01-支井河特大桥引桥综合施工技术(一)

桥梁施工新技术现场经验交流会支井河特大桥引桥综合施工技术中铁十三局集团有限公司1支井河特大桥引桥综合施工技术中铁十三局集团第一工程有限公司袁长春内容提要：沪蓉国道主干线湖北沪蓉西（宜昌至恩施）高速公路支井河特大桥主桥为1-430m上承式钢管混凝土拱桥，其拱肋轴线采用悬链线，是目前世界上同类桥梁跨径最大者。介绍了引桥拱座高边坡卸载防护、拱座大体积混凝土、矩形空心薄壁交界墩及盖梁、箱梁预制及安装等相关施工技术。关键词：钢管混凝土拱桥大体积混凝土高边坡空心薄壁箱梁预制安装1工程概况1.1工程简介湖北沪蓉国道主干线是我国公路主骨架网“五纵七横”中的“一横”，湖北省宜昌至恩施高速公路是其重要的组成部分，是鄂西南地区必不可少的重要运输通道。沪蓉西21合同段工程是该项目中施工条件最恶劣、施工难度最大的工程之一，其中支井河特大桥位于巴东县野三关镇支井河村一组，大桥宜昌侧（东侧）接漆树槽隧道出口，恩施侧（西侧）接庙垭隧道进口，由于桥隧紧密相连，两侧均为陡峻的悬崖峭壁，交通运输条件之恶劣、施工场地之狭小、工程之艰巨为全路段之最。1.1.1结构型式支井河特大桥中心桩号为K120+433.507，起点桩号为K120+170.037，终点桩号为K120+715.577，桥梁全长545.54m。主桥为1-430m上承式钢管混凝土拱桥，引桥为简支梁桥；桥跨布置为1×36m（引桥）+1×19.1m+19×21.4m+1×19.1m（主桥）+2×27.3m（引桥）。桥台采用扩大基础，引桥墩采用桩基础，过渡墩直接坐于拱座上；桥台身为钢筋混凝土结构，引桥墩（D3墩）为矩形实体墩，过渡墩为钢筋混凝土薄壁空心墩，其中D1墩墩身高82.383m，D2墩墩身高73.872m；桥面板采用预应力混凝土箱梁，先简支后连续；桥面铺装为6cm防水混凝土和9cm沥青混凝土，全桥在两过渡墩和两桥台位置各设一道伸缩缝。主拱桥拱轴线采用悬链线，计算跨径430m，计算矢高78.18m，矢跨比1/5.5，拱轴系数1.756。拱肋采用钢管混凝土主弦管和箱形钢腹杆组成的空间桁架结构，截面高度从拱顶6.5m变化到拱脚13m，拱肋宽度为4m，两肋间距13m，以20道“米”字横撑相连。主拱圈钢管外径1200mm，管壁厚度：拱脚下弦1/8跨为35mm，1/4跨为30mm，其余下弦及上弦均为24mm，钢管内填充C50混凝土。主桥拱上立柱为□1400×1000mm的钢箱（内壁加劲）与钢箱横联组成的格构体系，高度为3.153m～71.866m，拱上盖梁亦为整体钢箱结构。桥型总体布置见图1。1.1.2技术标准（1）公路等级：高速公路（2）设计行车速度：80km/h（3）路基宽度：24.5m桥梁施工新技术现场经验交流会支井河特大桥引桥综合施工技术2中铁十三局集团有限公司（4）设计荷载：活载：汽车-超20级，挂车-120；温度荷载：全桥整体升温：+30℃；整体降温：-30℃（5）设计洪水频率：1/300（6）地震烈度：Ⅵ度，按Ⅶ度设防图1桥型总体布置图1.2项目环境1.2.1地形地貌支井河特大桥地处构造侵蚀溶蚀峰丛峡谷低中山区，山顶高程为1415m，河床高程660m，相对高差755m，地形上属不对称“V”字型峡谷，两岸地形变化极为复杂，谷深陡坡、悬崖连绵，整体呈现纵坡陡峻、横坡起伏变化、切割强烈的幽谷地貌景观。东岸沿桥轴线为陡缓相间的折线陡坡，桥面下方斜坡由下至上坡度变化为45°～30°～20°～45°～64°～73°，桥面上方坡度为42°陡坡，仅在760～810m高程为缓坡带，拱座及桥台位于64°～73°急陡坡及陡崖地段，平面投影范围对应的地面高程850～888m。西岸下方为悬崖峭壁，崖肩高程855m，以上为40°陡坡，拱座位于崖肩以上地带，平面投影范围对应的地面高程887～904m。在高程660～665m段为深切河谷，河流总体由北流向南，河谷谷底宽30m。318国道于拟建桥位北4km以外通过，桥位处交通闭塞，通行条件极差。1.2.2地质、水文1.2.2.1地质岩体裂隙发育一般，岩性坚硬，整体稳定性及持力层条件较好。从两岸钻孔揭露来看，东岸裂隙不甚发育，西岸地表陡岩边缘岩体沿节理松弛开裂、溶蚀，形成稳定性较差的危岩体。1.2.2.2地表水支井河特大桥跨越的支井河，全长数十公里，流域面积大，总落差1000余米，平均坡降18％，年迳流量达亿立方米，为常年性河流。河床宽30m，水随季节变化大，调查最高洪水位高出河床约3m，远低于拟建桥面，对拱桥无影响。据支井河水水质分析成果：PH值8.24，硬度111.9mg／Ｌ，矿化度169.98mg／Ｌ，水化学类型为HC03·Ca型，属中性微硬淡水。参照《公路工程地质勘察规范(JTJ064—98)》结合区域水文桥梁施工新技术现场经验交流会支井河特大桥引桥综合施工技术中铁十三局集团有限公司3地质条件综合判断，桥址区地表水、地下水水质均较好，对混凝土无腐蚀性，对钢结构具弱腐蚀性。1.2.2.3地下水钻孔未揭露到稳定的地下水位，一般为干孔。因此，桥址区地下水类型主要为季节性岩溶裂隙水及埋藏较深的岩溶管道水。桥位区地形切割强烈，桥台及拱座位分布标高较高，地下水径流及天然排泄条件好，岩溶水位埋藏较深，浅层风化、岩溶裂隙季节性滞水水量极贫乏，对工程施工影响小。1.2.3气象桥址区气候属亚热带大陆性夏热潮湿气候区，光照充足，降水充沛，严寒期短，雾多湿重，最大相对湿度超过85%，区域降雨量大，多年平均降水1084.1mm，多集中于四至八月份。年平均气温17.4℃，极端最高气温41.6℃，极端最低气温-15.2℃。2悬崖条件下拱座高边坡卸载防护施工技术2.1工程背景宜昌侧拱座按照设计开挖防护接近拱座顶面后，在防护侧面接连发生几次边坡坍塌事件，山体于2006年3月19日再次发生了大面积的塌方，致使拱座开挖无法进行。业主组织设计、地勘、岩土、监理等部门及专家及时进行了现场勘察、观测，展开了多次关于支井河特大桥宜昌岸拱座基坑左侧山体塌方处理方案会议，分析原因及讨论处理方案，认为从坍塌断面观察，岩体层理产状破碎、分层较薄、节理发育，同时风化较严重，初步判断塌方系由基坑左侧坡体处山体破碎带因不堪自重剪切破坏所致；塌方处悬臂上方山体仍处在极不稳定状态，拱座施工应立即停止，并提出多种处理方案，一致认为必须先对悬臂山体进行卸载，消除继续塌方的隐患。卸载位置见图2。图2卸载位置图2.2卸荷防护方案2.2.1坡面危石清理正式卸载前先将开挖线以上不在卸载范围内而且可直接危及卸载防护施工的山体坡面进行清理，主要有左侧桥台外侧下部的凸出山体要进行卸载防护，以及右侧线路外侧凸出山体进行表面危石、浮渣清理，以确保下部卸载工作安全进行。2.2.2山体卸载左侧山体塌方后使拱座基坑左侧坡体形成了一个深约5m，高78m的悬空端，从出露的岩层看，其层理桥梁施工新技术现场经验交流会支井河特大桥引桥综合施工技术4中铁十三局集团有限公司接近水平，节理发育、岩石破碎。对坍塌凹陷处进行嵌补和支撑悬空部位均很困难且施工过程中的安全难于保证，比较稳妥的办法是将悬臂山体进行卸载，卸载坡度不宜过陡，因岩层节理发育，容易出现新的岩体坍塌，为防止再度塌方需放缓拱座基坑坡面，实现山体岩层自身基本稳定。左侧边坡以底边不动沿着背墙面向外侧扩展，变原10：1边坡为5：1坡度，从悬空面沿着背墙坡面向上延伸至与山体原地面线交线处高度达70m，基坑侧壁采用5：1放坡，悬空处向外偏移量达5m（因塌方所致），基坑顶部左侧外移量较大，较原10：1坡度开挖线偏移达（1/5-1/10）×70+5=12m，左侧壁沿着5：1坡度向下卸载至悬空面根部。右侧山体卸载，因右侧山体岩层为横向顺层，岩层较不稳定，侧壁拟放坡4：1进行卸载。在实际施工过程中，可根据山体岩石稳定情况适当调整侧壁边坡坡度，对于较好的地质可调陡边坡，对于松散破碎的地质可继续放缓边坡。2.2.3防护根据对宜昌岸整体坡面进行了多次勘测，分析岩层走向、岩石节理，研究山体坡面坡度、地形地貌后认为宜昌岸边坡山体构造破碎、节理发育、溶蚀现象普遍，卸荷山体岩层间产生连锁现象明显，不断诱发新的险情，为确保卸载施工的安全、彻底、顺利进行，决定采用超前注浆导管预加固后再卸载，打锚杆、挂网进行防护，锚杆施作可根据地质情况适时调整。2.3施工工艺2.3.1工艺流程施工准备→测量放样→钻导管孔→安放导管→导管注浆→钻孔爆破→人工排碴→钻锚杆孔→锚杆施作→挂钢筋网→喷射混凝土2.3.2施工要点2.3.2.1施工准备人员及开挖所需的机械器具进场，修建蓄水池和变电站，安装、调试空压机及铺设管道。在此期间备足前期所需要的材料。2.3.2.2测量放样先利用全站仪无棱镜测出实际的地形坐标，利用AUTOCAD画出所要切削的轮廓线，根据实际情况进行调整，结合电脑三维技术模拟施工现场，指导进行测量放线和定位，以避免凹进岩面位置无法越过。2.3.2.3注浆小导管施工（1）施工步骤a.测量放线，按设计在岩面上布设出小导管位置。b.钻机就位、钻孔，钻孔直径为50mm。c.施作超前注浆小导管时，打孔角度根据设计图纸为与竖向成37°角，间距为60cm，导管采用长3.5m桥梁施工新技术现场经验交流会支井河特大桥引桥综合施工技术中铁十三局集团有限公司5的φ42×3.5mm钢管，钢管上按间距20cm梅花形钻8mm的小孔（前端2.0m范围内），顶端做成尖锥型，以便顶进。打设完毕后，压注水泥浆单液，水灰比为1：1，注浆压力控制在0.5～1MPa之间；注浆结束及时用水泥砂浆充填、封口。d.注浆结束后，可根据实际情况调整注浆参数进行补孔注浆。e.注浆后至开挖前时间的间隔，根据注浆浆液种类控制在1d左右。f.整个过程中要做好记录，内容包括打孔的角度、间距、深度、钢管的长度、注浆压力、注浆数量、起止时间等，作为后续施工调整注浆参数的依据。（2）小导管加工制作小导管采用Ф42×3.5m无缝焊管加工而成，小导管前端加工成尖锥形，以便插打，并防止浆液前冲。小导管中间部位按梅花型间距20cm钻Ф8mm溢浆孔，尾部100cm范围内不钻孔防止漏浆，末端加焊Ф6环形箍筋，以防打设小导管时端部开裂，影响与注浆管的连接。（3）注浆加固范围及小导管布设边坡卸荷开挖采用Ф42×3.5mm超前注浆小导管加固山体。每根超前小导管长3.5m，竖向每2.5m设一排，横向间距0.6m，外插角为与竖向成37度角，前后两排小导管搭接长度不小于1.0m。（4）小导管安装用锤将导管直接打入。导管装入后及时用CS胶泥将管口密封。（5）注浆注浆以注水泥浆单液为主。注浆前应对小导管内的积物用高压风进行清理，注浆顺序由下而上，注浆可以单管也可以多管并联注浆。多管并联注浆需加工一个分浆器即可。浆液水灰比可为1.5:1.0，1.0:1.0，0.8:1.0三个等级，浆液由稀到浓逐级变换，即先稀后浓。注浆完后，立即堵塞孔口，防止浆液外流。2.3.2.4钻孔爆破施工（1）钻爆设计为保证岩石的整体性，防止阶梯边缘棱角破损，拟采用预裂爆破、浅眼松动爆破、静态破碎及人工修正相结合的开挖方法。（2）预裂爆破在卸载示意图图中规定的开挖控制线外1m采用预裂爆破。预裂技术使该处岩石形成预裂缝（预裂缝宽度为0.5～5cm）以达到隔震作用，使主开挖区的爆破震动波在该缝隙处终止传播，从而保护未卸载区域的稳定。（3）浅眼松动爆破桥梁施工新技术现场经验交流会支井河特大桥引桥综合施工技术6中铁十三局集团有限公司对于预裂缝以外的主开挖区，以先边坡外侧后内侧的顺序，进行减弱松动控制爆破，其工艺为密布孔、小药量、多点多排松动爆破。从而达到多点及各排炮孔爆破所产生的地震波不会产生相互叠加的效果，部分地震波在相互作用中相互抵消。该工艺可以大大提高开挖效率，缩短工期。（4）人工修正经过上述工序后，采用人工利用风镐等器具进行最后收边俭底作业。用高压风管清扫边坡，去除掉危石，保证绑扎钢筋、喷射混凝土时人员、机械的安全。2.3.2.5锚杆施工为确保施工安全，在按设计坡度开挖完成后及时按要求进行锚杆网喷防护。锚杆为间距1.5m梅花形布置，长度为3.5m和5m的Φ25锚杆交错布置，