三角形掛籃在把水寺大橋懸臂澆筑中的應用

隋文忠

(中鐵三局西南地區(qū)指揮部，四川成都 610031)

1 工程概況

把水寺大橋位于湖北省利川市團堡鄉(xiāng)柴家灣區(qū)內(nèi)，主橋跨徑組合為55+100+55，是湖北滬蓉西高速公路X9標段的控制性工程。主橋上部為三跨預應力鋼筋混凝土連續(xù)剛構體系，下部結構為樁基支托承臺基礎，墩身為薄壁空心墩，最大墩高57.6 m。主橋上部構造采用單箱單室箱梁，箱梁頂寬12.5 m，底寬6.5 m。主墩頂設兩道橫隔板，中跨跨中、邊跨梁端各設一道橫隔板，箱梁采用三向(縱向、橫向、豎向)預應力體系。主橋邊跨分12個梁段，中跨分11個梁段，其中0號、12號節(jié)段在墩頂支架上澆筑;主橋節(jié)塊采用懸臂澆筑，逐段對稱平衡進行;11號，11'號合龍段采用吊架施工。合龍段的施工順序為先邊跨合龍后中跨合龍，中跨合龍采用勁性骨架強迫合龍。

2 施工準備

2.1 施工放樣

針對本橋的測量密度和精度要求，采用萊卡全站儀對箱梁平面位置進行施工放樣，確定箱梁局部特征點和箱梁立模邊線。本橋測量采用建立局部三角控制網(wǎng)與總路線導線點相連接，所有測量儀器定期進行校核，以保證測量精度要求。

2.2 配合比選定

箱梁C55混凝土配合比如表1所示。

水泥∶粉煤灰∶礦粉∶水∶沙∶碎石∶外加劑=1∶0.12∶0.13∶0.39∶1.74∶2.84∶0.012 5。

表1 箱梁C55混凝土配合比 kg

水泥:華新堡壘牌P.O42.5級;粉煤灰:陽邏Ⅰ級;礦粉:葛洲壩股份有限公司生產(chǎn);河砂:青江屯堡產(chǎn);粗骨料:5 mm～25 mm級配碎石(把水寺料場);外加劑:武漢浩源PC100高效減水劑。

2.3 掛籃準備

在施工現(xiàn)場制作了2套三角形掛籃(見圖1)，結合全標段的工期要求，按先右幅后左幅的施工順序，首先進行右幅13號墩及14號墩兩個T構。

3 掛籃介紹及檢算結果

3.1 掛籃介紹

主縱及塔架系統(tǒng):塔架是由兩片外型呈三角形的桁片在其頂部橫向設置2 m高的聯(lián)結系組成的空間桁架，主縱梁由2根Ⅰ55輕型工字鋼組成，并在塔架立柱后側設置2 m寬的平面聯(lián)結系，以提高主桁的穩(wěn)定性和剛度。

行走及錨固系統(tǒng):掛籃前移時，通過后錨千斤頂將上拔力轉換到行走小車上，由反扣于工字型鋼軌道上的行走小車來平衡傾覆力矩，前支點采用底貼不銹鋼板組合滑船，由液壓油缸頂推前移。

起吊系統(tǒng):用以連接掛籃主桁架和底模平臺，吊帶選用□160×32錳鋼吊帶。上端懸吊于前后橫梁桁片上，下端與前下橫梁連接，用液壓提升裝置來調(diào)節(jié)底模系統(tǒng)的標高。

圖1 掛籃總體構造圖

底籃系統(tǒng):底籃系統(tǒng)由底籃前后橫梁、縱梁等組成，模板直接鋪于底平臺上，前后橫梁懸吊于主桁架，澆筑混凝土時，后橫梁錨固于前段已完箱梁底板。

模板系統(tǒng):模板系統(tǒng)包括外模、內(nèi)模及堵頭模板等。外模、內(nèi)模分模板、骨架及滑梁，均在施工現(xiàn)場自制，外側模采用5 mm鋼板，底模采用墩身現(xiàn)有模板拼裝。支承模板及滑架的滑梁前端懸吊于主桁?；汉蠖藨业跤谝褲蚕淞阂戆?，澆筑混凝土時錨于前段已完箱梁翼板，拆模時放松錨固端，隨平臺下落和前移。內(nèi)模下部模板采用組合鋼模和型鋼帶組成，與外模對拉，內(nèi)支撐固定。堵頭模板因有鋼筋和預應力管道伸出，其位置要求準確，采用鋼模板，根據(jù)鋼筋布置分塊拼裝，隨后和內(nèi)外模連接成整體。

3.2 掛籃檢算結果

采用有限元軟件ANSYS10.0進行三維有限元分析計算，從1號段的復核結果看三角型掛籃各桿件強度和剛度均滿足規(guī)范要求。工作狀態(tài)傾覆穩(wěn)定系數(shù):＞2;行走狀態(tài)傾覆穩(wěn)定系數(shù):＞2，在最大受力作用下，主桁前端最大撓度27 mm。

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4 主要施工工藝及施工要點

4.1 0 號段施工

0 號塊梁長10 m，高5.665 m，底板厚0.7 m，頂板厚 0.28 m、腹板厚0.65 m。0號段箱梁采用三向預應力體系，即縱橋向預應力、豎向預應力和橫向預應力?？v橋向預應力鋼筋采用高強低松弛φS15.24 mm鋼絞線、橫橋向預應力鋼筋采用高強低松弛φS12.7 mm鋼絞線，豎向預應力鋼筋采用 φ32精軋螺紋鋼筋。與1號梁段接頭處梁高5.311 m。0號梁段混凝土方量223.2 m3，重約570.06 t。0號塊采用托架施工，由于0號塊箱梁高度較小，混凝土用量不大，且經(jīng)檢算托架能夠滿足要求，故一次澆筑成型，托架布置(見圖2)。托架搭設完畢后對其進行加載試驗，按設計荷載的120%對其進行預壓，預壓方式采用施加預應力的方案，預拱度暫按3 cm考慮。通過加載試壓確認托架的安全可靠性，同時消除托架的非彈性變形，測出托架的彈性變形，為立模標高提供準確數(shù)值。采用在承臺側面設置φ50鋼棒，用φ15.24鋼絞線向下施加拉力，進行斜拉預壓。分級進行加、卸載，每級加載、卸載后及時測量水準測點的數(shù)據(jù)，每隔1 h的變形不超過1 mm時認為變形穩(wěn)定，進行下一級加載。加載過程中應同時觀察結構變化情況。0號塊混凝土施工屬于大體積混凝土，且由于0號塊的幾何形式，都不利于混凝土澆筑時產(chǎn)生的熱量釋放，極易在混凝土澆筑完成后產(chǎn)生溫差裂紋。因此采用在橫隔板人洞處設置兩臺鼓風機降溫和及時灑水養(yǎng)護的措施進行預防，結果顯示能夠達到預期要求。

4.2 循環(huán)段施工

掛籃拼裝完畢后，進行靜載預壓試驗。采用在承臺側面設置φ50鋼棒，用6根φ15.24鋼絞線向下施加拉力，進行斜拉預壓。靜載試驗是以1號梁段重量值為荷載試驗值，1號梁段鋼筋混凝土為 52.85 ×2.6 t=137.41 t，節(jié)段長度為 3.75 m，最大加載量為實際結構最大節(jié)段重量的1.2倍，試驗過程中采用分級加載和卸載。對掛籃主桁進行預壓試驗的主要目的是消除主桁的非彈性變形，測試主桁的變形曲線，保證掛籃的強度和穩(wěn)定性。

加載程序(見表2)。預壓鋼絞線布置圖見圖3。完成掛籃拼裝、加載試驗等工作后，嚴格按照設計文件要求的程序和以下的流程框圖(見圖4)，進行1號～10號節(jié)段的循環(huán)施工。懸臂兩端混凝土澆筑同步進行，其差值不得大于設計要求。懸臂最大時，必須嚴格控制外荷載與偏心荷載。

表2 加載程序表

4.3 邊跨現(xiàn)澆段施工

主橋箱梁兩邊跨各有3.86 m現(xiàn)澆段，采用托架(如圖5所示)施工。托架的加工及安裝與箱梁0號塊的托架施工為同一班組，通過0號塊的預壓情況來看，滿足施工要求，故托架未進行預壓。施工流程:托架安裝→安裝現(xiàn)澆段底模和側模(底模下設楔形調(diào)整塊和鋼滾筒滑移裝置)→測量底板高程(包含預抬值)和位置→綁扎底、腹板鋼筋及安裝預應力鋼筋→裝端模和腹板模、內(nèi)頂?！壴斾摻罴鞍惭b預應力筋→自檢及監(jiān)理工程師驗收→澆筑混凝土→養(yǎng)生鑿毛→拆除端頭模板→張拉豎向預應力筋和頂板橫向預應力筋→拆除部分內(nèi)外模板。

現(xiàn)澆段施工過程中，由于梁段的懸澆對過渡墩墩身產(chǎn)生偏壓，故在澆筑混凝土時需對其進行配重。在設計圖中無此項要求，經(jīng)計算現(xiàn)澆段的荷載對墩身無影響，考慮墩身和托架的安全性，故配重為20 t，采用堆載砂袋進行。

圖2 托架布置圖

圖3 預壓鋼絞線布置圖

4.4 合龍段施工

箱梁的合龍是控制全橋受力狀態(tài)和線形的關鍵工序，因此箱梁的合龍順序、合龍溫度和合龍工藝都必須嚴格控制。全橋箱梁合龍由邊至中對稱進行，即先合龍邊跨，后合龍中跨。把水寺大橋箱梁的合龍采用吊架施工(見圖6)，合龍溫度及線形控制由監(jiān)控單位根據(jù)現(xiàn)場情況提供。合龍鎖定采用內(nèi)剛性支撐和外剛性支撐兩種形式，內(nèi)剛性支撐采用熱軋無縫鋼管加工而成，其中部分鋼管兼作預應力鋼束管道。外剛性支撐采用8件［40槽鋼焊接而成。T構施工完成后，在兩端對稱拆除掛籃且同步加載配重，直到標高達到監(jiān)控預拱要求，以避免掛籃拆除后上撓。待混凝土達到一定強度后，安裝吊架。按設計要求臨時張拉相應預應力鋼束，同時根據(jù)監(jiān)控單位提供的溫度將其快速鎖定。

在鎖定前，應對合龍段進行配重，配重重量原則上與合龍段混凝土的重量相同，每懸臂端各配一半重量。設計合龍配重71.5 t，采用堆載鋼筋，合龍段混凝土澆筑過程中，邊澆筑混凝土同時邊卸載同混凝土重量的配重，澆筑完成后卸載也完成。待合龍段混凝土強度達到要求后，及時張拉并壓漿，對外剛性骨架及吊架進行拆除，并及時封端。

圖4 箱梁懸澆施工工藝流程圖

圖5 邊跨現(xiàn)澆段托架布置圖

圖6 合龍段吊架圖

4.5 懸澆施工監(jiān)控措施

成立把水寺大橋監(jiān)控量測小組，小組配備全站儀、高精度水準儀、電腦等設備，對箱梁每個施工節(jié)段前端的左、中、右三點進行監(jiān)控量測，主要監(jiān)測數(shù)據(jù)有:

1)已澆段高程測量:掛籃行走前梁端左、中、右三點高程;掛籃到位后梁端左、中、右三點高程;澆筑前梁端左、中、右三點高程;澆筑后梁端左、中、右三點高程;預應力張拉后梁端左、中、右三點高程;

2)澆筑段高程測量:澆筑前模板高程、澆筑后模板高程、預應力張拉后模板高程;

3)線型控制:每個節(jié)段立模前后分別對箱梁縱、橫線位進行測量監(jiān)控。由于全橋位于R=2 500的右偏曲線上，在預應力施工中及施工后要嚴格監(jiān)控，避免線型的橫向變位;

4)溫度測量:上述測量進行時，每次記錄相應時段的溫度。澆筑混凝土前對每個節(jié)段進行上述測量，并對各節(jié)段數(shù)據(jù)進行累加統(tǒng)計分析，與設計圖提供數(shù)進行對比。如不吻合則及時報監(jiān)控小組，對預應力值或立模標高值等進行調(diào)整，以保證箱梁線型與設計圖符合。

5 施工總結

把水寺大橋主橋右幅箱梁已順利合龍，結合前文的施工工藝及具體項目管理體系作以下總結。

5.1 箱梁線型

右幅箱梁合龍后，線型流暢，符合設計要求，兩T構各工況實測標高與計算值基本吻合，所有主梁標高差值控制在3 cm以內(nèi)。其中，由于監(jiān)控單位的人員更換，1號、2號、3號實際立模標高與提供的理論立模標高差別較大，同時對掛籃的彈性變形和非彈性變形預估與實際有差別，所以實測標高和計算值差別相對大些。經(jīng)過監(jiān)控單位的調(diào)整，以后各階段在澆筑后的實測標高與理論值差值基本控制在2 cm內(nèi)，綜合分析能夠滿足設計和整體施工控制要求。以13號T構為例加以說明(線型記錄見表3)。

5.2 預應力施工

箱梁每節(jié)段澆筑混凝土后，待混凝土強度達到85%張拉懸臂鋼束并及時壓漿堵孔。合龍段臨時張拉連續(xù)鋼束75 t，混凝土強度達到85%后進行補張拉至設計噸位。整個施工過程都由現(xiàn)場技術人員跟蹤檢查，通過監(jiān)控單位測試混凝土的應變換算成應力得知，各階段截面實測應力與計算應力比較吻合，應力最大差值都在2 MPa以內(nèi)。橫豎向預應力筋的張拉在設計圖要求滯后2個節(jié)段，在施工過程中，由于施工設備的倒運從實際張拉壓漿效果來看，滯后1個節(jié)段是最為合理的。

表3 右幅13號T構主梁線型記錄表

5.3 施工工藝

通過右幅箱梁的施工情況來看，嚴格按照本文前面部分所介紹的工藝施工能夠保證箱梁各節(jié)段的順利循環(huán)施工。但在各工序的詳細施工方法仍有紕漏，如在14號T構的部分節(jié)段出現(xiàn)頂板頂面露筋、節(jié)段端面不順直等。針對此情況，通過編制詳細作業(yè)指導書，增加現(xiàn)場施工技術人員的措施予以整改。

5.4 懸澆施工的安全性

在懸澆施工過程中，掛籃作為主要載體，其安全性決定整個懸澆施工乃至整個項目的成敗，所以必須對掛籃進行詳細檢算。

在實際操作中，必須大頻率地對職工進行安全、質量培訓，預防麻痹，必須進行三個重點環(huán)節(jié)的安全檢查:1)掛籃就位后，主縱梁的后錨及后下橫梁的錨固。2)預應力施工是懸澆梁的關鍵工序，應全程跟蹤檢查。3)掛籃行走時，派專人檢查兩主梁的頂進速度和行走小車與軌道的連接。

5.5 施工方案優(yōu)化

把水寺大橋投標報價較低，施工技術難度大，此項工程是否盈利或能否將損失降到最低，成為施工組織的關鍵因素，其中施工方案的優(yōu)化是最直接的控制因素。把水寺大橋在前期中，項目總工吳俊明組織方案評審，聽取業(yè)主組織的專家意見，多次優(yōu)化施工方案，保證右幅箱梁順利合龍。