塘屋嶺特大橋掛籃懸澆施工探討

張均海

(廣西桂通工程咨詢(xún)有限公司，廣西 南寧 530028)

0 引言

懸臂澆筑是梁橋施工中一種成熟的工藝，自20世紀(jì)60年代我國(guó)采用此方法建成了第一座預(yù)應(yīng)力混凝土T型剛構(gòu)橋以來(lái)，已經(jīng)經(jīng)歷了半個(gè)世紀(jì)的實(shí)踐與發(fā)展。掛籃是懸臂澆筑施工中的主要設(shè)備，型式多樣。合理選擇掛籃型式、加強(qiáng)技術(shù)要點(diǎn)控制是保證橋梁懸澆施工質(zhì)量的關(guān)鍵，也是促進(jìn)我國(guó)橋梁事業(yè)發(fā)展的核心所在。

1 我國(guó)橋梁掛籃懸澆工法應(yīng)用現(xiàn)狀

掛籃懸臂澆筑工法，最早出現(xiàn)于1969年，由前聯(lián)邦德國(guó)迪維達(dá)克公司創(chuàng)造、使用，因此也被稱(chēng)為迪維達(dá)克施工方法，廣泛用于較大跨徑懸臂梁橋澆筑作業(yè)。此工法以掛籃為主要施工機(jī)具，施工簡(jiǎn)便、快速，適用面廣、經(jīng)濟(jì)性高。如表1所示即為國(guó)內(nèi)部分橋梁掛籃應(yīng)用統(tǒng)計(jì)情況。

表1 國(guó)內(nèi)部分橋梁掛籃應(yīng)用統(tǒng)計(jì)表

2 橋梁懸澆施工常見(jiàn)掛籃型式與選用

2.1 掛籃型式劃分依據(jù)

我國(guó)掛籃型式眾多，劃分依據(jù)如下：

(1)以材料為依據(jù)，可分為制式桿件組拼、型鋼加工兩種掛籃型式；

(2)以承重結(jié)構(gòu)形式為依據(jù)，可分為桁架式、斜拉式、鋼板梁式、牽索式四種掛籃型式；

(3)以受力原理為依據(jù)，可分為垂直吊桿式、斜拉式、剛性模板三種掛籃型式；

(4)以走行方法為依據(jù)，可分為一次、兩次走行到位兩種掛籃型式；

(5)以移動(dòng)方式為依據(jù)，可分為滾動(dòng)式、滑動(dòng)式、組合式三種掛籃型式。

2.2 我國(guó)常見(jiàn)掛籃型式

根據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)調(diào)查顯示，我國(guó)橋梁懸澆施工常見(jiàn)掛籃型式主要集中在桁架式、斜拉式(表1)，現(xiàn)就這幾種掛籃型式結(jié)構(gòu)展開(kāi)分析：

(1)桁架式掛籃，包括平衡桁架、菱形桁架、三角形桁架、弓弦式以及平弦無(wú)衡重式掛籃，后幾種均是在平衡桁架的基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)，具體構(gòu)造如表2所示。

(2)斜拉式掛籃，包括三角斜拉式(同三角形桁架式掛籃)、斜拉自錨式、滑動(dòng)斜拉式，此種掛籃自重輕、行走靈活方便，尤其是滑動(dòng)斜拉式掛籃無(wú)需托架就可以灌注1#梁。

表2 桁架式掛籃構(gòu)造表

2.3 掛籃選用情況

根據(jù)上一小節(jié)分析可知，現(xiàn)階段我國(guó)掛籃技術(shù)已相當(dāng)成熟，結(jié)構(gòu)更趨合理、自重不斷減輕，尤其是三角形、菱形等型鋼桁架式掛籃憑借著結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、受力合理、一次移動(dòng)到位等優(yōu)勢(shì)，在各大橋梁工程建設(shè)中得到了廣泛應(yīng)用。

本文項(xiàng)目塘屋嶺特大橋懸澆施工選用的就是三角形掛籃，通過(guò)掛籃懸澆施工作業(yè)的規(guī)范開(kāi)展與撓度控制，切實(shí)保證大跨度預(yù)應(yīng)力箱梁安全、順利完成作業(yè)。

3 橋梁掛籃懸澆施工技術(shù)要點(diǎn)

橋梁掛籃懸澆施工基本流程如圖1所示，通過(guò)相關(guān)施工經(jīng)驗(yàn)總結(jié)分析可知，掛籃懸澆施工技術(shù)要點(diǎn)集中在三大方面：(1)掛籃拼裝與預(yù)壓、就位；(2)箱梁對(duì)稱(chēng)澆筑；(3)預(yù)應(yīng)力施工。

圖1 橋梁掛籃懸澆施工基本流程圖

3.1 掛籃拼裝與預(yù)壓、就位

掛籃是懸澆施工的核心機(jī)具，掛籃拼裝質(zhì)量直接決定后續(xù)施工是否能夠順利開(kāi)展。以三角形掛籃為例，拼裝前必須以砂漿找平鋪設(shè)枕木位置；完成三角桁片的安裝后，以千斤頂調(diào)整三角桁片安裝應(yīng)力，消除非彈性變形；底籃就位后，前、后以及行走吊帶均要與底籃錨固到位；外模系統(tǒng)、內(nèi)模系統(tǒng)安裝、錨固到位，確保穩(wěn)定。

掛籃加載試驗(yàn)是了解掛籃結(jié)構(gòu)工作狀態(tài)與設(shè)計(jì)期望值是否相符的主要手段，用于消除掛籃主桁、吊帶及底籃非彈性變形，根據(jù)工程實(shí)際情況合理選擇試驗(yàn)方法，如“水箱加載法”“沙袋加載法”“千斤頂反壓加載法”等。加載試驗(yàn)結(jié)果顯示掛籃有足夠的承載力、剛度大、變形小，方可繼續(xù)安裝就位，主桁架以吊車(chē)吊裝到位，滑軌、模板以及主桁架等均需錨固牢固。

3.2 箱梁對(duì)稱(chēng)澆筑

箱梁澆筑，要求兩端掛籃混凝土必須對(duì)稱(chēng)施工，混凝土施工前檢查掛籃各錨固點(diǎn)、吊桿、吊帶是否安裝牢固；箱梁澆筑順序?yàn)椤暗装濉拱濉敯濉?，?yán)格控制不對(duì)稱(chēng)荷載，掛籃移動(dòng)、拆除時(shí)，保持平衡；混凝土達(dá)一定強(qiáng)度后，拆除封端模板，鑿毛端頭混凝土，保證上下節(jié)段混凝土密切結(jié)合。

混凝土灌注完成后，做好養(yǎng)護(hù)工作，如：夏季覆蓋灑水養(yǎng)護(hù)；冬季保溫養(yǎng)護(hù)，適當(dāng)延長(zhǎng)拆模時(shí)間。

3.3 預(yù)應(yīng)力施工

混凝土強(qiáng)度達(dá)設(shè)計(jì)要求且齡期達(dá)7 d后，可展開(kāi)預(yù)應(yīng)力張拉、孔道壓漿施工。在實(shí)際施工中，張拉時(shí)間主要以監(jiān)控量測(cè)所得技術(shù)參數(shù)、試驗(yàn)所得混凝土彈性模量為依據(jù)綜合確定；張拉機(jī)具設(shè)備與錨具配套使用，做好檢查、校驗(yàn)；采用張拉應(yīng)力與伸長(zhǎng)量雙控的施工工藝，邊中跨頂、底板鋼束對(duì)稱(chēng)張拉，有條件可選用智能張拉系統(tǒng)(見(jiàn)圖2)，提高張拉的可靠性、精確性；張拉完畢24 h內(nèi)進(jìn)行孔道壓漿，不得延遲，以免預(yù)應(yīng)力鋼絞線銹蝕或松弛。

圖2 智能張拉系統(tǒng)示意圖

4 實(shí)例分析——塘屋嶺特大橋懸澆施工

4.1 工程概況

塘屋嶺特大橋地處桂林市，跨越兩山，橋梁起訖里程樁號(hào)為K24+057.42～K24+841.50，全長(zhǎng)784.08 m，橋跨組合為5×40 m+92 m+2×172 m+92 m+1×40 m，主橋?yàn)?92 m+2×172 m+92 m)預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)，引橋在永安關(guān)側(cè)、鳳凰側(cè)分別為先簡(jiǎn)支后連續(xù)后張法預(yù)應(yīng)力混凝土T梁、后張法預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支T梁。6、7、8#主墩墩身為單肢式鋼筋混凝土空心薄壁墩，墩身高103 m，每片墩縱向?qū)?0 m，橫橋向按變寬設(shè)計(jì)，頂寬7.5 m，按100∶1放坡，底寬9.61 m，采用C40混凝土。

4.2 懸澆施工方案與掛籃型式選擇

通過(guò)對(duì)橋梁跨度、施工條件的綜合分析，本橋計(jì)劃投入6套掛籃施工，3組主墩每組墩投入2套掛籃施工，每個(gè)墩左右幅各1套對(duì)稱(chēng)平行作業(yè)施工。

大橋主橋6#墩采用用型鋼加工的三角形掛籃進(jìn)行懸澆施工；7、8#墩采用貝雷片做主梁的三角形掛籃進(jìn)行懸澆施工。

4.3 掛籃懸澆施工技術(shù)要點(diǎn)

本工程掛籃懸澆施工工藝如圖3所示。

圖3 掛籃懸臂澆筑箱梁施工工藝示意圖

4.3.1 測(cè)量放樣

按勘察設(shè)計(jì)院提供的橋位總平面圖、測(cè)圖控制網(wǎng)，按橋梁結(jié)構(gòu)精度要求、施工方案，建立平面、立面施工測(cè)量控制網(wǎng)，做好施工放樣。

施工前和施工中箱梁施工測(cè)量與控制應(yīng)包括以下內(nèi)容：施工中梁體頂面、底面標(biāo)高和縱橫向位置及梁體偏位。

4.3.2 掛籃安裝、預(yù)壓

4.3.2.1 掛籃上半結(jié)構(gòu)拼裝

0#塊混凝土達(dá)一定強(qiáng)度，在其頂面13.5 m×13.1 m平臺(tái)上拼裝掛籃。掛籃各構(gòu)件運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)后，先用塔吊將掛籃各構(gòu)件吊到0#塊梁頂，由塔吊配合人工進(jìn)行掛籃拼裝，各構(gòu)件進(jìn)場(chǎng)后要嚴(yán)格進(jìn)行驗(yàn)收檢查，對(duì)于損傷嚴(yán)重不能滿足施工需要的必須進(jìn)行更換或補(bǔ)修加強(qiáng)。

4.3.2.2 預(yù)壓測(cè)試

在梁頂拼裝完成掛籃上半結(jié)構(gòu)后應(yīng)進(jìn)行預(yù)壓測(cè)試：對(duì)拼裝好的掛籃上半結(jié)構(gòu)移至0#塊頂面中部按設(shè)計(jì)最大荷載加安全系數(shù)1.1倍施壓。經(jīng)計(jì)算，掛籃最不利工況為3 m梁段的起始節(jié)段，即箱梁1#梁段，此時(shí)前吊桿受力最大，由此荷載試驗(yàn)根據(jù)1#梁段荷載加載、觀測(cè)。

荷載試驗(yàn)方案：分級(jí)加載，取1.1倍安全系數(shù)，1#梁段共83.16 m3混凝土共重2 162.16 kN，乘以1.1倍安全系數(shù)為2 378.376 kN。

選擇4個(gè)預(yù)壓點(diǎn)在主梁和上前橫梁交點(diǎn)的位置，每條主梁上兩個(gè)點(diǎn)進(jìn)行張拉預(yù)壓，每個(gè)點(diǎn)的張拉力：1.1×G/2/4=2 378.376/2/4=297.29 kN。

加載量4級(jí)如下：第一級(jí)為10%的重量：27.03 kN；第二級(jí)為50%的重量：135.13 kN；第三級(jí)為90%的重量：243.27 kN；第四級(jí)110%的重量：297.29 kN。

觀測(cè)點(diǎn)布置在上前橫梁3個(gè)點(diǎn)，分別在上前橫梁位置、立柱位置、后錨點(diǎn)位置，觀測(cè)、記錄主梁撓度。

4.3.2.3 掛籃安裝就位、調(diào)試

掛籃完成預(yù)壓后，在0#塊梁段頂上進(jìn)行安裝就位和調(diào)試。

4.3.3 掛籃前移

掛籃前移操作務(wù)必小心，應(yīng)統(tǒng)一指揮。掛籃前移步驟為：松動(dòng)前支點(diǎn)千斤頂→掛籃平滾座到軌道上→安裝防掛籃傾覆扣掛件→拆除底板后錨桿、掛籃后錨→掛籃、箱梁脫離→液壓推動(dòng)向前→掛籃就位錨固→調(diào)整底板→擰緊吊桿螺母→調(diào)整頂板。

4.3.4 掛籃懸澆施工

懸臂灌注梁段(除0#塊)一次灌筑成型，具體措施如下：

(1)模板、鋼筋安裝：安裝、調(diào)整底模板、外側(cè)模，綁扎鋼筋、安裝預(yù)應(yīng)力管道和豎向預(yù)應(yīng)力筋，檢查預(yù)應(yīng)力管道是否順暢。

(2)混凝土拌合、輸送：拌合站集中拌合、混凝土泵送到位，本工程根據(jù)懸灌梁段混凝土數(shù)量、泵送速度，確定初凝時(shí)間為12 h，坍落度20 cm，梁體C55級(jí)混凝土7 d、28 d強(qiáng)度要求分別為50 MPa、55 MPa。

(3)混凝土灌注：遵循“底板、腹板、頂板”施工順序，同一對(duì)掛籃兩邊對(duì)稱(chēng)施工，同一T構(gòu)兩個(gè)掛籃內(nèi)懸澆混凝土懸差量不能大于一個(gè)底板的混凝土方量；若是混凝土下落高度超過(guò)2.0 m，則要安裝串筒或?qū)Ч埽苊獬霈F(xiàn)離析問(wèn)題；混凝土振搗選用φ30(鋼筋密集處)、φ50(鋼筋稀疏處)插入式振搗棒，本橋懸臂箱梁腹板較高，必須在腹板的封頭模板中部開(kāi)設(shè)小窗，工人通過(guò)小窗進(jìn)入腹板，采用振搗棒對(duì)腹板中部加強(qiáng)振搗；預(yù)應(yīng)力管道處，振動(dòng)時(shí)要特別小心，鋼筋密集處斷開(kāi)個(gè)別鋼筋留作導(dǎo)管入口，混凝土灌注到位后焊接恢復(fù)。

(4)混凝土養(yǎng)護(hù)：完成灌注施工后，做好箱梁保濕養(yǎng)護(hù)；現(xiàn)場(chǎng)制作的混凝土試塊，部分在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室內(nèi)養(yǎng)護(hù)，其余均與結(jié)構(gòu)物混凝土同條件養(yǎng)護(hù)。

4.3.5 箱梁預(yù)應(yīng)力施工

混凝土養(yǎng)護(hù)7 d后，混凝土試件試壓達(dá)設(shè)計(jì)要求(強(qiáng)度達(dá)設(shè)計(jì)標(biāo)號(hào)90%)，開(kāi)展張拉作業(yè)，邊中跨頂、底板鋼束對(duì)稱(chēng)張拉；張拉n節(jié)段縱向預(yù)應(yīng)力束時(shí)，張拉(n-2)節(jié)段橫向束、豎向預(yù)應(yīng)力筋。

完成張拉后，松動(dòng)掛籃吊桿，掛籃前移開(kāi)展下一梁段施工。

4.4 箱梁懸澆施工撓度控制

為保證成橋線型與設(shè)計(jì)要求相符，必須在懸澆施工期間做好標(biāo)高控制工作，通過(guò)撓度、溫度的觀測(cè)、記錄，實(shí)時(shí)調(diào)整懸澆段立模高度。

橋軸線與左、右腹板中心軸線組成三條縱軸線，每段前沿與其交叉點(diǎn)設(shè)置為測(cè)點(diǎn)，0#塊設(shè)臨時(shí)水準(zhǔn)點(diǎn)，觀測(cè)時(shí)間為掛籃就位、混凝土灌注前后、張拉后，立模標(biāo)高控制值的確定需考慮以下幾個(gè)參數(shù)：箱梁頂面設(shè)計(jì)標(biāo)高、設(shè)計(jì)施工預(yù)拱度、掛籃自重與混凝土灌注后變形值、日照溫差修正值。

5 結(jié)語(yǔ)

本文以塘屋嶺特大橋工程為例，結(jié)合橋梁實(shí)際情況與不同掛籃型式結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，選擇采用型鋼加工的三角形掛籃進(jìn)行懸澆施工，在作業(yè)中嚴(yán)格按照施工方案規(guī)定的順序展開(kāi)操作，要求掛籃安裝牢固、預(yù)壓試驗(yàn)滿足要求，梁段懸臂灌注一次成型、養(yǎng)護(hù)后強(qiáng)度達(dá)標(biāo)，預(yù)應(yīng)力張拉應(yīng)力與鋼絞線的張拉伸長(zhǎng)值均控制到位。

2015年11月塘屋嶺特大橋已全部合龍，經(jīng)檢查合格，主梁線型滿足要求，至今為止此橋通車(chē)運(yùn)行將近2年，總體質(zhì)量良好，未出現(xiàn)結(jié)構(gòu)缺陷問(wèn)題，為其他類(lèi)似工程項(xiàng)目實(shí)施與掛籃懸臂灌注工法應(yīng)用發(fā)展提供了寶貴經(jīng)驗(yàn)。

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