大跨度箱梁橋懸澆掛籃施工技術(shù)研究

易良沐

（南平高速建設(shè)有限公司，福建武夷山 354300）

0 引言

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，交通出行需求增加，為提高出行效率，工程建設(shè)基礎(chǔ)設(shè)施也應(yīng)日趨完善。橋梁施工貫穿在整個(gè)工程建設(shè)中，懸澆掛籃施工在橋下有建筑物、障礙物以及深山峽谷、河流等情況下具有較好的適用性，因此懸澆掛籃施工技術(shù)在橋梁工程建設(shè)中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。結(jié)合實(shí)際案例，對(duì)懸澆掛籃施工中的關(guān)鍵工序進(jìn)行闡述，力求提升橋梁施工的技術(shù)水平，提高施工的安全性，同時(shí)保證橋梁施工的質(zhì)量。

1 工程概況

國(guó)道205 線(xiàn)南平市曲港大橋主跨為87m+158m+87m 跨連續(xù)梁，共計(jì)3 個(gè)合龍段，2 個(gè)直線(xiàn)段。箱梁為單箱單室、變高度、變截面、直腹板斷面。箱梁0#塊長(zhǎng)12.0m，兩側(cè)各有20 個(gè)節(jié)段（不含邊跨直線(xiàn)段和合龍段），節(jié)段長(zhǎng)度為3～4m。0#塊采用墩頂三角外托架及矩形內(nèi)托架支撐方案三角托架法施工，1#～20#梁段采用懸澆掛籃施工。因菱形掛籃具有變形小、質(zhì)量輕、結(jié)構(gòu)完善、適用性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，結(jié)合項(xiàng)目施工條件采用菱形掛籃施工，1#、2#墩同步進(jìn)行。

2 懸澆掛籃施工控制要點(diǎn)

2.1 0#塊施工

0#塊施工采用型鋼斜撐懸臂式托架，托架通過(guò)精軋螺紋鋼將銷(xiāo)座與主墩相連。在墩身兩側(cè)預(yù)埋8 根φ120mm 圓孔，穿8 根φ100mm 鋼棒作為內(nèi)外托架支撐的受力點(diǎn)。內(nèi)外托架設(shè)32 塊500mm×600mm 鋼板，每塊鋼板設(shè)4 個(gè)φ40mm 圓孔，穿4 根φ32mm 精軋螺紋鋼對(duì)拉固定。托架頂布置橫橋向雙拼工25 型鋼分配梁，托架與分配梁間采用調(diào)節(jié)支座調(diào)平；在橫橋向分配梁上，安裝內(nèi)底模縱梁及外底模托架。外托架采用32b 槽鋼雙拼加工，通過(guò)銷(xiāo)軸連接成三角形托架。

托架不僅作為施工的平臺(tái)，還承受0#塊混凝土重量和施工荷載，因此托架要保證足夠的剛度和穩(wěn)定性，嚴(yán)格控制托架變形，保證施工的安全性。0#塊托架預(yù)壓模擬箱梁荷載分布情況，分區(qū)進(jìn)行加載。直腹板采用在承臺(tái)內(nèi)埋設(shè)JL32 精軋螺紋鋼，使用φs15.2的鋼絞線(xiàn)，設(shè)分配梁與精軋螺紋鋼連接，用千斤頂張拉反壓，頂?shù)装寮耙砭壊糠植捎妙A(yù)壓塊或砂袋、鋼筋等堆載預(yù)壓，按結(jié)構(gòu)總重的1.2 倍加載。0#塊托架試驗(yàn)安全性加載力要保持平衡，不得偏載。

托架靜載試驗(yàn)千斤頂反壓應(yīng)將鋼絞線(xiàn)頂端套入錨環(huán)內(nèi)，上夾片并用套筒將其頂緊。在正式試壓前，應(yīng)落實(shí)對(duì)0#塊托架的全面檢查，調(diào)整吊桿的受力，使各根吊桿受力基本一致。千斤頂、油表、油泵應(yīng)進(jìn)行精確校定，用千斤頂將鋼絞線(xiàn)逐根張拉，使每根鋼絞線(xiàn)的松緊程度基本一致。鋼絞線(xiàn)束按各束鋼絞線(xiàn)張拉力，同時(shí)由小到大依次分級(jí)張拉（對(duì)稱(chēng)均勻加載），與翼緣板、頂?shù)赘拱宥演d預(yù)壓分級(jí)加載同步。每次分級(jí)張拉后，與堆載預(yù)壓部分同步持荷。測(cè)量人員根據(jù)標(biāo)記，記錄托架在各個(gè)級(jí)別下結(jié)構(gòu)受力變形的標(biāo)高和平面位置變化。預(yù)壓完成后，在鋼絞線(xiàn)束上安裝退楔器、千斤頂，將千斤頂頂出約150mm。再在其頂面安裝錨環(huán)，并安裝夾片，繼續(xù)頂出油缸，至頂面錨環(huán)及夾片將鋼絞線(xiàn)夾緊且底面夾片松弛。鋼絞線(xiàn)全部松弛后，將鋼絞線(xiàn)卸載。在使用退楔器退夾片時(shí)，觀察千斤頂和退楔器的穩(wěn)定性，確認(rèn)可靠后，再取夾片。且在取壓片時(shí)，不得將手伸入退楔器。

2.2 掛籃構(gòu)造

掛籃結(jié)構(gòu)由承重系統(tǒng)、模板系統(tǒng)、工作平臺(tái)、走形系統(tǒng)、錨固系統(tǒng)、縱行軌道、扁擔(dān)、錨桿等構(gòu)成。其中承重系統(tǒng)由菱形架、前后吊帶、前后支腿等組成；模板系統(tǒng)由底模平臺(tái)、側(cè)模系統(tǒng)、內(nèi)模系統(tǒng)等組成；工作平臺(tái)分前后工作平臺(tái)[1]。掛籃設(shè)有走行裝置，后支腿為后勾板沿軌道行走，前支腿采用鋼板與聚四氟乙烯相對(duì)運(yùn)動(dòng)，摩擦力小，移動(dòng)方便，外模、內(nèi)模、底模可以一次到位。掛籃行走時(shí)，前端通過(guò)前吊桿、滑梁吊桿把底籃、外模及內(nèi)模吊在前上橫梁上；后端通過(guò)側(cè)面桁架吊桿吊住后下橫梁兩端，外側(cè)模、內(nèi)模板后端通過(guò)滑梁吊在已澆筑完的箱梁上。

掛籃施工應(yīng)加強(qiáng)對(duì)幾何位置和預(yù)留孔尺寸的控制，使掛籃受力狀態(tài)準(zhǔn)確、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，保證箱梁尺寸準(zhǔn)確。為進(jìn)一步減輕重量，可通過(guò)預(yù)埋鋼筋和菱形框架等方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。

2.3 掛籃設(shè)計(jì)

施工荷載必須嚴(yán)格控制，按臨時(shí)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，保證掛籃安全。掛籃與梁段混凝土的質(zhì)量比按規(guī)范控制在0.3～0.5。該橋單個(gè)掛籃總重量80t，最大節(jié)段混凝土重量為200.1t，荷重比為0.40，滿(mǎn)足規(guī)范要求；主桁架受力采用32Ⅳ級(jí)精軋螺紋鋼筋，通過(guò)計(jì)算錨固安全系數(shù)為2.74，滿(mǎn)足掛籃在施工狀態(tài)下的自錨固系統(tǒng)的安全系數(shù)不小于2 的規(guī)范要求；掛籃空載前移通過(guò)計(jì)算抗傾覆力矩安全系數(shù)為2.1，滿(mǎn)足掛籃在行走狀態(tài)下的抗傾覆安全系數(shù)不小于2 的規(guī)范要求。

掛籃底模平臺(tái)由前、后下橫梁，底模縱梁及操作平臺(tái)和安全防護(hù)欄桿等構(gòu)成。前、后下橫梁均采用13.5m 長(zhǎng)的2I45b 型鋼貼板焊加勁構(gòu)成。前、后下橫梁上對(duì)稱(chēng)布置縱梁14 根，縱梁均采用6m 長(zhǎng)的I40b 型鋼，在其上鋪設(shè)底模。

掛籃的外模支架采用內(nèi)雙拼[10、外雙拼[10 組焊件；模板橫向肋采用[10，面板厚6mm。外模支架及外模順橋向長(zhǎng)度12.2m，骨架共設(shè)3 片，骨架設(shè)外滑梁吊框，支撐于外滑梁上。外滑梁采用2[32 制成，單根長(zhǎng)12m。在不同施工階段，外滑梁由前后吊索支撐或由前吊索和后行程吊索支撐。

掛籃的內(nèi)模系統(tǒng)采用竹膠板與型鋼骨架，在施工中，由內(nèi)滑梁與內(nèi)模吊掛承重。每個(gè)掛籃設(shè)置2 條走道，對(duì)稱(chēng)于箱梁中心布置，2 條走道中心距6.24m。走道梁采用2I28b 型鋼焊接而成，采用預(yù)埋精軋螺紋粗鋼筋(φ32 精軋螺紋鋼)將走道梁固定于梁面之上。后錨系統(tǒng)設(shè)在每組主桁架尾端，每組主桁架尾端設(shè)6根φ32 精軋螺紋鋼錨在3 根后錨分配梁上。后錨分配梁采用2.5m 長(zhǎng)2[28b 型鋼組焊而成。

掛籃各加工件孔眼采用鉆（鏜）孔，孔徑、光潔度、螺栓孔間距允許誤差應(yīng)滿(mǎn)足要求。鋼板及鋼吊帶的加工不得采用手工切割，尺寸邊距要精確，消除熱影響區(qū)對(duì)鋼材力學(xué)性能的不良影響。對(duì)于主桁片桿件、吊帶、銷(xiāo)軸、后錨固筋等重要受力構(gòu)件，應(yīng)做探傷檢查并采取合理的焊接工藝，控制焊接變形，保證焊縫高度、質(zhì)量；主桁桿件采用埋弧自動(dòng)焊，其他部件焊接可采用手工焊。所有主桁桿件的焊縫應(yīng)通過(guò)超聲波探傷試驗(yàn)；后錨筋采用精軋螺紋鋼筋，兩端須配置墊板及雙螺母。對(duì)走道梁頂板上下兩摩擦面，應(yīng)涂油并包裝防護(hù)，在運(yùn)輸及拼裝過(guò)程中防止損壞其光潔度。

2.4 掛籃預(yù)壓處理

掛籃在使用前，應(yīng)全面檢查其制造和安裝質(zhì)量并進(jìn)行反向扣拉試驗(yàn)。掛籃在拼裝完畢后，對(duì)掛籃施加梁段荷載進(jìn)行靜載試驗(yàn)，以消除掛籃非彈性變形及桿件連接縫隙，并確定掛籃的彈性變形量，為懸臂澆筑梁段的立模高程設(shè)置提供依據(jù)。掛籃采用砂袋作為預(yù)壓荷載進(jìn)行預(yù)壓，加載重量采用1.2 倍的最重梁段自重，預(yù)壓時(shí)按30%、60%、100% 及120% 四級(jí)加載[2]。測(cè)量時(shí)，避免陽(yáng)光直射以減少測(cè)溫誤差，測(cè)得觀測(cè)數(shù)據(jù)后，進(jìn)行分析和整理。根據(jù)掛籃的非彈性變形值和彈性變形曲線(xiàn)值，為后續(xù)施工提供技術(shù)參數(shù)。

2.5 模板、鋼筋、混凝土工程

掛籃底模梗肋與底板連接處兩側(cè)應(yīng)加設(shè)30cm 寬的反壓模，防止底部混凝土施工時(shí)上翻。墩頂分配梁與鋼管立柱間設(shè)置砂筒或墊梁以利于拆除底模。模板應(yīng)保證各部分混凝土結(jié)構(gòu)和構(gòu)件的正確形狀、尺寸和位置，同時(shí)承受現(xiàn)澆混凝土的重力、側(cè)壓和施工中最不利的荷載，接縫密實(shí)，不漏漿。脫模時(shí)，用扁擔(dān)支墊千斤頂逐漸下落以降低沖擊。

鋼筋按底部鋼筋、腹板鋼筋、頂板鋼筋的順序安裝，縱、豎向預(yù)應(yīng)力管道應(yīng)定位準(zhǔn)確并同時(shí)埋置，用定位網(wǎng)鋼筋固定牢固。

混凝土澆筑采用一次性澆筑完成，防止施工裂縫。在澆筑過(guò)程中，按照“底板、腹板倒角—底板—腹板—頂板—翼板”的順序，對(duì)稱(chēng)、平衡進(jìn)行，并由梁端向已澆筑梁段的原則分層澆筑，以防掛籃變形造成接縫混凝土出現(xiàn)裂縫。混凝土下落高度超過(guò)2m 要采取串筒、溜管等措施，避免落差過(guò)大造成混凝土粗細(xì)集料分離。腹板、橫隔板與底板倒角處鋼筋密集，澆筑時(shí)，應(yīng)從腹板處下混凝土，并在腹板、隔板模板上開(kāi)設(shè)觀察孔和振搗孔，避免出現(xiàn)露筋、蜂窩麻面，保證混凝土密實(shí)、無(wú)空洞。腹板和隔板澆筑到倒角上方時(shí)，底部混凝土不應(yīng)再次振搗，防止腹板倒角處混凝土變形，上部混凝土懸空存在空隙。在腹板和隔板澆筑時(shí)，可以用小錘敲打模板，檢查混凝土是否振動(dòng)、密實(shí)。

2.6 預(yù)應(yīng)力施工及封錨

混凝土澆筑后，強(qiáng)度大于95% 設(shè)計(jì)值、彈性模量大于85%設(shè)計(jì)值，且梁體混凝土齡期大于7d 方可張拉施工[3]。在施工過(guò)程中，不確定因素較多，施工層次差異較大，如梁管道摩擦、混凝土收縮徐變等原因都會(huì)造成預(yù)應(yīng)力損失。張拉前，應(yīng)對(duì)重要梁結(jié)構(gòu)的管摩擦力進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，對(duì)拉力和管道位置進(jìn)行調(diào)整，將設(shè)計(jì)的張拉力準(zhǔn)確地施加到梁體上，保障其安全性和耐久性（見(jiàn)圖1）。預(yù)應(yīng)力張拉采用自動(dòng)化智能張拉設(shè)備提高張拉精度。張拉時(shí)，嚴(yán)格控制張拉過(guò)程的同步性。孔道注漿采用智能注漿設(shè)備、真空輔助注漿。為了提高注漿質(zhì)量的穩(wěn)定性，保證施工安全，采用連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的活塞注漿泵。對(duì)孔道注漿成品質(zhì)量檢驗(yàn)，采用無(wú)損檢測(cè)或內(nèi)窺鏡。檢測(cè)孔的數(shù)量和位置應(yīng)根據(jù)孔的長(zhǎng)度和線(xiàn)形來(lái)確定，并應(yīng)布置在設(shè)計(jì)中規(guī)定的位置最高位置；無(wú)損檢測(cè)采用沖擊回波法。現(xiàn)澆段端頭封錨應(yīng)嚴(yán)格控制梁體長(zhǎng)度，以滿(mǎn)足伸縮縫梁體間隙的要求。

圖1 腹板豎向預(yù)應(yīng)力布置圖（單位：cm)

2.7 合龍

合龍段施工質(zhì)量直接關(guān)系到橋梁的線(xiàn)形和工程質(zhì)量。與邊跨合龍段相比，中跨合龍段施工難度更大，施工要求更高。合龍前，合龍段兩側(cè)最后2～3 節(jié)段應(yīng)一起聯(lián)合測(cè)試，以保證合龍的精度。現(xiàn)澆段及懸澆掛籃至合龍塊后，將掛籃前移至合龍段位置，測(cè)量合龍口箱梁標(biāo)高及懸臂端標(biāo)高。在箱梁懸臂端設(shè)壓重，調(diào)整合龍口標(biāo)高滿(mǎn)足設(shè)計(jì)及監(jiān)控要求。合龍段在當(dāng)天最低溫度變化幅度最小時(shí)采用外部勁性支撐進(jìn)行鎖緊[4]。鎖緊段時(shí)，應(yīng)快速對(duì)稱(chēng)進(jìn)行，先將外剛性支撐端部與梁端預(yù)埋件焊接（或螺栓），另一端與梁端等內(nèi)剛性支撐頂部緊密焊接后快速連接。連接完成后，臨時(shí)預(yù)應(yīng)力束快速?gòu)埨埨瓿珊螅尫乓粋?cè)固結(jié)約束，使梁的一端在鎖定連接下，伸縮自如。為防止合龍段施工出現(xiàn)裂縫，在上下底板或兩肋端部預(yù)埋臨時(shí)連接鋼構(gòu)件，設(shè)置臨時(shí)縱向預(yù)應(yīng)力索，用千斤頂調(diào)整閉口應(yīng)力和長(zhǎng)度，且應(yīng)連續(xù)觀察合龍前幾天晝夜環(huán)境溫度的變化與合龍標(biāo)高、長(zhǎng)度的變化之間的關(guān)系，確定適宜的合龍時(shí)間和程序。

鎖定完成后，選擇在一天中，靠近設(shè)計(jì)合龍溫度18℃±2℃且較穩(wěn)定的時(shí)間內(nèi)，澆筑微膨混凝土。混凝土澆筑采取換重的措施，為保證梁體形狀，壓重應(yīng)在臨時(shí)鎖止前，在封閉段兩側(cè)的塊段上設(shè)置，壓重噸位與合龍段結(jié)構(gòu)自重相等，換重與混凝土澆筑同步進(jìn)行。當(dāng)合龍口兩側(cè)頂部高差大于15mm 時(shí)，在較高箱梁兩端加對(duì)稱(chēng)配重后，澆筑混凝土。從合龍段澆筑到預(yù)應(yīng)力張拉，施工荷載應(yīng)保持平衡。

3 結(jié)語(yǔ)

許多采用懸澆掛籃施工的橋梁結(jié)構(gòu)，因施工方法不當(dāng)而導(dǎo)致安全或質(zhì)量事故。因此，對(duì)于研究大跨度懸澆掛籃施工技術(shù)，對(duì)橋梁的順利建成具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。在應(yīng)用懸澆掛籃施工技術(shù)的過(guò)程中，應(yīng)根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，考慮各個(gè)環(huán)節(jié)可能出現(xiàn)的問(wèn)題，確保各施工環(huán)節(jié)的質(zhì)量和安全。