山区公路桥梁施工技术探讨

山区公路桥梁施工技术探讨高明鹤（中建六局有限公司基础设施事业部天津开发区第一大街79号泰达MSD-C1区300457）摘要：山区公路桥梁因其所处区域地形、地质条件复杂多变，施工技术具有其一定的特点。本文介绍了我国山区的高速公路桥梁施工的技术和特点。关键词：山区公路桥梁特点施工技术1山区公路及桥梁特点山区地形、地质和水文情况复杂。山区地面高差大坡陡且险要；多存在岩溶、滑坡、不稳定斜坡、崩塌、陡崖、煤气地层等不良地质；且水系众多，水文地质情况沿路线不尽相同。山区高速公路往往是沿溪展线，受地形、地质、水文的影响，公路路线布设时平纵横三个方面都受到不同程度约束，导致山区高速公路平曲线多，平面半径小，纵坡大，桥梁比例高，横坡陡，高挡墙多。而山区高速公路桥梁路线反复沿河岸交替设线，斜、弯及纵向桥多，横坡陡，横断面半幅桥和半幅路基多；路线跨越众多沟壑，高墩大跨多，墩台形式多。基于山区复杂的地形地貌，致使山区高速公路桥梁在路线中所占比例大，往往选择曲线、大纵坡、高墩、长桥等设计方案。另外，山区高速公路桥梁多为弯、坡桥，曲线梁桥在弯扭耦合作用下，具有沿某一不动点变形的趋势，单向行驶的大纵坡长桥在长期反复的汽车制动力作用下，梁体具有沿汽车行驶方向滑移的趋势，如果采用全连续结构，即上下构之间为橡胶支座连接时，这种滑移趋势往往造成梁体受力不平衡，支座脱空甚至破坏，从而导致粱体开裂。因此山区高速公路桥梁宜采用先简支后结构连续或墩梁固结的连续一刚构混合体系，既适应平面线形，又适应桥梁受力特点。2山区公路桥梁施工特点由于山区的高速公路桥梁多为小曲线、大纵横坡、高墩、长桥的设计。因此山区的公路桥梁施工也有其有别于平原区桥梁施工的特点，其特点主要为：（1）施工组织难度大。由于桥梁路线多反复沿河岸交替设线，跨越众多沟壑，地面高差大，山区交通不便，施工材料、机械、人员调配困难。（2）施工周期长。由于施工组织难度大，不易形成流水作业。分项分部工程的施工周期较平原地区桥梁施工周期长。（3）机械设备和模板等施工措施投入大。山区桥梁多处深沟受地形等条件限制，施工便道等施工措施投入大，基础、高墩等分项工程的施工周期长，且受总工期的限制，各大桥的基础、高墩柱多数只能采取平行作业的施工组织方法，使其自成施工体系，机械设备、模板等很难相互调配使用，这样模板、机械设备的投入也大。（4）施工安全风险大。由于山区桥梁基础开挖多为石方爆破开挖，且墩柱多为高墩，爆破和高空施工作业多、风险大。3山区公路桥梁施工技术山区公路桥梁因其所处区域地形复杂，与平原区公路桥梁施工技术选择存在一定差异，因此对山区公路桥梁施工技术进行探讨显得很有必要。山区桥梁施工前应首先对地形、工程地质条件进行详细考察，核对其是否与勘查、设计图纸存在差异，并根据实际地形、地质情况和设计情况，考虑能否对桥梁桥跨、结构形式设计进行适当优化或调整，以确保桥梁能够满足其设计要求的同时尽量降低施工与组织难度，减少施工措施投入，增加安全性和经济性。另外值得注意的是鉴于桥梁结构物特别是高等级公路的重要性，对于滑坡桥位设计，基本上采取是先治理滑坡再建桥，避免桥梁滑动的风险。一些低等级和小规模滑坡中方可利用桥梁墩台抗滑。3.1桩基施工桩基的成孔工艺的选择应根据山区地形、地质、水文、进场道路、施工场地等条件，因地制宜的选择机械钻孔或人工挖孔。对山区地形复杂、地势陡峭、进场道路狭窄、水源困难、地质条件较好，无地下水或少量地下水的桩基，宜采用人工挖孔灌注桩施工。但从安全角度考虑，人工挖孔深度不宜大于15m。人工挖孔工艺成孔，应特别重视施工安全。严格遵守人工挖孔的安全操作规程、并对可能出现的安全问题制定防范措施和应急预案。值得注意的是位于陡坡上的桩基上方边坡岩体破碎易坍塌时，应采用必要的防护加固措施，如用锚索、锚杆稳定山体。开孔时经常造成开挖上方是山体，下方则为邻空面，无法有效护壁，孔口也不能形成安全的挖孔施工平台的桩基。可在邻空侧装外半圆模，靠山体侧设锚杆置入山体。安装护壁内钢筋网。安装孔内圆模。浇注原护壁混凝土，这样拆除内模后，第1段护壁就可在陡坡上形成一个安全稳定的孔口平台，保障了后续工作的进行。对于入岩后需要爆破的，应遵循“多打眼少装药”原则，以达到松动岩层又不破坏山体稳定。对于半路半桥地段可先施工紧靠桥梁的路基地段，后施工桥梁基础，防止爆破失稳等不利因素对基础的影响。对于部分桩基吊车不能靠近的。人工成孔后在孔口搭设井字钢管支架，在架内分节制作，用拉链葫芦分节放入孔内。为缩短时间，接头可采用直螺纹机械联接，但应在运输过程中保护好丝口。陡坡地段搭设的钢管支架应设置支撑、风缆，保持支架的整体稳定性。人工挖孔桩内一般无渗水或渗水量小于6mm／min的，可采用导管小坍落度混凝土干浇。渗水大于6mm／min，必须用水下混凝土灌注。用该法灌注，要求孔内水位大于6m，不足时用水泵反灌水；同时随着混凝土表面上升，山坡孔壁漏水严重，接近桩项，孔内可能变成无水或少水，终灌后桩顶以下5m范围内应用振捣棒插捣，保证混凝土密实。施工过程中，可根据横向陡坡实际地形，调整系梁底面高程。以山体上侧的桩顶地面控制高程，尽量减少开挖山体。3.2高墩台施工山区公路桥梁高墩台施工的两种主要方法为滑模施工与翻模施工技术。3.2.1液压滑模施工液压滑模施工的原理是利用爬升式千斤顶提升模板及工作平台，随着混凝土的浇注，不停向上滑动的原理施工。在正常施工中，每滑升lm就要进行一次中心校正。滑升中如发现偏扭，应即刻查明原因并进行纠正。每次纠正量不宜过大，以免产生明显的弯曲现象。控制操作平台的水平度也是滑模施工的关键技术之一，因为操作平台如发生倾斜，将导致墩台扭转和滑升困难。为避免平台倾斜，平台上材料堆放要均匀，并应注意混凝土浇筑顺利，还要经常进行观测和调整。液压滑模技术在高墩台的施工中，具有机械化程度高、施工速度快、施工占地面小、用材省、劳动力消耗少、工程成本低等优点。但也存在工作技术性强、须有专业技术工人操作、外观不美观等缺点。3.2.2翻模施工高墩翻模的施工工艺，即是采用塔吊或吊车提升大块钢模的方法进行施工。将工作平台支撑于钢模板的牛腿支架或横竖肋背带上，以塔吊或吊车提升工作平台和模板，施工人员在工作平台的上下层进行模板的装、拆、扎筋、浇、捣、测等作业。墩柱模板均采用厂制定型的大块钢模，每套三节，节高2~3m；除墩底一段一次浇筑外，以上按2节+1节的循环交替翻升作业。第三节混凝土灌注完成后，提升工作平台，拆卸并提升第一二节模板至第三节上方，安装校正后，浇筑混凝土，依次循环至完成。高墩翻模的施工工艺克服了高墩滑模、爬模的缺点，吸取了滑模、爬板的优点，把施工作业平台和模板分成两个独立的体系，克服了滑模施工要求的连续性、施工组织的复杂性及混凝土外表质量差的不足，解决了爬模形成施工平台困难等问题。高墩塔吊翻模的施工工艺比高墩液压滑模的施工工艺更适合。高墩液压滑模的施工工艺容易使墩身产生较大的水平及竖向接缝，且液压平台提升过程中容易发生偏扭、偏斜过大等弊病，造成提升平台过程中套管倾斜、顶端混凝土拉开、墩身的垂直度及几何尺寸的控制偏差较大的缺点。而高墩塔吊翻模的施工工艺既能很好地确保高墩的线型和混凝土的外观质量，又能确保施工的安全，提高了工作效率。3.3盖梁施工盖梁施工采用无支架式，原有支架只作为操作平台。对于双柱墩，可采用预埋牛腿孔穿d=9Omm厚壁钢管作为支承点，上托贝雷架或I40工字钢承受模板、混凝土荷载。对于独柱墩，可采用预埋牛腿+抱箍斜撑法施工，可避免高柱墩帽施工搭设支架。加工抱箍应进行严格计算，制作规范，精确定位。抱箍也可代替预埋牛腿作为双柱盖梁的支承点。3.4桥梁上部构造先简支后连续梁施工由于山区地形条件限制。上部构造一般采用无支架施工。主要方法有预制安装法、悬臂浇注法等，以标准化程度高的预制箱梁、T梁、工字梁和空心板为多，其中先简支后连续T、箱梁运用较多。基于山区复杂的地形地貌，致使山区高速公路桥梁在路线中所占比例大，往往选择曲线、大纵坡、高墩、长桥等设计方案。另外，山区高速公路桥梁多为弯、坡桥，曲线梁桥在弯扭耦合作用下，具有沿某一不动点变形的趋势，单向行驶的大纵坡长桥在长期反复的汽车制动力作用下，梁体具有沿汽车行驶方向滑移的趋势，如果采用全连续结构，即上下构之间为橡胶支座连接时，这种滑移趋势往往造成梁体受力不平衡，支座脱空甚至破坏，从而导致粱体开裂。因此山区高速公路桥梁宜采用先简支后结构连续或墩梁固结的连续一刚构混合体系，既适应平面线形，又适应桥梁受力特点。先简支后连续桥梁结构优点有以下几点：(1)具有刚度大、变形小、伸缩缝少和行车舒适等优点；(2)简支梁的预应力钢束在工厂进行张拉，而负弯矩区的预应力钢束布置及张拉均在主梁上进行，仅需吊装设备起吊丰梁，减少了施工设备，又能避免张拉预应力钢束造成地面上的障碍；(3)预制梁能采用标准构件，进行工厂化统一生产和管理，有利于质量控制管理，有利于技术操作，节省了旋工时间，缩短工期，提高经济效益。预制场的设置应考虑山区桥梁建设的特点，宜设在桥头，但不宜设在填方路基上。对于架梁设备的可操作性、稳定性、安全性提出了更高的要求，能自由横移。辅助铺设轨道，自行纵移跨孔，无须吊车配合。值得注意的是，根据不同体系，现浇连续段即为纵向连接两跨简支梁，横向连接同跨梁板的现浇混凝土段。根据施工情况及受力效果，施工时墩顶现浇连续段连同其上的桥面铺装，范围为梁端头到第一块预应力筋锚块混凝土间一起浇筑混凝土。体系转换后，先简支后连续梁桥剪力和弯矩(负弯矩)最大的位置均在两梁衔接处(支座处)即现浇段湿接头处，因此，现浇段湿接头承受着最大的剪力和最大的弯矩为先简支后连续梁的危险截面。总体来说，先简支后连续梁桥结构复杂，工序烦琐且专业性强，对施工要求较高。施工发现，对于新老混凝土的连接结合是现浇连续段混凝土存在的主要问题，为此预制梁板的端头必须严格进行凿毛处理。为了防止现浇连续段混凝土在养生硬化过程中发生收缩性裂缝影响混凝土在二次张拉过程中的承载力和桥梁的整体受力性能，现浇连续段接头混凝土添加微膨胀剂，掺加剂量一般控制在水泥用量的0.5～l％之间。先简支后连续每联各现浇连续接头的浇筑气温应基本相同，温差控制在5℃以内，并尽量安排在一天气温最低时施工。接头混凝土浇筑顺序应严格按设计文件要求执行，从主梁预制到浇筑完横向湿接缝的时间不宜超过3个月。湿接缝混凝土浇筑可采用吊模施工，模板应采用钢模板，并应有足够的刚度和强度。模板安装牢固后，冲洗已经凿毛处理的混凝土表面，在浇筑次层混凝土前对施工缝应刷一层水泥净浆。混凝土浇筑和振捣与预制主梁顶板浇筑同样要求，宜采用平板振捣器与插入棒配合的方式，并保证设计厚度。湿接缝浇筑时宜在气温较低条件，并作好养护，防止裂缝。现浇接头段混凝土可采用微膨胀水泥。总之先简支后连续预应力梁的施工，可以节省大量的临时支架，优化受力结构，采用工厂集中预制，节省了临时用地，降低了造价，加快施工进度。现浇连续段工程量虽小，但工序繁琐且专业性强，每道工序都会影响整座桥梁的质量，应组织专业化的施工队伍施工，同时考虑该部分的经济效益。总之，先简支后连续结构形式相对于传统意义上的连续梁而言，降低了施工难度，同时在一定程度上达到了结构连的目的，提高了结构的承载能力，减少了梁部的伸缩缝，控制桥面横向裂缝的产生。随着施工方法不断提高与完善，越来越多的桥梁设计采用了此种桥型。因此，在施工中应该加强质量的控制，明确注意事项，认真总结经验，及时吸取教训，逐步提高和控制好结构连续施工质量。4结语山区公路桥梁施工技术的选择有很多区别于平原微丘区桥梁的地方，也更有很多方面需要探讨，本文只是抛砖引玉，结合自身施工经历对山区公路桥梁施工技术进行一些初步探讨。不正确之处，敬请指正。参考文献[1]JTG/TF50—2011《公路桥涵施工技术规范》、人民交通出版社，2000。[2]励可鉴，崔旭光、《公路与桥梁施工技术》[M]、人民交通出版社、2007。[3]郑益民、《桥梁墩台施工技术要点》[M]、人民交通出版社、2004。[4]霍明《山区高速公路勘察设计指南》[M]、人民交通出版社