空腹式连续刚构之杰作——六枝特大桥施工关键技术

图1 建设中的六枝特大桥

六枝特大桥位于贵州省六盘水市六枝特区，是纳晴高速公路控制性工程。大桥为双向六车道设计，全长2023.5m，单幅桥面宽度16.55m，桥面距谷底315m。

六枝特大桥主桥为五跨预应力空腹式连续刚构，跨度布置为166m+3×320m+166m，共4个主墩，最大墩高196m，每个墩左右幅分离式设计、前后双肢。其主跨跨度、主墩高度、五跨连续构造、主桥联长，四项均为世界第一。

空腹区结构形式：空腹段箱梁上弦高度7.5～6.5m，下弦箱梁高度8m；常规梁段箱梁跨中高度5m；下弦根部至梁顶中心高度40.5m；箱梁高度及梁顶至下弦底缘距离按2.5次抛物线变化。

图2 上部结构节段划分布置(尺寸单位：m)

空腹区交汇处包含14～19号梁段，为单箱多室结构，最大梁高15.9m，节段最大质量400t。

结构构造复杂：主桥为5跨连续空腹式构造，最大墩高196m，主跨跨径320m，施工工序转换多、控制难度高。

施工规模大：主墩共16肢，悬臂浇筑32个，工程规模大，影响因素多，施工控制难度高。

施工环境复杂：桥区高差大，大桥跨越深谷，桥区常年多雾给大桥测量、施工等带来较大难度。

针对大体积混凝土施工，在温控措施上，采用了智能温控技术。通过对供水系统的设备、控制系统进行高度集成，现场只进行水管连接和测点布设。

自动控制系统对各项温控指标进行自动监测，对混凝土内部温度、混凝土表里温差、冷却管进出口水温、降温速率等关键指标进行自动监测，并实现水温与流量自动调节、数据自动实时采集传输、参数可视化。实现了大体积混凝土施工数字化、信息化、控制精细化。

在墩柱施工上，为提升施工效率和施工控制精度，研究了液压爬模同步爬升、以及可视化调整技术。综合运用传感、自动控制、通讯等技术，开发液压爬模模板可视化动态调整系统，实现一套集成控制系统对液压爬模各机位的顶升千斤顶驱动与同步控制，从而实现液压爬模整体同步爬升。

液压控制系统由一台泵站同时控制多台千斤顶，千斤顶由高压胶管连接，对应设独立的电磁换向阀，通过电控柜控制。

千斤顶主要通过位移传感器、溢流阀、换向阀及控制系统，实现千斤顶同步，其同步误差10mm以内。爬升速度250～280mm/min。

同步液压爬模系统，实现同步性精度控制在10mm内，模板爬升6m在1h内完成，安全高效。

因典型的山区峡谷气候特征，以及多个工作面同时作业的原因，开发了基于北斗精准定位的全天候测量放样系统。综合运用精密测量、通信、网络传输、云计算等技术，开发了基于北斗卫星定位系统的测量放样系统，实现模板姿态的可视化调整。

通过设置北斗基站、北斗流动站，实现全天候实时测量、监测，建立云信息平台，利用网络技术实现北斗数据与云信息平台数据交互。

在桥位设置1个总体基站，并分设数个流动测设站，在模板上的测量点设固定定位装置，安装流动站，便于每次测点的精确性和准确性，现场根据测量需求设置具体的测站点。搭建局域网进行数据实时采集与传输，在现场的测量数据显示器上可直观读取数据，现场模板调整数据化，同时解决了测量作业量大、人为测量误差、观测通视影响、数据不及时等问题。

图3 基于北斗定位的测量系统可视化监测

在空腹区施工工艺选择上，为解决空腹区施工难题，首先对空腹区总体施工方法进行详细论证与研究。

空腹式结构特征，形成了空腹区下弦主要为承压和抗剪构件，受力需求上考虑不需设置纵向预应力，上弦因其预应力索布设对结构的内力影响，从而导致施工过程中上、下弦结构无法独立承受长悬臂施工荷载，均需辅以外在手段进行支撑，同时结构施工过程中的应力和结构永存应力影响，对临时支撑方式也存在一定的约束。

基于结构的特征和受力需求，以及施工现场环境的限制，对空腹区施工总体方法进行了符合本桥实际情况的四种方案的对比。

方法一，采用扣挂结合支架节段现浇方式，即下弦采用斜拉扣挂挂篮悬浇的工艺、上弦支架节段现浇。

方法二，扣挂结合支架整体现浇，下弦同样是挂篮悬浇的方式，和方法一的区别在于上弦整体现浇的模式。

方法三，扣挂结合上弦支架挂篮悬浇法：下弦采用挂篮结合临时扣挂系统悬浇，上弦采用支架结合挂篮与移动模架组合体系现浇。

方法四，上下弦均采用斜拉扣挂、挂篮悬浇的方式。

四种方法都能实现，但各有特点。针对这四种方案，对操作的便捷性、工序转换和影响、结构受力特征、工期影响、经济性等多方面对比。

本桥采用了方法四，也就是双扣挂法，上下弦均采用斜拉扣挂、挂篮悬浇的方式。

基于这种双扣挂体系，最终形成了一桥三工艺的特点。下弦类似于悬臂浇筑的拱肋，上弦类似于斜拉桥的悬臂浇筑，上下弦汇合后采用普通的挂篮悬臂浇筑工艺。修了一座桥，也就修了三座桥。

总体施工顺序：首先施工下弦起步段1、2号段施工，再进行下弦挂篮拼装，开始下弦3-13号段施工，拆除下弦挂篮主桁。

上弦箱梁施工顺序：在下弦挂篮拼装完成后，开始施工上弦1-13号段，上弦滞后下弦至少3个节段，下弦施工的越快越好（一是因为下弦箱梁施工的空间需求，二是下弦施工完成可以减少作业面，三是整个施工工期受上弦控制，下弦完成能提高上弦的作业效率)。当完成13梁段后，将上弦挂篮主桁与下弦底篮，以及上下弦模板，组成14号梁段的施工模板体系，以及后续梁段的施工。

基于双扣挂体系施工方法，扣挂体系设置的考虑上，一是要考虑结构受力需求，二是考虑经济性和可操作性。因为下弦最终成桥状态属于受压结构，符合混凝土结构本身适用于受压构件的典型特征，但上弦属于梁的构造，其应力状态，需要考虑悬臂阶段自身承载，体系转换阶段、成桥阶段等应力变化。

下弦只需要分析悬臂施工阶段的受力。而针对上弦的受力状态，分了不同阶段、不同工况进行理论分析，通过对7种不同扣索布置方案，假定了从2号、3号、4号、5号、6号梁段不同节段进行扣挂，以及不同索的数量与索力的变化组合，进行了详细计算分析。

不同工况下，上弦箱梁在施工过程中的最大拉应力基本未发生变化，最小压应力随扣索数量的减少而逐渐增大，但最大拉应力、最小压应力均小于限值；不同工况下，二恒及成桥十年阶段，方案1～4均能满足箱梁受力指标要求。

通过理论分析，从5号梁段开始，逐段设置扣索，是比较合理且经济的方法。所以最终，下弦从2-13号均设置扣索，上弦从5-13逐段设置扣索，单索扣索设置为22孔?15.2预应力钢绞线。

针对扣挂体系的控制，采用了自动监测与自动预紧技术来解决施工控制的问题。在扣塔顶部设置北斗定位测设点，扣索张拉设测力传感装置，以控制扣塔两侧拉索水平合力平衡为策略，张拉时利用压力传感器、位移传感器实时采集张拉力和位移数据并传输到控制平台。控制中心将数据与设计值比较并进行分析处理后自动控制张拉力，使扣塔两侧拉索水平合力平衡，确保塔架安全和主梁线形。

图4 自动预紧系统布设示意图

利用自动连续预紧千斤顶，改变以往按顺序一根一根地张拉的方法，使多根钢绞线同时按照相同的设定目标力值进行张拉。对于超长钢绞线，在连续预紧千斤顶每个活塞上均设置了单孔自动工具锚，实现一次性多行程连续预紧。整体不均匀性控制精度误差实现1%以内，这样扣索受力更均匀，扣索张拉更加平衡。

图5 自动连续预紧千斤顶布置

针对不同的施工阶段，采取了不同的施工工艺，一是下弦起步段，处于墩柱的前后两侧，高空且没有施工平台，下弦要先于上弦进行施工，这样才不影响后续上下弦施工时的作业空间。所以，下弦起步段采用了劲性骨架法进行了施工。起步段设置为0、1、2号梁段，长度上以下弦挂篮的拼装空间需求为控制指标，通过设置内置劲性骨架，作为承重结构，并利用下弦挂篮的底篮和模板系统，进行起步段施工，可以减少后续挂篮拼装的工序和时间。

图6 下弦起步段劲性骨架与模板安装

下弦箱梁施工这一部分，类似于拱的构造，为抛物线线形，所以需要解决悬臂浇筑的挂篮构造问题。因为箱梁斜向倾角大、且每一个节段水平倾角不同，需考虑斜向行走、斜向锚固与止退、角度调整、扣索空间需求等，同时还考虑以后可以作为常规箱梁施工。通过挂篮纵向行走顶升装置、横梁角度调节装置的设置，以及通用化构件的设计，满足了本桥的需求，也可以用于常规的箱梁施工。

图7 下弦挂篮悬臂浇筑施工

在汇合段区域，涉及模板体系转换问题，在下弦箱梁施工到最大悬臂端后（本桥13号段），拆除下弦挂篮主桁，再施工完上弦13号段，拆除上弦的底篮，利用上弦挂篮主桁和下弦底篮组成新的挂篮，将上下弦模板组成整体，作为汇合后的模板体系。

图8 空腹区汇合段施工

汇合段三角角隅节点位置，解决应力集中设置有外包钢板，该处交汇外办钢板的安装，因其构造复杂，通过BIM进行空间分析，采用套筒作为剪力钉与外包钢板转换连接装置，解决汇合段钢筋、波纹管与剪力钉空间冲突，实现快速安装。

图9 空腹区汇合段角隅节点BIM空间分析与外包钢板施工

六枝特大桥的建设，丰富了空腹式连续刚构桥施工方法，有助于推进数字化、信息化在桥梁施工中的应用，为类似桥梁建设提供理论和实践参考，为复杂条件下桥梁施工贡献“贵州路桥经验”，对空腹式刚构桥的推广具有积极作用。

大桥建成，将优化和完善黔西地区路网布局，促进相关区域资源合理开发，带动旅游等产业进一步发展，繁荣少数民族地区经济，助力乡村振兴。