惠鹽高速跨線主橋菱形掛籃懸臂澆筑施工工藝研究

文/曹濱

1 前言

預(yù)應(yīng)力混凝土梁橋主要施工方法有支架施工、懸臂澆筑、懸臂拼接、頂推施工等，鑒于連續(xù)梁橋的主跨越來越大，懸臂澆筑已成為大跨度橋梁中應(yīng)用最廣泛的一種施工方法[1]。依據(jù)日本預(yù)應(yīng)力混凝土工業(yè)協(xié)會統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，懸臂澆注法在實際工程中占比上升80%[2]。本文以惠鹽高速跨線主橋菱形掛籃懸臂澆筑施工為例，提出主橋掛籃懸臂施工流程中具體的施工工藝和操作流程，對其他類似工程有很大借鑒意義。

2 工程概況

惠鹽高速跨線橋位于惠州市仲愷區(qū)惠環(huán)鎮(zhèn)，上跨惠鹽高速及仲愷大道，橋面寬為2×16.25m，主橋設(shè)計為90+150+90m=330m 預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)。箱梁段采用單箱單室直腹板斷面段，頂板、地板、懸臂長度、根部梁高分別為16.25m、8.25m、4m、9.5m，中邊跨合攏段、邊跨現(xiàn)澆段、邊跨19 號塊的梁高為3.5m，其余梁底線以拋物線型按1.8 次漸變；0 號塊底板厚度為130cm，主梁梁高從2.5m 至5.8m 按1.8 次拋物線規(guī)律變化，變化范圍為T 構(gòu)末端至主墩墩身外側(cè)。掛籃懸臂澆筑施工工法，分為墩頂支架澆筑0#號塊梁段、跨中掛籃懸臂澆筑梁段、邊跨現(xiàn)澆梁段和合攏梁段等四部分。惠鹽高速跨線橋主橋懸臂施工如下圖1 所示[3]。

圖1 惠鹽高速跨線橋主橋懸臂施工示意圖

3 梁段施工工藝流程

掛籃懸臂澆筑施工工藝如圖2 所示，0#塊施工完畢后，相關(guān)施工人員便可進行掛籃安裝就位作業(yè)，然后對掛籃進行預(yù)壓，待預(yù)壓完成后便可依據(jù)主梁預(yù)拱度、彈性撓度、預(yù)應(yīng)力張拉值調(diào)整掛籃底模和側(cè)模。由于掛籃底板采用全封閉防護措施，整個施工過程不影響高峰通行。

圖2 掛籃懸臂澆筑施工工藝流程圖

3.1 本次混凝土澆筑施工設(shè)備采用菱形掛籃的結(jié)構(gòu)構(gòu)造系統(tǒng)組成

3.1.1 掛籃由主體系統(tǒng)和附屬系統(tǒng)兩部分組成，主體系統(tǒng)包括主桁、底籃、行走及錨固等結(jié)構(gòu)，附屬系統(tǒng)包括操作平臺、欄桿、樓梯等結(jié)構(gòu)。其中，主體系統(tǒng)中底籃包含前、后下橫梁和底模等結(jié)構(gòu)，橫梁和縱梁分別采用窄翼緣H 型鋼，分別為HN582×300×12 和HN500×200×10×16。

3.1.2 吊桿常采用螺紋鋼筋或吊帶，若模板定位需要微調(diào)時可采用千斤頂。

3.1.3 施工時前端恒、活荷載通過吊桿傳遞至前上橫梁，后端恒、活荷載直接傳遞至已經(jīng)成型混凝土結(jié)構(gòu)上，故未設(shè)計后上橫梁。

3.1.4 為了提高掛籃整體受力穩(wěn)定性，防止發(fā)生側(cè)向變形和彎扭失穩(wěn)，內(nèi)外模箱設(shè)計了內(nèi)滑梁和外導(dǎo)梁[4]。

3.1.5 內(nèi)模采用內(nèi)滑梁。

3.1.6 單套掛籃重85t 小于最重塊段為1#塊重230t 的0.43 倍，滿足 設(shè) 計要求。

3.2 掛籃拼裝

待0#塊箱梁施工完成之后，用砂漿找平鋪設(shè)軌道的部位。安裝順序為：軌道、滑動行走系統(tǒng)、主桁及平聯(lián)、后錨、底籃及懸吊系統(tǒng)。

3.2.1 準備工作。在掛籃正式組拼前，首先，在后場進行預(yù)拼，檢驗各構(gòu)件是否準備充足，構(gòu)件與構(gòu)件之間的連接是否完好等；預(yù)拼并檢查合格后，將掛籃所有構(gòu)件運送至施工現(xiàn)場，并將掛籃施工用的葫蘆、千斤頂、鋼絲繩、黃油、錨墊板、錨具、精軋螺紋鋼及其連接器，準備好施工用型鋼等。另外，施工人員還需要檢查和清理掛籃預(yù)埋孔、預(yù)應(yīng)力筋預(yù)留孔、頂板混凝土等部位的沉渣，防止預(yù)留孔沉渣影響連件套定位和局部構(gòu)件安裝穩(wěn)定性，確保預(yù)留孔洞與連接件之間精準定位和可靠銜接[5]。

3.2.2 軌道安裝。箱梁橫橋向有坡度，外側(cè)軌道處的橋面比內(nèi)側(cè)軌道處的橋面低。用砂漿找平外側(cè)掛籃鋪設(shè)軌道的箱梁頂部，并采用水準儀進行抄平，以此有效控制砂漿頂面軌道水平度。另外，軌道安裝時需注意觀察軌道間距，精準定位安裝結(jié)束后，及時核查驗收，并對其軌道進行錨固[6]。

3.2.3 主桁安裝及錨固。主桁在箱梁頂部組拼成型，利用梁頂埋設(shè)的預(yù)埋件對桿件做臨時性穩(wěn)固。前支點安裝后，將主桁整體吊裝放置于軌道頂面，加設(shè)臨時固定；在軌道上安裝好桁架主梁后，先安裝后錨梁，再安裝中橫梁，最后安裝主桁立桿與斜拉帶。前后斜拉帶共用同一銷軸，需要同時安裝。

3.2.4 后架、橫聯(lián)斜桿及前橫梁安裝。后架、橫聯(lián)斜桿的安裝完畢后，進行前橫梁安裝；在起重設(shè)備允許情況下，前橫梁可一次拼裝成型，整體吊裝[7]。

3.2.5 外模、外滑梁及底籃安裝。后架等安裝完畢后，組裝外模與外滑梁及底籃并采用臨時固結(jié)，拼裝完成后，利用手拉葫蘆或卷揚機進行提升，到位后錨固。

3.2.6 跨中掛籃兜底安裝及橋面防護。掛籃結(jié)構(gòu)安裝完成后在中跨段掛籃底部安裝托底防護及懸掛安全網(wǎng)。防護結(jié)構(gòu)形式為在掛籃前、后下橫梁懸吊2 處雙拼20b#工字鋼，在雙拼型鋼上部橫橋向鋪設(shè)10#工字鋼作為分配梁，縱橋向安放5×5cm 角鋼，上部鋪設(shè)3mm 鋼板，兜底四周設(shè)鋼板高（23.4cm）封閉。兜底與掛籃頂部之間懸掛鋼絲網(wǎng)。已澆筑完成的梁段采用安全防護網(wǎng)片進行封閉，防護圖紙如下：掛籃拼裝流程如圖3 所示，掛籃總體布置和施工實物如圖4 所示[8]。

圖3 掛籃拼裝順序圖

圖4 掛籃總體布置和施工實物圖

3.3 掛籃預(yù)壓

掛籃預(yù)壓采用堆載法，為了確保掛籃擁有一定的安全儲備，滿足正常使用和承載能力極限要求，擬將荷載分級增加至1#塊箱梁質(zhì)量的1.3 倍，即230t×1.3=299t。在分級加載過程中設(shè)計4 個測點，監(jiān)測點布置在吊籃底部橫向方向，每級加載完畢分別讀取一次數(shù)據(jù)，每級加載完畢后立刻進行統(tǒng)計分析，確保每級加載結(jié)構(gòu)受力均處于彈性工作范圍內(nèi)，方可進行下一步加載工作。同時，每級卸載值與分級加載值一樣的，每級卸載后相關(guān)工作人員觀察結(jié)構(gòu)變形殘余值，統(tǒng)計加載前后的綜合撓度，并依據(jù)試驗最后結(jié)果，統(tǒng)計出加載下載變形規(guī)律，調(diào)整箱梁模板標高，掛籃預(yù)壓如圖5 所示[9]。

圖5 掛籃預(yù)壓示意圖

3.4 掛籃的使用與行走

掛籃的使用與行走的施工程序依次為：底模及外模調(diào)整就位→綁扎底板鋼筋，安放底板預(yù)應(yīng)力管道→安放腹板鋼筋和腹板預(yù)應(yīng)力管道→內(nèi)模安裝→綁扎頂板鋼筋，安放頂板預(yù)應(yīng)力管道→混凝土澆筑→養(yǎng)生及預(yù)應(yīng)力穿束→預(yù)應(yīng)力張拉→掛籃前移。在掛籃懸臂混凝土澆筑前需進行全面檢查，重點檢查后錨系統(tǒng)中錨桿、螺栓、預(yù)留孔位置。

3.4.1 掛籃行走采用雙軌自錨形式。

3.4.2 行走軌道鋼截面采用雙拼槽鋼，通過手工焊接在一起，單根軌道長約5.5m，不同軌道間沒有橫向連接.另外，為了方便施工，提供工作效率，軌道行走挪動可采用液壓千斤頂頂推。

3.4.3 主要掛籃行走時吊桿轉(zhuǎn)換，需要考慮內(nèi)、外模由吊桿轉(zhuǎn)換至吊架上、底籃轉(zhuǎn)換至骨梁上等。

3.4.4 相關(guān)工作人員需將掛籃行走軌道錨固好，且通常采用精軋螺紋鋼錨固。掛籃前移流程包括前方接長軌道、調(diào)整軌道、錨固軌道、拆除主桁后錨桿、千斤頂頂推掛籃、掛籃行至終點等，如圖6 所示。

圖6 掛籃前移流程

3.4.5 掛籃行走注意事項：

3.4.5.1 精扎螺紋鋼筋經(jīng)過預(yù)拉并合格后方可使用，且在擰緊過程中需要漏出螺帽三道絲以上。

3.4.5.2 為確保掛籃行走穩(wěn)定性，預(yù)防掛籃偏離箱梁、滑出軌道，需要在箱梁、軌道前端設(shè)置限位裝置。

3.4.5.3 同一只籃牽引行走時需控制兩端桁架速度盡量同步，位移誤差需縮小在100mm 范圍內(nèi)；而針對同一個T 構(gòu)兩只掛籃行走時，兩端速度要一樣。

3.4.5.4 掛籃行走過程中，若保險裝置擋住后支座，則應(yīng)及時向前挪動來保證整個行走過程中都有行走保險裝置[10]。

3.4.5.5 為了保證軌道墊梁下方平整性，需要用一定砂漿進行找平。

3.4.5.6 掛籃開始行走前后，應(yīng)防止行走時反壓精軋螺紋筋傾斜被剪斷，同時及時調(diào)整反壓梁位置保證螺紋筋垂直受力。

3.4.5.7 為了保證滾動吊架吊桿擁有足夠大安全儲備，防止脆性破壞，掛籃行走前不允許拆除承重吊架吊桿，并下放承重吊架，使承重軸離開滑梁底面適當距離用作備用懸吊系統(tǒng)。

3.4.5.8 滑梁后端設(shè)計一定的防脫裝置，防止掛籃行走到位時滑梁走脫滾動吊架。

3.4.5.9 為了保證掛籃頂推前移過程中磨損，相關(guān)工作人員需要在軌道接觸面抹上黃油，并及時糾正頂推方位。

3.4.5.10 后錨位置設(shè)置保險裝置可防止后錨反扣輪出現(xiàn)意外，避免掛籃整體向前傾覆，另外可利用上、下反壓梁和精軋螺紋鋼將保險裝置錨固在行走軌道上。

3.5 掛籃拆除

在澆筑最后一節(jié)梁段混凝土并完成張拉壓漿后，中跨部位掛籃退回0#塊位置后拆卸掛籃。掛籃完成節(jié)段施工后，12、13、墩T 構(gòu)把掛籃退至1#段，兩側(cè)采用卷揚機降落底籃和側(cè)模至地面，然后再用汽車吊將底模側(cè)模及橫梁縱梁分別拆除。底籃拆除后，利用塔吊由上向下逐級拆除上橫梁和菱形架，最后再用塔吊吊至地面，禁止在仲愷大道及惠鹽高速上空進行拆除掛籃作業(yè)。

4 結(jié)語

惠鹽高速跨線主橋變截面連續(xù)梁在施工過程中采用菱形掛籃澆筑施工，從掛籃安裝就位置、掛籃預(yù)壓、調(diào)整掛籃底模和側(cè)模、掛籃卸載、前移就位、進入下一塊施工等全過程介紹了菱形掛籃施工工程中需要注意事項和具體的操作要點；本項目中的菱形掛籃施工工程中改進了傳統(tǒng)的施工工藝，提出了菱形掛籃懸臂澆筑完整的施工工藝，保障了掛籃懸臂施工澆筑的整體質(zhì)量。同時，在掛籃拼裝、掛籃預(yù)壓、掛籃的使用與行走等流程節(jié)點的具體施工程序，可為變截面連續(xù)梁掛籃施工提供可靠的工程經(jīng)驗。