橋梁掛籃懸澆工程的施工技術與質量安全控制探討

吳文利

摘要：隨著科學技術的進步，施工機具、設備和建筑材料的發展，橋梁施工技術不斷改進、提高而逐步發展和豐富起來，大跨徑橋梁在經濟建設中也發揮著重要作用。大橋上部結構施工方法有預制安裝、架橋機加設、滿堂支架、頂推法、懸臂澆筑等，對于跨越峽谷、江河、既有線路等情況下的中、大跨連續梁，常采用懸澆筑連續梁施工。懸臂澆筑施工方法在連續梁、連續剛構、斜拉橋、拱橋中均有應用。本文以懸臂澆筑為例，分析掛籃懸澆施工和質量控制措施，希望能為大橋施工提供一些參考。

關鍵詞：橋梁施工；掛籃；懸澆施工；質量安全控制

中圖分類號：U445.4文獻標識碼：A文章編號：1674-3024（2017）02-0055-02

前言

早在1948年，法國工程師E·弗萊西奈在巴黎附近的馬恩河上采用預制分段施工法架設了呂章西橋，主跨為74m，從此在歐洲各國得到推廣采用。我國交通系統1968年4月建成了柳州橋，跨越廣西省柳州江，橋跨為45.19m+66.71m+120m+124m+52.29m國內首次采用懸臂澆筑法施工。我國懸臂施工方法技術水平已達到國際先進水平。懸臂施工難度大，技術復雜，本文以具體工程為例，分析掛籃懸澆施工和質量安全控制措施。

1.工程概述

大橋分為主跨、引橋，橋梁全長397m，主橋長150m，為預應力混凝土連續箱梁，北岸引橋長120m，南岸橋長120m，引橋均為30米預應力連續小箱梁施工。主跨橋下為河流，不適合采用支架法施工，而采用頂推法施工會對周邊環境造成過度破壞，綜合考慮各種因素，采用掛籃懸澆施工。左右幅主橋上部各由1個單箱單室斷面組成，箱梁根部梁高8m，間梁按二次拋物線設計。箱梁頂板厚度28cm-50cm，底本厚度、跨中厚度、腹板厚度分別為lOOcm、25cm、40-65cm，箱梁最大懸澆節段重1200kN，掛籃自重依照60t計算。

2.掛籃懸澆工程施工技術

掛籃由底模板、懸吊系統、承重結構、行走系統、平衡重、錨固系統、工作平臺等部分組成。

2.1掛籃參數與選型

掛籃設計最大兩種和掛籃自重分別設計為1250kN、500kN，適合使用在2.5-4.0m梁長，傾覆穩定系數設計大于2.5，采用不平衡重行走方式。該地區時常出現大風天氣，在設計中需要注意掛籃自重以及最大梁重比值參數，能夠保證在8級風天氣下不會出現空載移動情況。結合施工箱梁特點和技術參數，合理選擇掛籃參數，保證掛籃結構設計合理，方便施工，現場施工操作方面，適合機械化施工，提高整體結構安全性和穩定性，在保證剛度和穩定性基礎上控制掛籃重量。在掛籃設計中采用優化棱形鋼桁架結構，該結構具有更強的剛度和穩定性，迎風面積很小，能夠充分滿足在大風天氣下的施工。掛籃總長11.5m，懸臂長5.2m，模板采用定型鋼模，掛籃主要結構見圖1所示。

掛籃成功結構形式包括平行桁架式掛籃、平弦無平衡掛籃以及菱形掛籃等，在本工程施工中，主承重桁架由大剛度菱形桁架組合組成，結構簡單，能夠大大減輕自重，是近些年常使用的掛籃形式。整體結構由桁架橫向連接和前后橫梁組成，在施工中為方便作業，適當降低了前橫梁的高度。桁架主要由2根槽鋼組成，前后橫梁則是由槽鋼焊接組成，桁架和前后橫梁作為后錨反扣壓梁和底平臺系統吊梁。懸掛系統由精軋紋粗鋼筋和鋼吊帶組成，底平臺與鋼吊帶的連接采用雙相鉸接方式，每幅掛籃橫梁配置螺旋式千斤頂和49000kN手拉葫蘆，采用螺紋鋼筋固定。錨固系統由模板系統、軌道錨固系統組成，主縱梁桁架采用反扣壓型式。承重系統是掛籃主要受力構件，承擔施工全部質量。行走系統由行走軌道系統、鋼軌以及內外滑梁構成，掛籃每澆筑完成階段，待混凝土強度達到設計強度90%后進行預應力張拉。放松錨固系統，掛籃采用手拉葫蘆拉動。模板系統有內模、外模等組成，根據實際情況自行制作封頭模板，其余均為定制鋼模。

2.2掛籃安裝

掛籃單片主桁運到橋墩下，準備吊裝，掛籃吊裝在0號段縱向預應力鋼鉸線和豎向預應力粗鋼筋張拉完畢后進行，（1）將O號段軌道所在位置頂面清理干凈，鑿出接茬面，測量放樣，定出軌道所在位置，鋪設軌道，并用連接器、精軋螺紋鋼、錨具將軌道固定在已張拉的豎向預應力粗鋼筋上，在已安裝完畢的軌道上標出主桁前支座在位置。（2）單片吊裝主桁。將前支座對準軌道安裝標記，并臨時支撐牢固，用同樣方法安裝另一片主桁，調整兩片主桁的間距、位置后，安裝自錨車輪組和中橫聯、后橫聯。（3）安裝前橫梁、后挑梁及懸吊裝置。（4）利用0號段托架的平臺安裝掛籃底模、外模，并將其于懸掛裝置聯結，同時安裝工作平臺、底模后錨。（5）調整底模高程。（6）安裝1號段底板、腹板鋼筋及預應力孔道。（7）檢查1號段底板、腹板鋼筋后，安裝1號段內模，將內模后錨于O號段頂板，前端懸吊于主桁前橫梁，校準、加固，完成掛籃的安裝。（8）同一“T”構的兩個掛籃應一起安裝。

掛籃完拼裝后，要對掛籃進行試壓，預壓荷載建議采用1.2倍最大梁段重量；掛籃總變形不能超過20mm（包括吊帶、桁架、后錨等引起的變形）。

2.3掛藍前移

掛籃前移在張拉完本段縱向預應力鋼鉸線以后進行，包括安裝軌道、松開底模、松開側模、松開內模、前移等工作。

2.3.1鋪設軌道

在新澆筑節段混凝土強度達到設計強度的50%后，安裝并錨固軌道。先清理軌道所在位置箱梁頂面的雜物、放樣、錨固軌道，然后安裝縱移動力倒鏈，倒鏈前端掛在軌道上，后端掛在掛籃前支座拉環上。在鋪設軌道時，應使軌道頂順直，其頂面應控制在同一高程上，以防移動掛籃時爬坡或溜坡，應使固定軌道的錨桿及豎向預應力粗鋼筋旋入聯結器的長度相同。

2.3.2松開模板

張拉完縱向預應力鋼絞線后，先松開側模頂緊絲桿和內、外模間拉桿，再松開內、外模滑移梁吊桿。然后拆除底模后錨，放松底模前吊桿，使底模、側模離開梁體10cm左右，利用內膜架上的絲桿拉緊內側模，使內模離開梁體。

2.3.3掛籃前移

解除掛籃后錨，使自錨車輪卡在走行軌道上，拉動前移倒鏈，通過車輪的滾動及前支座下的四氟板滑動，達到掛籃前移的目的。掛籃前移時，底模后部掛在后挑梁上，前端掛在主桁前橫梁上，外側模、內側模前端通過滑移梁掛在主桁前橫梁上，后端直接掛在滑移梁上。在掛籃縱移過程中，為防止掛籃由于慣性作用發生傾覆，防止自錨車輪失靈，在后挑梁上安裝鋼絲繩，后端固定在已張拉的豎向預應力鋼筋錨具上。同一“T”構的兩個掛籃應對稱前移，以防橋梁承受過大的不對稱荷載。

2.4合攏段施工

2.4.1合攏順序

本橋為三跨連續梁，設計規定合攏時先邊跨，后次跨，再中跨。在施工過程中必須按設計規定的合攏順序進行合攏。

2.4.2合攏臨時固結

在澆筑合攏段混凝土前，應將相鄰的邊跨現澆段和“T”構懸臂端或兩相鄰“T”構懸臂端通過勁性骨架、臨時預應力束連接在一起，形成剛性連接。在外界溫度變化時，由剛性連接承受拉力或壓力，盡量減小合攏段混凝土在外界溫度變化時的內力。

2.4.3合攏施工中注意的問題

合攏段施工要求低溫下合攏，設置足夠臨時支撐，盡快澆筑混凝土，加強合攏段混凝土的養護。合攏段施工要求在當天低溫下進行，這與混凝干受力特性有關。混凝土的抗壓強度較高，而抗拉強度較低，在低溫下澆筑完成合攏段混凝土后，隨時間延長其強度也在提高，而隨溫度升高，“T”構將伸長，將對合攏段混凝土產生壓力，大部分壓力將被臨時支撐承受。這樣，隨著溫度升高，合攏段混凝土受到的是壓力而不是拉力，這和混凝土抗壓強度高的受力特性相適應。合攏段形成臨時固定后，應盡快進行合攏段混凝土的施工，張拉永久束，使結構能盡快形成整體。放置時間過長型鋼連接處焊縫、鋼板下混凝土會承受多拉壓作用，有可能造成此處出現裂縫。

3.懸臂澆筑質量及安全控制措施

3.1 O號塊支架

對于墩梁支架、滿堂支架，應注意驗算支架基礎承載能力、梁的變形。對于橋墩較高的情況，常采用在橋墩上設置預埋螺栓，將多片三角形支架固定在橋墩上，形成由多片三角形支架形成的桁架。在設計時，應分別驗算螺栓在正應力、剪應力作用下的受力性能及抗拉拔能力。

3.2掛籃設計及施工

掛籃與懸臂澆筑混凝土的重量的重量比不宜大于0.5，且掛籃的總重應控制在設計規定的限重之內，包括吊帶變形的掛籃最大變形總和應不大于20mm。掛籃在澆筑混凝土狀態、行走時的抗傾覆安全系數、自錨固系統的安全系數均不應小于2。在掛籃前移過程和混凝土澆筑過程呈，如果錨固系統出現異常，后果極其嚴重，國內曾發生過掛籃前移過程、澆筑混凝土埋掛籃傾覆、墜落事故，主要原因是錨固系統細節處理不當造成的，為避免此類事故的發生除在設計時考慮足夠的安全系數外，在施工過程中應有專人負責錨固裝置安裝細節。

3.3混凝土澆筑

懸臂澆筑施工是分段對稱澆筑混凝土，節段之間混凝土的抗拉強度相對較低，為保證相臨段混凝土可靠的連接，在拆除端模后，應將端面混凝土表面浮漿鑿出，且在澆筑下段混凝土時，應將端面混土清理干凈、用水濕潤。由于是在兩端掛籃上澆筑混凝土，兩端混凝土的澆筑速度不同將引起“T”構的不平衡彎矩。如施工不當將引起嚴重后果，國內某懸臂澆筑連續梁采用鋼管樁作為臨時墩，在即將合攏時由于“T”構兩端澆筑速度差異較大，在傾覆彎矩作用下使鋼管失穩，整個“T”構墜落。

3.4預應力張拉壓漿控制

張拉時混凝土強度應符合設計及規范要求，設計無規定時，不得低于設計的混凝土強度等級的80%，本橋設計為90%時張拉。張拉順序宜先張拉中部，后張拉上下或兩側，左右對稱張拉。壓漿過程中及壓漿后48h內，結構混凝土的溫度不得低于5℃，否則應采取保溫措施，當溫度高于35℃時，壓漿應在夜間進行。

3.5線形控制

懸臂澆筑連續梁線形控制是保證橋梁順利合攏，確保橋梁線形的關鍵工作之一。由于續施工節段對于先期施工節段影響、混凝土徐變、預應力松弛、合攏順序、結構尺寸偏差、掛籃自身變形等因素，在施工各節段混凝土時，需要設置預拱度。在節段立模時，應將掛籃自身變形和監控單位提供的預拱度一起考慮，并及時測量各節段的澆筑混凝土、張拉和掛籃前移等工序的變形，及時反饋給監控單位，作為監控單位調整高程的依據。在測量節段變形、設立節段高程時，應盡量在每天早上日出前進行，以避免日照、溫度變化對測量的影響。

4.結束語

綜上所述，懸臂澆筑施工和線形控制是橋梁施工中的一個難點，控制不好，兩端懸臂澆注至合攏時，梁底高程誤差會大大超出允許范圍，既對結構受力不利，且因梁底曲線產生轉折點而影響美觀，形成永久性缺陷。底板預應力防崩鋼筋設置應重點檢查，以免張拉時造成底板混凝土的剝離。合攏段澆筑混凝土時的溫度控制和節段變形測量時間先擇都要認真做好規劃，以免出現工程質量問題。