道路橋梁施工中掛籃懸臂澆筑施工技術(shù)的應(yīng)用研究

文／齊帥 中鐵十二局集團(tuán)第一工程有限公司 陜西西安 710000

引言：

掛籃懸臂施工技術(shù)是以掛籃為主要施工設(shè)備，可在已張拉錨固并與墩身連成整體的梁體上移動、逐段澆筑梁體混凝土的工法。掛籃懸臂澆筑施工技術(shù)適用于不受凈空限制的高墩、大跨徑連續(xù)梁橋、連續(xù)鋼構(gòu)橋等工程，具有結(jié)構(gòu)輕、拼接簡單、剛度大、變形小、無壓重等特點[1]。本文結(jié)合某道路橋梁工程項目，深入研究了掛籃懸臂施工技術(shù)要點，旨在無=為道路橋梁工程施工提供有益參考。

1.工程概況

某道路橋梁工程為60m+100m+60m 三跨變截面連續(xù)箱梁，箱梁梁高按二次拋物線線形設(shè)計，連續(xù)箱梁設(shè)計采用三向預(yù)應(yīng)力體系，縱向預(yù)應(yīng)力分為腹板懸臂束、頂板懸臂束和邊跨合攏束，預(yù)應(yīng)力束采用?15.2mm 鋼絞線束，穿塑料波紋管孔，彈性模量Ep為1.95×105MPa。橫向預(yù)應(yīng)力采用4 根?15.2mm 鋼絞線，穿波紋管，單短張拉錨固。豎向預(yù)應(yīng)力采用JL32 高強精軋螺紋鋼筋，彈性模量Ep為2.0×105MPa。錨下控制應(yīng)力為706.5 MPa，采用JL32 錨具錨固。

2.懸臂掛籃設(shè)計與驗算

2.1 懸臂掛籃設(shè)計

掛籃錨固系待0#塊、1#塊混凝土強度達(dá)到90%時組裝，張拉頂板橫向、縱向及腹板預(yù)應(yīng)力筋在0#塊、1#塊上組拼裝，主縱梁采用2 組貝雷架組裝，每組貝雷架4行，每組貝雷架間橫向加固連接。

掛籃支架以承臺為持力點，被累加每2 片1 組疊加拼裝，縱向3 組，橫向2 組。頂面橫橋向布置2 組貝雷架，貝雷架于底模間采用I55 工字鋼和60mm 厚?400mm鋼管調(diào)節(jié)支架高度[2]。

掛籃錨固系利用預(yù)埋JL32 豎向預(yù)應(yīng)力筋與掛籃錨固，掛籃分離前每組4 個人錨固點，掛籃分離后每組6 個錨固點。主縱梁起步按5 片15.0m 長鋼架對稱布置于0#塊、1#塊上，主縱梁安裝前上、前下、后上、后下主橫梁。前上、前下主橫梁采用6 根?32mm 精軋螺紋鋼錨桿連接，后下橫梁中間通過3 個預(yù)留錨固孔與梁體底板錨固。

前上、前下橫梁采用2 根I36 工字鋼焊接制成，相鄰工字鋼間距為60～80mm，采用10mm 鋼板焊接連接。

2.2 懸臂掛籃設(shè)計驗算

根據(jù)工程設(shè)計，掛籃抗沖擊系數(shù)1.2，偏載系數(shù)為1.2，行走抗傾覆系數(shù)為2.0，自錨系統(tǒng)安全系數(shù)為2.0，上水平限安全系數(shù)2.0，主縱桁容許最大撓度為2.8mm，主縱桁容許最大彎矩為788kN·m，主橫梁最大容許撓度為10mm。

計算掛籃各項荷載時，主桁自重為10t，8 根18.0m長I36 橫梁自重為8.6t，2 根15.0m 長和2 根11.0m 長I25 橫梁自重為2.0t。底板、翼板和支點橫梁自重為9.0t，模板自重約為10.5t，施工活載及人群荷載為1.5t，掛籃自重為30.1t，箱梁最大節(jié)段混凝土自重為128.86t，則計算各項荷載之和為1690kN。

吊桿承受拉力驗算時，根據(jù)掛籃恒載計算，箱梁混凝土自重和各項荷載之和為1690kN，80%荷載由8 根吊桿承擔(dān)，則計算吊桿受力為F=1690kN×80%=1352kN，則每根吊桿分擔(dān)荷載為169kN ≤[F]=800 kN。左右翼板荷載占比掛籃恒載20%，由4 根?32mm精軋螺紋鋼承擔(dān)，則計算螺紋鋼承受荷載為42kN ≤[F]=800kN。根據(jù)吊桿承受荷載驗算，吊桿承受拉力符合設(shè)計要求。

橫梁及主縱梁受力驗算時，分析主縱梁承受最大剪力位于15#梁塊位置，其剪力80%由2 根橫梁承擔(dān)，各橫梁由2 根I36 焊接形成整體，以主縱桁梁承受荷載1510kN 計算橫梁承受剪力為377.5kN ≤[Q]=730kN，橫梁撓度驗算時，考慮其前上、前下橫梁由6 根?32mm精軋螺紋鋼承擔(dān)，后下橫梁由5 根?32mm 精軋螺紋鋼承擔(dān)，后上橫梁僅在掛籃行走時承擔(dān)掛籃自重，故無需考慮橫梁撓度。

主縱桁梁受力驗算時，貝雷架支點承受最大剪力為845kN，以每個支點剪力由4 片鋼架分擔(dān)計算，每片鋼架承受剪力為211kN ≤[Q]=500kN。每片鋼架上下由鋼銷連接，其承受剪力與鋼架承受剪力相同，則計算各鋼銷承受剪力為105.6kN ≤[Q]=500kN。主縱桁貝雷架最大彎矩計算時，貝雷架最大剪應(yīng)力為33.1MPa ≤[τ]=208MPa。主縱桁貝雷架最大彎矩為2173kN·m，以主桁2 組、每組8 片貝雷架計算，則每片貝雷架承受最大彎矩為272kN·m ≤[M]=788kN·m。計算主縱桁架最大撓度0.9mm ≤[f]=2.8mm。

綜合驗算該工程懸臂掛籃設(shè)計符合工程設(shè)計要求。

3.道路橋梁施工中掛籃懸臂澆筑施工技術(shù)

工程中，掛籃懸臂澆筑施工工藝流程為：0#、1#塊施工→掛籃拼裝和模板安裝→掛籃行走→鋼筋綁扎→箱梁澆筑施工→合攏段澆筑施工→預(yù)應(yīng)力穿束→預(yù)應(yīng)力張拉與封錨。

3.1 0#、1#塊施工

工程中，為保持箱梁施工整體性、穩(wěn)定性，便于掛籃組裝，施工單位采用支架整體現(xiàn)澆0#、1#塊。

支架安裝時，以承臺作為支架安裝持力點，采用每2片/組疊加拼裝貝雷架，縱橋向3 組，橫橋向2 組。頂面橫橋向設(shè)置2 組貝雷架。貝雷架與底模采用I55 工字鋼連接，以?400mm 鋼管調(diào)節(jié)支架高度。

待支架組裝完成后，現(xiàn)場施工人員測量彈出0#、1#塊鋼模板安裝控制點和標(biāo)高，經(jīng)測量復(fù)核無誤后作為0#塊和1#塊鋼模板安裝施工依據(jù)。

底模板安裝時，支架底部安裝I25 型鋼，沿橋墩頂部兩側(cè)縱向鋪設(shè)1.5m 長I25 型鋼，型鋼橫向間距為500mm，與支架點焊固定。型鋼上鋪設(shè)50mm×80mm方木，方木與型鋼采用鐵絲綁扎牢固。方木上鋪設(shè)底板，底板安裝完成后測量、校正底模板標(biāo)高、邊線和中線，經(jīng)校核無誤后安裝翼板。工程中，0#塊和1#塊腹板、翼板均為6.0mm 厚定型鋼模板，模板支撐采用[12 型鋼焊接、支撐。

待底板、腹板安裝完成后，施工單位即綁扎鋼筋，鋼筋位置與預(yù)應(yīng)力孔道沖突時，適當(dāng)調(diào)整鋼筋位置，禁止割斷鋼筋。由于該工程箱梁高度較大，為防止0#塊和1#塊箱梁現(xiàn)澆時出現(xiàn)脹模問題，施工單位采用鋼木組合模板施工，內(nèi)模采用碗扣架支撐腹板和橫隔梁模板，橫梁梁模板采用?20 螺桿對拉固定。

待模板安裝完成且經(jīng)隱檢驗收后，施工單位即組織澆筑0#塊和1#塊混凝土，混凝土分層500mm 澆筑。現(xiàn)場澆筑施工時，先澆筑底板和橫隔梁混凝土，腹板位置分層厚度為300～400mm，確保腹板位置混凝土振搗密實。混凝土澆筑完成后及時收光、拉毛混凝土表面，并加強混凝土養(yǎng)護(hù)管理。

3.2 掛籃拼裝和模板安裝

待0#塊和1#塊混凝土養(yǎng)護(hù)至達(dá)到設(shè)計強度90%后，施工單位即張拉頂板橫向、縱向和腹板預(yù)應(yīng)力筋，并在箱梁上拼裝掛籃。工程中，掛籃共2 組，每組4 行，組間通過橫向，連接加固。掛籃后錨為0#塊和1#塊預(yù)埋豎向預(yù)應(yīng)力筋，通過連接器連接掛籃和豎向預(yù)應(yīng)力筋，掛籃分離前設(shè)置4 個錨點，分離后設(shè)4～6 個錨點。主縱梁拼裝時，起步5 片鋼架對稱錨固在0#塊、1#塊上，并在主縱梁上安裝主橫梁，其中，前上、前下主橫梁次啊喲6 根?32mm 螺紋錨桿連接，后下橫梁結(jié)合組3 個預(yù)留錨孔與梁底板錨固連接，兩側(cè)采用錨桿加固連接。主橫梁加工制作完成后，兩側(cè)下主橫梁上各鋪設(shè)12 根I25 工字鋼作為縱向分配梁，拼接完成底模托架[3]。

掛籃4 個翼板、內(nèi)頂板和底板一次安裝成型，待掛籃橫梁安和底模板安裝就位后，施工單位即安裝翼板，翼板兩側(cè)各設(shè)置2 個錨固吊點，前吊點位于掛籃上層前橫梁上，后吊點位于已澆筑梁體混凝土上，采用2 根20 槽鋼連接前后吊點。頂板吊點設(shè)置與翼板一致。

掛籃拼裝完成后，施工單位對掛籃標(biāo)高進(jìn)行測量，掛籃標(biāo)高為設(shè)計值加預(yù)拱度值，確保箱梁標(biāo)高施工與設(shè)計相符。經(jīng)測量掛籃標(biāo)高后，施工單位借助千斤頂頂緊掛籃梁端，掛籃前端采用倒鏈葫蘆調(diào)整校正標(biāo)高，待校正、測量無誤后緊固螺栓。待掛籃拼裝完成后，施工單位借助吊車依次吊裝底模、外側(cè)模和內(nèi)模，完成模板安裝[4]。

3.3 掛籃行走

掛籃拼裝完成后，施工單位找平0#塊、1#塊或已施工梁段頂面，在箱梁頂部鋪設(shè)方木和軌道。放松掛籃內(nèi)外模前后吊桿和底模架前后吊帶，采用2 個10t 倒鏈將底模架后橫梁懸掛于外模行走梁上。拆除后吊帶和底模架橫向連接，松開桁架后端錨固螺桿，在軌道頂面安裝5t 倒鏈，標(biāo)記設(shè)計移動位置，以倒鏈牽引主桁架前支座，帶動掛籃主桁架、底模和外模前移。掛籃行走過程中，為確保掛籃行走安全、穩(wěn)定，施工單位對稱牽引掛籃，防止掛籃不同步前移出現(xiàn)施工安全事故，并對箱梁墩身造成不平衡力矩。行走過程中，施工單位現(xiàn)場隨時檢查掛籃后鉤板、滑道與梁體錨固件，防止行走過程中掛籃行走傾覆[5]，發(fā)現(xiàn)異常時及時停止行走，及時處置后方可繼續(xù)行走。掛籃行走到位后，安裝后吊帶并錨固桁架后端錨固螺桿，吊起底模。

3.4 鋼筋綁扎

箱梁節(jié)段鋼筋綁扎施工時，鋼筋綁扎采用分片綁扎方式安裝，鋼筋綁扎時同步安裝預(yù)應(yīng)力筋，當(dāng)鋼筋綁扎與預(yù)應(yīng)力筋抵觸時，適當(dāng)調(diào)整綁扎鋼筋位置。鋼筋接長采用雙面焊搭接方式，搭接長度≥5d，端頭預(yù)留搭接鋼筋長度≥10d。

預(yù)應(yīng)力管道安裝與鋼筋綁扎同步施工，箱梁節(jié)段預(yù)應(yīng)力管道波紋管長度應(yīng)滿足箱梁節(jié)段長度要求。預(yù)應(yīng)力管道接頭中心應(yīng)與預(yù)留管道接頭重疊。為防止箱梁澆筑施工時混凝土堵塞預(yù)應(yīng)力管道，施工單位采用膠帶封堵預(yù)應(yīng)力管道端部，待混凝土澆筑完成后清孔預(yù)應(yīng)力管道。此外，考慮預(yù)應(yīng)力管道剛度較小，箱梁澆筑完成后禁止上人踩踏，防止預(yù)應(yīng)力管道堵塞影響預(yù)應(yīng)力筋穿束[6]。

3.5 箱梁澆筑施工

工程中箱梁現(xiàn)澆混凝土采用商品混凝土澆筑施工，混凝土配合比嚴(yán)格按設(shè)計配合比計量投料，并加強混凝土混合料出料質(zhì)量控制，確保混合料水灰比、坍落度、和易性、初凝時間等性能滿足工程設(shè)計要求。

箱梁現(xiàn)澆施工時，依次澆筑底板、腹板和頂板，混凝土分層、對稱澆筑，分層厚度為300～500mm。混凝土振搗時，振搗棒移動間距小于1.5 倍振搗作用半徑，且振搗棒與側(cè)模間距保持50～100mm，防止振搗棒碰撞側(cè)模。箱梁張拉端鋼筋加密區(qū)加密振搗，確保箱梁端部振搗密實。

考慮到該工程箱梁澆筑量大，施工期間可能出現(xiàn)澆筑中斷問題，為避免新舊箱梁界面出冷縫，繼續(xù)澆筑混凝土前，施工單位對已澆筑混凝土界面進(jìn)行搓毛處理[7]，提高新舊混凝土結(jié)合強度，防止出現(xiàn)層間冷縫。

箱梁混凝土澆筑完成后，施工單位加強箱梁養(yǎng)護(hù)管理，防止箱梁混凝土養(yǎng)護(hù)不足而出現(xiàn)收縮裂縫、干縮裂縫等問題。

3.6 合攏段澆筑施工

合攏段施工前，施工單位清除箱梁上掛籃和配重，防止掛籃卸荷后造成箱梁不平衡反力造成節(jié)段縱向裂縫。合攏段箱梁剛性支撐和勁性骨架采用對稱焊接方式，確保合攏段結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。邊跨合攏段模板采用支架支撐，中跨合攏段借助箱梁頂板、底板和翼板上預(yù)留孔作為合攏段模板錨固點。由于合攏段兩端箱梁同步施工可能存在標(biāo)高偏差，施工單位在合攏段施工前加強測量合攏段兩端標(biāo)高，對標(biāo)高偏差采取配重施壓處理[8]，確保合攏段兩端標(biāo)高滿足設(shè)計要求，防止合攏段接頭部位出現(xiàn)錯臺、裂縫問題。

3.7 預(yù)應(yīng)力穿束

工程中，預(yù)應(yīng)力箱梁結(jié)構(gòu)體系為縱、橫、豎三向預(yù)應(yīng)力體系，其中，縱向和橫向均采用高強度270 級?15.24 mm 鋼絞線，鋼絞線強度fpk為1860MPa，彈性模量Ep為1.95×105MPa，張拉力為0.75fpk，豎向預(yù)應(yīng)力筋采用?32mm 螺紋鋼。

預(yù)應(yīng)力管道安裝時，采用分段接長方式安裝，接長部位套接較預(yù)埋波紋管直徑大5.0mm 的波紋管，并以膠帶纏繞緊密，確保預(yù)應(yīng)力管道接長段密封，防止混凝土滲入管道內(nèi)堵塞、影響預(yù)應(yīng)力筋穿束。預(yù)應(yīng)力管道與箱梁鋼筋牢固綁扎，直線段管道與鋼筋間隔1.0m 綁扎1 道，曲線段間隔0.5m 綁扎1 道。為防止預(yù)應(yīng)力管道堵塞，施工單位在預(yù)應(yīng)力管道內(nèi)安裝橡膠管，橡膠管直徑較預(yù)應(yīng)力管道小50mm，且具備一定彎曲性能和硬度。混凝土澆筑過程中，現(xiàn)場施工人員抽動橡膠管，防止局部預(yù)應(yīng)力管道滲漏混凝土并堵塞管道。混凝土初凝后，抽出預(yù)應(yīng)力管道內(nèi)橡膠管。

預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)體系為縱、橫、豎三向預(yù)應(yīng)力體系，縱向、橫向預(yù)應(yīng)力筋采用鋼絞線，鋼絞線均采用ASTM416-92標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)的高強度、低松弛270 級?s15.24mm 鋼絞線,標(biāo)準(zhǔn)強度fpk=1860MPa,彈性模量Ep=1.95×105MPa,張拉控制應(yīng)力采用0.75fpk，豎向預(yù)應(yīng)力筋采用螺紋鋼筋。

待箱梁端部澆筑完成后，施工單位垂直于預(yù)應(yīng)力孔道中心線安裝預(yù)應(yīng)力筋錨墊板，錨墊板孔位與孔道中心線偏差≤5mm，防止錨墊板偏位嚴(yán)重造成鋼絞線張拉扭曲損傷[9]。錨墊板螺旋筋與錨墊板焊接固定。

預(yù)應(yīng)力筋鋼絞線制作時，施工單位根據(jù)計算長度切割下料，采用砂輪機(jī)切割鋼絞線，禁止采用電焊或氣割，防止鋼絞線出現(xiàn)有害變形影響穿束。鋼絞線編束時，直線段保持順直，無扭結(jié)、繞曲等問題。端部采用膠帶纏繞密實，提高鋼絞線整體性，便于穿束。

預(yù)應(yīng)力筋鋼絞線穿束時，施工單位利用帶環(huán)鋼絞線牽引預(yù)應(yīng)力筋穿束，借助卷揚機(jī)將鋼絞線自預(yù)應(yīng)力管道穿入至另一端。

3.8 預(yù)應(yīng)力張拉與封錨

待箱梁混凝土強度達(dá)到設(shè)計強度85%時方可預(yù)應(yīng)力張拉。預(yù)應(yīng)力張拉前，檢查錨墊板下混凝土有無蜂窩、空洞等缺陷，針對缺陷部位采取補強處置措施。檢查預(yù)應(yīng)力張拉設(shè)備性能，校核設(shè)備和儀表。預(yù)應(yīng)力張拉時，采用超張拉方法兩端對稱張拉施工，張拉順序為：0 →初始張拉力（初應(yīng)力σ0，持荷3min）→張拉至2σ0（測量伸長量）→分級加載（兩端對稱加載）→張拉至控制應(yīng)力σk→持荷5min →張拉至105%σk→回油錨固（測量回縮量）→回油、退頂。

預(yù)應(yīng)力張拉按張拉力和伸長量雙控，實際伸長量與理論伸長量偏差≤6%，超出容許值時停止張拉，待分析原因后繼續(xù)張拉施工。預(yù)應(yīng)力張拉完成后48h 內(nèi)封錨、孔道注漿，外露鋼絞線長度為4～5mm。

孔道注漿自上而下依次施工，注漿作業(yè)一次施工完成，注漿壓力為0.7MPa，待封錨端部冒漿且漿液稠度與注漿稠度一致后方可停止注漿[10]，并封堵出漿口。壓漿端保持壓力5min 且無漏漿問題后方可關(guān)壓漿機(jī)，并封閉進(jìn)漿口。

結(jié)語：

結(jié)合該工程施工實踐經(jīng)驗表明，。相較于滿堂架施工方案，、掛籃懸臂現(xiàn)澆施工方案可顯著減少支設(shè)模板和支架工程量，節(jié)省了支架租賃、安拆費用、基礎(chǔ)硬化和支架預(yù)壓等費用，直接經(jīng)濟(jì)效益和間接經(jīng)濟(jì)效益良好。同時，掛籃懸臂現(xiàn)澆施工能夠保持箱梁整體線形，防止因支架沉降造成梁體不均勻沉降、跳臺等問題，有利于保證道路橋梁工程施工質(zhì)量。