大跨度連續梁橋掛籃懸臂澆筑設計及施工技術研究

韋蘇斌

（廣西路橋工程集團有限公司，廣西 南寧 530200）

0 引言

大跨度連續梁橋在現代交通基礎設施中承擔著重要的交通荷載承載職責，其建設和維護面臨著多種挑戰，其中之一是懸臂澆筑過程的設計與施工。為解決大跨度連續梁橋建設中掛籃施工過程中的技術難題，楊曉強［1］依據現場實際情況，提出掛籃懸臂澆筑施工中的關鍵技術；黃俊［2］采用新型連體掛籃設計，實現大跨度連續梁懸臂澆筑的高效施工，極大地提高了工程施工效率；王二朋［3］以鐵路橋梁為例，采用先進的澆筑方法和施工工藝，一次性成功澆筑完成大跨度懸臂段，為類似工程提供了成功的施工經驗和技術指導。盡管這些技術在大跨度連續梁橋建設中已經取得了一些成效，但仍然存在安全性、效率和質量控制等方面的問題，需要開展系統的研究和提出創新性的解決方案。本研究的創新點在于提出一種綜合性的掛籃懸臂澆筑設計與施工方案，能優化施工過程并提高工程質量。本文旨在深入研究大跨度連續梁橋掛籃懸臂澆筑技術，解決該領域的關鍵問題，填補現有研究的不足。

1 工程概況

某座橋梁的總長度為1 538m，其結構由以下一系列跨度組成：13個40m長的跨度+1個65m長的跨度+3個120m長的跨度+1個65m長的跨度+13個40m長的跨度。這座橋梁采用“預應力混凝土剛構+連續梁”的組合體系，大橋部分長65m，其后是3個120m長的跨度，接著是65m長的預應力混凝土連續剛構段落。在連續剛構段落中，梁的截面呈現單箱形狀，箱梁的根部高度為7.2m，梁在中間跨的高度為3m。

2 設計考慮因素

2.1 跨度和幾何形狀對掛籃懸臂澆筑的影響

在掛籃懸臂澆筑中，跨度是一個決定性的參數，會對懸臂的長度和支撐結構的設計產生直接影響。較大的跨度通常需要更長的懸臂，這會增加懸臂的重量，對整個懸臂支撐結構的穩定性和負荷帶來挑戰。此外，較大的跨度可能會增加澆筑時的荷載和變形，需要采取更嚴格的控制措施，以避免結構變形過大而影響施工和最終的結構性能。因此，在設計階段，應充分考慮跨度與結構的相互影響，確保掛籃懸臂澆筑過程的安全性和施工效率。

連續梁橋的幾何形狀，特別是縱橫截面的復雜性，對掛籃懸臂澆筑的影響非常顯著。復雜的截面幾何形狀會導致掛籃的安裝和調整變得更復雜，需要設計適應性更強的懸掛裝置。此外，懸掛裝置必須適應不同部位的截面變化，以保持澆筑過程中的一致性。在懸臂截面幾何變化明顯的情況下，需要加強對混凝土澆筑的控制，確保整個懸臂段的一致性和結構的均勻性。因此，在幾何形狀設計中，需要充分考慮懸臂澆筑過程中的工藝要求，避免后續施工出現問題。

綜上所述，在大跨度連續梁橋的掛籃懸臂澆筑施工中，跨度和幾何形狀相互交織，共同影響施工的難度和進度。設計時應綜合考慮橋梁的整體跨度布局、懸臂段的長度及縱橫截面的變化。在實際施工中，可能需要采取一系列措施應對跨度和幾何形狀帶來的挑戰，如調整懸掛裝置、優化混凝土澆筑過程、加強變形監測等。開展充分的規劃和前期分析可以確保掛籃懸臂澆筑順利進行。

2.2 荷載分析和結構穩定性

荷載分析首先需要考慮自重荷載、混凝土澆筑荷載及其他施工荷載。自重荷載是結構本身的重量，在混凝土澆筑過程中，懸掛的懸臂除了承受自重荷載，還會承受混凝土澆筑的動態荷載。以一座具體跨度為120m的橋梁區間為例，混凝土澆筑荷載可能為每米15～20 t。此外，需要考慮懸掛裝置的預應力荷載。通過結構分析軟件，可以模擬不同施工階段的荷載分布情況，指導施工計劃和支撐設計［4］。

在懸籃懸臂澆筑過程中，結構的穩定性至關重要。在本案例中，結構的跨度和幾何形狀復雜，特別是在3個跨度每跨120m的區段，懸掛的懸臂長度較大，可能會導致懸掛裝置的支撐結構承受較大的荷載。開展分析結構的穩定性，可以確保在不同施工階段中結構不會發生屈曲或擺動等失穩現象。結構穩定性分析還可以確定支撐的位置和數量，以及可能需要的加固措施。

在本案例工程中，橋梁全長1 538m，采用的是“預應力混凝土剛構+連續梁”組合體系，包含不同跨度的區段，因此進行荷載和結構穩定性分析后，還需要分析每個跨度和區段的具體情況。例如，在3個跨度每跨120m的區段，混凝土澆筑過程中的荷載將會顯著增加，需要采取更多的支撐措施確保結構的穩定性。同時，需要通過振動傳感器密切監測懸掛部分的變形情況，確保在施工過程中結構的整體穩定性。振動傳感器的數據變化如圖1所示。

圖1 振動傳感器的數據變化

2.3 懸臂長度和支撐設計

懸臂長度是指懸掛裝置與支撐點之間的水平距離，其對掛籃懸臂澆筑的安全性和施工效率具有重要影響。較大的懸臂長度可能會增加懸掛的自重和荷載，從而對支撐結構的設計和懸掛裝置的選擇提出更高的要求。此外，長懸臂容易引發結構振動和不穩定，需要通過控制施工過程避免。

從支撐的角度看，懸臂長度也直接影響支撐點的位置和數量。較長的懸臂需要更多的支撐點保證結構的平衡，而支撐點的強度和剛度也需要詳細考慮，確保它們能承受一定的荷載并保持穩定。支撐的設計對掛籃懸臂澆筑過程的成功與否起著至關重要的作用，支撐結構不僅需要能夠承受懸掛的懸臂和荷載，還必須滿足結構穩定性的要求。在設計支撐時，除了考慮支撐的類型、布置、材料和連接方式能滿足整個懸臂結構安全性的要求，還需考慮支撐點的位置和數量，確保懸掛裝置和支撐結構之間的力學平衡。此外，支撐設計應預留足夠的空間，便于混凝土澆筑和懸臂澆筑過程中的操作和監測。

以本橋梁工程為例，橋梁的結構形式為（13×40+65+3×120+65+13×40）m，具有不同跨度和懸臂段。在設計懸臂長度時，需要考慮不同跨度和懸臂的荷載情況及支撐點的位置。對于較長的懸臂段，需要增加支撐點確保結構的穩定性。支撐設計需要根據實際的跨度、荷載和結構特點，選擇適當的支撐類型和材料，并進行強度和穩定性的分析。在懸掛裝置安裝過程中，需要嚴格控制懸臂的變形，保證支撐結構的穩定性和整個施工過程的安全。綜合考慮懸臂長度和支撐的設計，可以優化掛籃懸臂澆筑過程，確保結構施工的成功和安全。

2.4 掛籃系統設計和材料選擇

掛籃系統設計需要綜合考慮懸掛裝置的類型、形狀、穩定性和可調節性。常見的一種掛籃系統是鋼絲繩掛籃，通常由主梁和橫向懸臂桿構成。掛籃的設計應考慮支撐點的位置、懸掛的角度、懸掛點的數量及懸掛裝置的強度。根據橋梁的幾何形狀和荷載情況，可以通過有限元分析優化掛籃系統的設計。表1為掛籃系統設計的數據。

表1 掛籃系統設計數據

掛籃的材料選擇需要考慮強度、耐腐蝕性和可調節性。主要材料包括鋼和鋁合金。鋼具有較高的強度，適合承受重荷載，但需要進行防腐蝕處理；鋁合金輕巧且具有較好的耐腐蝕性，但強度相對較低。根據掛籃的負荷和使用情況，可以選擇合適的材料平衡結構的強度和重量。表2是不同材料的掛籃性能對比。

表2 不同材料的掛籃性能對比

3 施工準備階段

3.1 施工計劃的制訂與優化

在掛籃懸臂澆筑工程中，施工計劃的制訂和優化是關鍵的第一步。工程師需要根據橋梁的幾何特點、懸臂長度、荷載情況及現有資源制訂合理的施工計劃，計劃的制訂需要考慮混凝土澆筑的時機、懸掛裝置的安裝時間、支撐結構以及其他關鍵活動的協調。通過使用項目管理工具，工程團隊可以對施工進程進行優化和可視化，確保項目按計劃進行。

3.2 懸臂支撐結構的建立

在掛籃懸臂澆筑過程中，支撐結構的建立至關重要。這些支撐結構需要根據實際情況設計和搭建，需考慮支撐的位置、數量和強度可承受懸臂的自重和混凝土澆筑的荷載。在建立懸臂支撐結構之前，需要進行臨時地基加固、基礎施工等工作，確保支撐的穩定性和可靠性［5］。

3.3 材料采購與準備

在施工準備階段，需進行材料采購與準備工作，包括掛籃系統的材料、支撐結構的材料、混凝土材料等。工程團隊需確保所選材料符合規范要求，并提前準備好，避免延誤施工進程。此外，材料的質量和數量應滿足整個施工過程的需求。

3.4 施工人員培訓和安全措施

掛籃懸臂澆筑工程涉及高度的風險，因此培訓和安全措施至關重要。施工人員需要接受相關培訓，了解懸掛裝置的安裝、支撐結構的建立及施工過程中的安全操作規范。安全措施包括使用個人防護裝備、設置安全警示標志、建立臨時封閉區域等，最大限度地降低事故發生概率。

4 懸臂澆筑過程

4.1 懸臂模板安裝和調整

懸臂模板是用來支撐和限定混凝土澆筑的模板系統。在懸臂澆筑過程中，首先需要安裝懸臂模板。這個步驟是將模板逐段地懸掛在懸臂結構上，使其緊密貼合結構，防止混凝土外流和變形。模板的安裝通常需要使用吊車或其他起重設備，模板的位置和水平度要準確無誤。在模板安裝過程中，需要特別注意連接和固定裝置的強度和可靠性。模板系統的穩固性直接影響混凝土澆筑的質量和結構的穩定性，在安裝過程中，工程師和施工人員需要密切合作，嚴格遵循操作規范。

懸臂模板的準確調整可保證混凝土澆筑的均勻和結構的穩定。一旦模板安裝完畢，需要進行細致的調整，包括調整模板的水平度、垂直度和位置，保證混凝土能均勻地流入模板內，獲得所需的幾何尺寸。調整模板時，需要使用液壓千斤頂、水平儀、測量儀器等工具使模板達到準確的位置并調整到合適的形態。

4.2 預應力鋼束布設與張拉

預應力鋼束的布設旨在施加預先定義的張力，使橋梁在荷載作用下產生壓應力，從而增強其承載能力。布設預應力鋼束需要考慮梁段的幾何形狀、荷載情況及預應力的分配。

在布設過程中，首先需要根據橋梁的設計和荷載分析確定每個梁段所需的預應力大小；其次根據預應力鋼束的特性（例如直徑、強度等），計算所需的鋼束數量和布設方式。布設預應力鋼束時，鋼束位置、間距和張力的分布需均勻，以獲得平衡的預應力效果。表3為分析預應力鋼束布設情況。

表3 預應力鋼束布設

預應力鋼束張拉是通過施加外力產生預應力的過程。在張拉過程中，需要使用專門的張拉設備，逐步施加預應力，使每根鋼束達到預定的張力大小，這需要監測張拉力的實時數據，確保每個梁段的預應力均在設計范圍內。此外，需要注意以下幾點：①根據設計要求施加正確的張拉力，過度或不足的張拉力都可能影響梁段的性能；②控制張拉速度，避免鋼束的瞬時變形；③對張拉后的鋼束進行錨固，確保預應力可以有效地傳遞到梁體中。

4.3 混凝土澆筑與振搗

混凝土澆筑是將預先準備好的混凝土均勻地倒入梁體模板中的過程，在此過程中，需要注意以下幾個關鍵點：①混凝土的配合比需要嚴格遵循設計要求，以確保混凝土的強度和耐久性；②控制混凝土澆筑的流動性，避免混凝土分層或產生氣孔；③使用振動棒等工具排除混凝土中的氣泡和空隙。

混凝土澆筑過程要有連續性，避免冷縫的產生。在相鄰的澆筑段之間，需要采取適當的措施保持混凝土的黏結性和一致性。此外，溫度和濕度對混凝土的凝固和強度也有影響，因此在不同氣候條件下需要采取措施控制溫度和濕度。

混凝土振搗是為了排除混凝土中的空氣，使其變得更加致密和均勻，從而提高混凝土的強度和耐久性。在振搗過程中，通常使用振動器將混凝土中的氣泡和空隙驅逐出來，應根據混凝土的類型和澆筑厚度選擇和配置適當的振動器。振搗的時間和方式也需要謹慎控制，過早或過晚的振搗都可能導致混凝土分層或不均勻，影響結構的質量。振搗過程需要注意避免混凝土的表面受到損傷，避免出現黏結性差或氣孔過多的情況。

4.4 監測與質量控制措施

（1）在懸掛裝置懸臂澆筑過程中，需要進行實時結構監測與測量，可以通過傳感器、儀器和測量設備追蹤懸掛系統、支撐結構及整個梁體的變形和變化情況。結構監測可以幫助工程團隊了解施工過程中的變形情況，預測可能出現的問題，以便及時采取措施進行調整。

（2）監測數據可以用于分析結構的變形、位移、傾斜等，便于及早發現異常情況。通過實時監測，工程師可以判斷是否需要進行支撐結構的調整，是否需要在特定位置增加支撐點，確保懸掛裝置和混凝土澆筑過程安全和穩定。

（3）混凝土的質量直接影響連續梁橋的承載能力和耐久性。在懸掛裝置懸臂澆筑過程中，混凝土的質量控制措施包括對混凝土材料的配合比控制、攪拌均勻性、流動性等方面的監測。

（4）掛籃懸臂澆筑過程存在一定的風險，因此安全監控和操作規范不可或缺。工程團隊需要制定詳細的安全計劃和操作規范，施工人員應遵循正確的操作流程，佩戴適當的個人防護裝備，遵循安全操作規定。

（5）安全監控包括實施臨時封閉區域、設置安全標志、定期進行安全檢查等。在懸掛裝置和混凝土澆筑過程中，安全人員應進行現場監控，確保施工人員行為和操作的安全性。

5 結語

在實際工程實踐中，通過科學合理地設計和實施懸臂澆筑技術，可以顯著提高施工效率、降低工程風險，同時確保橋梁結構的穩定性和安全性。對預應力鋼束的布設與張拉及混凝土的澆筑與振搗等工藝的控制，保證了連續梁橋在運用中能具備良好的結構性能和耐久性。本文通過對大跨度連續梁橋掛籃懸臂澆筑技術進行深入研究，為工程實踐提供了有益的指導。