特大橋連續(xù)梁懸臂掛籃施工關(guān)鍵技術(shù)分析

曹文斌、孫劍

（1.九江市公路發(fā)展中心都昌分中心，江西都昌332600；2.都昌縣交通綜合行政執(zhí)法大隊(duì)，江西都昌332600）

0 引言

在特大橋連續(xù)梁懸臂掛籃施工前，首先，需要進(jìn)行懸臂掛籃拼裝和試驗(yàn)，掛籃的設(shè)計(jì)應(yīng)該采用無平衡重桁架式結(jié)構(gòu)。在施工過程中，要分析預(yù)拱度，對加固模板進(jìn)行調(diào)整，使掛籃在各個階段能夠保持平衡穩(wěn)定。在鋼筋綁扎后，需要安裝預(yù)應(yīng)力的管道，并進(jìn)行混凝土灌注壓漿；其次，需要控制T 構(gòu)兩懸臂端混凝土澆筑速度；最后，在縱向預(yù)應(yīng)力張拉完成后，方可移動掛籃進(jìn)行下一階段的施工。

1 國內(nèi)連續(xù)梁施工現(xiàn)狀

我國自20世紀(jì)50年代中期開始應(yīng)用連續(xù)梁施工，至今（2021年）已有將近70年的歷史。相比其他國家而言，我國連續(xù)梁施工技術(shù)起步比較晚。但是近些年隨著我國對外開放力度增大，大規(guī)模建設(shè)基礎(chǔ)設(shè)施，目前我國連續(xù)梁施工技術(shù)已經(jīng)領(lǐng)先國際水平[1]。連續(xù)梁施工方法主要包括頂推法施工、掛籃懸臂施工、滿堂支架施工、逐孔施工，不同的方法對施工要求不同。在眾多施工方法中，懸臂掛籃施工方法由于不需要搭設(shè)支架，在施工期間對行車影響較小，跨越幅度大，所以應(yīng)用最廣泛。目前，在我國開通的16 條高速鐵路客運(yùn)專線中，連續(xù)梁使用比例超過50%。其中，津秦鐵路客專線在2010年被列為全國鐵路十大重難點(diǎn)工程之一。

2 連續(xù)梁懸臂掛籃施工優(yōu)缺點(diǎn)

從我國目前已經(jīng)修建的橋梁來看，懸臂掛籃施工技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn)：一是能夠有效節(jié)約施工成本，無須大型吊裝設(shè)備輔助，降低工程造價(jià)。二是懸臂掛籃施工方法有利于截面的控制，同時還能夠控制梁體內(nèi)外側(cè)標(biāo)高度。三是懸臂掛籃施工無須支架，有利于通航河流建橋[2]；適用于大跨度深山峽谷；在城市建立交橋也不影響公路鐵路正常運(yùn)行。四是有利于加快施工進(jìn)度。正常的混凝土施工包括內(nèi)模安裝、鋼筋加工、預(yù)應(yīng)力管道定位、混凝土澆筑、預(yù)應(yīng)力張拉、管道壓漿等步驟。在懸臂掛籃施工中，雖然也需要進(jìn)行這些步驟，但是整個施工過程相對簡單，而且受外界的影響比較小，可以進(jìn)行連續(xù)施工。

當(dāng)然懸臂掛籃施工方法也并不是沒有缺點(diǎn)：一是受施工參數(shù)影響。在采用懸臂掛籃施工的時候，受到位置的影響，要逐階段控制掛籃標(biāo)高。在實(shí)際施工中，由于各區(qū)段澆筑混凝土的時間不同，在合龍時，需要進(jìn)行體系轉(zhuǎn)換。但是由于混凝土?xí)a(chǎn)生收縮變形，而且內(nèi)力分布十分復(fù)雜，對施工來說有較高的要求。尤其是在懸臂掛籃施工中，需要控制各個參數(shù)，保證操作精細(xì)化，這就加大了施工的難度。二是必須進(jìn)行掛籃的安全性驗(yàn)算。由于懸臂掛籃施工是在空中進(jìn)行的，在施工之前必須要進(jìn)行安全性驗(yàn)算，以保證掛籃安全可靠，防止出現(xiàn)梁體傾覆或者梁端位移。

3 掛籃結(jié)構(gòu)

3.1 主桁架系統(tǒng)

主桁架是掛籃的重要承重結(jié)構(gòu)，主要由3 片主桁架、槽鋼板、橫向連接結(jié)構(gòu)和頂棚梁組成。槽鋼板厚度為1cm 的鋼板焊層，焊縫高度為8mm，桁架兩結(jié)構(gòu)端采用鋼板和螺栓連接，掛籃主桁架懸臂長4.78m。3 片主桁架分別布于箱體3 個腹部位置。橫向聯(lián)系結(jié)構(gòu)由槽鋼、鋼板、角鋼主焊合成，并采用高強(qiáng)螺栓連接，以保證框架整體的穩(wěn)定性[3]。頂棚梁長17.52m，由兩條工字鋼組成。工字鋼設(shè)14 塊橫隔板和12 塊厚度為1cm 的加筋鋼板。共有10 個吊點(diǎn)，2 個外橫前吊點(diǎn)、4 個底模平臺吊點(diǎn)、4 個內(nèi)模前吊點(diǎn)。

3.2 吊掛系統(tǒng)

3.2.1 前吊裝置

前吊裝置的作用是將澆筑的混凝土重量轉(zhuǎn)移至掛籃的3 片主桁架上。前吊系統(tǒng)由4 根鋼板吊帶和螺紋鋼組成。

3.2.2 后吊裝置

后吊裝置的作用是將混凝土的重量轉(zhuǎn)移至已澆筑完成的箱體上。后吊系統(tǒng)主要由6 根螺紋鋼和4 塊鋼板、2 根吊帶組成。吊帶穿過箱梁底板的預(yù)留孔與底模平臺橫梁連接，每根吊帶通過梁體連接在已澆筑完成的箱梁底板上。

3.3 模板系統(tǒng)

3.3.1 外側(cè)模

外側(cè)模主要是由面板和鋼桁架焊接而成。面板為厚度6mm 的鋼模板，鋼桁架由橫桿、豎桿、角鋼連接而成。外側(cè)模長度為5m，主要用于梁部兩端施工中[4]。在施工過程中，需要考慮量標(biāo)高的變化，并設(shè)置活動件。外側(cè)模支撐在外滑梁上，設(shè)有后吊架，后吊架上裝有滑輪。在掛籃行走的時候，外滑梁與外側(cè)模一起沿滑輪滑行。

3.3.2 內(nèi)模

內(nèi)模主要為輕型鋼板，每個內(nèi)模桁架吊在2 根內(nèi)模滑行梁上，并沿內(nèi)模梁滑行。

3.3.3 底模

底模由底模板和底模架組成。底模后橫梁和前橫梁均可作為槽鋼的受力點(diǎn)，分別用于前吊桿和后吊桿。底模板寬度應(yīng)比箱梁底寬小8mm，縫隙處應(yīng)填海綿條，以防止漏漿。

3.4 行走系統(tǒng)和后錨固系統(tǒng)

3.4.1 行走系統(tǒng)

行走系統(tǒng)由軌道前支座、鋼枕、后支座組成。前后支座設(shè)置在軌道頂面，前支座沿軌道滑行。在行走時，應(yīng)在滑板上涂抹潤滑油，以減少行走的摩擦系數(shù)。掛籃主桁架通過后鋼板沿軌道上翼緣向前滑行。

3.4.2 后錨固系統(tǒng)

掛籃的后錨固系統(tǒng)由錨軌扁擔(dān)、后錨扁擔(dān)組成[5]。在掛籃節(jié)段混凝土澆筑時，掛籃的后端通過后錨扁擔(dān)與螺紋鋼將主桁架后節(jié)點(diǎn)錨固在軌道上。軌道通過錨軌扁擔(dān)和箱體頂面的豎向預(yù)應(yīng)力連接，將所承受的力傳遞至箱梁。

4 懸臂掛籃安裝和調(diào)試關(guān)鍵施工技術(shù)

4.1 懸臂掛籃安裝

懸臂掛籃安裝應(yīng)該按照以下順序進(jìn)行：軌道錨固系統(tǒng)—足構(gòu)架立柱—足構(gòu)架斜拉桿—后錨系統(tǒng)—門架—前橫梁吊帶系統(tǒng)—底托系統(tǒng)—前排梁衡量—底模外側(cè)模、內(nèi)模系統(tǒng)。具體安裝步驟為：按照要求設(shè)置軌枕，并根據(jù)橋梁中心線確定軌道中心，鋪設(shè)軌道，利用連接器連接螺紋鋼和軌道錨固鋼筋，以此作為錨固軌道。在安裝滑移支架的時候，需要使滑移支架支柱與梁端處于同一直線。對主構(gòu)架進(jìn)行吊裝，采用螺栓和反扣輪系統(tǒng)相連，安裝豎桿間的橫桿，并用銷軸與橫桿相連。隨后安裝兩側(cè)吊架豎桿，并采用銷軸連接。兩側(cè)豎桿頂部使用螺紋鋼相連，同時調(diào)整主構(gòu)架垂直度。在進(jìn)行前橫梁安裝的時候，應(yīng)當(dāng)使用高強(qiáng)度螺栓。同時在橋下，對前吊帶和前吊桿進(jìn)行組裝前的準(zhǔn)備。將前吊帶按照從下至上的順序，從橫梁上穿出，并安裝千斤頂和扁擔(dān)梁。通過梁體底板預(yù)留孔穿出內(nèi)扣吊桿，根據(jù)現(xiàn)場起吊能力，調(diào)整和拼裝橋下底托系統(tǒng)[6]。當(dāng)起吊能力不足時，需要分析托梁重量，并按順序進(jìn)行分布吊裝。在前吊桿和前托梁之間采用銷軸相連，完成底模吊裝之后，需要進(jìn)行定位，并采用點(diǎn)焊的方式進(jìn)行固定。隨后對內(nèi)滑梁前后吊桿進(jìn)行安裝。安裝完成后，對掛籃進(jìn)行加載試驗(yàn)，并適當(dāng)調(diào)整模板的標(biāo)高，綁扎好底板和腹板鋼筋之后，再對內(nèi)模支架進(jìn)行分片吊裝，并安裝內(nèi)模板，掛籃安裝允許誤差見表1。

表1 掛籃安裝允許誤差

4.2 掛籃預(yù)壓

在完成掛籃安裝后，需要對安裝的掛籃進(jìn)行預(yù)壓，目的是消除非彈性變形，并確定變形曲線值，為下一步施工提供有效參考。懸臂掛籃預(yù)壓方法需要按照懸臂掛梁段自重進(jìn)行，初始預(yù)壓值為1.1 倍的設(shè)計(jì)壓力。預(yù)壓借助反力架完成，并分三次進(jìn)行，每次加完壓力后，需要對實(shí)際變形值進(jìn)行測量。在加壓結(jié)束之后，再次測量最終變形值，隨后，對變形觀測值進(jìn)行分析，確定掛籃修正值。

4.3 掛籃行走

掛籃行走前，需要檢查掛籃結(jié)構(gòu)狀態(tài)和不同部位的連接狀況，如果發(fā)現(xiàn)缺陷，應(yīng)立即整改。清理掛籃軌道上的障礙物。掛籃行走應(yīng)緩慢進(jìn)行，移動速度不能超過10cm/min[7]。采用千斤頂緩慢松開掛籃尾部的后錨鋼筋，沿掛籃前進(jìn)方向鋪設(shè)第二階段軌道。在掛籃行走的時候，需要做好位置標(biāo)記，一般為主桁架豎桿中心距離兩端50cm 的位置。為防止掛籃行走受到過大的阻力，需要在滑移底板上涂抹潤滑油。在掛籃行走過程中，應(yīng)該同步控制其他相應(yīng)構(gòu)件，并保持行走一致。在掛籃行走至控制位置后，停止行走，錨固掛籃尾部，并安裝吊桿，調(diào)整底模和側(cè)模高層。

4.4 體系轉(zhuǎn)換

在進(jìn)行懸臂掛籃施工的時候，結(jié)構(gòu)體系轉(zhuǎn)換至關(guān)重要。而合龍段施工又是重中之重。如果體系轉(zhuǎn)換出現(xiàn)問題，就會導(dǎo)致整個梁體受力不均，甚至出現(xiàn)梁體破壞，嚴(yán)重影響施工質(zhì)量。連續(xù)梁的體系轉(zhuǎn)換是兩個T 構(gòu)向雙懸臂的轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換成剛構(gòu)連續(xù)。在體系轉(zhuǎn)換過程中，需要確保結(jié)構(gòu)內(nèi)力調(diào)整分配滿足設(shè)計(jì)要求，并協(xié)調(diào)合龍段懸臂端內(nèi)力，解決連續(xù)梁臨時固結(jié)和鎖定的技術(shù)問題。在具體施工中，應(yīng)該采取以下措施：在合龍邊跨和中跨的時候，應(yīng)該先焊接連接筋，再利用永久性的預(yù)應(yīng)力臨時張拉。在施工中，需要考慮溫差產(chǎn)生的收縮變化。在焊接前，保證結(jié)構(gòu)變形協(xié)調(diào)，采用56 號工字鋼進(jìn)行焊接。在三孔鋼連續(xù)梁跨中段合龍的時候，應(yīng)該合理控制液壓千斤頂?shù)氖┘訅毫退巾斄?。在進(jìn)行中跨合攏段澆筑混凝土前，需要在兩懸臂端配置與混凝土重量相當(dāng)?shù)乃渥鳛閴褐?，并在澆筑過程中持續(xù)放水，始終保持兩邊重量相當(dāng)，使合龍段處于穩(wěn)定狀態(tài)。五孔連續(xù)梁固結(jié)的措施是在安裝臨時支座時，分析梁體受力情況，在進(jìn)行體系轉(zhuǎn)換前，預(yù)埋螺紋鋼，并與梁體進(jìn)行連接，以控制懸臂施工產(chǎn)生的拉應(yīng)力[8]。合龍段施工完成安裝后，需要拆除臨時固結(jié)，并切斷螺紋鋼，轉(zhuǎn)換到永久支座上。進(jìn)行預(yù)應(yīng)力張拉，完成體系轉(zhuǎn)換。預(yù)應(yīng)力張拉是整個連續(xù)梁施工的難點(diǎn)。其施工質(zhì)量直接影響到梁體的使用壽命。因此，在進(jìn)行預(yù)應(yīng)力張拉的時候，應(yīng)該根據(jù)設(shè)計(jì)要求和施工實(shí)際情況，合理確定施工方案。通過建立仿真模型分析預(yù)測壓力，保證預(yù)應(yīng)力控制值與實(shí)際設(shè)計(jì)要求一致。

4.5 線形控制

在掛籃移走之前，為了保證合龍段施工質(zhì)量，需要合理控制合龍段豎向撓度的偏差，使其能夠滿足橋面現(xiàn)行要求。在施工前需要進(jìn)行測量，并利用橋梁軟件進(jìn)行仿真計(jì)算，調(diào)整實(shí)際參數(shù)。根據(jù)橋梁澆筑段的立模標(biāo)高做出預(yù)測。包括澆筑段牢度變化值、應(yīng)力、溫度變化以及掛籃自身的彈性變形等。撓度觀測點(diǎn)應(yīng)該在腹板正上方5cm 處[9]。在施工過程中，需要加強(qiáng)對每一截面內(nèi)模的檢測以及預(yù)應(yīng)力張拉前后的標(biāo)高觀測，并掌握各個節(jié)點(diǎn)的撓度以及箱梁曲線的變換歷程。同時還需要考慮溫度對撓度的影響。要在早上7 點(diǎn)至18 點(diǎn)前進(jìn)行溫度影響觀測，并在底板和頂板之間埋傳感器，通過布置測點(diǎn)分析溫度對撓度產(chǎn)生的影響，以監(jiān)測橋墩連續(xù)懸臂梁灌注期間的穩(wěn)定性和施工時的不平衡影響。通過計(jì)算預(yù)測，分析解決線形控制問題。

4.6 掛籃脫模

在完成節(jié)段澆筑以及預(yù)應(yīng)力張拉后，才能進(jìn)行脫模工作。在脫模時，首先將外側(cè)模骨架拉桿松開，然后調(diào)節(jié)千斤頂，將底模內(nèi)后吊桿千斤頂松開。調(diào)節(jié)外滑梁后，將螺紋鋼螺母松開至一定高度，將側(cè)面吊架和外側(cè)模間的倒鏈松開。調(diào)節(jié)前吊桿千斤頂，將外滑梁前吊桿和前橫梁與外側(cè)模間倒鏈松開。利用側(cè)模模板自重脫離混凝土，并控制脫模高度為10cm 左右。最后對后吊桿進(jìn)行拆除。在拆內(nèi)模的時候，需要先將吊桿螺母松開至一定位置，并對內(nèi)滑梁前吊帶進(jìn)行調(diào)節(jié)。為了方便滑梁行走，滑梁前端應(yīng)比后端略低。

5 結(jié)語

總而言之，懸臂掛籃是特大橋連續(xù)梁的關(guān)鍵技術(shù)。在采用懸臂掛籃施工的時候，需要對相關(guān)參數(shù)進(jìn)行合理控制。在施工前，需要分析可行性，并把握關(guān)鍵技術(shù)和相關(guān)參數(shù)，保證懸臂掛籃順利安裝和安全應(yīng)用，為特大橋連續(xù)梁施工做好準(zhǔn)備。