大跨度铁路连续梁拱组合桥梁施工技术及质量控制

质量控制

连续梁−拱组合桥梁是由梁−拱共同受力，其中梁体自重由主梁承担，后期恒载和活载由梁−拱组合体系共同承担，比单一的连续梁桥梁应力、变形等更为均匀，组合体系桥梁综合梁和拱的特点使其整体刚度更大，外形更加轻巧，更能适应大跨度的设计需求。梁−拱组合式桥梁以其自身独特的受力性能及优美的外形结构被广大桥梁设计者所釆用。在当前铁路建设，尤其是高速铁路的建设中，梁−拱组合体系桥梁结构越来越多地得到应用。梁拱组合桥梁作为一种比较新颖的形式，由于本身的受力特点、优美的造型以及施工工艺的成熟，将梁和拱2种结构形式进行了完美的结合，随着施工技术的不断进步和材料的不断发展，将会产生更多形式的梁拱组合桥梁。然而不同结构形式桥梁的施工方法，除了要考虑现有的施工技术设备和建造现场的环境条件等因素的限制外，还与桥梁的结构形式有着密切的关系。为此许多学者结合现场施工经验针对不同结构形式桥梁的施工技术进行探讨与总结，余鹏程等对基于智能张拉系统的吊杆测控一体化施工

[1−2]

技术进行了研究；黄德斌针对预应力短索体系进行了研究与开发；熊学玉开发

[2]

[3]

了基于物联网的预应力智能化张拉成套技术，应用结果表明, 该技术引入能够极大提升对施工管理、质量控制、远程监控、历史回溯的支持，改变以往仅靠人工管控的不利状态，对提升现场管理水平与准度控制起到决定性作用。李晓峰等

6]

[7]

[4−

对大跨度预应力混凝土连续梁桥的施工工艺进行了研究。王敏以沱江双线特大

桥为背景，其主桥为应力混凝土连续梁与钢管混凝土拱组合结构，介绍了其主要结构构造及施工方法，分析了连续梁−拱组合结构的受力特点。本文以新建徐盐铁路线上一座连续梁拱组合桥梁为研究背景，对大跨度铁路连续梁-拱组合桥梁

的施工技术及质量控制进行研究，分析施工和运营使用过程中等存在的质量风险，并制定相应的应对 措施。

1 工程概况

新建徐盐铁路设计速度250 km/h，全线大跨度桥梁共4座，其中(72+96+312+96+72) m斜拉桥1座，(100+200+100) m连续梁−拱桥3座。本文以徐洪河特大桥跨徐沙河(100+200+100) m连续梁-拱为背景进行研究分析。跨徐沙河连续梁主桥采用100+ 200+100 m预应力混凝土连续梁与钢管混凝土加劲拱肋组合结构体系，主梁采用预应力混凝土连续梁，横截面为单箱双室截面，如图1所示。

1) 连续梁全梁分为91个梁段，全长401.8 m，A(B)0号块为C60纤维混凝土，其余节段为C55混凝土。主梁采用单箱双室、变高度、变截面结构，两边腹板为直腹板。端支座处及边跨直线段和跨中处梁高为6 m，中支点处梁高12 m，梁底下缘按圆曲线变化；箱梁顶宽14.2 m，箱梁底宽12 m，在中支座处20 m范围内顶宽加宽到17.2 m，底宽加宽到15.2 m。顶板厚43~62 cm，底板厚40~110 cm。

2) 主桥设置2道拱肋，拱轴线采用二次抛物线，计算跨径L=200 m，计算矢高f=40 m，矢跨比1/5。拱轴线方程Y=−1/250X+0.8X。横桥向设置2道

2

拱肋，拱肋中心距为13 m；拱肋采用外径φ1 200 mm，壁厚δ=24 mm的钢管混凝土哑铃型截面，上下2钢管中心距为2.0 m，拱肋截面全高3.2 m，钢管内灌注C50自密实混凝土。2道拱肋共设置20对双吊杆，吊杆顺桥向间距9.0

m，采用PES(FD) 7- 61型低应力防腐拉索，外套复合不锈钢管，配套使用冷铸镦头锚。

图1 徐洪河特大桥连续梁-拱组合结构

Fig. 1 Continuous beam arch composite structure of Xuhonghe Super Bridge

2 施工方案

2.1 总体方案

本桥采用先梁后拱的施工方案。连续梁采用支架现浇A0和A1(B1)梁段及拱座，悬臂施工A2(B2)~ A21(B21)梁段，支架现浇边跨A22梁段，边跨张拉，再悬臂施工B22，拆除挂篮，解除临时固结，最后合龙中跨；拱施工采用钢管及型钢搭建临时支架，用汽车吊将钢管拱拱肋逐段吊装到支架上，遵循左右对称、前后对称的原则进行焊接拼装，最大不平衡安装不超过2个吊装节段。

2.2 混凝土关键技术施工

2.2.1 大体积混凝土测温和养护

现场混凝土采用测温枪对混凝土表面温度进行测控，采用埋设测温元件的方法测量混凝土芯部温度。混凝土终凝后开始测温，3 d以内每2 h测温一次，4~7 d每4 h 测温1次，8~14 d每6 h测温1次，同时测量大气温度，在测温过程

中，发现混凝土内外温差接近15 ℃，或混凝土温度下降太快时，根据季节及时采用喷淋降温或炉火升温等措施，控制混凝土的温度，确保混凝土中心温度、表面温度与大气温度差在15 ℃以内。养护期间，应重点加强对混凝土的湿度和温度控制，减少表面混凝土的暴露时间，及时对混凝土暴露面进行紧密覆盖，防止表面水分蒸发。

2.2.2 拱脚2次浇筑混凝土密实度控制

拱座第2次混凝土浇筑在3号段浇筑完毕且张拉完成后施工。拱脚预埋段固定采用门型支架固定，按照支架立柱平面位置设置预埋件。焊接支架立柱与预埋件，并严格控制立柱的垂直度，焊接支架纵横联系，安装定位槽及拱肋下托架，高度均比预设高度小10~20 mm，并固定双立柱上，安装精调托架。由汽车吊吊装拱脚钢管至门型支架内完成初定位，待精确定位并固定后浇筑混凝土。

2.3 梁体预应力施工关键技术施工

2.3.1 纵向预应力张拉控制

预应力筋张拉前，应根据实测锚圈口及喇叭口和管道摩阻损失，报设计单位对预应力筋张拉控制应力进行调整。另外根据施工单位实测的预应力筋弹性模量和管道摩阻系数，对预应力筋张拉理论伸长量进行重新计算。预应力张拉设备使用与锚具相配套的千斤顶及油泵，使用前应先进行标定，张拉时做到对称、平衡。预应力筋张拉采用张拉力与伸长量双控，预应力值以油压表读数为主，以伸长量校核，实际伸长量与计算伸长量差值控在±6%以内。张拉时混凝土强度大道设计强度的95%、弹性模量必须达到设计规定强度的100%后进行，且必须保证张拉时梁体混凝土期龄不小于7 d。

2.3.2 竖向精轧螺纹钢预应力施工

本桥竖向预应力为φ32精轧螺纹钢筋，采用螺杆式穿心千斤顶张拉，同一梁段两侧对称张拉。因为预应力粗钢筋一般设计较短，相应的伸长值也较短，在锁紧锚固螺母时会因为偏心等因素造成伸长量的微量回缩，此值与本来就比较短的理论伸长值相比的比例会很大，为保证张拉质量，对精轧螺纹钢筋进行复拉，第1次张拉完成后，次日再重复张拉后锚固。每一节段尾端与另一梁段接头处的一组竖向预应力粗钢筋留待与下一节段同时张拉，以使其预应力在混凝土接缝两侧都发挥作用。

[3−5]

2.3.3 压浆质量控制

孔道压浆应在预应力筋终拉后48 h内完成。竖向预应力筋压浆应从最低点开始压浆；纵向预应力筋压降时在波纹管每个波峰的最高点设一排气管兼压浆管。压浆泵输浆管应选用抗压能力10 MPa以上的抗高压橡胶管，输浆管连接件之间的连接要牢固可靠。水泥浆进入灌浆泵之前应通过1~l5 mm的筛网过滤；搅拌后的水泥浆要做流动度试验，并根据试验结果作必要的调整；压浆在灰浆流动性下降前进行；同一根管道的连续进行，出现意外情况中断时，应立即用高压水冲洗干净理好后，再重新压浆。

2.4 吊杆预应力施工

成品吊杆在出厂前进行吊杆的抗拉强度、弹性模量试验、静载和动载试验。吊杆进行张拉施加应力时，由1/4跨向两端对称进行；2片拱肋的吊杆在施加预应力过程交叉、对称地进行。张拉严格按设计给出的D5-D9-D2-D7-D4-D8-D6-D3-D10-D1的顺序分次进行，根据加载情况(灌注混凝土、桥面铺装及桥面系附

属工程)按设计吨位分步张拉，每次张拉过程中除初张拉和终张拉外，均按20%分级加载。吊杆张拉结束后，锚头处安装锚头防护罩，防护罩内部灌填防腐油脂，防止锚头锈蚀。索力按以下顺序进行调整：拱肋、吊杆安装完毕后，拱肋混凝土强度达到100%时，将吊杆调直，进行调索初张拉；梁体第2次张拉后，索力调整进行第二次张拉。索力最后张拉调整在桥面安装等引起的沉降后进行。

[8]

3 主要质量风险

3.1 拱脚混凝土质量差

3.1.1 原因分析

1) 首次浇筑混凝土使用的模板质量较差、清理不干净，拼接不严密，尤其是端模多数使用钢板点焊拼接，受震动后开焊或固定措施不当，施工缝处的混凝土振捣不密实，漏振或者振捣间距过大混凝土不密实，过振造成混凝土离析骨料与水泥浆分离，材料供应不足、施工安排不当或者其他原因造成混凝土停歇时间超过混凝土初凝时间，出现漏浆、蜂窝、孔洞等现象。

2) 2次浇筑前施工缝未规范处理，混凝土强度虽然达到了10 MPa，但选取的凿毛机械为大功率的空压钻，凿除后混凝土开裂、凿除设备选取不当；凿毛面积和深度不符合设计和规范要求；浇筑前未及时处理蜂窝、孔洞等缺陷；未清除松动的石子；未充分湿润施工缝等。

3) 2次浇筑混凝土接缝处模板拼接不严密、固定措施不当，浇筑时漏浆，混凝土表面沿模板缝隙处形成麻面；2次混凝土浇筑时，原材料差别过大、塌落度差距过大、浇筑分层接茬时间间隔过大等原因，可能造成混凝土接缝处不密实。

4) 拱脚处钢筋和预应力波纹管纵横密集，浇筑拱脚混凝土时以从上浇入，振动棒也无法从上部插入。

5) 混凝土配合比设计不当，碎石粒径超标。 3.1.2 可能产生的后果

连续梁−拱组合体系将承受的二次恒载和活荷载通过吊杆传给拱肋，拱肋通过拱脚使连续梁承受水平推力，拱脚混凝土不密实将直接影响拱肋的推力能否正常传递给主梁、直至影响整个体系的是否具有足够的稳定性和刚度。

3.2 竖向精轧螺纹钢预应力损失

3.2.1 原因分析

1) 竖向预应力损失主要包括管道摩阻预应力损失、瞬时锚固预应力损失、弹性压缩预应力损失及长期预应力损失等。其中管道摩阻预应力损失及弹性压缩预应力损失占比较小，钢筋回缩尤其的瞬时锚固预应力损失占比很大。实际施工中竖向预应力钢筋和锚垫板的定位存在误差，导致锚垫板顶面和锚固螺母底面之间产生初始夹角，致使锚固钢筋回缩量增加，对竖向预应力损失也很大。

[9]

2) 精轧螺纹钢的强度较低，在控制应力不超过疲劳应力值的限制下，其可用预应力强度远不如钢绞线；精轧螺纹钢的螺距较大，在使用螺母锚固的过程中由于螺间咬合差较大、螺母垫板及垫板和砼体间缝隙压缩等原因，其放张后锚固回缩一般在3 mm以上，相比于普通的预应力张拉虽有所减少，但其回缩绝对值仍不理想。螺纹钢在施加预应力后的伸长量较小，使得锚固回缩的长度在整根螺纹钢伸长量中占比较大的问题。

[3]

3.2.2 可能产生的后果

竖向精轧螺纹钢预应力损失大，可能导致大部分箱梁桥在其使用寿命的中前期即产生了腹板斜裂缝，跨中下挠等问题，严重影响了桥梁的使用功能。此外，由于精轧螺纹钢的屈服强度远低于预应力钢绞线，因此在车辆动载作用产生相同的应力幅下，应力幅与屈服强度的比值远高于钢绞线，更易产生疲劳问题。

[3]

3.3 预应力孔道堵塞和压浆质量不密实

3.3.1 预应力孔道堵塞

1) 原因分析：预应力管道接长时未封闭严实，混凝土浇筑时向孔道内漏浆；钢筋绑扎时作业人员踩踏波纹管，波纹管变形或接长区域脱落，尤其是横向预应力波纹管为扁管，且其位置位于顶板上部更容易发生；钢筋焊接时焊渣烧坏波纹管，管道表面破损；砼浇注时造成干扰，使进浆管脱落，排气孔堵塞等。

2) 可能造成的后果：管道在不同部位堵塞，在既定的张拉力下，致使预应力分段受力，如2处堵管，则张拉端至堵管处局部受力，2个堵管处间的预应力筋不受力；按不超过全长预应力筋的伸长率的6%控制伸长值，局部预应力筋所受拉力超出极限值；因堵管造成压浆管路不通，管道内压浆不密实。

3.3.2 压浆不密实 1) 原因分析

①纵向预应力波纹管：曲线管道内存水，压降时不能及时排空；未规范设置出气孔，压降时未排空空气，浆液和气体混合；波纹管堵管，压浆管路不通，致使局部区域无水泥浆；压浆工艺不规范，未能按规定时间持压，一旦冒浆即停止压浆，水泥浆向低处回流致使高处的波纹管内压浆不饱满等。

②竖向精轧螺纹钢薄壁钢管：焊接的进、出浆管位置不合理，压降时进浆管下步、出浆管上部的薄壁钢管内存的水和空气无法排出；压浆机排量大，压力大，水泥浆水灰比偏大，而竖向预应力管道又小又短，需要浆量很小，压浆过程时间短，仅靠出浆管冒浆即停止压浆，既没有补救措施，又没有持压装置，水泥浆必然会分泌、沉淀等；注浆工艺不正确，连通2个竖向管道上端同时压浆，自低处注浆低处出浆，管道顶部压浆不饱满。

③横向波纹管道：因其预埋的波纹管为扁管，预应力筋和波纹管之间间隙较小；管道变形或堵管后，管路不畅致使压浆不密实。

2) 可能造成的后果：封锚混凝土密实度不足，桥梁长期承受动载，夹片失效松动，预应力筋和压浆料间未形成有效的握裹力，致使预应力体系失效，从而危及全桥使用安全；竖向精轧螺纹钢预应力上、下两端管道内压浆不密实，留有空隙，而这一段恰恰又是锚头的关键部位，空隙和锈蚀将留下隐患等。现场对竖向预应力精轧螺纹钢试验表明，将已张拉并压浆的竖向筋进行放张，伸长量基本上都回缩了，而如将套管直径加大，握裹不一定加强，而对腹板断面削弱加大。

3) 压浆密实性测试实例

通过委托具有资质和先进技术的咨询检测单位，使用基于冲击弹性波无损检测技术，通过弹性波的透过、反射等特性对某在建项目连续梁、预制箱梁预应力孔道压浆密实度进行定性检测和定位检测。

随机抽取8个梁场，检测结果见表1，可以看出预制梁灌浆总体质量较好，检测结果均达到0.8以上，经评定均达到Ⅱ类以上。

表1 预制梁场检测结果

Table 1 Detection result of prefabricated beam field

随机抽检15座现浇连续梁：检测横向预应力孔道32束，纵向预应力孔道18束。共分检75处(段)，有效检测长度 191.8 m，在其中4座连续梁发现疑似缺陷7处，涉及6个孔道，检测结果见图2~5。

图2 连续梁1缺陷检测图形

Fig. 2 Defect detection pattern of continuous beam 1

图3 连续梁2缺陷检测图形

Fig. 3 Defect detection pattern of continuous beam 2

图4 连续梁3缺陷检测图形

Fig. 4 Defect detection pattern of continuous beam 3

图5 连续梁4缺陷检测图形

Fig. 5 Defect detection pattern of continuous beam 4

3.4 吊杆张拉不同步、锚固损失、二期恒载施加后索力调整等

桥面荷载先通过梁体传给吊杆，再传递给拱肋，拱肋主要承受轴压力，剪力主要由拱肋轴力的竖向分力承担，通过调整吊杆张拉力可以使主梁的受力状态处于最有利状态。由于不同的吊杆施工加载顺序、张拉控制工艺等会影响吊索的受力不均，吊杆张拉完毕索力后结构线形和受力将与目标值发生一定的偏离，导致最终桥梁结构的实际状态与理想状态存在一定的误差，需对各施工阶段吊索随时

调整和实时监控，否则会造成局部吊杆索力增大，部分吊杆受力和设计要求不符合，造成梁体弹性变形过大出现裂缝，直接影响拱肋线型和桥梁的使用安全。

因和本文研究对象类似，所以引用前期参与研究的某1~64 m下承式钢管混凝土系杆拱桥吊杆施工技术和测控一体技术取得的一些数据和成果进行分

[1]

[2]

析。该桥梁上共设置9对吊索，南北对称，张拉顺序为5-2-3-4-1，张拉力均为500 kN。

现场在吊杆分级张拉时测试每级张拉完成后吊杆基频，利用采集的张拉索力和基频拟合出待定系数，推导出适用该根吊杆索力测试公式，通过每20 kN为一级的标定，对比各吊杆索力和基频的二次拟合关系，验证了公式的可靠性。

为了解锚固后实际索力和设计索力的差别，对张拉锚固后所测吊杆的索力值和设计索力进行对比，如表2所示，可以看出锚固效果差别较大，受现场操作和索力测试精度影响，对锚固后的吊杆索力控制较差。

为对比同步采用测控一体的数控张拉和传统张拉施工工艺下的张拉效果，利用公式测试全部张拉完成后的吊杆索力，如表3所示，可以看出不进行补张对单根张拉效果进行控制，吊杆索力误差等延续累积下来对最终张拉效果影响较大，造成索力普遍偏小，最大误差达57.43%，对后期索力调整要求较高，质量难以控制。

表2 张拉锚固后所测吊杆索力值

Table 2 Cable force value of tension suspender after tensioning

表3 全部张拉完成后所测吊杆索力值

Table 3 Cable force value of tension suspender after completion of tension

4 对策研究与质量控制

4.1 混凝土质量控制

1) 优化拱脚节点钢筋设计，使其既满足结构受力、混凝土温度应力和收缩应力的要求，又要给混凝土的浇入和振动棒的插入留有空间。

[10]

2) 在钢管下步到支座间区域安装振动棒导向钢筋笼，使振动棒能向曲线方向倾斜，并避免被钢筋卡住而不能拔出。

[10]

3) 优化混凝土配合比设计，减小粗骨料粒径，改善混凝土的和易性；选用优质模板，优化模板固定措施，防止漏浆；合理工艺安排，确保混凝土及时供应。

4) 规范处理混凝土施工缝，选取适合的凿毛机械，浇筑前及时处理蜂窝、孔洞等缺陷，清除松动的石子，浇筑时充分湿润施工缝等。

5) 控制混凝土拆模时间，及时对混凝土内外进行测温，加强混凝土养护。

4.2 预应力控制

1) 试点使用缓黏结预应力筋，并逐步推广，以解决管道压浆不密实问题缓黏结预应力钢绞线由3部分组成：钢绞线(裸线)、缓凝黏合剂和外包护套。缓黏结预应力钢绞线所使用钢绞线为普通钢绞线，缓凝黏合剂具有耐腐蚀、固化后强度高特点，固化后强度大于50 MPa。张拉适用期有60，90，120和240 d等多种规格，固化期有180，270，360和720 d等多种规格，张拉适用期和固化期依据工程特点可调。外包护套具有耐腐蚀特性，主要起到在缓黏结预应力钢绞线制备、运输、施工过程中定型保护作用，其中外包护套肋高为关键参数。

在施工阶段预应力筋可伸缩自由变形、不与周围缓凝黏合剂产生黏结，而在施工完成后的预定时期内预应力筋通过固化的缓凝黏结剂与周围混凝土产生黏结作用，预应力筋与周围混凝土形成一体，共同工作，达到有黏效果，如图6所示。已经在北京日报报业集团新闻采编中心工程、北京新青少年宫馆、锦州南站

改造成工程、鹤壁市体育馆、人大新图书馆、阿拉善职业技术学院体育馆等工程得到了应用，目前可参考使用的规范有《缓黏结预应力混凝土结构技术规程》(JGJ387—2017)，《缓黏结预应力钢绞线》(JG/T369—2012)，《缓黏结预应力钢绞线专用黏合剂》(JG/T370—2012)，《上海市预应力混凝土结构设计规程》(DGJ08−69−2015)等。

2) 组织研究开发配套的智能数控张拉系统，简化短索二次张拉工序，配合以低回缩锚具以大幅减少预应力损失，由智能数控张拉设备控制、监测整个张拉过程制作模型模拟现场张拉过程，测量新型缓黏结预应力短索的锚固体系的锚固回缩及预应力损失，其后根据实验测量数据分析其是否满足实际使用要求，若满足要求则将张拉完成的构件在实验室中进行缓黏结钢绞线的疲劳和耐久实验。

图6 缓黏结预应力钢绞线

Fig. 6 Slow bond prestressed steel strand

在理论研究和试验室试验的基础上，现场在横向(8~30 m)使用二次张拉缓黏结低回缩钢绞线配合智能数控系统，在竖向(2~8 m)使用单次张拉缓黏结低回缩钢绞线配合智能数控系统，并根据现场实际情况反馈，编制其标准化设计、施工、验收指南，形成新的工法。

4.3 张拉工序优化

1) 运用有限元对吊杆不同步张拉进行风险性分析，利用数控张拉系统实现对吊杆张拉的张拉力控制和伸长量控制的双重测控并设置报警机制，解决张拉不同步的问题；利用测控数据对吊杆进行标定。

2) 对吊杆索力调整技术进行研究，智能张拉系统实现对吊杆应力调整工序的优化，提高吊杆应力调整的施工效率，同时利用标定排除诸多因素干扰，提高调整精度，并形成专用程序模块，降低施工操作难度。

3) 利用张拉阶段得到的标定公式进行索力检测，排除由于吊杆刚度、锚固及自身差异性等造成的误差，提高索力检测精度，解决现有检测手段精度不高的问题。

5 结论

1) 徐洪河特大桥跨徐沙河连续梁是新建徐盐铁路超过200 m的大跨度桥梁之一，施工难度大，质量控制要求高。通过上述分析，确保拱脚混凝土质量，解决预应力损失，提高管道压浆密实度，安全准确的施加吊杆的内力是保证桥梁施工和运营安全的重要因素。

2) 目前本桥正在进行连续梁段的施工，钢管拱正在场内加工制作，本文的研究对现场施工和检查具有时效性和指导意义。