大跨度預(yù)應(yīng)力連續(xù)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(shù)。

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(shù)。

摘要 文章結(jié)合某橋梁工程引橋施工案例，采用掛籃懸臂現(xiàn)澆施工模式進(jìn)行作業(yè)。首先結(jié)合施工現(xiàn)場實(shí)際情況，確定以一次施工完成的懸澆對(duì)稱工藝進(jìn)行，并對(duì)懸臂掛籃技術(shù)參數(shù)和混凝土配合比參數(shù)予以確定。其次從掛籃施工、鋼筋模板工程、混凝土澆筑、預(yù)應(yīng)力工程和合龍施工等部分同時(shí)著手，詳細(xì)探討了具體施工技術(shù)流程與要點(diǎn)。最后則對(duì)工程進(jìn)行驗(yàn)收，結(jié)果顯示：懸臂端相對(duì)豎向撓度差控制在1.61 m左右，懸臂端高程相對(duì)誤差、中線偏差分別小于2 cm、

1 cm，截面應(yīng)力值在8.1～15 MPa，上述指標(biāo)均符合實(shí)際需要，表明該次施工作業(yè)基本達(dá)成預(yù)期。

關(guān)鍵詞 大跨度；預(yù)應(yīng)力連續(xù)梁；懸臂掛籃；施工技術(shù)

中圖分類號(hào) U445.4文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A文章編號(hào) 2096-8949（2024）11-0114-03

0 引言

在當(dāng)前的橋梁工程中，由于施工環(huán)境逐步趨于復(fù)雜，因此采用大跨度預(yù)應(yīng)力連續(xù)梁橋施工模式的工程項(xiàng)目也在逐步增多。在此模式下，為實(shí)現(xiàn)復(fù)雜條件下的施工作業(yè)，則多采用懸臂澆筑法進(jìn)行，但這種方式的復(fù)雜度仍然較高，存在一定技術(shù)困難和風(fēng)險(xiǎn)，因此有必要進(jìn)一步探究大跨度預(yù)應(yīng)力連續(xù)箱梁橋懸臂掛籃施工技術(shù)，從而對(duì)傳統(tǒng)懸臂澆筑法進(jìn)行優(yōu)化，進(jìn)一步提高施工質(zhì)量。

1 項(xiàng)目概況

某地新建橋梁工程中，東側(cè)引橋項(xiàng)目采用50+50+52.5

+95+52.5=300 m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋，其中簡支梁采用預(yù)制、運(yùn)架施工，連續(xù)梁采用掛籃懸灌施工。橋墩采用柱式橋墩，基礎(chǔ)采用樁基礎(chǔ)。同時(shí)，受地形限制，該引橋5～8#墩需在工區(qū)內(nèi)河段中進(jìn)行施工作業(yè)。對(duì)此，工程單位決定采用掛籃懸臂現(xiàn)澆施工模式進(jìn)行，并按照先中間后邊緣的合龍順序進(jìn)行作業(yè)。

2 整體施工方案及關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)

結(jié)合該工程的現(xiàn)場施工條件，經(jīng)研究論證后確定采用一次施工完成的懸澆對(duì)稱工藝進(jìn)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(cè)分別安裝移動(dòng)式掛籃，其具體操作流程：掛籃固定—鋼筋安裝—混凝土澆筑—預(yù)應(yīng)力張拉—孔道壓漿。同時(shí)，在混凝土強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求后，進(jìn)行預(yù)應(yīng)力張拉施工，張拉完畢快速完成壓漿，并將掛籃準(zhǔn)確移動(dòng)到下一施工位置，循環(huán)操作，直到橋梁合龍[1]。

在確定以上施工方案后，進(jìn)一步對(duì)該次施工所需的懸臂掛籃進(jìn)行設(shè)計(jì)?？紤]施工現(xiàn)場空間條件，確定選用滾動(dòng)菱形掛籃，并結(jié)合以下參數(shù)對(duì)掛籃結(jié)構(gòu)進(jìn)行安全驗(yàn)算：混凝土容重26.5 kN/m，人群及機(jī)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(shù)1.05。將以上數(shù)據(jù)代入Civil軟件中進(jìn)行分析，并根據(jù)分析結(jié)果不斷調(diào)整掛籃各部件參數(shù)，最終確定掛籃技術(shù)參數(shù)如表1所示。

圖1 懸澆箱梁斷面形式圖（mm）

表1 掛籃技術(shù)參數(shù)表

設(shè)計(jì)指標(biāo) 指標(biāo)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(dòng) 用倒連作動(dòng)力

掛籃總重 ＜66.0 t —

另外，對(duì)該次施工的混凝土配合比予以確定。以提高混凝土力學(xué)強(qiáng)度為優(yōu)化目標(biāo)，經(jīng)過實(shí)驗(yàn)分析，確定混凝土配合比如表2所示。

表2 混凝土配合比數(shù)據(jù)表（以生產(chǎn)1 m3混凝土計(jì)）

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(xì)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(yù)壓

在按照表1中參數(shù)制作掛籃結(jié)構(gòu)后，根據(jù)施工方案所標(biāo)記位置安裝掛籃，并對(duì)掛籃執(zhí)行預(yù)壓操作。按最大懸臂澆筑梁段施工總荷載的1.2倍進(jìn)行預(yù)壓。因此，設(shè)置該次荷載為145.6×1.2=174.72 t。在完成掛籃底部模板構(gòu)件的安裝之后，首先進(jìn)行不包含內(nèi)模的預(yù)壓試驗(yàn)，設(shè)立了位于掛籃的后錨點(diǎn)和底模板上的9個(gè)預(yù)壓觀測點(diǎn)。在安裝抗力架的步驟中，抗力架固定于側(cè)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(jìn)行精確監(jiān)控，還在液壓千斤頂上增設(shè)測量點(diǎn)。在加載壓力之前，使用水平儀來測量并記錄所有監(jiān)測點(diǎn)的初始高程。此后按照0%、10%、50%、100%和120%的順序進(jìn)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(wěn)定為止。然后，再次使用水準(zhǔn)儀測量各監(jiān)測點(diǎn)的標(biāo)高，以確認(rèn)標(biāo)高誤差在允許的范圍內(nèi)[3]。

3.2 模板及鋼筋工程施工

在模板工程的安裝階段，針對(duì)0#塊外側(cè)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(jù)初步的規(guī)劃方案進(jìn)行安裝。對(duì)于0#塊內(nèi)側(cè)的模板，則采用鋼木復(fù)合材質(zhì)的模板，通過方木進(jìn)行固定，底部利用C55級(jí)混凝土桿進(jìn)行支撐，并在下部加裝型鋼背帶以增強(qiáng)穩(wěn)定性；頂部設(shè)計(jì)了通孔，以便插入PVC管，并通過直徑為20 mm的鋼筋拉桿進(jìn)行加固。此外，在內(nèi)側(cè)模板上，選擇距離混凝土表面100 cm的位置設(shè)置后續(xù)振搗用的通孔，以便于后期施工。

上述模板準(zhǔn)備就緒后進(jìn)一步做鋼筋工程安裝。具體主要是通過以下幾個(gè)步驟進(jìn)行鋼筋綁扎作業(yè)：

（1）將進(jìn)場模板使用雙22#鐵絲沿孔進(jìn)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(gè)模板的中心線上均放置一根規(guī)格為φ14 mm的三級(jí)鋼筋作為壓頂材料。

（4）在三級(jí)鋼筋下方，使用鉆頭在木模板上執(zhí)行打孔操作，每隔1 m即打設(shè)一個(gè)規(guī)格為φ10 mm的鉆孔。

（5）模板全部布置完成后，在每個(gè)模板下四角均焊接一根長度為20 cm且規(guī)格為φ12 mm的三級(jí)鋼筋，以實(shí)現(xiàn)模板的固定。

另外，在鋼筋安裝過程中，作業(yè)者借助定位鋼筋固定鋼束管道，依據(jù)設(shè)計(jì)圖紙安裝預(yù)應(yīng)力管道。預(yù)應(yīng)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(yù)先埋設(shè)泄水孔、翼緣板下方滴水槽、通風(fēng)孔等部件，規(guī)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(yè)中，在進(jìn)行混凝土澆筑作業(yè)時(shí)，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(yè)從邊緣向中心對(duì)稱進(jìn)行。該項(xiàng)目的主橋使用C55級(jí)混凝土，其坍落度需控制在180～200 mm范圍內(nèi)。為防止混凝土在澆筑時(shí)由于堆積過高導(dǎo)致的體積裂縫等問題，采用直徑為40 mm的振動(dòng)棒進(jìn)行混凝土的密實(shí)作業(yè)，此舉有助于確?；炷恋木鶆蛐院兔軐?shí)度。振動(dòng)棒進(jìn)入混凝土的距離需保持在20 cm以內(nèi)，每次使用振動(dòng)棒的時(shí)間限定在30 s，隨后應(yīng)用平板振動(dòng)器進(jìn)行二次振動(dòng)處理，以進(jìn)一步確?；炷恋木鶆蛎軐?shí)。以上步驟結(jié)束后，采用覆蓋薄膜并連續(xù)澆水的措施，進(jìn)行混凝土的養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)時(shí)間設(shè)置在7 d左右。

3.4 預(yù)應(yīng)力工程

根據(jù)實(shí)際工程結(jié)構(gòu)，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(zhì)量，以對(duì)稱施工的方法加以進(jìn)行。同時(shí)預(yù)應(yīng)力張拉施工主要分為以下3個(gè)階段：

（1）預(yù)張拉，在梁體混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)值60%后開始進(jìn)行。

（2）初張拉，在梁體混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)值80%后開始進(jìn)行。

（3）終張拉，在梁體混凝土強(qiáng)度已經(jīng)完全符合要求后進(jìn)行。

該次施工中預(yù)應(yīng)力鋼絞線的性能參數(shù)如表3所示。

表3 預(yù)應(yīng)力鋼絞線的基本性能參數(shù)表

性能指標(biāo) 參數(shù)

標(biāo)準(zhǔn)抗拉強(qiáng)度/MPa 1 875

彈性模量/MPa 193 000

在梁體力學(xué)強(qiáng)度符合預(yù)期要求后正式開始預(yù)應(yīng)力張拉環(huán)節(jié)，在此環(huán)節(jié)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(dòng)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(nèi)，并與錨板平面保持適當(dāng)間隙。接下來進(jìn)行的第二輪張拉過程中，根據(jù)具體順序安裝支撐、液壓千斤頂和工具錨，同時(shí)保證這些設(shè)備與錨具的準(zhǔn)確對(duì)齊[5]。

3.5 掛籃前移

預(yù)應(yīng)力張拉施工完成后即采用向前頂推的方式移動(dòng)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(jìn)行：

（1）對(duì)懸吊和錨固模板進(jìn)行放松處理，并對(duì)底模、側(cè)模和內(nèi)模進(jìn)行脫除。

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

（3）將掛籃后部錨固點(diǎn)予以拆解，確保此部分的上拔荷載全部轉(zhuǎn)移到行走小車上。

（4）對(duì)掛籃后部的錨固件和支撐桿等結(jié)構(gòu)均作拆除處理，并將側(cè)模支撐點(diǎn)轉(zhuǎn)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(dòng)掛籃，待掛籃移動(dòng)到目標(biāo)位置后重新進(jìn)行錨固組裝和標(biāo)高調(diào)整[6]。

3.6 合龍段施工

根據(jù)設(shè)計(jì)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(jìn)行合龍段施工時(shí)，具體流程包括以下幾個(gè)關(guān)鍵步驟。首先，鑒于已經(jīng)完成主墩T形懸臂箱梁的建設(shè)及邊跨直線部分的現(xiàn)澆施工，因此將連接段的吊籃推進(jìn)至第6和第7墩并進(jìn)行固定。此外，在中間跨度的第5段增加適量的配重。接著，對(duì)邊跨的連接部分模板進(jìn)行調(diào)整，布置常規(guī)鋼筋和預(yù)應(yīng)力管線，選擇理想的溫度進(jìn)行初步的合龍。之后，一旦混凝土達(dá)到規(guī)定強(qiáng)度，解除第5號(hào)和第8號(hào)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(guī)定的力度。然后，取消第6和第7墩的主墩臨時(shí)鎖定，調(diào)整中跨連接部分的模板，安裝常規(guī)鋼筋和預(yù)應(yīng)力管線，并將管內(nèi)鋼絞線初步拉伸至30%的力度，暫時(shí)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(yàn)收后，對(duì)掛籃上的荷載予以全部移除，而后應(yīng)用25 t汽車吊，按照如下順序進(jìn)行掛籃的拆除：拆掛籃外模、內(nèi)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(tǒng)主桁架；拆除行走系統(tǒng)。

4 施工質(zhì)量驗(yàn)收

該次施工作業(yè)環(huán)節(jié)全部完成后，為檢驗(yàn)實(shí)際施工質(zhì)量，通過在連續(xù)梁橋結(jié)構(gòu)中布置傳感器，分析梁體在恒載、預(yù)應(yīng)力和混凝土收縮徐變?nèi)N因素共同作用下產(chǎn)生的撓度，得到分析結(jié)果如表4所示。

表4 撓度值測量結(jié)果表

觀測參數(shù) 數(shù)值

實(shí)測值 設(shè)計(jì)要求

懸臂端相對(duì)豎向撓度差/m 1.61 ≤3.00

懸臂端高程相對(duì)誤差/cm 1.5 ≤2.0

懸臂端中線偏差/cm 0.8 ≤1.0

根據(jù)表4中的數(shù)據(jù)對(duì)比可見，經(jīng)過該次施工作業(yè)后，懸臂端相對(duì)豎向撓度差控制在1.61 m左右，滿足設(shè)計(jì)階段懸臂端相對(duì)豎向撓度不超過3 m的要求。同時(shí)在合龍施工期間，懸臂端高程相對(duì)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(chǔ)上，進(jìn)一步對(duì)該連續(xù)梁橋體系的應(yīng)力分布情況進(jìn)行探究，選取各個(gè)橋墩與連續(xù)梁橋結(jié)構(gòu)接觸的4個(gè)典型截面進(jìn)行應(yīng)力分析，得到應(yīng)力分析結(jié)果如表5所示。

表5 應(yīng)力測試結(jié)果表/MPa

測試截面編號(hào) 頂板應(yīng)力 底板應(yīng)力

1# 14.9 11.1

2# 15.0 9.7

3# 8.1 11.8

4# 14.7 13.0

根據(jù)表5中的應(yīng)力測試結(jié)果可知，該次基于懸臂掛籃施工的連續(xù)梁橋體系典型截面應(yīng)力值在8.1～15 MPa范圍內(nèi)分布，該應(yīng)力值遠(yuǎn)低于混凝土的抗壓強(qiáng)度32 MPa，因此可以認(rèn)為該結(jié)構(gòu)整體安全，符合實(shí)際需要。

5 結(jié)束語

概括而言，在該次研究工作中，結(jié)合實(shí)際工程案例，針對(duì)預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁橋懸臂法施工作業(yè)進(jìn)行了較為詳細(xì)的探討，對(duì)施工方案設(shè)計(jì)、技術(shù)參數(shù)確定、掛籃施工、鋼筋模板工程、預(yù)應(yīng)力工程等各個(gè)主要環(huán)節(jié)的施工技術(shù)和流程要點(diǎn)內(nèi)容均進(jìn)行了詳細(xì)探究。從實(shí)際驗(yàn)收結(jié)果來看，該次施工在撓度值和應(yīng)力值兩項(xiàng)關(guān)鍵指標(biāo)上均顯著符合實(shí)際要求，表明該次施工作業(yè)取得初步成功。

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