大跨度橋梁施工中菱形掛籃懸臂澆筑施工技術分析

唐俊

(江蘇金堰交通工程有限公司，江蘇泰州225500)

0 引言

大跨度橋梁因跨度大，施工難度與風險大幅提升，而菱形掛籃懸臂澆筑施工具有結構受力簡單、作業面空間充足、拼裝方便等優勢，可為大跨度橋梁施工提供充足便利，更好地解決大跨度橋梁施工中出現的問題，因而受到行業內的青睞與認可。但目前在施工技術實踐中，不規范的操作嚴重影響了菱形掛籃懸臂澆筑施工效果。為充分體現該項技術價值，還需進一步優化、規范施工技術。

1 工程概況

興顧公路改造工程（姜堰北段）項目K20+578.0 新通揚運河大橋工程，橋梁全長為676m，主橋上部構造設計為半截面連續懸澆箱梁（48m+80m+48m）。單幅橋則采用單箱雙室截面形式的懸澆箱梁，箱梁頂板與底板寬度分別為20.5m、13m，頂板厚度為0.65m，底板厚度為0.3m，懸臂寬度為3.75m，根部箱梁高度為4.8m。箱梁總共分成11 個塊段，其中0#塊長為12m，1～4#塊長3m，5～10#塊長3.5m，合龍段長度為2m，僅有0#塊采用特殊的搭設支架澆筑。

2 菱形掛籃設計

2.1 設計原則

菱形掛籃懸臂的規格有兩種:一種為3m，另一種為4m。通常情況下，懸臂長度發生變化，掛籃整體重量也會有所變化，并會導致荷載以及結構受力情況同時發生變化。為避免施工過程中各環節、各項參數計算出現錯誤，會按照掛籃與0#梁塊重量比1∶2 的原則進行設計，符合行業標準規定。但需注意，尺寸設計環節，必須保證為施工預留出充足的作業空間。

2.2 掛籃驗算

按照工況要求展開掛籃受力驗算，如澆筑工況、走行工況下應分別計算出掛籃強度參數、穩定性參數、剛度參數，每項參數必須符合行業規范標準。具體來講，驗算中要求掛籃最大形變不得超過2mm；自錨固系統安全系數、澆筑混凝土與行走抗傾覆安全系數、水平限位安全系數等均應保持在2.0 以上。

3 菱形掛籃安裝

3.1 掛籃加工

加工施工操作中需注意以下事項：第一，按照施工設計要求尺寸加工掛籃所有構件，尺寸參數不得隨意調整，所用材料性能與質量也應符合施工設計要求；第二，進行螺栓孔洞位置加工時，應使用數控切割機等機械設備進行操作，確保孔洞位置、尺寸的精準性；第三，焊接應堅持高效、精細的原則，組成掛籃的構件較多，焊接任務量大，必須對每部分進行精細劃分，明確焊接處理要求，合理選擇焊條與焊接工藝，焊接中嚴禁構件中出現破損、銹蝕情況，發現后需及時處理，避免出現質量問題；第四，焊接中焊縫的設置應以規定標準為依據；第五，加工構件中嚴禁出現螺栓孔洞尺寸過大問題，易導致結構出現非彈性變形；第六，加工中所有構件的誤差必須控制在允許范圍內[1]。

3.2 掛籃拼裝

掛籃效果如圖1所示，主要由五個系統構成。

圖1 掛籃效果示意圖

3.2.1 主桁架安裝

有兩片外形為菱形的桁片設置在前后橫梁位置上，以橫向設置方式使橫梁組成空間桁架，聯結桿件安裝在橫梁上下兩層平面上，起連接與加固作用，保障主桁架的剛度與穩定性達到設計要求；主桁架桿件選擇H 型鋼，并于兩側焊接鋼板、桿件之間銷接50CrMnTi 銷子，采用鋼板與角鋼進行前后橫梁桁片平聯；分配梁位于前后橫梁下方，可用模板、底藍懸掛當中，為避免露天環境下施工受天氣環境的影響，可在桁架頂部安裝遮雨棚。

3.2.2 行走與錨固系統安裝

施工中掛籃在一段箱梁懸澆施工結束且預應力筋張拉完畢前進行前移，前移過程中需利用后錨千斤頂向行走小車施加上拔力，傾覆力矩通過反扣在工字型鋼軌道上的行走小車進行平衡，前支點通過底貼四氟板組合滑船形式處理，最終由液壓油缸提供動力實現頂推前移。行走系統由軌道、前/后支點、墊枕、后錨體系、錨固軌道精軋鋼共同構成；該項目中軌道面板、底板等均為鋼板焊接，于底板以及兩側肋板處設置小孔，并設置3m 長軌、1.5m 短軌各1 條；將前支座直接安裝在軌道面板上，后支座上安裝四個滑輪，同樣于面板上直接安裝；拼裝時控制錨固軌道精軋鋼之間保持50cm 間距，錨固深度高出混凝土面37±3cm；后錨裝置采用30 雙槽鋼焊接制成，在主構架后支點上直接放置梁，并利用精軋鋼將梁直接錨固在澆筑好的梁段上。

3.2.3 吊帶系統安裝

吊帶系統的主要功能是連接底模平臺以及主桁架，處于不同的位置發揮的作用也存在差異，安裝中將上端懸吊在橫梁桁片前后兩個位置上，下端連接側模分配梁或連接底平臺，底膜系統的標高則通過液壓裝置的提升進行調節與控制。

3.2.4 底平臺系統安裝

底平臺系統包括前后橫梁與縱梁，前后橫梁懸吊在主桁架上，模板直接在底平臺上鋪筑。進行混凝土澆筑施工時，后橫梁應錨固在已完成的前段箱梁底板上。

3.2.5 模板系統安裝

模板系統共包括三個組成部分，外模、內模以及堵頭模板。外模通過拉桿與模板進行連接，并配合外部支撐加以固定；支承模板、滑架滑梁前端應懸吊于主桁架上，滑梁后端應在完成澆筑施工的箱梁翼板上懸吊，混凝土澆筑施工期間將其錨固在已完成的前段箱梁翼板上，模板拆除環節將錨固端放松，使其隨著平臺進行前移、下沉。內模的支撐模板以及骨架滑梁均懸吊在主桁架上，后端則在已完成澆筑施工的箱梁頂板上懸吊；當掛籃處于行走狀態時，滑梁能夠隨掛籃完成同步前移；內模板在與外模進行對拉過程中需利用內支撐進行固定。堵頭模板對安裝位置精度要求較高，需嚴格控制誤差，并通過鋼筋布置完成分塊拼裝，與內外模之間連接成整體。

3.3 掛籃預壓

掛籃預壓的主要目的是消除掛籃產生的非彈性變形，通常計算中將掛籃產生的彈性變形量納入梁段預拱度計算當中。預壓壓重通常為懸臂最重梁段的1.2 倍，該項目采用袋裝砂堆載方式預壓，共進行5 次加載，從空載加載至20%、50%、70%、100%、120%，卸載按照倒序進行，完成加載后，至少應停留30min，沉降趨于穩定后經觀測獲得變形數據，滿載后應至少停留24h 再進行觀測[2]。

3.4 掛籃驗收

掛籃拼裝以及預壓結束后，由施工單位聯合監理單位進行掛籃驗收，驗收中需細致查驗組成掛籃各部分構件尺寸是否標準，焊接效果、焊條是否使用正確，構件表面有無油污與銹跡，以及主桁架立柱垂直度是否達標、錨固深度是否達標、滑道高差是否超標等，確保每項技術參數符合施工設計要求。

4 混凝土澆筑

第一，混凝土澆筑需從懸臂至根部進行，兩側懸臂澆筑量差值以及規格均應符合施工設計要求；第二，澆筑腹板時應從頂板處開始，并在進料口上覆蓋卸料板，確保頂板部位初凝效果良好；第三，做好腹板與底板之前的倒角處理，邊澆筑、邊振搗，嚴禁混凝土翻漿，但振搗過程中不得直接接觸波紋管；第四，嚴禁直接向鋼筋網上傾倒混凝土，保證整體結構處于穩定狀態；第五，為方便施工，提高混凝土灌注、振搗施工的便捷性，可將“天窗”安裝在頂板、腹板處，腹板穿入布袋，并于沿腹板每隔1.2～1.5m 設置一個漏斗，以便充分振搗腹板；第六，不允許在鋼筋上直接傾倒混凝土，以便減少對波紋管產生的沖擊。

5 合龍段施工

合龍段施工前，第一，需要將相鄰段之間供施工使用的掛籃拆除，并清理梁面上所有物件，于特定位置將配重水箱、所需機具設備安放好，復測梁段觀測點標高，確定無誤后，鎖定永久支座，將臨時支座拆除；第二，再次精測兩面全部標高，其中緊鄰兩端頂面標高差異處于15mm 范圍內時，則可進行下道工序，利用線性控制軟件，對水箱配重方法進行優化，確保標高差異處于15mm 內，為合龍段施工創造良好條件。具體來講，先進行邊跨合龍，將邊跨掛籃改為吊架，首先，兩端分別支撐懸臂端與現澆段；其次，將勁性骨架安裝在邊跨合龍段，經綁扎鋼筋與混凝土澆筑完成合龍；最后，待混凝土凝結強度達到設計要求的90%后，且混凝土養護時間超過7 天，對段頂、底板束、豎向預應力束進行張拉處理，按照先長束后短束的規則，而底板與頂板束張拉可交替進行。邊跨合龍后進行中跨合龍，同樣首先將掛籃改為吊架，但吊架兩端均支撐懸臂端；其次，合龍溫度與標高符合設計標準時，經焊接處理完成勁性骨架安裝，并需綁扎鋼筋與澆筑混凝土；最后后續段頂、底板束、橫向束等位置的張拉施工與邊跨一致，但完成張拉后需將中跨合龍段吊架拆除，實現體系轉換。

6 施工質量與安全控制

6.1 施工質量控制

6.1.1 控制材料質量

施工前應對施工中所需的材料進行全面質量檢測，包括鋼筋、水泥、預應力筋、掛籃所有構件等，嚴禁在施工中出現質量或性能不達標材料。

6.1.2 規范掛籃安裝

掛籃安裝施工環節，軌道最易出現誤差，應嚴格將安裝誤差控制在標準范圍內。第一，軌道豎直預應力筋在橫縱兩個方向上的誤差不得超過3mm；第二，完成拼裝后，應在專人指導下使掛籃前移到指定位置上，保持掛籃與橋梁中線處于對齊狀態，二者之間允許偏差為5mm 內；第三，現場勘測掛籃的變形情況，根據澆筑混凝土作業規范要求進行變形值調整，每次調整范圍4～6mm。

6.1.3 控制梁體撓度

采用線性控制軟件對混凝土澆筑過程中工序進度、材料數目、擺放位置、設備擺放情況進行控制，從而及時獲取數據計算梁體撓度參數，其變化范圍不得超過5mm，否則需立即查找導致撓度變大因素，經過調整后重新在軟件中輸入數據測算撓度，確保梁段標高數據得到可靠修正，消除累計誤差，為后續合龍施工奠定良好基礎。

6.1.4 做好水平測量

水平測量結果的精準度至關重要，第一，需合理設置觀測點，避免數據離散性過大，且需在觀測點上采用合適的方式做出標記，施工中對標記加以保護；第二，水平測量應在無風、晴朗的天氣下進行，如果水平測量受地形條件影響，可在0#梁段頂面上設置水準點，梁段結束后參照水準點復測標高，及時通過線性控制與修正手段控制測量結果精準度。

6.2 施工安全控制

菱形掛籃懸臂澆筑施工作業危險系數高，掛籃安裝、混凝土澆筑、掛籃使用、掛籃拆除等環節均存在危險性，必須采取合理的安全控制措施以及安全技術手段作為基本保障。

6.2.1 在施工環節

第一，施工過程中需要在滑道前端位置安裝保險限位擋板，避免施工期間掛籃前移，且在下放吊梁過程中還需有專人進行水平位移情況觀測；第二，掛籃移動應緩慢進行，施工中不得在底膜支架以及掛籃前端兩個位置上隨意增加荷載；第三，鋪設軌道過程中，必須按照標準要求鋪設，控制各項誤差，鋪設結束后按照要求張拉預應力筋，張拉1/2 即可；第四，觀察軌道使用過程中有無脫焊問題；第五，澆筑混凝土時觀測掛籃的變形情況，必須保持兩側混凝土澆筑量差值處于合理范圍，否則會因偏載過大引發掛籃變形。

6.2.2 在使用環節

第一，行走軌道使用過程中，千斤頂頂升兩側軌道應保持相同速度，防止出現偏離與卡軌現象；第二，每次使用前均需檢查前后橫梁有無掛鉤滑出滑槽現象、前后縱梁滑船以及滑道是否存在異常；第三，為預防使用中鋼銷因受彎被破壞，銷接懸臂長度應控制在15～18cm。

6.2.3 在前移環節

第一，掛籃前移過程中必須保持兩只掛籃對稱同步進行，否則梁體平衡狀態被打破，極易發生危險；第二掛籃行走速度不得超過10m/h，且在位于梁端1m處應降低速度，為方便控制速度應在走道上設置刻度；第三，前移過程中由專人進行指揮、發送統一信號；第四，充分利用掛籃上限位裝置；第五，在后錨固拆除前，應委派專業人員檢查錨固體系，待其可靠的轉移至掛籃走道梁時進行拆除；第六，風力超過5 級的天氣掛籃不得行走；第七，掛籃行走過程中不宜與梁體上其他任何部位發生擠掛；第八，為保障行走的流暢性，可在走道上涂抹黃油，起到潤滑作用；第九，行走期間應由專人跟蹤觀測掛籃中線誤差，并及時做出調整；第十，為保障走道梁錨固與后錨固長度充足，主梁頂面出現橫坡后，走道梁底應做抄平處理，但不宜過高。

7 結語

綜上所述，為實現菱形掛籃懸臂澆筑施工的價值與作用，應嚴格按照行業標準規范進行作業。但在高空操作中，風險系數升高，施工現場安全也應受到高度重視，采取有效的控制措施，保障施工質量與施工安全，進一步推廣菱形掛籃懸臂澆筑施工技術在大跨度橋梁施工中的應用，提高施工移動速率，降低施工難度。