大跨度預應力連續梁橋懸臂掛籃施工的分析

張勝波 張贏

收稿日期：2024-03-10

作者簡介：張勝波（1985—），男，本科，工程師，研究方向：道路與橋梁工程技術。

通信作者：張贏（1987—），男，本科，工程師，研究方向：道路與橋梁工程技術。

摘要 文章結合某橋梁工程引橋施工案例，采用掛籃懸臂現澆施工模式進行作業。首先結合施工現場實際情況，確定以一次施工完成的懸澆對稱工藝進行，并對懸臂掛籃技術參數和混凝土配合比參數予以確定。其次從掛籃施工、鋼筋模板工程、混凝土澆筑、預應力工程和合龍施工等部分同時著手，詳細探討了具體施工技術流程與要點。最后則對工程進行驗收，結果顯示：懸臂端相對豎向撓度差控制在1.61 m左右，懸臂端高程相對誤差、中線偏差分別小于2 cm、

1 cm，截面應力值在8.1～15 MPa，上述指標均符合實際需要，表明該次施工作業基本達成預期。

關鍵詞 大跨度；預應力連續梁；懸臂掛籃；施工技術

中圖分類號 U445.4文獻標識碼 A文章編號 2096-8949（2024）11-0114-03

0 引言

在當前的橋梁工程中，由于施工環境逐步趨于復雜，因此采用大跨度預應力連續梁橋施工模式的工程項目也在逐步增多。在此模式下，為實現復雜條件下的施工作業，則多采用懸臂澆筑法進行，但這種方式的復雜度仍然較高，存在一定技術困難和風險，因此有必要進一步探究大跨度預應力連續箱梁橋懸臂掛籃施工技術，從而對傳統懸臂澆筑法進行優化，進一步提高施工質量。

1 項目概況

某地新建橋梁工程中，東側引橋項目采用50+50+52.5

+95+52.5=300 m預應力混凝土連續剛構橋，其中簡支梁采用預制、運架施工，連續梁采用掛籃懸灌施工。橋墩采用柱式橋墩，基礎采用樁基礎。同時，受地形限制，該引橋5～8#墩需在工區內河段中進行施工作業。對此，工程單位決定采用掛籃懸臂現澆施工模式進行，并按照先中間后邊緣的合龍順序進行作業。

2 整體施工方案及關鍵技術參數

結合該工程的現場施工條件，經研究論證后確定采用一次施工完成的懸澆對稱工藝進行施工，其斷面形式如圖1所示。

如圖1所示，在該施工模式下，橋梁0#、1#塊借助托架完成掛籃懸臂澆筑，然后在0#、1#塊兩側分別安裝移動式掛籃，其具體操作流程：掛籃固定—鋼筋安裝—混凝土澆筑—預應力張拉—孔道壓漿。同時，在混凝土強度滿足設計要求后，進行預應力張拉施工，張拉完畢快速完成壓漿，并將掛籃準確移動到下一施工位置，循環操作，直到橋梁合龍[1]。

在確定以上施工方案后，進一步對該次施工所需的懸臂掛籃進行設計。考慮施工現場空間條件，確定選用滾動菱形掛籃，并結合以下參數對掛籃結構進行安全驗算：混凝土容重26.5 kN/m，人群及機具荷載2 kN/m2，混凝土傾倒及振搗荷載取2.5 kN/m2，模板荷載取2 kN/m2，混凝土超灌系數1.05。將以上數據代入Civil軟件中進行分析，并根據分析結果不斷調整掛籃各部件參數，最終確定掛籃技術參數如表1所示。

圖1 懸澆箱梁斷面形式圖（mm）

表1 掛籃技術參數表

設計指標 指標值 備注

最大梁段重量 145.60 t 4#梁段

最大梁段長度 4.60 m —

最大梁段高程段 8.0 m —

掛籃走行方案 滾動 用倒連作動力

掛籃總重 ＜66.0 t —

另外，對該次施工的混凝土配合比予以確定。以提高混凝土力學強度為優化目標，經過實驗分析，確定混凝土配合比如表2所示。

表2 混凝土配合比數據表（以生產1 m3混凝土計）

材料類型 用量/kg 材料類型 用量/kg

水泥 435 外加劑 5

外摻料 65 水 155

細骨料 734 粗骨料 1 056

水膠比：0.31

3 主要施工流程

3.1 掛籃安裝與預壓

在按照表1中參數制作掛籃結構后，根據施工方案所標記位置安裝掛籃，并對掛籃執行預壓操作。按最大懸臂澆筑梁段施工總荷載的1.2倍進行預壓。因此，設置該次荷載為145.6×1.2=174.72 t。在完成掛籃底部模板構件的安裝之后，首先進行不包含內模的預壓試驗，設立了位于掛籃的后錨點和底模板上的9個預壓觀測點。在安裝抗力架的步驟中，抗力架固定于側板上，并伸展到掛籃的前端橫梁處[2]。

接下來，在掛籃前端橫梁與抗力架之間安置液壓千斤頂來施加力量。為了能夠進行精確監控，還在液壓千斤頂上增設測量點。在加載壓力之前，使用水平儀來測量并記錄所有監測點的初始高程。此后按照0%、10%、50%、100%和120%的順序進行逐步加壓。在加載到10%、50%和100%的荷載后，均保持荷載5～10 min，直到變形穩定為止。然后，再次使用水準儀測量各監測點的標高，以確認標高誤差在允許的范圍內[3]。

3.2 模板及鋼筋工程施工

在模板工程的安裝階段，針對0#塊外側模板的特性，選擇去除銹跡的鋼制模板體系，并在其上均勻涂抹模板專用漆，然后根據初步的規劃方案進行安裝。對于0#塊內側的模板，則采用鋼木復合材質的模板，通過方木進行固定，底部利用C55級混凝土桿進行支撐，并在下部加裝型鋼背帶以增強穩定性；頂部設計了通孔，以便插入PVC管，并通過直徑為20 mm的鋼筋拉桿進行加固。此外，在內側模板上，選擇距離混凝土表面100 cm的位置設置后續振搗用的通孔，以便于后期施工。

上述模板準備就緒后進一步做鋼筋工程安裝。具體主要是通過以下幾個步驟進行鋼筋綁扎作業：

（1）將進場模板使用雙22#鐵絲沿孔進行牢固綁扎。

（2）沿肋梁空擺布置4套組合完成的模板，并控制模板下部緊靠馬凳。

（3）在各個模板的中心線上均放置一根規格為φ14 mm的三級鋼筋作為壓頂材料。

（4）在三級鋼筋下方，使用鉆頭在木模板上執行打孔操作，每隔1 m即打設一個規格為φ10 mm的鉆孔。

（5）模板全部布置完成后，在每個模板下四角均焊接一根長度為20 cm且規格為φ12 mm的三級鋼筋，以實現模板的固定。

另外，在鋼筋安裝過程中，作業者借助定位鋼筋固定鋼束管道，依據設計圖紙安裝預應力管道。預應力管道曲線段布置間距為50 cm，直線段布置間距為 100 cm，并預先埋設泄水孔、翼緣板下方滴水槽、通風孔等部件，規避管道、骨架鋼筋沖突問題[4]。

3.3 混凝土澆筑

該次施工作業中，在進行混凝土澆筑作業時，遵循的順序是先澆筑底板，接著是腹板，最終是頂板和翼板，確保作業從邊緣向中心對稱進行。該項目的主橋使用C55級混凝土，其坍落度需控制在180～200 mm范圍內。為防止混凝土在澆筑時由于堆積過高導致的體積裂縫等問題，采用直徑為40 mm的振動棒進行混凝土的密實作業，此舉有助于確保混凝土的均勻性和密實度。振動棒進入混凝土的距離需保持在20 cm以內，每次使用振動棒的時間限定在30 s，隨后應用平板振動器進行二次振動處理，以進一步確保混凝土的均勻密實。以上步驟結束后，采用覆蓋薄膜并連續澆水的措施，進行混凝土的養護，養護時間設置在7 d左右。

3.4 預應力工程

根據實際工程結構，該次張拉方式選用逐層施工、逐層張拉的方式，為確保施工質量，以對稱施工的方法加以進行。同時預應力張拉施工主要分為以下3個階段：

（1）預張拉，在梁體混凝土強度達到設計值60%后開始進行。

（2）初張拉，在梁體混凝土強度達到設計值80%后開始進行。

（3）終張拉，在梁體混凝土強度已經完全符合要求后進行。

該次施工中預應力鋼絞線的性能參數如表3所示。

表3 預應力鋼絞線的基本性能參數表

性能指標 參數

標準抗拉強度/MPa 1 875

彈性模量/MPa 193 000

在梁體力學強度符合預期要求后正式開始預應力張拉環節，在此環節中，初始步驟包括第一輪張拉，涉及安裝工作錨板、螺栓和夾片。在安裝這些部件前，需要清潔錨板端面和鋼絞線，確保表面平整無污。通過鋼絞線穿過的錐孔錨板推動至錨板端面，隨后將螺栓緊固至錨板近端，確保螺栓正確定位在錨板的限位內，并與錨板平面保持適當間隙。接下來進行的第二輪張拉過程中，根據具體順序安裝支撐、液壓千斤頂和工具錨，同時保證這些設備與錨具的準確對齊[5]。

3.5 掛籃前移

預應力張拉施工完成后即采用向前頂推的方式移動掛籃，并控制掛籃前移速度為70 mm/min。在掛籃前移過程中，具體則按照以下順序進行：

（1）對懸吊和錨固模板進行放松處理，并對底模、側模和內模進行脫除。

（2）放松主桁后錨，拆除軌道錨固，使軌道能自由移動。拖動軌道，到達指定位置后，千斤頂卸載，主桁前支點落在軌道上，錨固滑軌。

（3）將掛籃后部錨固點予以拆解，確保此部分的上拔荷載全部轉移到行走小車上。

（4）對掛籃后部的錨固件和支撐桿等結構均作拆除處理，并將側模支撐點轉移至掛籃的支梁位置。

（5）確保所有約束拆除后，以千斤頂為工具，向前推動掛籃，待掛籃移動到目標位置后重新進行錨固組裝和標高調整[6]。

3.6 合龍段施工

根據設計需要，該工程合龍段施工采用先邊跨后中跨的施工模式，具體施工流程如圖2所示。

圖2 合龍段施工流程示意圖

基于圖2，確定在進行合龍段施工時，具體流程包括以下幾個關鍵步驟。首先，鑒于已經完成主墩T形懸臂箱梁的建設及邊跨直線部分的現澆施工，因此將連接段的吊籃推進至第6和第7墩并進行固定。此外，在中間跨度的第5段增加適量的配重。接著，對邊跨的連接部分模板進行調整，布置常規鋼筋和預應力管線，選擇理想的溫度進行初步的合龍。之后，一旦混凝土達到規定強度，解除第5號和第8號邊墩的固定，并拆卸邊跨連接段的剛性框架，依序拉伸并固定縱向鋼束至規定的力度。然后，取消第6和第7墩的主墩臨時鎖定，調整中跨連接部分的模板，安裝常規鋼筋和預應力管線，并將管內鋼絞線初步拉伸至30%的力度，暫時鎖定中跨的剛性框架。

3.7 掛籃拆除

待合龍段施工全部完成并通過驗收后，對掛籃上的荷載予以全部移除，而后應用25 t汽車吊，按照如下順序進行掛籃的拆除：拆掛籃外模、內模及其承托部件；依照底模、底縱、底托梁的順序依次拆除底籃；拆除承重系統主桁架；拆除行走系統。

4 施工質量驗收

該次施工作業環節全部完成后，為檢驗實際施工質量，通過在連續梁橋結構中布置傳感器，分析梁體在恒載、預應力和混凝土收縮徐變三種因素共同作用下產生的撓度，得到分析結果如表4所示。

表4 撓度值測量結果表

觀測參數 數值

實測值 設計要求

懸臂端相對豎向撓度差/m 1.61 ≤3.00

懸臂端高程相對誤差/cm 1.5 ≤2.0

懸臂端中線偏差/cm 0.8 ≤1.0

根據表4中的數據對比可見，經過該次施工作業后，懸臂端相對豎向撓度差控制在1.61 m左右，滿足設計階段懸臂端相對豎向撓度不超過3 m的要求。同時在合龍施工期間，懸臂端高程相對誤差、中線偏差分別小于2 cm、1 cm，滿足梁體撓度控制要求。

在此基礎上，進一步對該連續梁橋體系的應力分布情況進行探究，選取各個橋墩與連續梁橋結構接觸的4個典型截面進行應力分析，得到應力分析結果如表5所示。

表5 應力測試結果表/MPa

測試截面編號 頂板應力 底板應力

1# 14.9 11.1

2# 15.0 9.7

3# 8.1 11.8

4# 14.7 13.0

根據表5中的應力測試結果可知，該次基于懸臂掛籃施工的連續梁橋體系典型截面應力值在8.1～15 MPa范圍內分布，該應力值遠低于混凝土的抗壓強度32 MPa，因此可以認為該結構整體安全，符合實際需要。

5 結束語

概括而言，在該次研究工作中，結合實際工程案例，針對預應力混凝土連續箱梁橋懸臂法施工作業進行了較為詳細的探討，對施工方案設計、技術參數確定、掛籃施工、鋼筋模板工程、預應力工程等各個主要環節的施工技術和流程要點內容均進行了詳細探究。從實際驗收結果來看，該次施工在撓度值和應力值兩項關鍵指標上均顯著符合實際要求，表明該次施工作業取得初步成功。

參考文獻

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