梯子峪特大橋懸澆施工關鍵技術

魏 贇

（中鐵十二局集團第三工程有限公司，山西 太原 030024）

1 工程概況

興延高速位于京藏高速公路以西，南北走向，南起海淀區六環路，北至延慶區延崇高速公路。它是國內首條PPP模式建設的高速公路項目，同時作為延慶2019年世界園藝博覽會主要通道及2022年北京冬奧會保障工程，于2016年初正式開工。梯子峪特大橋全長342.6 m，是興延高速主線橋的重點控制性工程，上部結構主橋采用81 m+152 m+81 m懸臂澆筑變截面預應力混凝土連續剛構橋，成橋效果見圖1。

圖1 梯子峪特大橋俯視圖

橋址范圍屬丘陵低山地貌，場地內溝谷、山丘發育，地形起伏較大。且屬寒冷地區，年平均氣溫14℃，極端最高氣溫41.4℃，極端最低氣溫-19℃。年平均降雨量481.2 mm，年最大降雨量806.1 mm，年最小降雨量285.9 mm。橋位處山溝匯水面積6.27 km2，百年一遇洪峰流量Q1%=150.4 m3/s，橋位處溝渠流速約3.3 m/s，橋下百年一遇洪水位400.4～396.3 m。

2 橋梁懸澆總體施工方案

主橋箱梁采用單箱單室斷面，左幅墩頂梁高9.5 m，跨中梁高3.8 m，頂寬17.5 m，翼緣板長3.75 m，1#墩27 m，2#墩48 m。考慮到地形、氣候、施工周期等多種問題，決定橋梁結構采用懸臂現澆施工法。結構懸澆階段劃分為：0#段長14.0 m，懸臂分為17對梁段。其梁段數及梁段長度從根部至跨中分別為：4×3.5 m、9×4 m、4×4.5 m，累計懸臂總長68.0 m。跨中合攏段為2 m，邊跨合攏段為1.5 m，邊跨現澆段長4.44 m。梁段布置如圖2所示（中跨）。

3 施工關鍵技術

3.1 0#塊大體積混凝土施工

3.1.1 0#塊施工方案

0#塊托架施工方案步驟：

（1）在墩身設置預埋鋼板，精準定位并將托架、牛腿和預埋件連接。托架結構總裝如圖3所示，圖4為托架的現場安裝。

（2）進行托架預壓，檢查其剛度、強度及穩定性，消除非彈性變形，測出彈性變形。

（3）進行底模、側模、內模和端模安裝，要求模板在精確定位后鎖定。

（4）嚴格遵循技術、規范和設計要求，綁扎底板筋、腹板筋、隔板筋、預應力孔道。

（5）綁扎頂板鋼筋、預應力管道。

（6）預埋護欄鋼筋。

（7）嚴格檢查綁扎各筋、管道，澆筑并養護混凝土。

圖2 梁段示意圖（單位：cm）

圖3 托架結構總裝圖（單位：cm）

圖4 托架現場安裝圖

3.1.2 0#塊托架構造和受力計算

單托架采用三角斜腿，托架上放置兩組橫梁，橫梁上放置縱向槽鋼架，鋼架上鋪方木及竹膠板做底模，托架通過螺栓錨固在墩身預埋件上。兩薄壁墩間采用牛腿縱梁支撐，牛腿與預埋在墩身上的預埋件用螺栓連接，牛腿上放著橫墊梁和縱梁，上鋪方木及竹膠板做底模[1]。

托架承受0#段懸臂于墩外的混凝土荷載和模板及施工機具荷載。用Midas/civil建立托架受力計算模型，進行受力計算[2]，結果如下：

（1）底模剛架計算

腹下槽鋼和底板下槽型鋼承受的荷載是結構自重和施工人員、機具荷載，以應力最大的腹下槽鋼為例，應力如圖5所示。計算得：鋼架的變形非常小，每個節點均小于1 mm；腹板鋼架桿件的最大應力是68.45 MPa，鋼架桿件的最大應力是49.0 MPa，小于型鋼Q235鋼材的設計值f=205 MPa，滿足要求。

圖5 腹下槽鋼應力圖

（2）外橫梁計算

兩根外橫梁承受槽鋼架的傳力，荷載是腹板下作用力，分別是7.9 t和9.1 t，底板下則分別是5.5 t和6.5 t。以應力最大的內側外橫梁為例，應力如圖6所示。計算得：最大位移為3 mm。外橫梁（內）最大應力是75 MPa＜f=205 MPa，滿足要求。

圖6 工況2應力圖

（3）三角托架計算

三角托架承受的荷載是外橫梁傳力，外側最大為78.8 t，內側最大為93.3 t。計算得：三角托架的最大位移為1 mm，最大應力為119 MPa＜f=205 MPa，滿足要求。

（4）三角托架的連接螺栓及預埋件計算

單螺栓和螺栓群依據作用位置不同分別進行了受力分析，得到受力最大的螺栓所受合力為，滿足要求。

（5）中縱梁計算

中縱梁在兩腹板各放置4根，底板放置8根。分別計算腹板下和底板下的中縱梁，應力如圖7所示。可得：中縱梁的最大位移為3 mm，中縱梁最大應力為89.1 MPa＜f=205 MPa，滿足要求。

圖7 中橫梁應力圖

（6）內橫梁計算

內橫梁是放置在兩薄壁墩之間的橫向分配梁，承受在中縱梁和邊縱梁傳遞的力的作用，應力如圖8所示。計算得：橫梁最大位移在兩側，為5 mm，內橫梁最大應力為125 MPa＜f=205 MPa，滿足要求。

圖8 內橫梁應力圖

（7）牛腿處螺栓連接計算

牛腿支撐位置的螺栓受力分析，按照內橫梁牛腿支點處的受力最大是167.2 t，支點距離墩邊是220 mm，所以螺栓群承受的彎矩則是368 kN·m。計算分析得：螺栓承受的剪力111.47 kN＜承壓承載力設計值278.66 kN，滿足要求。

3.1.3 小結

經過計算分析，該托架完全滿足該工程0#塊的使用要求，實際施工也得到了進一步驗算。表明該托架結構型式簡單，加工方便，安裝便捷，受力合理，既保證了結構體系所需的抗彎及抗剪強度，同時也大大加快了工期，效果良好。

3.2 懸澆施工工藝及掛籃總體構造

3.2.1 施工工藝

懸澆施工方案的掛籃逐段澆筑施工工藝程序為：地面預拼裝掛籃→0#段拼裝掛籃→掛籃預壓→澆筑①段→掛籃前移、調整、錨固→澆筑下一梁段→依次完成各段懸臂澆筑→拆除掛籃→合攏。該橋為了縮短施工時間，混凝土澆筑采用一次澆筑成形，先澆底板、腹板，后澆頂板[3]。

3.2.2 菱形掛籃的總體構造

菱形型式具有結構簡單，桿件受力明確，計算簡便的特點，其承載能力大，掛籃剛度大，變形小，安裝與拆卸方便，移動靈活，定位準確，調整方便。菱形掛籃主體部分由主桁架、行走及錨固裝置、懸吊系統、底模系統、內外模系統組成。整體一套菱形掛籃長10.8 m，總重100 t。適用于最大梁段重285.3 t，最大梁段長度4.5 m。掛籃總體構造如圖9所示，掛籃施工過程如圖10所示。

圖9 掛籃結構總圖（單位：mm）

圖10 現場掛籃施工圖

掛籃主桁架系統由兩片菱形桁架連接系和桁間橫聯組成，主桁橫聯將之聯成整體，節點與上下弦桿焊接。行走裝置由行走輪、軌道、千斤頂頂推設施等組成。掛籃前移時，用千斤頂牽引前支點，帶動整個掛籃向前移動；澆筑混凝土時，桁架后端用6根?40精軋螺紋鋼錨固在已澆筑的梁段上。底模系統前后設置8個懸吊點，前懸吊點采用鋼板吊帶，后懸吊點腹板內側采用鋼板吊帶，腹板外側采用?40精軋螺紋鋼筋懸吊，內外模滑梁采用?32精軋螺紋鋼筋吊桿懸吊。橋面施工通道凈高度可達2.3 m以上。施工中通過調整前后底橫梁標高實現箱梁底板的曲線變化。底模系統由底模板、前后橫梁和底縱梁組成，底模采用鋼模板，縱梁為40#工字鋼，前后底橫梁均采用45#工字鋼。外模采用鋼模，外側設置鋼支架，鋼支架與模板焊接在一起。內模采用木模，外圍設置頂部加固框架及側向加固框架，頂部加固框架橫向可調。內外模均采用對拉桿加固。各部分協同合作共同完成懸澆任務。

3.3 懸澆段施工

3.3.1 掛籃預壓

在掛籃完成底模架和側模拼裝、初步調整掛籃標高后，需對掛籃進行預壓來檢測安全可靠性和彈性變形值，為懸臂梁澆筑施工時的線形變化提供數據，并消除掛籃的非彈性變形。

采用在底模放置混凝土預制塊方式進行預壓，預壓重量取最重的1#塊段鋼筋混凝土重量的1.2倍，加載重量為342.36 t。逐級加載依次為0%-60%-100%-120%，前三級加載完成后，應每間隔0.5 h對掛籃沉降量進行監測，最后一次加載完畢持荷1 h后進行變形測量。當掛籃測點連續2次沉降差平均值均小于2 mm時，方可繼續加載。同時觀測變形撓度，滿載后每天早晚各測一次變形量，若連續3 d總變形量小于2 mm，則認為變形穩定。全過程要嚴格遵循分級逐步加載，不要破壞測試基準點。同時預壓測得的變形量作為施工時底模板立模和調整標高，便于施工過程調整立模標高，使結構施工到達精準的設計位置。

3.3.2 掛籃前移與調整

（1）掛籃的調整

掛籃拼裝完成后，要結合水準儀和全站儀測點控制前段角點坐標，對底模標高和中心位置進行調整達到設計位置。懸臂施工過程中前端高程處于動態變化過程中，施工時必須預先對梁端設置一定預拋高，才能使成橋線形達到設計位置。此時，立模標高=設計高程+掛籃變形+結構預拋高。

（2）掛籃的前移

掛籃在其走行滑道上劃出刻度，由油壓千斤頂對稱均勻、平穩地向前移，兩端前移的距離偏差不超過0.2 m。施工中材料、設備、人員等荷載，不得集中一端或超過偏差。前移到位后，立即將后錨固桿連接，經檢查合格后進行箱梁塊施工。前移過程中，對稱掛籃前移時要對稱同步進行，底模平臺前端與前上橫梁間需設置防止底模平臺掉落的保險措施，及時調整掛籃走行時的中線誤差，掛籃不得與梁體上任何部位擠掛。

3.3.3 合攏段施工

合攏段施工采用采微膨脹混凝土，用掛籃吊架法澆筑，即懸臂端施工完成后，利用現有掛籃形成吊架，設置平衡配重，焊接勁性骨架支撐，解除支座鎖定，保證梁體縱向溫度變形不受約束。澆筑過程中同時卸載配重荷載，保證總體荷載不變，使其豎向變形相對穩定，不產生相對豎向位移。待養護達到設計強度100%后，拆除勁性骨架，張拉預應力束至設計張拉力，完成二期鋪裝，實現成橋，如圖11、圖12所示。

圖11 成橋圖一

圖12 成橋圖二

3.4 線形控制要點

橋梁的建設過程中，受多種因素影響，預應力張拉損失、溫度、混凝土收縮徐變等，都會造成成橋實際線形偏離設計位置[4]。因此，施工過程中要精準地進行結構線形控制，一旦出現偏差，要立即進行偏差控制和調整。每一階段的混凝土澆筑、預應力張拉、掛籃前移產生的變形，節段澆筑、合攏、體系轉化及二期鋪裝等的內力，均控制在可接受范圍以內，保證橋梁的內力、線形滿足設計要求。

梯子峪特大橋采用預測控制法進行線形控制，施工控制分析的步驟為：

（1）依據施工圖紙進行初步計算，檢查施工進度安排等與初始計算是否符合。

（2）按照施工步驟進行計算。

（3）以前一階段的計算結果、位移、受力狀態為基礎進行下一階段的計算。

（4）得出各階段的位移之后，根據后續施工階段對本階段的影響，進行倒退分析得出各階段橋梁結構的合理狀態和立模標高[5]。

4 結 語

該橋于2015年年底施工進場，2016年3月樁基施工，2017年10月主橋合攏。考慮冬歇期，橋梁主體結構有效工期18個月，滿足了興延高速橋梁控制工期的要求，為2019年4月興延高速的正式開通奠定了堅實基礎。上部結構懸澆施工主要結論：

（1）托架計算變形小于1 mm，保證了0#塊不會因變形導致內部出現微裂縫，提高了0#塊的抗裂性、耐久性，保證成型后的受力均勻、線形達到設計位置；

（2）掛籃重量選擇為最重懸澆段的1/3～1/2，既滿足懸澆承載要求，也保證了施工掛籃荷載適宜；

（3）通過施工監測與控制相結合，不斷調整線型，使其最大限度的接近了設計預期值，確保了橋梁施工安全和正常運行；

（4）合攏段懸澆和掛籃前移過程保持T構兩端受力平衡，避免偏載造成結構側傾；

（5）中跨合攏段在焊接勁性骨架前，在兩懸臂段施加合攏段一半重量的配重，澆筑過程中同步卸載，確保了總體荷載不變，豎向變形穩定，避免了兩懸臂段的相對位移。