橋梁懸臂澆筑施工工藝探討

摘要：懸臂梁施工適用于大跨徑的預應力混凝土懸臂梁橋結(jié)構(gòu)，其優(yōu)點是無須建立落地支架、無須大型起重機械及運輸機具。本文分別從施工發(fā)展過程、特點、程序、施工工藝進行闡述。

關鍵詞：橋梁 懸臂澆筑 工藝

懸臂施工法是從橋墩開始對稱地、不斷懸出接長的施工方法。懸臂施工法一般分為懸臂澆筑法和懸臂拼裝法，懸臂澆筑是在橋墩兩側(cè)對稱逐段就地澆筑混凝土，待混凝土達到一定強度后，張拉預應力筋，移動機具、模板繼續(xù)施工。懸臂拼裝法則是將預制節(jié)段塊件，從橋墩兩側(cè)依次對稱安裝節(jié)段，張拉預應力筋，使懸臂不斷接長，直至合攏。全文就懸臂澆筑法的施工工藝做詳細介紹。

1 發(fā)展程度

1953年原聯(lián)邦德國建成的沃倫姆斯橋(Worms)，主跨114.2m，施工時引進了現(xiàn)在標志著鋼橋傳統(tǒng)施工方法的懸臂施工法，這種創(chuàng)造性的引進，基本解決了施工中的難題；1964年聯(lián)邦德國又建成了主跨為208m的本道夫(Bendorf)橋，再一次成功地顯示出懸臂施工法的優(yōu)越性；預應力混凝土橋梁分段施工方法的形成及分段施工技術的發(fā)展，是土木工程界引人注目的成就之一，得到了世界各國工程界的廣泛承認。

2 特點

懸臂澆筑法（簡稱懸澆）適用于大跨徑的預應力混凝土懸臂梁橋連續(xù)梁橋、T型剛構(gòu)橋、連續(xù)剛構(gòu)橋等結(jié)構(gòu)。其施工特點是無須建立落地支架，無須大型起重與運輸機具，不需大量施工支架和臨時設備，主要設備是一對能行走的掛籃。掛籃可在已經(jīng)張拉錨固并與墩身連成整體的梁段上移動，綁扎鋼筋、立模、澆筑混凝土、預施應力都在掛籃上進行。完成本段施工后，掛籃對稱向前各移動一節(jié)段，進行下一對梁段施工，如此循序前進，直至懸臂梁段澆筑完成。懸澆施工方法懸臂施工法不受橋高、河深等影響，適應性強，目前不僅用于懸臂體系橋梁的施工，而且還廣泛應用于大跨徑預應力混凝土連續(xù)梁橋、混凝土斜拉橋以及鋼筋混凝土拱橋的施工。特別適合于寬深河流和山谷，施工期水位變化頻繁不宜水上作業(yè)河流，以及通航頻繁且施工時需留有較大凈空等河流上橋梁的施工。最常采用懸臂澆筑法施工的跨徑為50m～120m。

但懸臂澆筑法在施工中也有不足：梁體部分不能與墩柱平行施工，施工周期較長，而且懸臂澆筑的混凝土加載齡期短，混凝土收縮和徐變影響較大。

3 懸澆程序

3.1 懸澆梁體分段

A墩頂梁段；B對稱懸澆梁段；C支架現(xiàn)澆梁段；D合攏梁段

懸臂澆筑施工時，梁體一般要分四大部分澆筑，如圖所示。A為

墩頂梁段(0號段)，B為由O號段兩側(cè)對稱分段懸臂澆筑部分，C為邊孔在支架上澆筑部分；D為主梁在跨中澆筑合攏部分。主梁各部分的長度視主梁形式和跨徑、掛籃的形式及施工周期而定。0號段一般為5m～10m，懸澆分段一般為3m～5m。支架現(xiàn)澆段一般為2～3個懸臂澆筑分段長，合攏段一般為2m～3m。

3.2 懸澆程序(墩梁鉸接)

3.2.1 在墩頂托架上澆筑O號段并實施墩梁臨時固結(jié)系統(tǒng)。

3.2.2 在O號段上安裝懸臂掛籃，向兩側(cè)依次對稱地分段澆筑主梁至合攏前段。

3.2.3 在臨時支架或梁端與邊墩間的臨時托架上支模澆筑現(xiàn)澆梁段。當現(xiàn)澆段較短時，可利用掛籃澆筑；當與現(xiàn)澆段相接的連接橋是采用頂推法施工時，可將現(xiàn)澆段錨在頂推梁前端施工，并頂推到位。此法無須現(xiàn)澆支撐，省料省工。

3.2.4 主梁合攏段可在改裝的簡支掛籃托架上澆筑。多跨合攏段澆筑的順序按設計或施工要求進行。

4 懸澆施工工藝

4.1 墩頂0號塊施工 墩頂0號塊梁段采用在施工托架上立?，F(xiàn)澆，程序如下：

4.1.1 橋墩施工完成后，安裝托架 施工托架可根據(jù)墩身高度、承臺形式和地形情況，可利用墩身、承臺或地面作為支承，設立支承托架。施工托架有扇形、門形等形式，常采用萬能桿件、貝雷架、型鋼等構(gòu)件拼裝。托架長度視拼裝掛籃的需要而定，橫向?qū)挾纫紤]箱梁外側(cè)立模需求，一般比箱梁底板寬出1.4-2.0m。托架頂面應與箱梁底面線形一致。

4.1.2 安裝模板、綁扎鋼筋、設置臨時墩梁固結(jié)

4.1.3 澆筑混凝土、張拉預應力 考慮到托架變形對梁體的質(zhì)量的影響很大，可采取水箱預壓、拋高等措施，以減少或消除托架變形的影響。

4.2 墩梁臨時固結(jié)措施 用懸臂施工法從橋墩兩側(cè)逐段延伸來建造預應力混凝土懸臂梁橋時，為了承受施工過程中可能出現(xiàn)的不平衡力矩，就需要采取措施使墩頂?shù)牧闾枆K件與橋墩臨時固結(jié)起來。

圖表示出幾種臨時固結(jié)的作法。

圖中a是當橋不高，水又不深而易于搭設臨時支架時的支架式固結(jié)措施，在此情況下，拼裝中的不平衡力矩完全靠梁段的自重來保持穩(wěn)定。

圖b是利用臨時立柱和預應力筋來錨固上下部結(jié)構(gòu)的構(gòu)造。預應力筋的下端埋固在基礎承臺內(nèi)，上端在箱梁底板上張拉并錨固，藉以使立柱在施工過程中始終受壓，以維持穩(wěn)定。解除時切斷鋼筋。

圖c表示在橋高水深的情況下，也可采用圍建在墩身上部的三角形撐架來敷設梁段的臨時支承，并可使用砂筒作為懸臂拼裝完畢后轉(zhuǎn)換體系的卸架設備。

4.3 施工掛籃 施工掛籃是一個能夠沿軌道行走的活動腳手架和操作平臺，支承在已經(jīng)澆筑完成的箱梁節(jié)段上。利用掛籃進行下一個節(jié)段的模板、鋼筋、管道的安設，混凝土澆筑和預應力筋的張拉、灌漿等作業(yè)。它施工梁段的承重結(jié)構(gòu)，又是施工梁段的作業(yè)現(xiàn)場。當一個節(jié)段施工完成后，解除掛籃錨定，前移到下一個節(jié)段進行施工。

4.3.1 掛籃形式 隨著施工技術的不斷進步，掛籃已由過去的壓重平衡式發(fā)展成現(xiàn)在通用的自錨平衡式。

掛籃的承重結(jié)構(gòu)可用萬能桿件或貝雷鋼架拼成，或采取專門設計的結(jié)構(gòu)，它除了要能承受梁段自重和施工荷載外，還要求自重輕、剛度大、變形小、穩(wěn)定性好、行走方便等。

4.3.2 掛籃設計

①總體要求：結(jié)構(gòu)簡單、受力明確、走行方便、堅固穩(wěn)定、剛度大變形小、錨固拼接方便、自重輕（自重/載重＝2.2~0.28）。

②掛藍長度：由節(jié)段長度（2~4m）、錨固、結(jié)構(gòu)受力和變形等力學條件等綜合控制，懸臂部分長度，一般＝節(jié)段長度＋平臺長度1m左右。

③掛藍斷面：取決于結(jié)構(gòu)截面形式和結(jié)構(gòu)設計總體要求。常用單箱、雙單箱斷面等。

④設計荷載包括掛籃自重、模板自重、箱梁梁段重量（按最重梁段控制設計）、平衡重量、振搗器重量與震動力（震動力近似按振搗器重力的4倍估算）、千斤頂及油泵重及其他施工荷載（近似取2000N/m2）。

⑤掛籃行走及澆筑混凝土時的穩(wěn)定系數(shù)不應小于1.5。掛籃主要包括：承重系統(tǒng)、模板系統(tǒng)、錨固系統(tǒng)、懸吊系統(tǒng)、工作平臺、走行系統(tǒng)（滾動、滑動及組合）等部分。

4.4 懸澆工藝 懸臂澆筑一般采用由快凝水泥配制的C40～C60高強混凝土。在自然條件下，澆筑后30～38小時，混凝土強度就可達到30MPa左右(接近標準強度的70％），這樣可以加快掛籃的移位。目前每段施工周期約為7～10天，視工作量、設備、氣溫等條件而異。最常采用懸臂澆筑法施工的跨徑為50～120m。

懸臂澆筑梁段時要注意以下幾點：①掛籃就位后，安裝并校正模板吊架和模板，核準模板中心位置和標高，標高控制中要特別注意預留拋高，拋高量包括理論計算的抬高量和掛籃變位等；模板與前一段混凝土面應平整密貼；如前一節(jié)段施工后出現(xiàn)中線或高程誤差需要調(diào)整時，應在模板安裝時予以調(diào)整。②當箱梁梁段采用分次澆筑時，由于先澆筑的混凝土已經(jīng)凝結(jié)，后澆筑的混凝土將引起掛籃的二次變形，從而導致先澆筑的混凝土開裂，為了避免這種開裂，對掛籃可以采取水箱壓重梁等措施。③梁段拆模后，應對梁端混凝土表面進行鑿毛處理，在安裝新舊梁段接縫處的鋼筋、錨具等時，嚴格控制質(zhì)量，加強接縫處的連接，避免在此開裂。④安裝預應力管道位置應正確，線形順和，接頭嚴密對準，并用膠布保貼，防止灰漿滲入管道，振搗時，要注意對預應力管道的保護。⑤為提高混凝土早期強度，以加快施工進度，在設計混凝土配合比時，一般加入早強劑或減水劑。嚴格控制拆模和預應力張拉的時間和混凝土強度。

4.5 邊跨梁段和合攏段施工

4.5.1 邊跨梁段施工 當L邊/L中>0.5時，邊跨邊段形成了不對稱的節(jié)段區(qū)，常采用如下方案施工該梁段：①利用支架施工；②先合攏中跨，形成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)后，不再要求對稱性，結(jié)構(gòu)能承受較大的力矩，再利用掛藍施工。注意：一般最邊上往往有一段是利用墩旁托架施工。③將上述①②結(jié)合。

4.5.2 合攏段施工 合攏段施工是體系轉(zhuǎn)換的最為關鍵工藝，其質(zhì)量直接影響到整個橋梁的受力性能，而其質(zhì)量受到很多因素的影響：溫度及溫差、混凝土的收縮、徐變、混凝土的凝結(jié)時間、水化熱、預應力、施工荷載、環(huán)境因素如風力影響等。

①設備：掛藍或吊籃。②合攏段長度：滿足使用條件下，盡量短，一般1.5~2.0m。③合攏溫度：一般低溫合攏，夏季應在清晨合攏，用草袋覆蓋，加強合攏段混凝土的養(yǎng)護，使得早期硬化過程中處于升溫受壓狀態(tài)。④外加劑：混凝土中加減水劑、早強劑，以便及早達到強度，及時張拉預應力，避免出現(xiàn)裂紋。⑤采用臨時鎖定（或頂推）技術：采用勁性型鋼安裝在合攏段上下部，將兩側(cè)懸臂結(jié)構(gòu)臨時固定連接然后張拉部分預應力筋，澆筑合攏段混凝土并養(yǎng)生至設計強度，張拉其余預應力筋，最后接觸臨時鎖定裝置。⑥平衡澆筑：采用壓重和分級卸載技術，保持平衡澆筑。對于多跨連續(xù)梁橋，在澆筑混凝土前應在各懸臂端配置與混凝土重量相當?shù)膲褐兀瑵仓炷習r分級卸載。

4.6 施工控制 施工控制的目的是使成橋結(jié)構(gòu)線形和受力狀態(tài)與設計一致。若控制不好，合攏時，兩端高程差會超出容許范圍，導致需要采取措施進行調(diào)平，既對結(jié)構(gòu)受力不利，也影響結(jié)構(gòu)線形和美觀，形成永久缺陷。為進行有效控制標高，常用的方法是加強施工測量，測量時間盡量一致，發(fā)現(xiàn)問題及時予以調(diào)整。

5 結(jié)語

施工過程中的方法包含整個建設周期內(nèi)所采取的技術方案、工藝流程、組織措施、檢測手段、施工組織設計等。施工方案正確與否，直接影響工程質(zhì)量控制能引順利實現(xiàn)。往往由于施工方案考慮不周而拖延進度，影響質(zhì)量，增加投資。為此，制定和審核施工方案時，必須結(jié)合工程實際從技術、管理、工藝、組織、操作、經(jīng)濟等方面進行全面分析、綜合考慮，力求方案技術可行、經(jīng)濟合理、工藝先進、措施得力、操作方便，有利于提高質(zhì)量、加快進度、降低成本。應重視新技術、新工藝的先進性、適用性。在施工的全過程中，要建立符合技術要求的工藝流程質(zhì)量標準、操作規(guī)程，建立嚴格的考核制度，不斷改進和提高施工技術和工藝水平。