心墩溫差應力數據分析可知，6月份最大溫差應力為1.961MPa，10月份最大溫差應力為2.134MPa，都接近C40混凝土強度的軸心抗拉標準值2.60MPa。這種溫差應力與其它荷載的組合有可能使混凝土開裂。尤其在墩身的施工過程中，混凝土結構未達到設計強度之前由于日照溫差的影響完全可能致使結構開裂，因此，高墩的混凝土養護必須考慮空心墩內外壁溫差對結構的影響，并盡可能將此種溫差控制在該時刻結構允許的范圍內，避免結構的開裂。2.2.3超高墩大跨懸灌線型控制施工由于墩高跨大，懸臂澆注時梁段的變形較大，且受日照溫差、溫度、預應力、臨時荷載及混凝土的強度、彈性模量的影響，各節段的預拋值控制難度較大，線型控制的合攏精度要求高（橫橋向為5mm，豎橋向為10mm）。梁段的合攏施工技術較為復雜，成橋后的線型及應力狀態必須與設計相吻合。由于受混凝土的徐變影響，通車后跨中的撓度下沉較多，影響通車后的結構線型及使用，故必須采取可靠措施使得各“T”構在形成體系之前盡可能減少混凝土徐變對梁體帶來的影響。本項目位于黃土溝壑地區，且為超高墩大跨徑的曲線連續剛構橋梁，由于項目的特殊地理位置，日照溫差較大，而且主墩均為薄壁空心墩，主梁為箱梁，均為箱型結構。受日照溫差影響后，墩身和懸臂箱梁不可避免將出現位移，而且這兩種位移相互疊加后對最大懸臂狀態下結構本身的安全和懸臂掛籃施工的線型控制將產生不可預料的影響，因此在施工過程中必須給予足夠重視。在不同時刻對結構狀態進行量測，其結果是不一樣的，如果在施工控制中忽略了該項因素，就必然難以得到結構的真實狀態數據(與控制理想狀態比較)，從而也難以保證控制的有效性。2.2.4濕陷性黃土地基高邊墩邊跨現澆段施工邊跨現澆段的施工難度較大，邊墩距地面高度分別為58、36m。現澆段的長度為8.9m，邊跨合攏段的長度為2m，該部分混凝土的體積為108.35m3。邊墩的斷面分別為：6#墩斷面46.5m，11#墩斷面為36.5m，均為薄壁空心墩。若采用墩身預埋托架現澆，則由于彎矩大必須在墩身另一面逐級按澆筑混凝土的施工重量加載配重以平衡該彎矩，且托架的強度必須足夠；若采用落地支架施工，地基上部黃土屬III級自重濕陷性黃土，層厚約12m，由于邊墩高度較高及邊跨現澆段長度太長，支架的材料投入和地基處理均較大，且支架的彈性與非彈性的變形難以控制，邊跨現澆段的施工難度較大。考慮到上述因素，因此，無論采用托架或落地支架的施工方案，均必須對此方案作深入的研究，采取可靠、經濟的施工技術措施予以解決。2.3國內研究現狀隨著高速交通的迅速發展，要求行車平順舒適，多伸縮縫的T型剛構也不能很好滿足要求，因此連續梁得到了迅速的發展。懸臂施工時，梁墩臨時固結，合攏后梁墩處改設支座，轉換體系而成連續梁。連續梁除兩端外其他無伸縮縫，有利于行車，但需梁墩臨時固結和轉換體系；同時需設大t位盆式支座，費用高，養護工作量大。于是連續剛構應運而生，近年來得到較快的發展。其結構特點是梁體連續、梁墩固結，既保持了連續梁無伸縮縫、行車平順的優點，又保持了T型剛構不設支座、不需轉換體系的優點，方便施工，且有很大的順橋向抗彎剛度和橫向抗扭剛度，能滿足特大跨徑橋梁的受力要求。大跨徑預應力連續剛構橋由于其具有大跨、高墩的能力，且施工中省料、省工、省時。近年來，這種橋型已獲得愈來愈廣泛的重視。隨著交通事業的發展，線路指標不斷提高，中西部地區特有的地勢、地貌決定了必將修建大量的高墩大跨連續剛構橋梁，而且，隨著設計、施工、監控技術的日益進步，高墩大跨連續剛構橋向著更高墩、更大跨的方向發展。2.3.1國內公路橋梁中建成的墩高在138m以上，主跨為160m的薄壁柔性高墩大跨預應力混凝土連續剛構橋尚未見報導（詳見查新報告）；2.3.2高墩的日照溫差空間扭曲對薄壁空心高墩的垂直度控制影響、空心薄壁墩內外日照溫差應力對墩柱的防裂控制影響等因日照溫差的地區、地形及橋型布置的差異性缺乏可以采用的現成技術資料，需要在實際施工中加以研究；2.3.3高墩的日照溫差空間扭曲、日照溫差對大懸臂箱梁空間扭曲等方面對主結構線型控制影響的復雜問題沒有現成的技術資料可以遵循，有待探索、研究；2.3.4在落地支架上澆筑邊跨現澆段及合攏段，合攏邊跨，這是在大多數連續剛構橋上采用的方法。在高墩的情況下，落地支架費材費力，如果支架搭在水中或地質、地形條件特殊時，難度更大，需探索不用落地支架的途徑，這是連續剛構橋發展的必然趨勢。依托葫蘆河特大橋工程，開展對超高墩大跨預應力混凝土曲線連續剛構橋的系統研究，可以為今后類似橋梁的設計、施工、監控提供寶貴的施工經驗，并將對大跨徑橋梁的發展及整個西北黃土溝壑地區選擇合理的橋型有現實意義，對促進高等級公路在西北地區乃至整個中西部地區的發展有重要意義。3主要施工方法及技術成果3.1主要施工方法根據施工的實際地形地質情況，結合超高墩大跨預應力混凝土連續剛構的施工特點，主要采取了以下一些施工方法。1)樁基采用挖孔和鉆孔相結合的施工技術，混凝土澆筑采用攪拌站拌制、輸送車運送至工作面，按水下混凝土施工要求進行灌注；2)主墩大體積承臺冬季混凝土施工技術，通過優化施工配合比，摻入一定量的粉煤灰代替水泥，降低混凝土的水化熱；澆筑混凝土時分層厚度控制在25-30cm左右，混凝土入模溫度控制在5左右；施工中在承臺內部布置冷卻水管和測溫點，通過冷卻水的循環結合測溫點的溫度測量，及時調整冷卻水的流量，精確控制混凝土內外溫差，并采用暖棚養護，嚴格控制施工裂縫的產生；3)四個主墩高度分別為80m、130m、138m和58m，采用超高墩外翻內爬模施工技術，主墩墩柱的主筋連接采用等強直羅紋連接套筒技術，既加快了施工進度，又確保了工程的施工質量，節約了人工和材料；4)主梁為90m+3160m+90m的連續剛構，0#塊采用在墩頂預埋托架現澆的施工方法進行。為提高模板利用效率，將高墩外模改為0#塊外模使用，在布置0#塊外模時，考慮將兩端靠近1#節段的側模長度定為4.8m長，拼裝掛籃后，穿入外滑梁前移作為掛籃的側模使用。單幅橋5跨連續剛構在4個主墩上按“T”構用掛籃分段對稱懸臂澆筑1-20#節段，為縮短邊跨現澆段的長度，在邊跨處采用掛籃不平衡懸臂澆筑21#節段；跨中合攏段在吊架上現澆，邊跨現澆段在墩身預埋托架上澆筑；5)全橋合攏順序為：中跨次邊跨邊跨；邊跨和中跨合攏段采用體內勁性骨架鎖定和張拉臨時束的方案，次邊跨合攏段采用體內勁性骨架鎖定和張拉臨時束及頂推方案，確保成橋后的線形。鎖定合攏段勁性骨架預埋在20#段（邊跨處為21#段）底腹板處共有四處，預埋長度為100cm,外露長度為25cm。合攏段施工時，在合攏段底模鋪設完畢，側模滑移就位后，將一側預埋的勁性骨架與合攏段的勁性骨架相焊接，另一側的勁性骨架不焊接保持自由伸縮。合攏段勁性骨架焊接選取一天中溫度合適的時間段，將合攏段的勁性骨架與預埋的勁性骨架焊接鎖定。鎖定后，對合攏段D1、D2束(邊跨處為B1、B2束)進行臨時張拉，張拉力為50%k。頂推各主墩的高度均較高，由于合攏段混凝土澆筑等強后，要進行合攏段的底板束的張拉施工，而張拉后跨中梁段混凝土勢必受到壓縮，且次邊跨的主墩（7#、10#墩）墩頂將受到由于張拉底板束而形成的水平拉力，次邊跨主墩將向跨中方向傾斜，為平衡此力并在主橋合攏后保證墩身的垂直，防止墩柱產生過大的不平衡力矩，必須在次邊跨進行頂推。次邊跨合攏段鎖定前，采用兩臺YDC400t千斤頂對次邊跨兩端的梁段進行頂推。頂推位置布置在箱梁頂、腹板的交接處，將合攏段頂開，每臺千斤頂的頂推力為90t。頂推完成后，按中跨及邊跨施工程序進行勁性骨架的焊接和臨時束的張拉施工。頂推中，按照每級10t加載進行；頂推前，對合攏段的距離進行測量，并記錄初值，頂推過程中，每級加載完成后，對合攏段的距離進行量測。頂推施工中，7#-8#墩次邊跨和9#-10#墩次邊跨應分級對稱進行。澆筑混凝土時間的選擇在合攏段施工前7天 ,對主橋合攏段施工處的溫度進行監控，選擇合適溫度鎖定，低溫澆筑合攏段混凝土。通過觀測，主橋左幅中跨、次邊跨選擇在一天中溫度較高時進行（15:00-17:00時，主橋左幅中跨、次邊跨合攏時間為2005年11月-12月），主橋右幅及左幅邊跨合攏段的施工時間選擇在一天中溫度較低時進行（1:00-5:00時，主橋右幅及左幅邊跨合攏段的施工時間為2006年4月-5月）。體系轉換體系轉換與中跨、次邊跨及邊跨的合攏同步進行，施工程序如下：中跨合攏并張拉完D1-D9束預應力鋼束后，形成“”形剛構，然后同時進行次邊跨合攏段的施工，張拉完次邊跨D1-D9束預應力鋼束，形成“”形剛構，然后同時進行邊跨的合攏段的施工，張拉完邊跨B1-B7束預應力鋼束后，進行次邊跨D10-D17束預應力鋼束的張拉，然后進行中跨D10-D17束預應力鋼束的張拉。至此，全橋由各單“T”靜定結構形成連續的超靜定結構，全橋完成體系轉換。3.1.6在四個主墩配置了4個塔吊，一方面可作為外翻內爬模板的提升動力，另外可作為墩身施工中鋼筋等材料的吊裝使用，“T”構施工中可作為預埋件、模板、鋼筋、預應力筋等材料的吊裝使用，并可作為掛籃的吊裝、拼裝來使用，此外，輸送泵的泵管也可沿塔吊豎向布置至墩頂。并為墩柱7#、8#、9#三個主墩配備了電梯，電梯可作為工人上下班使用，也可垂直運送小型機具。10#墩采用在左、右幅墩柱間搭設鋼管腳手架、布設馬道的方式以便于工人上下班。7)主墩混凝土的澆筑及0#塊、“T”構各塊段、邊跨現澆段的混凝土澆筑均采用攪拌站拌制、混凝土輸送車運送至墩底、輸送泵泵送至澆筑工作面的方法施工。3.2主要技術成果3.2.1大體積承臺混凝土冬季施工技術主墩承臺體積較大，8#、9#墩承臺體積為851m3，設計要求一次性澆筑完成，而且承臺不得產生裂縫。對于大體積混凝土施工階段來講，裂縫是由于混凝土溫度變形而引起的。而在冬季進行施工時，由于外界氣溫的下降，混凝土內外溫差有可能加大。由于混凝土溫度變化產生的變形受到混凝土內部和外部的約束影響，產生較大拉應力，是導致混凝土產生裂縫的主要原因。為確保混凝土澆注過程中不出現裂縫，必須采取可靠措施：一是從原材料著手，通過優化混凝土的配合比，采用低水化熱的水泥和摻入一定量的粉煤灰，降低混凝土產生的水化熱；二是通過在承臺混凝土結構內部埋設冷卻水管和測溫點，通過冷卻水循環，降低混凝土內部溫度，減小內表溫差，控制混凝土內外溫差小于25，通過測溫點測量，掌握內部各測點溫度變化，以便及時調整冷卻水的流量，精確控制溫差；三是因在冬季施工，項目所在地區氣溫較低，極端最低氣溫-21.4，且早晚溫差較大，因此，必須加強混凝土外部的保溫措施，確保混凝土的內外溫差小于25，并防止混凝土因外部溫度過低引起表面被凍裂，四是控制混凝土的入模溫度在5左右，以降低混凝土本身的水化絕對熱。通過在葫蘆河特大橋8#、9#墩的承臺施工中，我們總結認為，在大體積混凝土施工中確定混凝土澆筑分層厚度較為重要，一般宜為25-30cm；控制混凝土的入模溫度在5左右，在混凝土內部分層埋設32mm的冷卻水管，根據監測情況調整水溫及流量，水流量一般應大于18L/min；因冬期施工，在混凝土表面覆蓋薄膜及棉被，外部搭設保溫暖棚，探索出了采用合理布置冷卻水管和測溫點，控制混凝土的內外溫差的有效方法，確保施工質量，保證混凝土不開裂。采用礦渣硅酸鹽水泥，摻入粉煤灰及高效減水劑，等量替代水泥用量，既有效地降低了混凝土水化絕對熱量，又節約了水泥的用量。承臺混凝土施工后，經檢驗沒有發現溫度裂縫，證明所采用的施工方法與降溫監測措施是行之有效的。3.2.2超高墩外翻內爬模設計及垂直度及防裂施工控制主橋橋墩為雙薄壁空心墩，主梁與墩身采用剛接的結構形式，鑒于超高墩的垂直度對于大懸臂狀態下“T”構的穩定性具有非常重要的意義，因此必須保證墩身的垂直度和定位的準確，主橋高墩是否能快速、安全和高精準的施工將成為葫蘆河特大橋能否按期完成施工任務的關鍵。四個主墩高度分別為80m、130m、138m和58m，為保證快速、高效、優質的進行施工，高墩模板設計綜合考慮場地、工程質量、橋墩設計、鋼筋混凝土施工、起吊設備等多方面的因素，并對國內外高墩施工認真研究，確定采取外翻內爬的模板設計方案。整個模板系統由外模、內模及內井架和其他輔助設備組成。外模分為四節，每節2m，桁架結構，一次架立好，生根節2m，附著于已澆筑完的混凝土上，翻升由底節依次往上翻升。內井架設計、組裝成一整體，利用塔吊整體同步提升，高度由一次澆筑混凝土的高度控制，考慮到新舊混凝土的結合，內模高6.6m，底節0.6m，附著于已達到一定強度的混凝土上。內井架用于支撐內模板，因鋼筋綁扎的需要（豎向主筋9m），因此需在內井架上設工作平臺，供施工人員作業使用，內井架高設計為10.5m。由于高墩施工中的垂直度控制及混凝土外觀質量的高要求，因此，在設計模板時必須考慮模板的整體剛度，在模板外側加設桁架，結合桁架并在外模外側沿模板四周設置操作平臺，并在各層模板間布置上下人梯，便于工人上下檢查及施工需要。內外模板間采用拉筋加固，確保施工質量。施工時，一個循環澆筑混凝土6m，正常3天一個循環，每墩日進尺可達2m，做到快速流水作業,施工效率明顯提高，從工藝上實現了整個墩身零施工縫。施工中，模板定位時要充分考慮日照溫差對薄壁空心高墩的影響，必須嚴格控制墩柱的垂直度，結合計算及現場觀測的結果，為減少這種自然因素的影響，模板定位檢測的時間段一般是將一天中溫度變化較小的早晨作為控制所需實測數據的采集時間如早8點前進行，但實際施工中不可能完全選擇在該時間段進行模板的垂直度檢測，因此，在其余時間觀測時，必須結合不同的時間段、日照溫差及溫度對于薄壁空心高墩的影響修正檢測的結果；鑒于日照溫差對于薄壁空心高墩的影響是多方面的，從混凝土空心墩溫差應力分析計算可知，6月份最大溫差應力為1.961MPa，10月份最大溫差應力為2.134MPa，都接近C40混凝土強度的軸心抗拉標準值2.60MPa。這種溫差應力與其它荷載的組合有可能使混凝土開裂。尤其在墩身的施工過程中，混凝土結構未達到設計強度之前由于日照溫差的影響完全可能致使結構開裂，因此，高墩的混凝土養護必須考慮空心墩內外壁溫差對結構的影響，并盡可能將此種溫差控制在該時刻結構允許的范圍內，避免結構的開裂。施工中必須在日照溫差相對較大的白天對薄壁空心高墩的內外溫差進行控制，避免產生裂縫。通過在葫蘆河特大橋四個主墩的工程實踐，總結出了一整套適合于超高墩快速、高效、優質施工的外翻內爬模板施工技術，對于薄壁空心高墩的垂直度檢測、控制以及混凝土的養護、防裂都作了有益的探索。3.2.3超高墩大跨預應力鋼筋混凝土曲線連續剛構線型控制施工技術線型控制分為豎向撓度線型控制和軸向線型控制兩個部分，對于一般的連續剛構橋梁而言，線型控制主要為豎向撓度控制，但由于本項目特殊性，撓度及軸向的線型控制均較為重要。豎向撓度線型控制主橋上部結構采用懸臂掛籃施工技術，施工中采用公路橋梁結構計算程序GQJS計算出各施工階段的預拋高值、撓度變形值，并將跨中預留的徐變沉降量予以疊加得出理論控制值。其中跨中三年預留沉降量按15cm考慮，并按正弦曲線在半跨予以分布。但當按這些理論值進行施工時，結構的實際變形卻未必能達到預期的結果。這是由于設計時所采用的諸如材料的彈性模量、構件自重、混凝土的收縮徐變系數、施工臨時荷載的條件等設計參數，與實際工程中所表現出來的參數不完全一致而引起的；或者是由于施工中的立模誤差、測量誤差、觀測誤差等；或者兩者兼而有之。這種偏差隨著連續剛構橋懸臂的不斷加伸，逐漸累積。因此必須及時有效地將實測數據(體系本身的變化、撓度、應力、現場氣溫、日照溫差的影響等)、調整參數信息、誤差信息反饋到實際施工控制中，指導現場施工作業，將實測結構控制參數輸入，得出有效調整量，獲得最優調整方案，同時預告下階段結構狀態。葫蘆河特大橋主梁標高控制采用了以最小二乘法為基礎進行參數識別與修正的誤差分析和狀態預測方法。在確保所得的撓度觀測數據及立模標高進行溫度修正后，不受溫度效應影響之后，對所采集的實測數據與計算數據進行對比分析，通過對已成結構實際狀態與仿真計算理想狀態之間誤差的分析，采用最小二乘法對計算模型中的參數進行調整，使仿真計算的結果與實際結構狀態相一致。經過反復幾次的參數識別調整之后，修正過的仿真計算模型的計算結果與結構的實際狀態逐漸相吻合，施工進入自適應狀態，由此，可以比較準確地預測結構的后期標高，保證結構線型滿足設計和施工的要求。根據對實際施工中砼的容重和彈性模量、預應力管道的摩阻率和孔道偏差影響系數k值進行測定的結果，結合敏感性參數分析表明主梁混凝土的容重、彈性模量和預應力束張拉力對線型控制影響較大，將該三項參數作為待識別的參數。施工時建立控制網絡，具體識別方法是以最小二乘法為參數估計準則，進行施工控制。具體操作如下：在施工第N號節段時，由掛籃移位的梁體變位實測值與理論計算值得差別，可識別出第N-1號節段的彈性模量的真實值；同樣，由澆筑混凝土時的變位值可識別出第N號節段的重量即混凝土的容重真實值；由預應力張拉時的變為可識別出第N號節段對應的預應力束的張拉力。在識別出各參數后，及時將它們反映在GQJS的計算中，以獲得修正后的下一節段的預拋高值。至此，形成施工、量測、識別、修正、預測、調整、施工的循環過程。豎向撓度線型控制施工基本程序：考慮上部結構施工后，自重對墩柱的壓縮，考慮墩高的影響，通過計算確定各“T”構0#段的預拋高量及后期各塊段施工完成后由于自重對墩柱壓縮的影響；按設計參數計算出各梁段在不同工況下豎向的變形，提供初始的預拋高值，對比各節段在不同工況下的實測與按設計參數計算的豎向變形值，采用參數識別法，修正各設計參數，重新計算后續梁段的立模預拋高值，通過不斷的識別與調整，直至計算的預拋高值與實際施工工況相符合，使施工控制逐漸進入自適應狀態；對掛籃進行等效加載預壓，消除掛籃的非彈性變形，測出掛籃在不同重量及不同節段長度時的彈性變形值，為后續梁段的施工提供由于掛籃的彈性變形而產生的預拋高值；孔道摩阻測試測試目的：確保對各梁段準確施加預應力，并通過測試修正值和值，為懸灌各節段的預拱度的計算提供可靠的計算參數，使該參數對懸灌各節段預拱度計算的影響盡可能減至最低。通過孔道摩阻測試，得出了實際施工形成的管道的摩阻系數和孔道偏差系數，為精確施加預應力提供了必要的參數，也為實際塊段的預拱度的計算提供了必要的可靠參數；對于長大懸臂狀態下的主梁而言，日照溫差也將對懸臂端的位移產生較大的影響。施工監控過程中需要對不同墩的相同塊段的立模標高分別作出相應的溫度修正，建議最好在8點左右溫度場比較均勻的時間進行立模，此時只需對當時的溫度與合攏時的溫度之差對墩頂位移的影響進行修正即可；混凝土徐變預留下沉量，跨中三年混凝土徐變預留沉降量按15cm考慮，并按正弦曲線在半跨予以分布。次邊跨及中跨分布方程為：Hy=150sin(X/40)邊跨分布方程為：Hy=150sin(X1/0.61845) Hy=150sin(X2/0.37245)上述方程中，其中 Hy為預留的徐變沉降量； X為沿各“T”構縱向布置的橫軸，坐標原點為0#塊中心點；X1為沿各“T”構縱向布置的橫軸，坐標原點為0#塊中心點；X2為沿各“T”構縱向布置的橫軸，坐標原點為邊跨支點端頭處。為施工方便，我們將水準點引至各主墩“T”構0#梁段上，便于施工中的測量需要。但考慮到各主墩的高度均較高，懸灌施工的上部荷載勢必壓縮各主墩，因此，各墩頂0#梁段絕對高度必將下降，施工中，我們在滿足施工精度的前提下，經過觀測和計算，每隔3-4個節段，即對墩頂的0#段上的水準點高程進行修正。軸向線型控制軸向線型控制施工基本程序：在懸臂施工過程中，日照溫差致使混凝土薄壁空心墩身發生彎曲變形，使墩頂發生較大位移。由于特殊的地理位置和橋梁主墩及橋梁的軸向布置，日照溫差對于葫蘆河特大橋混凝土薄壁空心墩的彎曲影響根據現場溫度場的實際監測和計算可以認為，這種日照溫差對于墩柱彎曲影響基本在橫橋向，對主梁懸臂施工的標高產生的影響甚小，因此，在豎向撓度控制中不考慮日照溫差對墩柱彎曲影響而產生的撓度影響。而對于橫向的線型控制而言，這種影響較大（相對于5mm的橫橋向合攏誤差而言）。為減少這種自然因素的影響，目前的做法通常是將控制理想狀態定位在某一特定溫度下，從而將溫度變化對結構的影響相對排除(過濾)。一般是將一天中溫度變化較小的早晨作為控制所需實測數據的采集時間等；懸臂澆筑施工過程中，不斷加長的懸臂長度，由于橋梁的豎曲線和平面曲線的影響，“T”構兩側的不平衡性勢必對橋墩本身造成彎曲影響，這將對橋梁的軸向控制產生影響。在施工控制中，根據現場對于這種影響的實際的觀測結果，我們采取在各“T”構0#塊的中心布置定位基點，每3-4個節段澆筑完成后即對該基點的坐標進行觀測平差，以修正這種影響，減小合攏誤差。各“T”構0#塊中心布置定位基點時，其測量的定位時間段必須在早8點前溫度場比較均勻的時間進行，修正各基點坐標時，也應選擇在該時間段進行測量。對懸臂澆筑的各塊段進行坐標定位時，盡量選擇在早8點前溫度場比較均勻的時間進行，但由于施工的不確定性，無法全部選擇在該時間段進行測量，此時，對于測量的結果應考慮日照溫差對于薄壁空心墩柱的彎曲影響予以修正。無論是豎向還是橫向的線型控制施工，該調整過程是動態的調整過程，必須根據實際的施工情況反饋，及時對預拋高值和各基點的坐標、絕對標高進行調整，確保施工安全和設計的線型得以實現。施工中，在每梁段的端部頂面，埋設3個觀測點，對每工況下的該梁段的撓度變化進行觀測，每梁段的中線采用全站儀進行測量控制。合攏前，提前4個節段對全橋進行中線聯測，對相對懸臂端的撓度進行觀測，必要時可進行調整，以確保合攏精度和線型要求。通過施工實踐，總結出適合于超高墩大跨預應力混凝土曲線連續剛構線型控制的施工技術，成功地完成了葫蘆河特大橋主橋138m高墩90m+3160m+90m的懸灌線型控制，成橋后的線型優美，符合設計的線型和應力狀態的要求，合攏最大誤差豎向為8mm,橫向為4mm，滿足設計關于合攏誤差豎向為10mm，橫向為5mm的要求。3.2.4邊跨不平衡懸澆和墩頂托架無配重澆筑施工技術原設計邊跨現澆段的長度為8.9m，合攏段的長度為2m，該部分混凝土體積為108.35m3（含8.9m長現澆段和2m長的合攏段），兩個邊墩的高度分別為58m、36m，地基為12m層厚的濕陷性黃土。原設計合攏順序為邊跨次邊跨中跨。邊跨現澆段采用支架方案時，其支架所需工程數量巨大，且由于分隔墩位于濕陷性黃土區段，黃土層厚約12m，支架基礎需采用孔樁處理，而且施工周期較長，勞動強度高，不利于縮短工期及加快合攏施工進度。采用托架方案時，則可大大降低勞動強度縮短施工周期，節約大量的支架工程數量，且避免了支架基礎所需的工程投入。但由于原設計的邊跨現澆段的長度為8.9m，合攏段長度為2m；而連續剛構在6#墩蓋梁上長度為2.1m， 在11#墩蓋梁上長度為1.9m；而該懸挑段的混凝土方量約為80m3，混凝土重量約為200t，現澆段懸挑長度太長，上部荷載對分隔墩（6#、11#墩）墩身的偏心距e值偏大，使分隔墩身產生較大的傾覆力矩，為了抵抗其傾覆力矩，需要利用相反一側的托架和預設的張拉索預加荷載平衡其傾覆力矩，以使分隔墩本身保持其穩定狀態，故按照目前設計的邊跨現澆段長度，無論是托架方案或支架方案，均有較大的施工難度，而造成該難度的主要因素為：邊墩高度較高；邊跨現澆段長度太長；邊墩支架處地基處理難度較大。為解決III級自重濕陷性黃土地基高邊墩長現澆段的施工難題，我們在綜合分析落地支架、墩身預埋托架等其它施工方法的利弊之后，查找國內相關資料，在邊跨左幅“T”構已經懸澆至1013#節段時，提出了下列施工方案：合攏順序改為：中跨次邊跨邊跨，啟用邊跨頂板縱向預應力預備鋼束，在7#、10#墩“T”構靠近邊墩側利用掛籃澆注一塊4.5m長的不平衡梁段（21#段），為平衡21#段在7#、10#墩“T”構上產生的彎矩及撓度影響，確保“T”構施工的安全和線型控制，同時在7#、10#墩“T”構近次邊跨側20#段上實施平衡配重，從而達到縮短邊跨現澆段長度的目的。邊跨現澆段由原設計的8.9m長調整為5.2m，合攏段長度由原設計的2m調整為1.2m。調整后懸挑最大邊跨現澆段混凝土體積為38.55m3，邊墩懸挑長度分別為：6#墩為3.1m，11#墩為3.3m（扣除6#、11#墩主梁側蓋梁寬度）；據此，托架方案非常簡單，而且由于懸挑長度及重量均較小，故對墩身的傾覆力矩也較小。因此，無須設置平衡托架來平衡由于邊跨現澆段施工對邊墩造成的傾覆力矩。邊跨合攏段采用前移掛籃，在掛籃上澆注合攏段的施工方法進行施工。為取消采用落地支架澆筑邊跨現澆段及合攏段做出了新的嘗試、探索。據此調整后對全橋懸臂施工在線型控制上重新進行計算，對兩個“T”構因合攏順序改變、不平衡懸澆塊段及不平衡配重施工對“T”構本身產生的豎向撓度影響采用GQJS重新予以計算，根據計算結果，對后續梁段的預拋高值進行調整，以滿足線型控制和設計應力狀態的要求。調整后采用的邊跨不平衡懸澆段及邊跨現澆段綜合施工方案，使整個方案變的簡單、易操作，施工速度快，節約了大量的材料、人工投入，經濟效益明顯。通過該方案在黃延高速公路上的兩座連續剛構橋梁上的成功實施，成功解決了濕陷性黃土地基高邊墩長大邊跨現澆段的施工難題，對不用落地支架的途徑進行邊跨現澆段和邊跨合攏段的施工做出了有益的探索；同時也為懸臂已經實施后改變施工方案時的線型控制技術作出了有益的嘗試，確保了全橋的高精度的合攏，并取得了可靠、寶貴的實踐經驗。該施工技術可在同類高邊墩的懸臂澆筑施工或在邊跨現澆段處于水中或其它特殊地形下而不宜采用落地支架施工時考慮采用，施工效果明顯，施工難度較小，應用前景廣闊。4主要社會經濟效益分析葫蘆河特大橋是黃延高速公路上規模最大、施工難度最高的一座橋梁，集大體積承臺混凝土、百米薄壁空心高墩、大跨連續剛構為一體，施工技術含量高，工期緊迫，施工非常困難，資金異常緊張，通過采用新技術、新工藝、新材料，為高墩大跨連續剛構橋梁施工總結出了一整套先進、科學的施工工藝，加快了施工速度，提高了工程質量，確保了施工安全，受到了交通部和陜西省交通廳的表揚，取得了顯著的經濟和社會效益。4.1經濟效益分析大體積承臺混凝土施工中，通過優化施工配合比，摻入一定量的粉煤灰等量替代水泥，既降低混凝土產生的水化絕對熱，又節約水泥421t，該項節約材料費用7.8萬余元；超高墩外翻內爬模板的設計和應用，該翻模施工與同類型滑模施工相比較，滑模施工每墩液壓系統滑軌需要48mm普通鋼管（壁厚3.5mm）64根，每延米3.81kg，以9#墩為例，墩高138m，共計用鋼管33650kg，共計11.8萬元，全橋四個主墩共計節約鋼管材料費34.6萬元；每箱節約滑模施工中額定起重量為1.5t液壓單作用千斤頂28臺，每主墩4箱，全橋4個主墩共計節約448臺千斤頂，共計節約22.4萬元；另以每循環拆模和裝模的工作量統計，滑模需要人工40人，而該翻模需要人工20人，以9#墩為例，共計澆注混凝土（施工節段數）23次，則9#墩每箱節約人工460個；一個主墩共計4箱，全橋四個主墩共計節約人工5440個，節約人工費27.2萬元；全橋四個主墩共計節約費用84.2萬元；此外，大大提高了施工效率，節約了墩身的施工時間，正常情況下，采用該翻模施工法9#墩只需3個月的時間即可完工，若采用滑模施工則施工時間延長一個月，為整個上部結構的施工爭取了時間；主墩施工中，主筋連接采用鐓直螺紋連接套筒施工技術，取代傳統的焊接施工工藝，既保證了施工質量，又節約了費用，提高了施工效率。各主墩節約費用如下：表1 主墩經濟效益分析墩號墩高（m）主筋根數（根）接頭個數（個）直螺紋連接工藝普通焊接工藝對比節約費用材料費（萬元）人工費（萬元）材料費（萬元）人工費（萬元）材料費（萬元）人工費（萬元）780828/45685.726.53.80.81.88130624/360147.63.69.47.21.83.69138624/360158.23.8107.51.83.71058736/45663.91.64.73.60.82.0合 計25.41130.622.15.211.1全橋各主墩節約人工費、材料費共計16.3萬元；主橋墩身翻模模板改0#塊側模、掛籃側模為提高模板使用效率，在主墩完成施工任務后，根據現場的實際施工情況，將主橋墩身側模模板拼裝成0#段的側模模板，施工時，合理安排0#塊兩端外側模板的長度，澆筑完成0#段后，在0#段上拼裝完成掛籃，將該段側模前移就位，改為掛籃的側模使用。主橋墩身翻模模板改0#塊側模、掛籃側模既提高了施工的效率，節省了模板的二次吊裝，也提高了模板的使用率，節約模板240t，共計節約費用84萬元；邊跨不平衡懸臂澆筑、縮短邊跨現澆段綜合施工技術在原設計邊跨現澆段施工難度較大的基礎上，采用了邊跨不平衡懸臂澆筑、改變合攏順序，縮短邊跨現澆段的綜合施工工藝，與采用原設計方案時所用的落地支架方案相比較如下：采用落地支架方案，全橋4個邊跨現澆段：支架材料采用萬能桿件150t，租金180元/t月，施工周期為8個月，費用計21.6萬元；基礎處理：1.2m孔徑樁基共計12根，每根長25m，共計費用64.5萬元；承臺四個，每個承臺尺寸為2m2m8m，共計費用為6.4萬元；邊跨現澆段側模采用鋼模板，按與變更后的方案相比較增加的投入，四個邊現澆段的側模共計80t，共計費用28萬元,底模共計增加117m2，內模共計增加207.72 m2，共計4.9萬元； 6#墩每邊跨現澆段的支架搭設時間為3個月，拆除時間為2個月，11#墩每邊跨現澆段的支架搭設時間為2個月，拆除時間為1.5個月，每處每天需人工20人，則人工費用為51萬元，上述各項共計費用176.4萬元。變更后的托架方案：托架材料采用鋼材，共計使用23.6t ，計費用9.0萬元。托架施工時間只需1個月。則該兩種方案相比較后共計節約費用167.4萬元。綜上所述，共計節約費用 359.7萬元，取得了較好的經濟效益。4.2社會效益分析澆筑的大體積承臺混凝土未見有裂縫，采用粉煤灰代替水泥的使用，在節約水泥的同時，又解決了熱電廠廢除的粉煤灰，保護了環境，取得了較好的社會效益；使用直螺紋連接套筒施工技術，施工效率大幅提高，以9#墩為例，節約施工時間22.5天，為快速、優質、高效進行橋墩的施工提供了技術保障；外翻內爬模與以往其他高墩所使用的模板相比較，對內壁直坡的空心墩采用外翻內爬式，外模從底節往上依次翻升；內模與內井架組裝成一整體，從而實現內模與內井架以塔吊為動力整體同步提升。一個循環澆注混凝土6m，正常3天一個循環，每墩日進尺可達2m，做到快速流水作業,施工效率明顯提高，從工藝上實現了整個墩身零施工縫。采用外翻內爬模板施工，其最大的優點在于模板安裝好后,只與下層已固節的墩身模板接觸,施工荷載對其不發生影響,有效的提高了立模精度,這對控制138m高墩墩身混凝土質量以及墩身的垂直偏位起到了關鍵性的作用，從根本上保證了墩身的表觀及內部質量，社會效益顯著；主墩翻模改0#段側模及掛籃側模的施工方案，既節約施工中模板的投入，又解決了模板的二次吊裝問題，全橋共計節約施工時間10天，提高了塔吊的使用效率；采用邊跨不平衡懸澆和墩頂托架無配重澆筑的施工技術，解決了長大、高邊墩、濕陷性黃土地基的邊跨現澆段的施工難題，保證了施工質量，提高了施工效率，節約施工時間5個月，施工效果顯著。應用該施工方法解決了黃延高速公路兩座連續剛構的長大、高邊墩在復雜地質地形條件下邊跨現澆段的施工難題，為取消在落地支架上進行邊跨現澆段和邊跨合攏段的施工方式作出了有益的探索，取得了很好的社會效益。作為黃延高速公路上規模最大、長度最長、施工難度最大的一座特大型橋梁，施工中做到了百米高墩高空作業無傷亡事故，施工質量優良，葫蘆河特大橋的建成具有重要的意義。黃延高速公路起點位于中華民族的發源地黃帝陵，終點是中國革命圣地延安，它的建成通車，由西安去往延安的行車里程將縮短40km,行車時間將比沿210國道縮短約1個半小時。對于完善國家高速公路網，推動陜西經濟社會的發展，加快革命老區邁向小康的步伐具有重要作用。依托葫蘆河特大橋的工程實踐，對薄壁空心高墩大跨預應力混凝土連續剛構橋進行了深入的研究。葫蘆河特大橋的成功實踐，將對大跨徑橋梁的發展及整個西北黃土溝壑地區選擇合理的