大跨連續(xù)梁式橋的懸臂施工技術(shù)研究

摘要：懸臂施工方法從鋼橋引入到預(yù)應(yīng)力混凝土橋后，使預(yù)應(yīng)力混凝土橋得到了迅速發(fā)展。連續(xù)梁式橋則從傳統(tǒng)的支架施工法發(fā)展成現(xiàn)在廣泛應(yīng)用的懸臂施工法。

關(guān)鍵詞：預(yù)應(yīng)力混凝土；梁式橋；施工

1 懸臂施工法的原理

懸臂施工法用于建造預(yù)應(yīng)力混凝上橋，是1950年由前聯(lián)邦德國(guó)首創(chuàng)。它利用己建成的橋墩沿橋跨徑方向逐段地懸出接長(zhǎng)對(duì)稱(chēng)施工，因此采用懸臂施工的必要條件是：施工中墩與梁固結(jié)，施工過(guò)程中橋墩需承受不對(duì)稱(chēng)彎矩。懸臂施工時(shí)隨梁段增加即懸臂長(zhǎng)度的增長(zhǎng)，梁內(nèi)出現(xiàn)的負(fù)彎矩不斷增大，對(duì)混凝土橋必須在梁段上緣施加預(yù)應(yīng)力，使其完成的梁段連成整體。懸臂施工是由兩個(gè)相鄰的橋墩同時(shí)向兩側(cè)分段進(jìn)行，水平推進(jìn)，直到跨中合攏，各梁段用預(yù)應(yīng)力緊密連成整體。它通常分為懸臂澆筑施工和懸臂拼裝施工兩類(lèi)。

2 懸臂澆筑施工

懸臂澆筑是在橋墩兩側(cè)對(duì)稱(chēng)逐段澆筑混凝土，待混凝土達(dá)到一定強(qiáng)度后，張拉預(yù)應(yīng)力束，移動(dòng)掛籃，繼續(xù)澆筑下一梁段。梁節(jié)段長(zhǎng)度與梁段自重、掛籃重、平衡配重及施工荷載密切相關(guān)，一般每個(gè)節(jié)段的長(zhǎng)度為3-4m。懸臂澆筑施工中的主要設(shè)備是掛籃，因橋墩根部塊的重量較大，且為了滿(mǎn)足拼裝和支承掛籃要求的起步長(zhǎng)度，經(jīng)常先用托架澆筑第一梁段。

2.1 托架

依據(jù)墩身高度、承臺(tái)形式和地形條件，分別利用墩身、承臺(tái)或地面設(shè)立支承托架。托架可采用萬(wàn)能桿件拼制，它的高度和長(zhǎng)度應(yīng)視掛籃施工的需要和現(xiàn)澆段的長(zhǎng)度而定，橫橋向的寬度一般比箱梁底寬出1.5-2.0m，以便于設(shè)立箱梁腹板的外側(cè)模板。托架頂面與箱梁底面在橋縱向的線(xiàn)形應(yīng)保持一致。常用的施工托架有兩種：一是斜撐式，二是斜拉式。為了消除托架在澆注梁段混凝土產(chǎn)生的變形，常用千斤頂法、水箱法對(duì)托架進(jìn)行預(yù)壓。

2.2 掛籃

托架上施工幾個(gè)梁段達(dá)到掛籃起步長(zhǎng)度后，拼裝對(duì)接掛籃，待其到一定長(zhǎng)度之后，再將對(duì)接掛籃分開(kāi)，形成兩個(gè)獨(dú)立的掛籃向跨中逐段推進(jìn)，新澆梁段達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后張拉預(yù)應(yīng)力束與前一梁段連成一體。掛籃是一個(gè)能自動(dòng)行走的空中活動(dòng)腳手架，懸掛在已張拉的箱梁節(jié)段上，現(xiàn)澆段的模板安裝、鋼筋綁扎、管道安裝、預(yù)應(yīng)力張拉、壓漿等工作均在掛籃上進(jìn)行。完成一個(gè)梁段后，掛籃可前移一個(gè)梁段，循環(huán)懸臂澆完所有梁段。

掛籃的構(gòu)造一般由主精、懸吊系統(tǒng)、平衡重及錨固系統(tǒng)、行走系統(tǒng)、張拉平臺(tái)及底模架組成。主析一般由兩片縱梁組成，主析由萬(wàn)能桿件和型鋼組拼，或做成斜拉結(jié)構(gòu)。懸吊系統(tǒng)一般由粗鋼筋或鋼吊帶組成，其作用是將底模架和張拉平臺(tái)自重及其荷載傳遞到主析上。平衡重及錨固系統(tǒng)位于主析的尾部，主要作用是平衡掛籃前移和澆筑混凝土?xí)r產(chǎn)生的傾覆力矩，確保高空作業(yè)安全。行走系統(tǒng)支承主析，一般由車(chē)輪或四氟乙烯滑板組成，使掛籃沿梁體縱向前移。張拉平臺(tái)位于梁體前方，作為預(yù)應(yīng)力束張拉腳手架。底模架是在掛籃就位后，用于立模板、綁扎鋼筋、澆混凝土并供養(yǎng)護(hù)使用等。

2.3 懸澆施工工藝流程

用掛籃懸臂澆筑施工，除O號(hào)塊等少數(shù)梁段用托架施工外，其余利用掛籃施工。每個(gè)梁段的混凝土宜一次澆筑，其循環(huán)作業(yè)工序?yàn)椋簰旎@前移、模板就位加固、鋼筋綁扎及管道安裝、混凝土澆筑、混凝土養(yǎng)生、張拉壓漿，施工周期一般為一周左右。

2.4 合攏段施工

合攏程序一般采用兩岸向跨中的順序，但應(yīng)注意不同的合攏程序，引起的結(jié)構(gòu)恒載內(nèi)力不同，體系轉(zhuǎn)換時(shí)由徐變引起的內(nèi)力分布也不同，所以采用不同的合攏程序?qū)⒃诮Y(jié)構(gòu)中產(chǎn)生不同的恒載內(nèi)力，對(duì)此在設(shè)計(jì)和施工中應(yīng)引起足夠的重視。

合攏段施工是懸澆施工中的關(guān)鍵，當(dāng)懸臂較長(zhǎng)時(shí)，結(jié)構(gòu)恒載和施工荷載將產(chǎn)生較大的撓度，這些撓曲變形除在各節(jié)段施工中不斷調(diào)整外，合攏時(shí)需詳細(xì)調(diào)整。為了控制合攏段的位置，可在合攏段內(nèi)設(shè)置剛性支撐定位，采用早強(qiáng)水泥、控制合攏溫度等措施提高施工質(zhì)量。設(shè)置剛性支撐鎖定措施有：箱梁內(nèi)外設(shè)剛性支撐、外剛性支撐與張拉臨時(shí)束或僅設(shè)內(nèi)或外剛性支撐等。

3 懸臂拼裝施工

懸臂拼裝是將預(yù)制好的節(jié)段，用支承在已完成的懸臂梁段上的專(zhuān)用拼裝吊機(jī)逐段拼裝。一個(gè)節(jié)段張拉錨固后，再拼裝下一個(gè)節(jié)段。節(jié)段長(zhǎng)度主要取決于吊機(jī)的起重能力。懸拼的基本工序是：預(yù)制梁段、移位、存放、運(yùn)輸、起吊拼裝和施加預(yù)應(yīng)力。

3.1 預(yù)制梁段

懸臂箱梁塊件通常采用長(zhǎng)線(xiàn)澆筑或短線(xiàn)澆筑的預(yù)制方法。長(zhǎng)線(xiàn)預(yù)制是在工廠或施工現(xiàn)場(chǎng)按梁底曲線(xiàn)制作固定臺(tái)座，在臺(tái)座上安裝底模進(jìn)行節(jié)段預(yù)制工作。底座可用多種方法制作：利用地形筑土胎，夯鋪密實(shí)后其上做混凝土底模;石料豐富地區(qū)可石砌成梁底形狀;地質(zhì)條件差時(shí)打短樁基礎(chǔ)后搭設(shè)排架形成梁底曲線(xiàn)。短線(xiàn)預(yù)制利用可調(diào)整外模和內(nèi)模的臺(tái)車(chē)和端模架來(lái)完成，其設(shè)備可周轉(zhuǎn)使用，主要用于工廠節(jié)段預(yù)制。

3.2 節(jié)段間的接頭方式

懸拼施工時(shí)0號(hào)塊梁高最大，重量也最大，常采用懸澆相同的施工方法即在托架上現(xiàn)澆，國(guó)外也有在墩上預(yù)制裝配施工的梁段。接縫可采用三種方式：3.2.1濕接縫：寬0.1-0.2m，因第一節(jié)段的施工精度直接影響到以后各節(jié)段的相對(duì)位置，所以它常在0號(hào)塊與1號(hào)塊之間使用;3.2.2膠接縫：用環(huán)氧樹(shù)脂加水泥在節(jié)段接縫面上涂一薄層，它在施工中起潤(rùn)滑作用，使接縫面密貼，完工后可提高結(jié)構(gòu)的抗剪能力、整體剛度和不透水性，常在中間節(jié)段接縫使用;3.2.3干接縫：即接縫間無(wú)任何填充材料，以往很少采用，主要擔(dān)心接縫不密貼而導(dǎo)致鋼筋銹蝕，但是使用干接縫給施工帶來(lái)很多方便。

3.3 拼裝方法

預(yù)制節(jié)段的拼裝方法可根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)條件和設(shè)備情況采用不同的施工方案。對(duì)靠近岸邊的梁段，當(dāng)橋面不高且在陸地或便橋上可施工時(shí)，常采用自行式吊車(chē)、龍門(mén)架拼裝;對(duì)位于河中或通航孔的梁段，可采用水上浮吊拼裝。如果橋墩很高且水深流急，又不便在陸地上、水上施工時(shí)，就可以用各種吊機(jī)進(jìn)行高空懸臂施工。吊機(jī)的種類(lèi)很多，有移動(dòng)式吊車(chē)、析式吊車(chē)、纜索吊車(chē)和掛籃等。0號(hào)塊在墩頂托架上現(xiàn)澆，然后用一臺(tái)吊機(jī)對(duì)稱(chēng)同時(shí)吊裝墩兩側(cè)的塊件，在允許布置兩臺(tái)移動(dòng)吊車(chē)后，開(kāi)始獨(dú)立對(duì)稱(chēng)吊裝。

4 懸臂施工的撓度控制要點(diǎn)

橋梁的懸臂施工中，施工撓度計(jì)算與控制以及科學(xué)合理確定懸臂每一待澆梁段或懸拼段的預(yù)拱度是至關(guān)重要。只有預(yù)拱度設(shè)置合理，才能保證一個(gè)跨徑內(nèi)將要合攏的兩個(gè)懸臂端可能在同一水平線(xiàn)上，也才能使橋梁上部結(jié)構(gòu)經(jīng)歷施工和運(yùn)營(yíng)狀態(tài)，反復(fù)發(fā)生向上或向下的撓度后，在結(jié)構(gòu)運(yùn)營(yíng)一定時(shí)間后達(dá)到設(shè)計(jì)所期望的標(biāo)高線(xiàn)形。

4.1 懸臂施工中的撓度計(jì)算與控制

施工過(guò)程中的撓度計(jì)算不僅與力學(xué)計(jì)算模式的選取有關(guān)，而且更重要的是與許多影響撓度的因素相關(guān)，這些主要因素包括：施工階段的一期恒載，即梁自身靜載和預(yù)加應(yīng)力;施工臨時(shí)荷載;懸澆的掛籃和模板機(jī)具設(shè)備重;懸拼的纜索機(jī)具設(shè)備重;人群荷載、大自然的溫度變化、濕度變化、風(fēng)荷載;橋墩變位、基礎(chǔ)沉降、施工誤差等。

這些主要影響因素中，還有許多模糊不定及隨機(jī)變化因素的情況，如混凝土材料自身的彈塑性性能、收縮與徐變變形的性能;各節(jié)段施工工期的不定性使混凝土加載齡期的變化與不規(guī)律性;預(yù)應(yīng)力鋼束的應(yīng)力損失的隨機(jī)性;日照溫度使結(jié)構(gòu)內(nèi)外溫度變化的不均衡等，再加上施工荷載及預(yù)應(yīng)力筋張拉錨固的增多而隨機(jī)變化，致使精確計(jì)算撓度變形比較困難。為了用理論指導(dǎo)施工的進(jìn)行，必須按既定施工程序?qū)隙劝磸椥院托熳儞隙葍刹糠诌M(jìn)行計(jì)算和控制。

4.2 懸臂施工時(shí)預(yù)拱度的設(shè)置

為了克服橋梁懸臂施工引起的結(jié)構(gòu)的短期彈性撓度和長(zhǎng)期徐變撓度，保證橋梁在同一跨內(nèi)合攏時(shí)兩懸臂端的標(biāo)高相差不大，對(duì)于懸臂施工的兩端應(yīng)保持平衡并預(yù)設(shè)上拱度。一般設(shè)置預(yù)拱度的曲線(xiàn)和數(shù)值，是將施工開(kāi)始到完工后三年左右時(shí)間每一節(jié)點(diǎn)的彈性和徐變總撓度曲線(xiàn)及數(shù)值反向設(shè)置，即為主橋的理論上拱度曲線(xiàn)。考慮到各個(gè)橋梁工地的溫度和濕度環(huán)境及橋梁施工方法及時(shí)間進(jìn)度安排的不同，各系數(shù)取值不同，并與工地實(shí)際情況不完全相符，還必須依據(jù)各個(gè)橋梁施工中的實(shí)測(cè)值對(duì)系數(shù)項(xiàng)進(jìn)行修正，并結(jié)合施工實(shí)際酌情調(diào)整和控制。理論和實(shí)踐的結(jié)合，是設(shè)置預(yù)拱度抵消撓度的有效方法。

參考文獻(xiàn)

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