大跨度箱型拱橋懸臂澆筑施工技術及風險防控措施

0 引言

懸臂澆筑法主要通過橋墩兩側對混凝土橋段進行對稱澆筑、逐步延伸橋梁跨度的施工方法。這種澆筑方法無需大面積架設臨時支架，能夠適應較為復雜的工程地質環境，因此被廣泛應用在大跨度橋梁的施工場景中[1]。但是受到施工環節以及施工環境等多因素的影響，懸臂澆筑施工在實施過程中仍然有許多影響變量，其質量控制以及安全保障依然面臨較大挑戰。

近年來，國內外學者和工程技術人員在大跨度橋梁懸臂澆筑施工領域開展了大量研究工作。在施工技術方面，有的學者選擇對掛籃結構進行不斷優化，由此提高了掛籃的承載能力和穩定性。有的學者選擇改進混凝土材料和澆筑工藝，以減少混凝土裂縫的產生[2]。在預應力張拉方面，研究人員通過對其進行監測并結合智能算法進行自適應控制，從而確保了預應力張拉的質量。

本文針對大跨度箱型拱橋懸臂澆筑施工技術及風險防控展開研究，通過采用對稱張拉以及分級加載的方式有效優化了張拉效果，減少了因張拉不均導致的結構應力集中問題，顯著提升了拱形橋梁結構的整體受力性能。

1橋梁工程概況和地質情況

1.1橋梁工程概況

跨越大型深切峽谷的某鋼筋混凝土箱型拱橋工程，其全長為 780m ，主橋跨度為520，拱圈采用單箱三室鋼筋混凝土箱型截面，拱圈矢高與跨度之間的比例約為1/5。為了減小拱圈的內力峰值，該箱型拱橋以懸鏈線的形式將荷載傳遞到拱腳。該箱型拱橋設計荷載等級為公路I級，設計行車速度為 80km/h ，地震基本烈度為VI度。該鋼筋混凝土箱型拱橋立面結構如圖1所示，拱圈結構參數如表1所示。

圖1鋼筋混凝土箱型拱橋立面結構

表1拱圈結構參數

1.2 地質概況

通過對施工區域進行地質勘探可以知，其地層巖性較為復雜，主要由砂巖和泥巖層組成。地形坡度多在40～60^° 之間，谷底至拱頂最大高差達到 380m 。砂巖飽和抗壓強度為 40～60MPa ，泥巖層的強度較低，其飽和抗壓強度僅為 5～15MPa 。

2大跨度箱型拱橋懸臂澆筑施工技術

2.1 初始節段施工

2.1.1 支架搭設

在已經完工的橋臺上，搭設拱圈初始節段的支架。根據拱圈初始節段的荷載分布和鋼管支架設計要求，采用Φ48×3.5mm 鋼管搭設支架，其扣件按照GB15831《鋼管支架扣件》規定選用。在完成地基處理并達到設計要求后，進行初始節段的支架搭設施工。

設定支架的立桿和橫桿的間距均為 0.9m ，步距設置為 1.5m^[3] ，通過橫桿將所有立桿連接為整體。在立桿和橫桿定位、安裝后安裝剪刀撐。沿著支架縱向排列，每隔4.5m設置一道剪刀撐。地面與剪刀撐的角度控制在 60^° 以內，并使用旋轉扣件將剪刀撐鋼管固定連接到立桿上。

在立桿頂部設置可調節頂托，以此作為支撐上部結構的基礎。在頂托的上方平行鋪設多根工字鋼，用于分散和傳遞上部荷載。支架完成搭設后，須進行支架預壓。

2.1.2 鋪設底模

支架預壓合格后，在橫向分配梁上鋪設18mm厚的竹膠板作為澆筑混凝土的底模。為確保荷載能夠均勻分布，在支架的工字鋼縱梁和橫梁上均勻鋪設方木。方木鋪設的間距為 3cm ，然后采用測量工具對其表面平整度進行檢查。待方木層的平整度滿足設計要求后，在其上方鋪設底模。

2.1.3 綁扎鋼筋

根據拱圈箱梁的結構，按照底板、腹板、中橫梁、頂板的順序綁扎初始節段鋼筋。主筋接頭應交錯布置，鋼筋的交叉點、箍筋的轉角與鋼筋的交叉點均應使用鐵絲綁扎牢固，綁扎底板鋼筋時，暫時使用方木墊高鋼筋，防止竹膠板底模在鋼筋綁扎或焊接時受傷。鋼筋綁扎參數如表2所示。

表2鋼筋綁扎參數

2.1.4安裝側模及其他模板

使用鋼板定制側模，每塊側模的長度為 3m. 。使用塔式起重機將側模吊裝至安裝位置，使用側模底部的調節螺栓、上部的拉桿與底模以及主桁架連接固定[4]。然后采用分段的方式安裝內模，每段長度控制在 2m 以內，通過支撐桿和拉桿將其固定在已綁扎好的鋼筋上。采用鐵絲將鋼筋交叉點扎牢，綁扎點間距不大于 50cm 。在底板鋼筋鋪設完成后，安裝內模和頂模。

2.1.5安裝波紋管和穿裝預應力鋼絲束

預應力孔道采用金屬波紋管成孔，縱向和豎向的波紋管直徑分別為 Φ90 和 Φ45 ，使用定位筋將波紋管固定在鋼筋骨架上[5]。在直線段區域，定位鋼筋的布置間距應小于 75cm 。完成波紋管布置后，在波紋管內穿裝預應力鋼絲束。

2.1.6混凝土澆筑

采取分層澆筑的方式進行混凝土一次成型澆筑。為規避混凝土在澆筑期間出現離析的不良狀況，在施工現場安裝串筒裝置，將其一端與注漿設備的出料口進行連接，將另一端延伸至澆筑倉內。當澆筑設備啟動運行后，按照左、右對稱的原則開展澆筑作業，以此保障混凝土澆筑的均勻性。

2.1.7預應力鋼絲束張拉作業

在混凝土完成澆筑且經過周期養護達到張拉強度后，采用對稱張拉的方式進行預應力鋼絲束張拉作業。在初始節段的兩側同時、等量地進行預應力鋼絲束的張拉作業。首先對腹板和頂板的預應力鋼絲束進行縱向張拉，然后對豎向預應力鋼絲束進行張拉操作。從初始張拉開始，按照分級加載的方式進行張拉。分級張拉參數如表3所示。

表3分級張拉參數

按照上述設計張力與保持時間進行分級張拉操作，然后進行錨固操作并檢查預應力筋的回縮量，若回縮量超過6mm則需要進行補張拉[6]。張拉錨固完成后，使用砂輪切割機對超出設計或所需長度的預應力鋼絲束進行剔除，然后采用密封涂料對錨具暴露的部分進行嚴密包裹從而隔絕外界環境對錨具的侵蝕，防止錨具銹蝕和預應力筋松動。

2.1.8 支架拆除

在完成拱圈初始節段張拉施工、安裝初始節段扣索、調整扣索的索力后，拆除初始節段支架。至此完成初始節段鋼筋混凝土箱型結構的施工，轉入拱圈懸澆節段施工。

2.2懸澆節段施工

2.2.1 掛籃安裝

在已經完工的拱圈初始節段上，首先使用塔吊分段吊裝掛籃的主桁架。在完成主桁架安裝與固定后，安裝長度為10.0m和9.0m的前、后橫梁，通過懸吊系統使其與主桁架連接，然后安裝縱梁。在完成掛籃安裝后，為了確保掛籃的穩定性和安全性，須對掛籃進行預壓。

在掛籃完成安裝、預壓和調試合格后，安裝與支架底模相同的18mm厚的竹膠板，并將底模反拱值設置為20mm 。掛籃三角形主桁架安裝參數如表4所示。

表4掛籃三角形主桁架安裝參數

2.2.2施工步驟

懸澆節段施工方法及施工過程與初始節段基本上相同，不再贅述。完成第一節懸澆節段施工后，將掛籃前移到下一節段位置，繼續進行下一節段懸澆施工，直至完成最后一個節段的懸澆施工。

2.3 合攏段施工

在完成最后一個節段的懸澆施工、混凝土達到設計強度、并將扣索的索力調整到符合合攏要求后，安裝合攏段吊架和底模，連接縱向鋼筋、綁扎箍筋，安裝側模和內模，澆筑合攏段混凝土并進行養護。當合攏段混凝土強度達到設計要求的強度后，拆除合攏段模板，將掛籃退回到初始節段后予以拆除，自拱頂向拱腳拆除扣索，完成拱圈施工。

2.4風險防控措施

在拱圈施工過程中，針對每個環節開展了風險防控工作。在掛籃安裝完成后進行全面檢查與荷載實驗，將其變形量控制在 30mm 以內，確保掛籃結構安全穩定[]。定期對模板和掛籃的連接部件、滑移軌道等進行檢查。在進行鋼筋加工作業時，將鋼筋下料后的實際長度與設計長度之間的偏差值設定為不大于 5mm 。在標定誤差不超過 ±1% 的前提下進行張拉工作，在張拉過程中實時監測伸長值的偏移情況，如果偏差值高于 ±6% 則需要停止張拉，并對設備進行檢查調整。

3施工效果監測

3.1 監測方法

在拱圈完成懸澆施工后，選取拱腳（A斷面）、 1/4 跨徑處（B斷面）、 1/2 跨徑處（C斷面）等3個具有代表性的斷面進行監測。在每個斷面處選取對應的測點進行應力監測，繪制出應力-時間曲線。在每個監測點埋設振弦式混凝土應變計，用于測量混凝土的應力變化。在每個斷面的頂板、腹板和底板各設置2個測點，共設置18個測點。

3.2監測結果與分析

按照上述方法進行監測后得到的監測結果可知，A斷面頂板上兩個測點的應力-時間曲線整體平穩，應力波動范圍在 -12.8～-12.3MPa 之間，底板應力波動范圍在-22.6～-22.0MPa 之間；B斷面與C斷面的應力波動值與A斷面相同，各測點應力變化幅度較小，均滿足設計要求。這表明采用本文懸臂澆筑施工技術，能夠保證拱圈在不同位置和不同時間的應力狀態穩定，實現了拱圈結構的穩定性和安全性。A斷面應力監測曲線如圖2所示。

圖2A斷面應力監測曲線

4結束語

本文研究大跨度拱形橋梁懸臂澆筑施工技術及風險防控措施，從優化施工工藝入手，深入剖析了每一環節的技術要點與難點，提出了切實可行的技術措施。針對施工過程中可能遇到的掛籃失穩、混凝土開裂等風險，提出了具體的風險防控措施，為施工安全提供了有效保障。

參考文獻

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[4]孟令旺.鋼箱梁與混凝土箱梁結合連續梁懸臂澆筑施工關鍵技術分析[J].浙江水利水電學院學報，2024，36（6）：70-76.

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