鐵路客運專線連續多孔大跨徑橋梁懸臂施工技術

丁任盛DING Ren-sheng

（滬昆鐵路客運專線浙江有限責任公司，杭州 310009）

（Shanghai Kunming Rai1way Passenger Dedicated Line Zhejiang Limited Liabi1ity Company，Hangzhou 310009，China）

0 引言

在我國橋梁建設中，懸臂施工工藝已被廣泛應用，近幾年我國鐵路客運專線迅猛發展，大跨度連續梁在高速鐵路、客運專線的設計建設中正被大量使用，采用CRTSⅡ型板式無碴軌道的客運專線，對大跨度連續梁的成橋線形和質量控制要求很高，大跨度連續梁對于客運專線CRTSⅡ型板無碴軌道的實用性已經有成功的經驗，但（75+4×135+75）m大跨度連續梁橋在時速350公里鐵路客運專線上使用還是首次，與其他相類連續梁不同之處在于該橋大跨度多跨連續，連續梁上CRTSⅡ型板式無砟軌道溫度跨長達到378.6m，是目前我國鐵路客專CRTSⅡ型板式無砟軌道設計最大溫度跨長之一，對橋梁徐變和線形控制要求很高，施工控制和難度相對較大，隨著我國經濟建設的發展，考慮遠期規劃，今后大跨度連續梁建設項目將會更多，通過對金華江（75+4×135+75）m大跨度連續梁橋懸臂施工開展研究，為今后類似工程提供借鑒。

1 工程概況

金華江（75+4×135+75）m連續梁全長 691.5m，計算跨度（75+4×135+75）m，梁體為單箱單室、變高度、變截面結構，全橋箱梁頂寬12米，底寬7米，頂板厚0.48米；腹板厚分別為0.5、0.75、0.95、1.15米，按折線變化；底板厚0.485～1.2米，按曲線變化，局部加厚到1.8米，底板設60cm×60cm梗肋，頂板設150cm×150cm梗肋，中支點截面中心梁高10.03米，跨中2米直線段及邊跨9.25米直線段截面中心梁高5.83米，梁底按圓曲線變化，邊支座中心線至梁端0.75米，邊支座橫橋向中心距6.0米，中支座橫橋向中心距5.8米，單孔跨有十七個懸臂節段，懸臂節段長度分別為3.0m、3.5m和4.0m，懸臂節段最大重量為231噸，0號段長12m，混凝土方量568.3m3。

2 懸臂施工法的原理

懸臂施工法是利用己建成的橋墩沿橋跨徑方向逐段地懸出接長對稱施工，兩個相鄰的橋墩同時向兩側分段進行，水平推進，直到跨中合攏，各梁節段用預應力緊密連成整體，合攏之后再解除臨時固結轉換體系。

3 懸臂施工

3.10號段支架現澆方案 考慮到0#段長度12m,承臺橫橋向尺寸19.1m，縱橋向尺寸17.7m，支架可以直接坐落在承臺上。支架體系從上往下結構分別為：模板、Ⅰ40a工字鋼和H400×200×8縱梁（掛藍底模系縱梁）、I50a雙拼工字鋼橫梁、Φ630mm×8mm鋼管柱。支架結構正面圖見圖1。

圖1 支架正面圖

整個支架系統拼裝完成后需要對支架進行預壓，以實測支架的非彈性變形和彈性變形，驗證支架的承載能力，同時消除非彈性變形值，根據測得的數據推算0號懸臂段底模的預拱度，確保支架的使用安全，加載重量按照最大施工荷載的1.2倍配重，加載順序為從支座向端部依次進行，每級持荷時間不少于0.5小時，當荷載壓至設計荷載的60%、80%、100%時都要對觀測點進行沉降觀測，當壓至總重量的120%時停止加載并持續荷載二天。預壓及施工中，對稱均衡施工，并且對底模、支架處的觀測點進行連續觀測。然后再逐級卸載，并測量變形量。卸載的順序按照壓重的反順序進行并且做好觀測記錄，在壓重物全部卸完后對現澆支架全面進行測量并做好記錄。

0#段箱梁的混凝土采用一次澆注完成，考慮到梁體支座處加寬部位鋼筋密集，進入梁內搗固人員難以將混凝土搗固到位，在該處梁體距底板3m高處外模上開觀察孔，以觀察混凝土是否搗固密實，同時也利用觀察孔將震動棒插入搗固混凝土，以確保混凝土能充分搗固到位。

圖2 掛籃結構計算模型

3.2 懸臂節段澆筑施工

3.2.1 掛籃設計 掛籃設計主要技術參數為懸臂澆注箱梁梁段最大重量231t，懸臂澆注箱梁梁段最大分段長度4m，掛籃設計基本參數為梁段混凝土重量26KN/m3，人群及機具荷載取2.5Kpa，超載系數取1.05，新澆混凝土動力系數取1.2，掛籃行走時的沖擊系數取1.3，抗傾覆穩定系數2.0，荷載組合：混凝土重+掛籃自重+施工、人群機具+動力附加系數（強度計算）；混凝土重+掛籃自重（剛度計算）；掛籃自重+沖擊附加系數（行走穩定性）。

懸臂澆注梁段高度變化10.03m～5.83m，箱梁懸臂灌注采用菱形掛籃，由菱形桁架、提吊系統，走行及錨固系統、模板系統共四大部分組成，菱形桁架是掛籃的主要承重結構，桁架由型鋼加工而成，分兩片立于箱梁腹板頂位置，其間用角鋼組成上下平面聯結系，每片桁架均用槽鋼組焊而成，節點處用結點板和螺栓聯接，前上節點處和前上橫梁聯結，前上橫梁由工字鋼組焊成桁架結構，上設吊點，吊外側模、內模和底模架；提調系統前吊帶的作用是將懸臂灌注的底板、腹板及頂板混凝土及底模板重量傳至桁架上，后吊帶的作用是將底模模板荷載傳至已成箱梁底板；走行系統在兩片桁架下的箱梁頂面鋪設軌道（工字鋼和鋼板組焊），軌道錨固在梁體的豎向預應力筋上，滑道上預設頂座固定眼，將頂座固定在滑道上，用千斤頂對主桁架中部作用力，兩側要均勻走行；錨固系統是利用箱梁的豎向預應力鋼筋把軌道錨固在已澆筑完成箱體上，通過后錨扁擔梁把菱形桁架后節點錨固在軌道上。

掛籃結構計算模型見圖2、3，包括主桁架、立柱間橫向連接系、前上橫梁、底籃、導梁等所有的承重系統。

掛籃主桁受力計算：

掛籃主桁桿件在長度為4m長節段施工強度荷載組合條件下內力。（表1）

圖3 菱形掛籃結構計算空間模型

表1

圖4 一片主桁

圖5 主桁軸力（kN）

圖6 單片主桁后錨反力：703.87kN、前支點反力：1419.22kN

圖7 菱形掛籃主構架預壓安裝布置圖

3.2.2 掛籃安裝 掛籃安裝前，對主桁架采取千金頂對拉預壓，以達到消除其非彈性變形和測取其彈性變形值的目的，將主桁架反扣（見圖7），利用現有的梁體張拉設備（精軋螺紋鋼筋和液壓千斤頂）對拉，加載力按懸澆梁段最大自重的1.2倍分20%、40%、60%、80%、100%、120%等6級進行加載試驗，測試前后吊點擾度值，以指導立模標高，主桁架對拉完成后，用吊車配合人工將掛籃主桁架吊裝到0#塊梁段上的滑道上，采用預埋在0#塊梁體內的U型螺栓連接，第一片主構件在吊裝連接后采用支架定位，待第二片構件吊裝到位后利用橫聯將掛籃兩片主構件連成一體，然后再安裝門架和吊帶等裝置，掛籃主體安裝到位后，吊裝底模和底模架，采用吊帶與底模架連接利用倒鏈將底模調整到設計位置后，再吊裝掛籃側模。

當底模、側模安裝到位經檢查合格后進行底板和腹板鋼筋和管道安裝，完畢后吊裝內模架，安裝內模板，綁扎頂板鋼筋安裝剩余波紋管，由于內模尺寸不斷在變化，內模采用活動芯模，采用液壓千斤頂可達到內模伸縮的目的，端模采用木模板加工，梁體縱向鋼筋從木模板專門制作的縫中伸出，伸出的鋼筋要確保滿足不在同一截面的要求。各項施工準備工作完成后，經監理檢查完畢，可進行梁段澆注。

3.2.3 懸澆混凝土施工 由于梁體高度較大（梁高5.83～10.03m），混凝土自由落體高度大于2m，所以安裝底板及腹板串筒，搭設頂板卸料平臺，然后用凈水沖洗模板表面特別在氣溫較高時要灑水使模板和鋼筋降溫，在做以上工作的同時，檢查混凝土的拌合、運輸、振搗等機械（具）是否齊備，運轉是否正常。

混凝土通過泵管入模，灌注順序由中線向兩側進行，混凝土采取分層澆注，每層厚度控制在30cm之內，用50振搗棒振搗，振搗棒移動距離（即插入間距）不得超過振搗棒振搗半徑的1.5倍，插入下層的深度以10cm為宜，在腹板內側模上每隔2m左右開設振搗窗口，以利于混凝土的振搗，待混凝土灌至窗口下緣時將之封嚴，在倒角、張拉齒板處、錨墊板后加強振搗，以防出現蜂窩、麻面等現象，混凝土灌注完成后用抹子將頂面抹平。

3.2.4 懸灌段預施應力張拉 預應力設計為縱向、橫向、豎向三項預應力體系，縱向和橫向預應力筋采用Ф15.2-1860-GB預應力鋼絞線，豎向預應力筋采用PSB830Ф32mm高強精軋螺紋鋼，縱向預應力管道形成采用內徑Ф97/107mm金屬波紋管成孔，橫向預應力管道采用內徑90×19mm扁形金屬波紋管成孔，豎向預應力管道采用Ф45mm鐵皮管成孔。預應力張拉在該段梁體混凝土強度及彈性模量達到設計值的90%且梁體混凝土齡期不小于7天后進行，采用兩端同步張拉（除一端張拉的鋼索），并左右對稱進行，最大不平衡束不超過1束，豎向預應力筋從已施工順序進行，采用兩次張拉方式，在第一次張拉完成一天后進行第二次張拉，彌補由于操作和設備等原因造成的預應力損失。張拉順序按照先腹板束、后頂、底板束，從外到內左右對稱進行，同一節段預應力筋張拉按照縱-橫-豎的順序進行，預應力張拉采用張拉力與伸長量雙控措施，預施應力值以油壓表讀書為主，以預應力鋼筋伸長值進行校核，實際伸長量與計算伸長量差值控在±6%以內，同時保持兩端的伸長量基本與計算一致，張拉后觀察有無滑絲、斷絲現象，作好張拉記錄，豎向和橫向預應力筋張拉滯后縱向預應力筋張拉控制在不大于3個懸澆節段。

3.2.5 懸灌段預施應力孔道壓漿 預應力管道壓漿采用真空輔助壓漿工藝，在預應力筋終張拉后48小時內完成，壓漿前先用清水清洗預應力管道，然后用高壓風將管內積水吹凈，啟動真空泵試抽真空，檢查管路、錨頭、排氣孔、滲水孔等處的密封情況，壓漿前管道真空度穩定在-0.06～-0.080MPa，預應力管道壓漿時由下端向上端壓漿，縱、橫向預應力管道由一端向另一端壓漿，管道出漿口應裝有三通管，在確認出漿濃度與進漿濃度一致時，在0.50～0.60MPa下持壓2min，壓漿最大壓力不得超過0.60MPa。同一管道壓漿連續進行，壓漿時注意觀察有無串孔、漏漿，做好壓漿記錄，壓漿順序先下后上，一次完成，水泥漿攪拌結束至壓入管道時間間隔不超過40min。

3.3 合攏段施工 該連續梁全橋共計6個合攏段，合攏方式為先合攏邊跨，再合攏次中跨，最后合攏中跨，合攏段長度均為2m，其中邊跨合攏段H1混凝土方量29.8m3，中跨及次中跨合攏段H2混凝土方量55.9m3。

合攏段施工是懸澆施工中的關鍵，因懸臂較長，結構恒載和施工荷載將產生較大的撓度，這些撓曲變形除在各節段施工中不斷調整外，合攏時需詳細調整；為了控制合攏段的位置，防止合攏段混凝土在澆筑及早期硬化過程中發生明顯的體積改變，合攏前在合攏段內設置勁性骨架剛性支撐定位，使合攏段兩懸臂端臨時連接，盡可能保持相對固定，同時采用早強水泥、控制合攏溫度等措施提高施工質量。

3.4 線形控制

3.4.1 線形監控 橋梁施工線形監控是為了確保施工過程中結構的可靠度和安全度，施工監控的原則是穩定性、內力和變形控制的綜合考慮，全橋控制截面應力和主梁繞度在施工過程中實時監控并反饋，整個施工過程中以主梁標高和內力作為雙控控制指標。

梁體線型變化與掛籃變形、梁段自重、預應力張拉、溫度、混凝土徐變及活載作用等多種因素有關，主要包括平面線形控制和縱向線形控制。

平面線形控制是在每一現澆段掛籃走行完成后，用全站儀對掛籃中線進行調整，模板加固完成后，對掛籃中線進行復核。

縱向線形控制的關鍵是分析每一施工階段、每一施工步驟的結構撓度變化狀態，控制立模標高。先計算出各梁段的立模預拱度，結合前一梁段的撓度實測值，修正預拱度值后，在下一梁段灌注施工中預以調整立模標高，以便成橋后與設計標高接近。

內力控制以墩頂0#段中心、箱梁懸臂根部、L/8、L/4、L/3、L/2（其中L為大橋主跨跨度）截面及邊跨端部為控制截面（圖8），在每一個控制截面內布置應力測定元器件，測點布置見圖9，對梁體內力和支座反力進行監測。

圖8 控制截面位置圖

圖9 控制截面測點布置圖

根據監測結果，可了解施工階段箱梁的受力狀態，保證施工安全。同時，成橋后亦可繼續測量各點應力，驗證大橋的設計承載能力。

3.4.2 線形控制對策與措施 通過計算分析可以確定橋梁結構各施工階段理想目標狀態，但在實際施工中結構的實際狀態并不是與理想狀態吻合，各狀態控制數據實測值與理論值總存在一定的誤差，施工過程中各類誤差的出現只能通過對后續施工的監控予以預防并修正誤差，采取的線形控制措施有：

①嚴格控制模板尺寸偏差，防止脹模，嚴格按照設計圖紙要求定制、安裝模板，加強現場檢查，控制好混凝土坍落度。②控制好混凝土彈性模量，防止因混凝土配合比、張拉齡期等導致實際測量值與理論計算模型中取值出現較大的偏差，施工過程中確保張拉齡期，對不同齡期混凝土的彈性模量進行測試，根據實際測量參數，通過對計算模型參數的修正，來指導后期參數的預報。③加強預應力控制，防止預應力鋼索引起誤差，對典型預應力鋼索進行預應力損失測試，確保對預應力張拉設備的標定準確、定期，注重提高施工人員的技能素質。④加強對掛籃的定位、錨固控制，通過對掛籃加載預壓測出掛籃的自身變形值，防止因掛籃原因造成梁段結構的標高誤差。

4 結束語

杭長客運專線跨金華江特大橋75+4×135+75m連續梁梁部工程從開始施工就嚴格按照確定的方案組織實施，嚴格控制各道工序施工質量，梁部懸臂施工從2011年5月份開始，2012年7月份完成全部合攏，成橋線形與設計基本一致，通過工程實踐，科學的組織施工，取得了較好的經濟和社會效益，對（75+4×135+75）m連續梁橋的施工組織及方案形成標準化作業成果，為以后類似的工程施工提供借鑒。

[1]沈陽.貴陽北二環偏坡大橋主橋連續剛構0#段施工技術[J].科技資訊，2013：72-74.

[2]王建軍，劉興旺.徽水河特大橋連續箱梁支架搭設施工方案[J].中小企業管理與科技，2012（10）:180-181.

[3]王強.大跨徑預應力混凝土連續梁懸臂施工技術應用[J].科技信息，2011(07).