矮塔斜拉橋單箱三室預應力混凝土連續(xù)箱梁施工技術

王云

摘 要：高速公路橋梁大規(guī)模建設的大環(huán)境下，橋梁上部構造施工逐步趨于多樣化，整體式大斷面連續(xù)梁施工是全橋的關鍵環(huán)節(jié)，很大程度上直接決定工程質量，需選擇合適的施工技術。對此，本文從工程實例出發(fā)，根據(jù)大斷面連續(xù)梁施工的基本特點，提出與之相匹配的施工技術，從而確保工程質量與安全，具有一定參考價值。

關鍵詞：橋梁工程;掛籃懸澆;技術方案

中圖分類號：U445 文獻標識碼：A

0 前言

近年來，我國橋梁建設規(guī)模不斷增大，各類大跨徑橋梁不斷涌現(xiàn)。在大跨徑橋梁施工中，掛籃懸臂施工技術被廣泛的運用，掛籃懸臂現(xiàn)澆施工不需要架設支架和使用大型吊機;作業(yè)不需要占用土地;逐段澆筑易于調整和控制梁段的線性和標高，整體性較好;各段施工屬于嚴密的重復作業(yè)，簡單方便，技術熟練快，投入施工人員較少，工作效率高等優(yōu)點。因此，掛籃懸臂澆筑施工技術的研究具有一定的必要性。

針對橋梁掛籃懸臂澆筑領域，近年來國內外學者進行了大量研究。竇文林等[1]以某一大跨徑預應力連續(xù)梁橋為對象，通過MIDAS/Civil建立橋梁懸臂施工階段以及成橋階段的結構模型，得出懸臂階段，主梁最大應力出現(xiàn)在墩梁固結處，主梁應力由墩體位置向合攏段逐漸減小，在合攏處取得最小值;成橋階段主梁合攏段產生最大應力，應力由合攏區(qū)向墩梁固結處逐漸減小，在墩梁處取得最小應力;李洪坤等[2]基于呼和浩特市三環(huán)路特大橋，對其預應力連續(xù)梁橋懸臂施工控制進行了研究，得出通過分析仿真模型的建立及控制參數(shù)具體取值，各標高測點理論值和實測值并不完全一致，變化幅度亦不十分顯著，沒有顯著的規(guī)律性。理論值和實測值之間保持-4 mm～2 mm范圍內的差值變化;柴金玲等[3]對掛籃行走過程受力狀態(tài)及抗傾覆能力進行研究分析，得出掛籃的承載力計算是懸臂施工的關鍵環(huán)節(jié)，建立符合結構實際受力狀態(tài)的有限分析模型至關重要;石雪飛等[4]通過溫州大橋控制的數(shù)據(jù)證明自適應施工控制方法是最理想的斜拉橋施工控制方法;周敉等[5]對于采用懸臂澆筑施工方法的預應力混凝土橋梁，運用自適應控制理論進行結構參數(shù)識別和誤差分析，實橋應用表明，使用自適應控制理論結合BP人工神經網絡，可以預測主梁合理預拱度;混凝土收縮、徐變對應力測試的影響不容忽視;實測應變修正方法易于使用，修正值與理論值偏差較小。

綜上所述，目前施工控制與危險因素分析在這種斜拉橋掛籃懸臂澆筑過程中的研究并不廣泛，缺乏相對成熟的經驗和施工工藝，因此本文對矮塔斜拉橋單箱三室預應力混凝土整體式連續(xù)箱梁掛籃懸臂澆筑施工技術進行總結，可為相似斜拉橋掛籃懸臂澆筑過程的研究與設計提供參考。

1 工程概況

某橋梁工程主橋為預應力混凝土箱梁矮塔斜拉橋，橋址屬熱帶季風氣候，6-10月多有臺風登陸，主橋跨徑布置為（80+138+80）m，全長298 m。索塔高度24.2 m，主梁寬26 m，采用C55海工耐久性混凝土，在0號、1號塊翼緣設置觀景平臺。上部結構為雙塔中央雙索面斜拉橋與懸臂梁協(xié)作體系結構，共設置40對環(huán)氧噴涂鋼絞線索，平行布置。主梁2號～15號塊根據(jù)橋梁要求，采用掛籃懸臂澆筑完成。主梁0、1號塊完成后在頂面安裝軌道，在棧橋作業(yè)平臺上拼裝掛籃結構成型后整體吊裝就位。本橋為塔梁固結、塔墩分離的連續(xù)梁體系，橋梁布置圖如圖1。

主梁橫斷面采用單箱三室設計，支點處梁高4.6 m，底板厚60 cm，跨中段梁高2.6 m，底板厚28 cm，箱梁底橫向水平，橋面橫坡通過箱梁頂板調整，箱梁頂板設雙向2%的橫坡，主梁一般構造圖如圖2。21號、22號主墩兩個“T”主梁掛籃懸澆同時施工，單“T”懸澆為2#塊～15#塊。

施工掛籃采用液壓輕型菱形掛籃，主要由主桁架、行走及后錨系統(tǒng)、吊帶系統(tǒng)、底托系統(tǒng)、模板系統(tǒng)等部分組成。適用最大梁段長4.5 m;梁高4.6 m～2.6 m;梁寬26.0 m;行走方式為無平衡重液壓牽引滑動走行。掛籃整體布置如圖3。

2 本橋主梁掛籃懸澆施工

2.1 施工流程

施工準備→掛籃試拼、安裝→掛籃預壓→底模、側模測量調整→安裝底、腹板鋼筋及預應力孔道→安裝內模、端模板→安裝頂板鋼筋及預應力孔道（有索區(qū)索導管預埋）→澆筑混凝土→養(yǎng)護→拆端模、內?！鷾y量、試驗檢測→穿鋼絞線張拉縱向預應力筋（橫、豎向預應力筋滯后2個塊段張拉）→孔道壓漿→掛籃前移→循環(huán)施工截止塊段完成→掛籃拆除。

2.2 臨時固結張拉施工

由于本橋處于濱海環(huán)境，屬于臺風登陸區(qū)，由于風荷載的隨機性會產生不平衡荷載，因此墩梁臨時固結需要充分考慮臺風的最不利因素，從而確保掛籃施工安全。臨時固結施工采用體外體內相結合方式（外柔內剛），在主墩頂設置高強混凝土支座并預埋錨固鋼筋至箱梁頂，墩頂永久支座每側68根，共136根JLφ32精軋螺紋筋，臨時錨固張拉力150 kN，體外采用大管徑Φ1000*16 mm鋼管，并在每個管內布置6根，雙側共48根JLφ32精軋螺紋筋，精軋螺紋筋一端錨具在承臺內（預埋錨具、鋼筋網片），另一端在箱梁底板內和頂板對應位置，張拉時在橋墩兩側對稱、同步張拉。0#塊與墩頂間用C50混凝土做臨時支座，1個墩頂設置尺寸110 cm*65 cm支座4個，內設置鋼筋。臨時支座頂面和底面分別與梁底和墩頂面鋪設塑料薄膜與箱梁和墩隔離，同時墩頂與臨時支座底面設置5 cm厚細砂層，方便后續(xù)拆卸。掛籃在0#、1#塊安裝前需完成墩梁臨時固結精軋螺紋鋼筋的張拉錨固到位。

2.3 掛籃預壓施工

2.3.1 預壓的目的

為了驗證掛籃設計參數(shù)、承載能力以及掛籃的焊接質量，確保掛籃的使用安全，對掛籃進行預壓，實測掛籃的彈性和非彈性變形，并與理論計算值進行比較，確定掛籃的安全穩(wěn)定性，同時根據(jù)測得的非彈性變形量推算掛籃的豎向位移，并求出力與位移的實際關系，用于確定預拋值，為懸澆段施工時調整底模的高程控制提供依據(jù)。

2.3.2 預壓測點布置及變形測量

預壓變形觀測點分別設置在后錨點、前支點、前橫梁、底托梁四個方位，測點用紅色油漆標記;底托梁上設置在腹板及梁體中心位置，最少設置3點;前橫梁采用倒尺，測點位置對應底托梁的測點;對后錨點及前支點進行檢測，避免由此造成變形;測點布置必須要放在主干件上面，預防放在其他位置的自身變形。利用0號塊設置測量控制點，用水準儀進行測量。在加載前測出初始值，然后每加（卸）載一級，持荷穩(wěn)定后測出掛籃變形值并記錄。

2.3.3 荷載預壓

本橋最大梁段為5#塊，重量為341.7 t，掛籃預壓的荷載值取懸臂澆筑最大節(jié)段重量的1.2倍，為410.04 t，采用砂袋法對稱加載，荷載分布與節(jié)段自重一致，嚴禁集中堆載。加載及卸載分級進行，加載分級按照10%、50%、100%、120%進行，卸載按20%、50%、40%、10%進行。預壓和卸載過程中測量按下表1變形計算表記錄，用于控制后續(xù)掛籃立模標高。

2.4 施工監(jiān)控

懸臂箱梁的各節(jié)段立模標高為：箱梁頂面設計標高+監(jiān)控調整值（包括掛籃、支架結構及溫差引起的變位）。確保各節(jié)段澆筑完成后的各點標高符合設計要求。箱梁中軸線用坐標定位，并用弦線支距法進行復核，主橋21#、22#主墩梁軸線相互通視觀測，確保中軸線偏位誤差符合規(guī)范要求。

施工過程的實時監(jiān)測是主梁施工賴以進行的基礎，是施工監(jiān)控的重要組成部分。通過測試獲得連續(xù)梁的施工階段的內力、變形、溫度等的實測值，是施工調整、確保施工質量安全的依據(jù)。施工監(jiān)測主要包括如下幾個方面：①結構幾何線形監(jiān)測;②主梁控制截面應力監(jiān)測;③主梁溫度監(jiān)測;④索力監(jiān)測。預應力混凝土矮塔斜拉橋主梁施工監(jiān)控存在主梁標高和索力控制的問題，最理想的情況是主梁標高和索力均控制在精度的范圍之內，但是由于主梁超重、施工誤差等其他不確定因數(shù)的影響，雙控一般很難實現(xiàn)，為此，施工過程中采用“現(xiàn)實雙控”（以控制標高為主，兼顧索力），主梁標高和索力控制標準可以采用不同的控制原則，即主梁標高控制在精度范圍之內，而索力（塔、梁應力）則控制在安全范圍之內。

2.5 底模、側模定位調整

掛籃錨固鎖定后，同步均衡收緊吊帶，對底模、側模進行測量定位調整。先對底模中心位置進行測量核準，在利用吊帶調整底模標高，標高精度控制在-3 mm～5 mm，利用千斤頂調整底?？v、橫向位置，底模軸線偏差不大于10 mm。底模調整定位后，采用鋼絲繩連接兩邊側模用手拉葫蘆進行調整，測量定位。結束后全面檢驗各項指標，如軸線位置、立模標高等，滿足設計要求后即可進入下道工序。模板安裝如表2所示。

2.6 鋼筋綁扎及預應力孔道安裝

鋼筋在鋼筋加工場統(tǒng)一按設計尺寸加工成型，運至現(xiàn)場采用塔吊調運至工點安裝、綁扎，預應力管道和預應力鋼絞線在現(xiàn)場下料安裝。鋼筋、預應力管道安裝順序如：底板底層鋼筋→腹板箍筋、水平筋及縱向波紋管→橫隔梁箍筋、水平筋、橫向波紋管及人孔鋼筋→底板頂層鋼筋→邊、中腹板鋸齒塊鋼筋→斜拉索錨塊鋼筋→頂板鋼筋及豎向波紋管。

2.7 有索區(qū)預埋件索導管施工

索導管安裝流程：索導管錨板位置放樣→索導管安裝→索導管底部（錨板）放樣調整→索導管底部臨時固定→索導管頂部放樣調整及臨時固定→索導管整體固定→索導管位置復測。

采用鋼絲法驗證索導管頂面高程與仰角從而進行調整優(yōu)化，用一根鋼絲連接索塔上索鞍中心與索導管中心，采用手拉葫蘆繃緊拉直固定，測量索導管頂面高程確定標高、仰角，保證后續(xù)斜拉索安裝居中。

2.8 內模及頂模安裝

施工流程：端模安裝→橫隔墻模板安裝→人孔模板安裝→中室腹板模板安裝→邊室斜腹板模板安裝→頂板模板安裝→內模改制（有索區(qū)）。

腹板、橫隔墻、頂板模板均采用1.5 cm厚竹膠板，端模采用鋼模板。腹板、橫隔墻采用拉桿及鋼管支架支撐固定。頂模采用吊模固定，已澆段頂板在距端頭50 cm處預留7個吊桿孔，采用7根JLφ32精軋螺紋鋼筋懸吊固定在頂板上，待澆端固定在掛籃前上橫梁，同樣采用7根JLφ32精軋螺紋鋼筋作懸吊系統(tǒng)，頂板承重梁采用長4.8 m雙拼20號工字鋼縱向布置7根，分配梁采用雙拼14號工字鋼按50 cm間距橫向布置，分配梁上鋪設10×10 cm方木及竹膠板。

2.9 混凝土澆筑及養(yǎng)護

鋼筋、模板安裝到位，自檢驗合格報驗通過后方可澆筑混凝土，采用C55海工耐久性混凝土進行施工，施工前連接泵管至待澆筑塊段，泵管連接處采用密封橡膠圈扣牢，防止漏氣影響泵送力度。澆筑混凝土前用車載泵先泵送2 m3水洗泵管，再泵送2 m3砂漿潤泵管，起到潤滑作用有助于混凝土泵送。混凝土到場后檢測混凝土和易性，其坍落度控制在16 cm～20 cm，合格后便可澆筑混凝土。

主梁塊段一次性澆筑混凝土澆筑方量較大，澆筑期間必須保證混凝土供應連續(xù)。澆筑混凝土順序按照，縱橋向：從兩端開始，向中間對稱澆筑;橫橋向：先澆注底板中部，然后澆注中腹板，最后澆注邊腹板;豎向：先底板，后腹板，最后頂板。澆筑的混凝土必須采用振搗棒快插慢拔振實，振搗棒的振動深度一般不超過棒長度2/3～3/4倍，振動時快插慢拔，不斷移動，以便搗實均勻，與模板保持5 cm～10 cm距離，對每一個振搗部位，振動到混凝土密實為止，即混凝土不再冒出氣泡。

結束混凝土澆筑后，根據(jù)天氣情況、混凝土凝結狀態(tài)需及時灑水覆蓋養(yǎng)護，最大限度減少水分蒸發(fā)，避免表面收縮裂紋。

2.10 預應力張拉及孔道壓漿施工

2.10.1 張拉準備

預應力張拉前，將千斤頂和壓力表配套送有資質的檢驗單位進行標定，標定后的千斤頂和壓力表嚴禁拆套使用。根據(jù)標定證書線性回歸方程計算張拉力與壓力表相對應的讀數(shù)，并標識在壓力表旁醒目位置。千斤頂使用超過6個月或300次或千斤頂在工作中出現(xiàn)不正常現(xiàn)象時，均需重新檢驗;錨具和夾片應符合設計規(guī)定和預應力筋張拉的需要，錨具進場時必須檢查其外觀質量及產品質量合格證，并送外檢，檢查錨固性及金屬硬度;安全防護要到位，張拉現(xiàn)場需有明顯的標志，與張拉無關的人嚴禁進入場地，張拉兩端需設置擋板，擋板用鋼管支撐并加固，張拉或退楔時，千斤頂不要對著人，以防預應力筋拉斷或錨具、楔塊彈出傷人。

2.10.2 張拉順序

預應力鋼束張拉應嚴格按照本設計提供的張拉順序和張拉控制應力進行。所有縱向預應力鋼束在箱梁橫截面應保持對稱張拉，縱向鋼束張拉時兩端應保持同步。三向預應力的張拉順序：先縱向、再橫向、最后張拉豎向預應力?？v向鋼束張拉順序：頂板束+腹板束+底板束;橫向束張拉順序則按圖紙中順序進行。

2.10.3 張拉程序

安裝錨具→拉到初應力（設計應力的10%）→測量初始長度→張拉至20%→測量伸長量→張拉至50%→測量伸長量→張拉至設計噸位→持荷5分鐘→測量伸長量→回油→錨固→量出實際伸長量并求出回縮值→檢查是否有滑絲、斷絲情況發(fā)生。張拉時應注意對稱同步張拉。

2.10.4 伸長量校核

預應力施工以應力和伸長量進行“雙控”，并以張拉應力控制為主。預應力筋的實際伸長值的計算公式如下：ΔL實際=ΔL1+ΔL2，式中ΔL1為從初應力至最大控制應力間的實測伸長值，ΔL2為初應力以下的推算伸長值。預應力筋理論伸長值計算公式為：ΔL理論=PP×L/（AP×EP），其中PP預應力筋的平均張拉力，L為預應力筋的長度，EP為預應力筋彈性模量，AP為預應力筋的截面面積。

鋼絞線實際張拉伸長值與設計理論伸長值的差值控制在（-6%～+6%）范圍內，否則應查明原因，并采取相應措施后才準繼續(xù)張拉。鋼束張拉每束鋼絞線斷絲和滑絲不超過1絲，且每個斷面的斷絲之和不超過該斷面鋼絲總數(shù)的1%，不允許整根鋼絞線拉斷。在張拉的過程中，要做好原始記錄。

2.10.5 孔道壓漿

張拉施工完成后，錨具采用清水沖洗，高壓風吹干，然后及時封錨，抽真空，壓漿，攪拌機及儲漿罐的體積必須大于所要壓注的一條預應力孔道體積。壓漿時，每一工作班留取不少于3組試樣，標準養(yǎng)生28d，檢查其抗壓強度。

2.11 掛籃行走

2.11.1 準備工作

掛籃后錨孔和吊桿孔的位置和尺寸要準確;掛籃行走千斤頂和手拉葫蘆等設備的技術性能要良好;保險裝置設置要完善;掛籃與梁體間約束要全部解開;行走軌道平順，接頭無錯臺，滑移軌道面清理干凈并涂抹潤滑脂（油）;行走路線上無障礙物;作業(yè)時配備安全防護設施和器具要齊全。

2.11.2 行走必須連續(xù)、同步作業(yè)

因行走過程中發(fā)生長時間停留或到位后不能立即錨固，應臨時增加穩(wěn)定措施;兩端掛籃必須同步行走，行走過程中實時觀察，采用油缸推進時，兩油缸步距差不大于50 mm，出現(xiàn)偏差時及時糾偏，掛籃前移速度控制在每分鐘50 mm～100 mm;掛籃行走發(fā)生異響時，立即停止行走，待查明原因消除后，再推進掛籃行走;掛籃行走時，應對橋下垂直空間交通進行管控;夜間不得進行掛籃行走作業(yè)。

3 本橋主梁掛籃懸澆施工特點

（1）主梁主要采用掛籃懸臂澆筑施工，主梁分兩個“T”單元，按兩個“T”單元同時施工考慮。為保證施工狀態(tài)下結構安全，主梁懸臂澆筑施工時按照均衡、對稱施工原則，滿足監(jiān)控及其設計要求確保施工安全。

（2）0#、1#節(jié)段上拼裝掛籃，然后分階段前移掛籃，澆筑各節(jié)段并且分批張拉各節(jié)段懸臂鋼束，錨固在各節(jié)段端面，同時在有索區(qū)節(jié)段，架設斜拉索根據(jù)監(jiān)控要求張拉斜拉索，主梁施工時斜拉索預埋管安裝嚴格控制。

（3）主梁懸臂澆筑長度為3.5 m和4.5 m，共分14個梁段。采用掛籃對稱懸臂澆筑，掛籃及模板控制重量為1 440 kN，若采用掛籃重量與此值差別太大，必須報予設計院對結構從新檢算，掛籃最大變形不超過2 cm。為保證主梁的澆筑質量及控制澆筑時間，掛籃的剛度及強度要滿足一次澆筑完畢整個梁段。

（4）掛籃應用前必須進行加載試驗，消除非彈性變形以及檢驗掛籃的可靠性。同時必須保證在任何情況下，掛籃不得與主梁脫落。掛籃與梁體的連接構造以及掛籃預埋件，須報設計同意方可實施。

（5）懸臂澆筑的立模標高將根據(jù)掛籃圖紙和掛籃預壓試驗，由監(jiān)控單位計算確定，并根據(jù)實際計算情況，給出懸臂澆筑施工控制的監(jiān)控指令。

（6）在掛籃上澆筑混凝土順序是橫、順橋向均應由外向內澆筑。要求主梁梁段重量與理論重量偏差不大于±1%，主梁澆筑的不對稱重量不大于500 kN。各節(jié)段混凝土強度達到100%設計強度且混凝土齡期不小于7d后，張拉節(jié)段縱、橫、豎向預應力。

（7）掛籃設備采用專業(yè)廠家根據(jù)圖紙要求設計，驗算采取第三方進行安全性復核，掛籃各構件強度、剛度及整體穩(wěn)定性須滿足設計及規(guī)范要求，若不滿足須采取措施加強后重新驗算復核。

4 掛籃懸澆施工容易出現(xiàn)的問題及原因分析

（1）掛籃懸臂澆筑混凝土頂、底板蜂窩麻面現(xiàn)象較多。原因是混凝土澆筑順序不合理，模板周轉次數(shù)太多，拼縫不嚴密，混凝土振搗不密實。澆筑底板、頂板混凝土時應從端頭模向后面澆筑混凝土至上個節(jié)段交界處，避免因為掛籃下沉在新舊混凝土交接的地方出現(xiàn)裂紋。采用竹膠板做模板周轉次數(shù)不超過2個塊段。模板與方木間不能有空隙，人踩上去不能有明顯下沉，拼縫須采取措施封閉嚴密。

混凝土要加強振搗確保密實特別是預應力錨下位置和鋼筋密集區(qū)域。

（2）預應力孔道漏漿與堵塞。主要原因是波紋管安裝完成后，澆筑混凝土時被振搗棒碰撞破裂;波紋管接頭處套管包裹不嚴實或有孔洞;焊接鋼筋時，電焊火花燒壞波紋管。治理措施：施工時應防止混凝土振搗棒直接觸擊波紋管;管道中間接頭、管道與錨墊板喇叭口的接頭，必須做到密封、牢固、不易脫開和漏漿;在混凝土澆筑完成后，在混凝土終凝前，用高壓水槍沖洗管道，并用通孔器檢查管道是否暢通;先在波紋管內穿入稍細的硬塑料管，澆筑完成后再拔出，可預防波紋管堵塞;進行鋼筋焊接時，采用擋板防止電焊火花燒破波紋管。

5 結論

熱帶季風氣候且屬臺風登陸區(qū)施工橋梁上部構造受天氣影響較大，應根據(jù)現(xiàn)場實際情況選擇合適的施工方案，掛籃懸臂澆筑施工要充分考慮臺風的影響優(yōu)化臨時固結抗風能力。本工程實際施工效果良好，其質量、安全、進度均得到有力保障，所提及的方法具有一定的參考價值。

參考文獻：

[1]竇文林，安康月.高速公路特大橋預應力連續(xù)梁橋懸臂施工控制研究[J].公路工程，2019，44（03）：112-116.

[2]李洪坤，姚亞東.呼和浩特市三環(huán)路特大橋預應力連續(xù)梁橋懸臂施工控制研究[J].公路工程，2020，45（01）：135-139.

[3]柴金玲，王永.懸臂施工菱形掛籃行走安全分析研究[J].公路工程，2014，39（04）：215-217.

[4]石雪飛，鄭信光，張凱生.懸臂澆筑混凝土斜拉橋施工控制[J].橋梁建設，2001（05）：36-39.

[5]周敉，宋一凡，趙小星.預應力混凝土橋梁懸臂澆筑的施工控制[J].長安大學學報（自然科學版），2005（06）：43-48.