大跨度連續(xù)梁橋掛籃法施工質(zhì)量控制關(guān)鍵技術(shù)

路賀偉 錢國飛

上海奉賢建設(shè)發(fā)展（集團(tuán)）有限公司 上海 201499

1 工程概況

新林公路（金海公路—浦星公路）新建工程位于上海市奉賢區(qū)青村鎮(zhèn)境內(nèi)，全長2.38 km，其中金匯港大橋是工程的關(guān)鍵。金匯港大橋全長664.00 m，主橋239.00 m，中跨108.00 m，兩邊跨各為65.50 m。主橋結(jié)構(gòu)為連續(xù)混凝土箱梁，斷面為單箱單室直腹板形式，梁頂寬度15.67 m，梁底寬度8.00 m，翼緣板寬度3.83 m，腹板厚50～100 cm，底板厚30～80 cm，頂板厚28 cm，如圖1所示。采用掛籃法懸臂現(xiàn)澆施工，河道內(nèi)不設(shè)橋墩，施工全過程不影響航道通行。

圖1 箱梁斷面示意

2 掛籃法施工工藝

2.1 掛籃結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介

掛籃是懸臂澆筑過程中的主要施工設(shè)備，其主要功能是支撐現(xiàn)澆混凝土梁體，并提供施工操作平臺(tái)。掛籃可分為多種類型，按照結(jié)構(gòu)形式，可分為三角形掛籃、菱形掛籃、桁架式掛籃等；按平衡方式可分為壓重式和自錨式；按行走方式，可分為滑移式和滾動(dòng)式。掛籃結(jié)構(gòu)組成通常包括承重系統(tǒng)、模板系統(tǒng)、走行系統(tǒng)、錨固系統(tǒng)和操作平臺(tái)5個(gè)部分，各研究者的劃分略有不同。本工程中采用自錨式菱形掛籃，其結(jié)構(gòu)組成如圖2所示。

圖2 掛籃結(jié)構(gòu)組成

本工程掛籃自重43.00 t，適用最大梁段質(zhì)量145.50 t，掛籃自重與最大懸澆梁段質(zhì)量比為0.296。掛籃適用最大梁段長度為4.50 m，梁頂寬度15.80 m，梁底寬度8.00 m，梁高2.80～6.35 m之間。取超載系數(shù)1.05，沖擊系數(shù)1.30，抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)2.00，經(jīng)驗(yàn)算合格，滿足施工要求[1-3]。

2.2 掛籃法施工流程

橋墩、0#塊和臨時(shí)固結(jié)系統(tǒng)澆筑完成后，掛籃開始安裝就位，預(yù)壓完畢后開始懸臂澆筑梁段施工。掛籃施工首先從1#梁段開始，兩側(cè)對(duì)稱施工，1#梁段澆筑、養(yǎng)生、張拉完畢后，掛籃前移，開始2#梁段施工，如此往復(fù)循環(huán)，直至合龍。掛籃法施工的主要流程包括如下步驟：

1）掛籃就位。0#塊澆筑、養(yǎng)生、張拉完畢后，即可安裝掛籃。掛籃安裝于0#塊伸出的懸臂段，對(duì)稱實(shí)施。首先在0#塊定位掛籃軌道中心線，鋪設(shè)軌道；然后吊裝菱形桁架、中門架和側(cè)面吊架；再安裝前橫梁和桁架附件；接著安裝吊桿及吊掛系統(tǒng)，進(jìn)一步安裝底托系統(tǒng)；之后逐次安裝外側(cè)模板、內(nèi)模板和端模板；最后調(diào)整立模標(biāo)高，掛籃安裝完成。

2）掛籃預(yù)壓。首次澆筑混凝土前，須對(duì)掛籃進(jìn)行預(yù)壓，其目的包括：檢驗(yàn)掛籃的實(shí)際承載能力，確保最不利荷載條件下掛籃的安全性；實(shí)測(cè)掛籃的彈性和非彈性變形，消除非彈性變形；根據(jù)預(yù)壓過程中的荷載-變形曲線，計(jì)算各節(jié)段澆筑過程中掛籃的豎向變形，確定模板標(biāo)高。本工程中采用砂袋進(jìn)行堆載預(yù)壓，分段分批加載，每3 h加載一次，直至加載至設(shè)計(jì)荷載，掛籃穩(wěn)定24 h后卸載，記錄加載和卸載變形曲線[4,5]。

3）模板和鋼筋安裝。掛籃預(yù)壓完成后，重新調(diào)整模板標(biāo)高，按照計(jì)算標(biāo)高安裝模板，按底板模板、腹板內(nèi)側(cè)模板和頂板模板逐次進(jìn)行。然后在模板內(nèi)安裝鋼筋籠和預(yù)留混凝土管道，經(jīng)檢驗(yàn)合格后進(jìn)入下道工序。

4）梁段混凝土澆筑。模板和鋼筋籠安裝完成后，可進(jìn)行梁段混凝土澆筑。首先澆筑底板，再澆筑腹板，最后澆筑翼板和頂板。

5）混凝土養(yǎng)生。梁段混凝土澆筑完畢后進(jìn)入養(yǎng)生期。

6）預(yù)應(yīng)力張拉。經(jīng)養(yǎng)生混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度90%以上時(shí)，即可開始預(yù)應(yīng)力鋼絞線穿索、張拉。本工程中混凝土梁段為三向張拉體系，梁體豎向?yàn)榫埪菁y鋼張拉，梁體縱向和橫向?yàn)殇摻g線張拉。

7）孔道壓漿。預(yù)應(yīng)力張拉完畢后盡快進(jìn)行孔道壓漿，應(yīng)在48 h內(nèi)完成，保證預(yù)應(yīng)力體系與梁體形成統(tǒng)一整體，減少預(yù)應(yīng)力損失和預(yù)應(yīng)力筋銹蝕。

8）下節(jié)梁段施工。在梁段孔道壓漿施工完畢后，即完成了本節(jié)段梁體的施工。通過掛籃吊桿系統(tǒng)松動(dòng)模板和后錨系統(tǒng)，將掛籃前移，循環(huán)前面所述工序，準(zhǔn)備下節(jié)段梁體施工。

3 質(zhì)量控制關(guān)鍵技術(shù)

3.1 橋面高程控制

梁體0#塊為掛籃施工提供了作業(yè)支撐，0#塊完畢后即可開展后續(xù)梁段的懸臂澆筑。隨著梁段的澆筑，梁體懸臂段逐漸增大，在梁體自重和施工荷載的作用下，每節(jié)梁段的撓度發(fā)生變化。新梁段的澆筑使得已澆筑梁段的標(biāo)高降低，同時(shí)，其自身標(biāo)高又受到該變化的影響。施工過程中，懸臂梁體撓度變化如圖3所示。

圖3 懸臂梁體撓度變化示意

一般而言，施工過程中懸臂梁體的撓度可采用有限元方法進(jìn)行計(jì)算，從而，根據(jù)設(shè)計(jì)標(biāo)高即可推算出施工過程中每節(jié)梁段的控制標(biāo)高。本工程中梁體標(biāo)高和線形的計(jì)算由專業(yè)的監(jiān)控單位來實(shí)施，每節(jié)段出具監(jiān)控報(bào)告。為保證梁體和橋面高程，施工過程中應(yīng)密切關(guān)注每節(jié)梁段的標(biāo)高，并隨工程進(jìn)度開展動(dòng)態(tài)分析。梁段澆筑前，對(duì)已完懸臂梁體標(biāo)高進(jìn)行測(cè)試，經(jīng)計(jì)算分析確定澆筑梁段的施工標(biāo)高；掛籃前移就位后，結(jié)合掛籃預(yù)壓曲線，綜合考慮掛籃變形，設(shè)置預(yù)起拱，根據(jù)已確定的施工標(biāo)高固定底模和側(cè)模，完成掛籃和模板的安裝。下節(jié)梁體澆筑時(shí)，循環(huán)執(zhí)行上述流程，最終確保橋面高程的實(shí)時(shí)控制。以10#墩為例，從0#塊向中跨方向，各節(jié)段底板設(shè)計(jì)標(biāo)高及考慮預(yù)起拱后的實(shí)際立模標(biāo)高數(shù)據(jù)見表1。

表1 各節(jié)段設(shè)計(jì)標(biāo)高及實(shí)際控制標(biāo)高

3.2 梁體混凝土澆筑

掛籃法施工作業(yè)面始終處于懸臂狀態(tài)，其獨(dú)特的施工方法對(duì)混凝土的澆筑工藝提出不同的要求。從梁體結(jié)構(gòu)方面，須先澆筑箱梁底板，然后澆筑腹板，最后澆筑頂板和翼板。腹板和頂板的澆筑一次施工還是分2次施工，根據(jù)工程實(shí)際情況確定。從空間結(jié)構(gòu)方面，底板、腹板和頂板混凝土澆筑時(shí)須首先澆筑懸臂段的外端，然后澆筑內(nèi)端，避免新舊梁段交界面由于混凝土自重彎矩引起裂縫；翼板澆筑時(shí)先澆筑翼板外側(cè)混凝土，逐漸向梁體中線靠攏，其主要目的也是避免產(chǎn)生裂縫[6,7]。

另外，澆筑過程中須對(duì)模板的變形進(jìn)行密切觀察，尤其是局部采用的木模。由于空間和工藝的限制，局部采用木模板在所難免，而這些位置往往是最容易產(chǎn)生應(yīng)力集中的地方，由于固定不當(dāng)很容易產(chǎn)生脹模和漏漿，影響混凝土強(qiáng)度和外觀。本工程中，箱體內(nèi)部的張拉槽臺(tái)木模一開始由于固定不當(dāng)產(chǎn)生了脹模和漏漿。其后，經(jīng)過改進(jìn)才避免了該情況的發(fā)生。

3.3 預(yù)應(yīng)力管道安裝與張拉

預(yù)應(yīng)力體系為鋼筋混凝土梁體提供了人為約束，增強(qiáng)了梁體結(jié)構(gòu)的抗彎拉性能。該橋采用三維預(yù)應(yīng)力張拉體系，梁體縱向、橫向和豎向，將各梁段連接為統(tǒng)一整體。預(yù)應(yīng)力體系是否按照設(shè)計(jì)起到預(yù)期作用，主要取決于2個(gè)方面：預(yù)應(yīng)力管道定位和預(yù)應(yīng)力筋的張拉。

預(yù)應(yīng)力管道是后張法施工中預(yù)應(yīng)力筋的通道，是預(yù)應(yīng)力發(fā)揮作用的基礎(chǔ)。施工過程中，首先應(yīng)按照施工圖進(jìn)行管道定位和安裝，決不允許產(chǎn)生過大偏位；其次，必須對(duì)管道良好固定，避免在混凝土澆筑過程中發(fā)生偏離；最后，要注意管道的保護(hù)，一旦發(fā)生破損，必須更換[8,9]。

梁體養(yǎng)生完畢達(dá)到設(shè)計(jì)張拉強(qiáng)度后，即可進(jìn)行預(yù)應(yīng)力張拉。預(yù)應(yīng)力張拉過程中必須采用配套張拉設(shè)備，千斤頂和壓力表須定期維護(hù)和校驗(yàn)。張拉的基本流程為：先進(jìn)行初張，初應(yīng)力一般為控制張拉應(yīng)力的10%～25%；然后張拉至超張應(yīng)力，一般超張5%左右，持荷5 min，直至應(yīng)力降低為控制應(yīng)力，最后進(jìn)行錨固。張拉過程中，記錄預(yù)應(yīng)力筋伸長量，同時(shí)與理論伸長量進(jìn)行比較，其計(jì)算如式（1）。預(yù)應(yīng)力張拉控制采用應(yīng)力和伸長量雙重控制，以應(yīng)力控制為主，輔以伸長量校驗(yàn)，實(shí)際伸長量與理論伸長量偏差不得大于6%。

其中：Pp——預(yù)應(yīng)力筋平均張拉力，N；

L——預(yù)應(yīng)力筋長度，m；

Ep——預(yù)應(yīng)力筋彈性模量，MPa；

Ap——預(yù)應(yīng)力筋截面面積，m2。

3.4 孔道壓漿

預(yù)應(yīng)力孔道壓漿須在張拉完成后盡快完成，一般不得超過48 h。孔道壓漿前對(duì)管道進(jìn)行清孔處理，并使孔壁濕潤。壓漿時(shí)，需從管道最低點(diǎn)的壓漿孔進(jìn)行漿體壓注，直至另一端排氣孔均勻排出水泥漿體、無氣泡出現(xiàn)，最后封錨。嚴(yán)格控制孔道壓漿質(zhì)量有助于減輕預(yù)應(yīng)力筋的銹蝕，延長預(yù)應(yīng)力體系的作用時(shí)效，提高橋梁結(jié)構(gòu)的使用壽命。

3.5 合龍段施工

合龍段施工質(zhì)量的關(guān)鍵控制技術(shù)包括臨時(shí)固結(jié)拆除、合龍段配重、合龍段鎖定、合龍段混凝土澆筑和養(yǎng)生。

合龍段施工前拆除臨時(shí)固結(jié)支撐，讓兩側(cè)箱梁處于自由懸臂狀態(tài)，確保已澆筑梁段與邊跨現(xiàn)澆段和對(duì)側(cè)中跨梁體平順銜接，保證線性，減小初始應(yīng)力。

合龍段配重的主要目的是確保橋梁線形和減少梁體內(nèi)部初始應(yīng)力，根據(jù)配重的作用可分為基本配重和附加配重。基本配重是指合龍段澆筑混凝土的等量替換，附加配重是指為調(diào)整合龍段兩側(cè)梁體高差而施加的額外配重。合龍段配重須邊跨與中跨同步實(shí)施，以免懸臂梁兩側(cè)因彎矩不同而引起橋體線形改變。

合龍段鎖定是指合龍段混凝土澆筑前在兩側(cè)懸臂梁端設(shè)置的剛性支撐，其主要目的是為避免合龍段混凝土水化過程中，自然環(huán)境因素產(chǎn)生的內(nèi)部應(yīng)力超過混凝土強(qiáng)度而引起梁體開裂。合龍段鎖定一般包括箱體內(nèi)支撐鎖定、箱體外支撐鎖定和兩者同時(shí)實(shí)施的混合鎖定。體內(nèi)支撐鎖定相比體外支撐鎖定存在一定的劣勢(shì)，目前通用的做法是體外支撐鎖定。本工程中跨合龍段也采用體外支撐鎖定，通過在預(yù)埋支座上焊接型鋼將梁體固定。合龍段鎖定前要對(duì)梁體之間的相對(duì)位移進(jìn)行連續(xù)測(cè)定，確定兩側(cè)懸臂梁端之間的最大間距，在合龍段混凝土澆筑前迅速連接。

合龍段混凝土質(zhì)量主要通過澆筑溫度和濕度養(yǎng)生控制。本工程合龍段混凝土澆筑從23：00開始，次日02：00左右結(jié)束，大氣溫度23 ℃，為溫度最低時(shí)段。此外，合龍段混凝土養(yǎng)生也至關(guān)重要，尤其是前期養(yǎng)生。一般而言，合龍段混凝土澆筑后經(jīng)受第一次高溫時(shí)通常發(fā)生破壞。因此，在合龍段混凝土澆筑后的前2 d務(wù)必保持混凝土表面灑水濕潤，以免發(fā)生局部損壞[10]。

4 結(jié)語

本文依托上海新林公路金匯港大橋工程，對(duì)大跨度連續(xù)梁橋掛籃法施工工藝進(jìn)行了總結(jié)和闡述。結(jié)合工程實(shí)踐，針對(duì)掛籃法懸臂施工過程中容易發(fā)生的質(zhì)量問題，從橋面高程控制、混凝土澆筑、預(yù)應(yīng)力體系和合龍段施工等方面開展了技術(shù)分析和論述，對(duì)類似工程的施工質(zhì)量控制提供借鑒和指導(dǎo)。