蘆坑特大橋連續(xù)箱梁懸臂施工技術應用

黃 斌 范 斌

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蘆坑特大橋連續(xù)箱梁懸臂施工技術應用

黃 斌 范 斌

中鐵二十四局集團福建鐵路建設有限公司

介紹了蘆坑特大橋連續(xù)箱梁采用掛籃懸臂施工的方法，成功解決了橋下高速公路的疏導難題，供相關技術人員參考。

連續(xù)梁 懸臂施工 掛籃

1 工程概況

蘆坑特大橋全長5516.14m。為跨越昌九高速公路，在93#、94#、95#、96#墩間采用(44+88+44) m預應力混凝土連續(xù)箱梁，連續(xù)梁梁體為單箱單室結構，一聯(lián)全長177.5m。

連續(xù)梁為變高度、變截面箱梁，中跨中部18m梁段和邊跨端部9.75m為等高梁段，梁截面中心處高度為4.0m；在94#、95#中支點處設置6.0m的平段，中心處梁高為7.0m，其余梁段梁底曲線按二次拋物線線型設計；箱梁腹板采用直腹板，箱梁底寬6.70m，橋面板寬12.20m。梁體圬工采用C55混凝土，梁體縱向、橫向預應力體系采用高強度、低松弛鋼絞線，抗拉強度標準值f[pk]=1860MPa。全梁共分43個梁段，中支點0#段長度為12.0m，其余一般梁段長度分別為3.0m、3.5m、4.0m，中跨合攏段長度為2.0m，邊跨合攏段長1.75m。

本橋的墩、臺按常規(guī)方法施工，這里僅就連續(xù)梁的施工進行論述。

2 連續(xù)箱梁施工

首先進行94#、95#墩上0#段施工，之后進行其對應各懸臂澆筑段施工，施工完9/9’-10/10’ 節(jié)段后，進行中跨合攏段施工，最后進行93#、96#墩上邊跨現(xiàn)澆段施工。

2.1 0#段施工

0#段施工順序:支架安裝→支架預壓→底模及外側模安裝→底板鋼筋綁扎→腹板及隔墻鋼筋綁扎→腹板預應力波紋管及豎向預應力筋定位安裝→內模安裝→頂板及翼緣鋼筋綁扎、預埋件安裝→頂板縱向、橫向波紋管安裝定位→砼灌注→砼養(yǎng)生→預應力筋張拉及壓漿。

2.1.1支架結構

針對本橋94#、95#墩墩身較高的特點，0#段支架立柱采用4根?800mm鋼管柱，鋼管柱架設在已澆筑的承臺上。其上采用四排貝雷片橫放，作為橫向支撐梁，貝雷片上采用Ⅰ28工字鋼作為縱向分配梁，用來支撐模板并傳遞施工荷載至鋼管立柱上。見圖1。

圖1 0#段支架示意圖

2.1.2 支架預壓

通過預壓，對模架的強度、剛度、穩(wěn)定性進行檢驗，以確保施工的安全；消除模架的非彈性變形；獲取支架預壓時的彈性變形值，繪出支架加載變形曲線圖，并監(jiān)測0#段的撓度及加載預壓后的撓度變化情況；觀測支點沉降，綜合分析后，以確定箱梁底模的預留變形量。

根據(jù)預壓結果調整底模標高后，進行0#段的施工。

2.2 懸澆段掛籃施工

根據(jù)本橋結構特點及現(xiàn)場情況并結合施工簡便、經(jīng)濟的要求，箱梁懸臂澆筑采用自錨平衡式菱形掛籃。該掛籃具有節(jié)點少、剛度大、變形小、重量輕、施工靈活等優(yōu)點。

2.2.1掛籃性能

本掛籃為箱梁節(jié)段懸澆施工掛籃，掛籃適用梁段重160t，適用梁段長度4.0m，適用梁頂寬度12.2m，適用梁底寬度6.7m，適用梁高4.0～7.0m。掛籃重約54t，掛籃行走方式為無平衡重走行。

2.2.2結構形式

本掛籃為菱形掛籃。主要由主構架、行走及錨固系統(tǒng)、吊桿系統(tǒng)、底托系統(tǒng)、模板系統(tǒng)等部分組成。見圖2。

圖2 掛籃結構圖

1）主構架系統(tǒng)

菱形主構架各桿件間采用直徑79mm、材質為40Cr 的鋼銷軸銷接。在主構架上弦桿前端設有前橫梁，用于懸吊前吊桿，前橫梁上設操作平臺及護欄以便于施工及安全。主構架豎桿之間采用中門架連接，以加強兩片菱形架的穩(wěn)定性。豎桿兩側各設一側面吊架，用于懸吊掛籃底托系統(tǒng)及外側模，便于掛籃的行走及倒退。后斜桿與側面吊架采用角鋼組焊的桁架連接，防止側面吊架在掛籃行走過程中出現(xiàn)失穩(wěn)現(xiàn)象。

2）行走及錨固系統(tǒng)

在梁體腹板兩側各預埋2根直徑32mm的精扎螺紋鋼筋，通過扁擔梁錨固于掛籃尾部的連接墩處。掛籃的行走利用4付10t倒鏈葫蘆（下弦桿每側各1付）緩慢均勻地牽引兩片主桁架向前移動，倒鏈著力點分別為下弦桿上的耳板和在掛籃前進方向預埋的弧形鋼筋。為減小摩擦阻力，掛籃尾部設反扣輪系統(tǒng)，行走軌道表面及滑移支座與軌道之間設4mm厚不銹鋼板。為便于施工操作，保證軌道表面的平整度，避免出現(xiàn)錯臺現(xiàn)象，設計采用整體撤軌的形式，行走軌道通過梁體的豎向預應力鋼筋錨固。

3）吊桿系統(tǒng)

吊桿系統(tǒng)有吊帶和吊桿，用來調節(jié)底模系統(tǒng)的標高。

4）底托系統(tǒng)

底托系統(tǒng)由前后托梁、底縱梁、限位縱梁、平臺梁、前操作平臺、后操作平臺、側護欄等組成，底縱梁與前后托梁采用螺栓連接，底縱梁與底模模板的橫肋通過螺栓連接固定。澆注混凝土時，后托梁通過后吊桿錨固于已澆注好梁體的頂板及底板，前托梁通過前吊桿與前橫梁相連。

5）模板系統(tǒng)

外側模面板采用6mm厚鋼板，縱肋采用[10槽鋼，背楞采用2[10槽鋼，背楞間距為1米。外側模與底托系統(tǒng)的限位縱梁用調節(jié)支撐連接，可使側模準確定位，并實現(xiàn)側面吊架通過底縱梁與外側模的受力轉化過程。外側模提吊梁前端錨固于前橫梁，后端懸吊于已澆箱梁表面，拆模時放松錨固端，隨平臺下沉和前移。內模采用組合鋼模板及輔助竹膠板，內部采用腹板及底板可調節(jié)型內模支撐架，外側模與內模用對拉螺栓連接，采用內滑梁形式整體移動內模系統(tǒng)。

2.2.3掛籃受力計算

3#梁段長3.5m、重1552kN，以3#段進行掛籃整體設計（3#段為最重節(jié)段）。通過計算（計算過程略）來設計底模平臺縱梁，前、后下橫梁，并求其上支點反力。檢算導梁受力是否滿足要求，并求其前后吊點反力。通過前下橫梁支點荷載，設計前上橫梁，然后計算掛籃主桁各部件內力，并求出掛籃前支點反力和后錨固力。

2.2.4掛籃的安裝

清理0#段梁頂面，測出梁體的中心線。行走軌道從0#段中心線對稱鋪設，軌道寬445mm，軌道中心至梁中心距離3050mm。在軌道鋪設處碼放鋼枕，碼放間距500mm，在鋼枕上鋪設軌道，利用斜墊鐵找平軌道，經(jīng)測量合格后錨固軌道。軌道的平整度、前后位置，兩組軌道的平行度、對角線偏差均不超過±5mm。

將下弦桿前支點處連接板與滑移支座頂板螺栓連接，下弦桿后支點處連接板與反扣輪系統(tǒng)頂板現(xiàn)場焊接。單片菱形桁架采取整體吊裝，掛籃尾部利用豎向預應力鋼筋及預埋后錨鋼筋，通過扁擔梁錨固在連接墩上。

將中門架與豎桿上的耳板通過銷軸連接，將側面吊架與豎桿兩側的耳板通過銷軸連接，先將前橫梁與上弦桿上的連接板采用螺栓連接，然后焊接護欄斜撐，最后安裝護欄并鋪設平臺木板。安裝桁架附件，再安裝吊桿及吊掛系統(tǒng)，然后吊裝底托系統(tǒng)。利用2付10t倒鏈吊掛后托梁，通過前后吊桿分別與底托系統(tǒng)前托梁、后托梁銷軸連接。

外側模板與外側模提吊梁組成整體，一起吊裝。外側模提吊扁擔梁用3根直徑32mm的精軋螺紋鋼連接，2根錨固于箱梁頂板，1根連接在主構架的側面吊架上。外側模提吊梁前端通過提吊扁擔梁用2根直徑32mm的精軋螺紋鋼連接在前橫梁上。安裝內模：先安裝內滑梁，等底筋及腹板鋼筋綁扎完后再拖內模就位(利用3t手拉葫蘆移動內模)。內滑梁用6根直徑32mm的精軋螺紋鋼連接。其中2根連接在前橫梁上，4根錨固于箱梁頂板。安裝端模板。調節(jié)前橫梁及梁體上的千斤頂?shù)母叨?，檢測符合要求后，緊固所有錨固筋。

2.2.5掛籃試驗

為了確保掛籃施工的安全運行，在掛籃試拼后，必須進行等效模擬加載試驗，以檢驗掛籃各部結構的承載能力、位移變形及行走運轉情況，驗證設計與加工的正確合理性。

加載試驗在澆注1#段前進行，按施工中掛籃受力最不利的3#段荷載進行等效加載。試驗過程中進行分級加載，分別按3#段混凝土重量的50%、100%、120%時（即77.6t、155.2t、186.2t）三種工況進行加載。測定各級荷載作用下前橫梁、側面吊架、中支點的撓度值以及掛籃各控制桿件的內力。根據(jù)各級荷載作用下掛籃產(chǎn)生的撓度繪出掛籃的荷載—撓度曲線，由曲線可以得出使用掛籃施工各梁段時將產(chǎn)生的撓度，為懸臂施工的線性控制提供可靠的依據(jù)。根據(jù)最大荷載作用下掛籃控制桿件的內力，可以計算掛籃的實際承載能力，了解掛籃使用中的實際安全系數(shù)，確保安全可靠。充分消除掛籃產(chǎn)生的非彈性變形。懸臂澆注施工過程中，將掛籃的彈性變形量納入梁段施工預拱度計算中。

加載試驗步驟：啟動液壓千斤頂，將各個頂位按等效集中荷載的50%進行加載。開始時應緩慢進油，注意保持各千斤頂?shù)耐絽f(xié)調運行。到達理論值時，千斤頂保持衡壓。荷載持續(xù)至少30 分鐘后卸載，消除非彈性變形，測量并記錄彈性變形值；分別測試掛籃前橫梁、側面吊架及中支點的撓度值，并記錄相關數(shù)據(jù)，描繪撓度曲線；分別將荷載增加到等效荷載的100%、120%，穩(wěn)定后即可進行有關項目的測試。

根據(jù)實測值得出有關掛籃彈性變形值、塑性變形值、彈性變形曲線，為施工預拱度提供基本數(shù)據(jù)。

2.2.6掛籃的移動

當1#段預應力張拉、壓漿完成后，拆除錨固在梁體底板的內后吊桿，拆除錨固在梁體頂板的外側模后提吊桿，調節(jié)前橫梁上千斤頂?shù)母叨?，使外側模、底模及內模脫離混凝土表面。拆除后錨鋼筋，將傾覆力傳遞給反扣輪。在已澆注好的1#段鋪設一根與最長混凝土塊等長的軌道，并與原有軌道焊接為一整根軌道。下弦桿兩側均焊有耳板，兩側各配有一付10t倒鏈，倒鏈一端固定于預埋在已澆筑好的梁體的弧形鋼筋上，一端固定于下弦桿的耳板上。掛籃行走時，內滑梁在頂板預留孔處及時安裝滑梁吊點扣架，保證結構穩(wěn)定；掛籃移動必須勻速、平移、同步，采取劃線吊垂球或經(jīng)緯儀定線的方法，隨時掌握行走過程中掛籃中線與箱梁軸線的偏差，如有偏差，使用千斤頂逐漸糾正；為安全起見，掛籃尾部用鋼絲繩與豎向蹬筋臨時連接，隨掛籃前移緩慢放松。底模、側模、主構架及內模系統(tǒng)同時向前移動，直至2#段澆筑位置。掛籃就位后，進行后錨，將傾覆力由反扣輪傳遞給后錨鋼筋。

2.3 合攏段施工

合攏段施工是連續(xù)梁施工的關鍵，按設計要求先進行中跨合攏，后澆筑邊跨段。

2.3.1中跨合攏段支架

移開一側掛籃，另一側掛籃前移至合攏段位置，將掛籃懸臂端支承在已澆筑完的箱梁頂面上，通過預留的孔洞，安裝好吊桿，將掛籃作為合攏段施工支架。見圖3。

圖3 中間合攏段支架示意圖

2.3.2中跨合攏段的施工

影響合攏段施工質量的主要因素是氣溫變化引起梁段的伸縮和混凝土凝固過程中的收縮，使合攏段混凝土可能產(chǎn)生拉裂或壓壞。

合攏施工需設置臨時體外型鋼支撐作為勁性骨架，在合攏段口設置4道剛性支撐，強行阻止合攏段的伸縮，輔以荷載配重，以確保梁體的受力要求及結構安全和線型要求。施工中必須嚴格操作，注意精度控制，保證配重量及位置的準確性，以免發(fā)生危險,施工步驟如下：

1）測量合攏口標高及中線位置，必要時可采取適當措施進行調整校正，以滿足施工規(guī)范要求。

2）在箱梁底板及頂板設置體外支撐。合攏前，先張拉鋼束2N22和2N29(靠近腹板側的鋼束)，每束張拉力為設計張拉力的30%；接著將合攏段臨時鎖定；最后在夜間澆筑合攏段混凝土。在澆筑合攏段混凝土的過程中，在10#梁段外邊緣處采用水箱加水法逐漸增加壓重，至最大壓重60t。

3）待梁段混凝土強度達到90%的設計強度，并達到相應強度的彈性模量，且不小于5天齡期后，拆除94#、95#墩臨時支座，并拆除94#、95#墩永久活動支座的縱向臨時限位裝置，然后張拉鋼束2N22、2N29至設計值，張拉N29的剩余鋼束，錨固縱向預應力鋼束N22、N29。在張拉鋼束的過程中，逐漸拆除10#梁段壓重。

4）張拉并錨固合攏段的豎向預應力鋼筋及頂板橫向預應力鋼束。

2.3.3邊跨現(xiàn)澆段施工

邊跨現(xiàn)澆段長1.75m，梁高4.09m，箱梁為等高截面。中跨合攏段施工完后再進行現(xiàn)邊跨現(xiàn)澆段施工，采用在墩頂橫向設兩根Ⅰ28工字鋼，工字鋼長12m，間距2.3m，工字鋼間順橋向距墩中心各3.5m，兩側焊兩根Ⅰ28工字鋼，采用L型角鋼與橫向工字鋼夾焊在一起，形成方型支架，支架與墩頂鋼筋焊牢，通過支架支承外模施工，墩頂腹部下底模采用竹膠板，采用方木等做支承體系，然后進行砼澆筑，拆除邊跨支架，完成體系轉換。

2.3.4合攏段施工要點

1）合攏前精確測量兩端梁段中線及標高，若兩懸臂端高差大于1cm時，較高一端應增加壓重，以調整其高差。灌注混凝土時根據(jù)灌注量同步減載。 2）混凝土灌注應選在一天中氣溫最低的時間，當?shù)?時至6時氣溫最低，而且在這段時間氣溫無太大波動。混凝土在0時～2時兩小時內一次性澆筑完畢，混凝土灌注結束，及時加強養(yǎng)護，在早晨氣溫將上升前及早覆蓋并澆水降溫養(yǎng)護，達到張拉強度后及時張拉。

3）合攏口的鎖定，應迅速對稱地進行，先將體外剛性支撐一端與梁端部預埋件焊接或栓接，然后利用體外臨時撐桿調節(jié)合攏段間距，再迅速將體外剛性支撐另一端與梁連接，臨時預應力束應隨之快速張拉。在合攏口鎖定后，立即釋放一側的箱梁固定約束，使梁一端在合攏口鎖定的連接下能自由伸縮。

4）合攏口混凝土宜比梁體提高一個等級，采用微膨脹混凝土并作早強處理。澆筑時應認真振搗，加強養(yǎng)護，梁頂受日照部分必須加以覆蓋。

2.4 體系轉換

連續(xù)梁按平衡懸臂法施工，經(jīng)過臨時支座與橋墩固結，先形成靜定狀態(tài)的T型剛構，通過T構合攏、鋼束張拉及調整支座等手段，將單個T型剛構逐漸轉換為設計的超靜定體系。

體系轉換的方式采用從邊跨向中跨合攏的方式，以利橋面標高的調整。體系轉換主要是將臨時支座固結解除，將梁落于正式支座上，并按標高調整支座高度和反力。

臨時支座拆除時，應對稱同步連續(xù)完成，以使臨時支座上的反力緩慢均勻轉移到永久支座上。在臨時支座與永久支座間須采取隔熱措施，以防永久支座受熱變形及損傷。

3 施工測量控制

連續(xù)梁懸臂灌注期間的線型控制是一項十分重要的工作。引起箱梁線型變化的主要因素有梁段混凝土、掛籃重量、預應力張拉、溫度變化、混凝土收縮徐變等引起的荷載等。施工過程中主要采取梁段撓度計算與觀測相結合，在嚴密監(jiān)控下，對梁段線形產(chǎn)生的誤差采取逐段調整的方法，通過調整箱梁底模標高來進行控制。

在支架和掛籃進行預壓時，嚴格觀測支架、掛籃高程的變化，特別是卸載前后支架和掛籃各部分的高程變化情況，以便推算出支架和掛籃的彈性變形是否與原計算相符，在箱梁底模鋪設時進行相應的調整。

必須對箱梁每節(jié)段施工全過程進行測控，觀測箱梁標高變化，并且做好每個點的高程跟蹤表，隨時掌握情況，以便出現(xiàn)異常變化能夠及時采取措施。

線性高程測量：在規(guī)定時間段內觀測已澆筑主梁頂面高程線性點的瞬時絕對高程，通過相對高差傳遞換算，獲取各部位相應測點的實時絕對高程值，作為施工控制的依據(jù)。

主梁中線測量：由于梁體受鋼筋、砼收縮徐變、現(xiàn)澆段超重、施工偏差等影響，將導致梁體產(chǎn)生局部變形或引起整個梁體偏離橋梁中心線方向。為保證主梁位置正確，必須進行中線測量，隨時調整其偏差值。

為保證測量精度，減少溫度、陽光等大氣條件對測量誤差的影響，測量盡可能安排在早上9時以前，或者16時以后進行。

4 施工中應重點注意的事項

4.1 懸澆掛籃及模板重量應嚴格控制，合攏段模板及支架重量亦必須嚴格控制，如超出設計的要求，應報請設計重新檢算。

4.2 Ｔ構懸臂施工過程中，宜對稱平衡施工，以減少附加彎矩對結構抗風能力的影響。如有困難時，兩端不平衡重應控制在3t以內。在有風的天氣施工時，必須用倒鏈或鋼絲繩通過中門架中央的耳板與兩側軌道固定，避免對結構桿件造成破壞。大風天氣應停止施工，并在臺風來臨之前對掛籃采取加固措施。

4.3 對掛籃位置、前后吊帶、吊架及后錨桿等關鍵部位，及時檢查，及時解決問題，不得留有隱患。

4.4 在施工過程中，必須嚴格按照設計和施工規(guī)范要求進行施工，每一梁段施工完畢后，必須經(jīng)過中心線、各部位尺寸、砼強度等方面的校核，方能進行下一梁段的施工。

4.5 混凝土入模過程中，隨時注意掛籃及模板變形情況，及時調整，以便施工的順利進行。

4.6 在澆筑砼時，必須及時埋入所有的預埋構件及預留孔洞，對箱梁腹板與底板及頂板連接處的承托、預應力錨固區(qū)和預應力管道，普通鋼筋密集處，以及箱梁橫隔板處，必須加強振搗，尤其在預應力管道下方，特別注意振搗，以免出現(xiàn)空洞而影響結構的安全。

4.7 底板敝口灌注時，必須控制其厚度，多余混凝土予以清除，梁段自重誤差控制在2％以內。

4.8 要控制混凝土的入模溫度、混凝土拌合質量和水灰比，減少因混凝土收縮徐變對撓度的影響。

5 交通安全防護方案

本橋連續(xù)梁中跨跨越昌九高速公路，根據(jù)連續(xù)梁與高速公路相交情況，為防止梁體澆筑過程中雜物墜落影響交通，采用門式通道設置棚架防護。門式通道采用單向雙門形式，主車道采用雙車道7.5m寬門洞，匝道車道采用3.5m寬單車道門洞，雙向共6車道，凈高5m。

6 結束語

本橋主體部分已順利完成，由于施工方案比較合理，因此施工順利、施工質量可控，橋梁附屬工程正在施工中。掛籃懸臂的施工方法在該橋的成功實施，既保證了高速公路通行，又取得了良好的經(jīng)濟效益，同時為今后類似工程的施工積累了經(jīng)驗。

[1] 中鐵電氣化局集團有限公司.鐵路工程施工安全技術規(guī)程[M].北京:中國鐵道出版社,2003.

[2] 中鐵三局集團有限公司.鐵路橋涵施工規(guī)范[M].北京:中國鐵道出版社,2002.

[3] 中國鐵路工程總公司.客運專線鐵路橋涵工程施工技術指南[M].北京:中國鐵道出版社,2005.

[4] 向中富.橋梁施工控制技術[M].北京:人民交通出版社,2001.