特大跨徑連續(xù)梁橋懸臂施工關(guān)鍵技術(shù)探析*

袁麗敏

（中鐵二十一局集團(tuán) 第二工程有限公司，甘肅 蘭州 730030）

0 引言

近些年來(lái)，我國(guó)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，基礎(chǔ)設(shè)施量也越來(lái)越大，大量的房屋建筑，道路橋梁等民生工程被廣泛的建設(shè)。與此同時(shí)，工程建設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)與要求也逐漸提高與規(guī)范。在特大跨徑的箱梁建設(shè)中，懸臂澆筑法也被廣泛采用，懸臂澆筑法的施工方案也逐漸成為工程設(shè)計(jì)中的重點(diǎn)與難點(diǎn)，懸臂澆筑方案將直接決定連續(xù)梁施工時(shí)的安全以及后期可能的質(zhì)量問(wèn)題，所以對(duì)懸臂澆筑進(jìn)行研究和分析具有重要意義的。馮小勇、王安東［1］等對(duì)連續(xù)梁施工過(guò)程中軸線、撓度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，分析了撓度變化曲線，提出在合龍段施工時(shí)，掛籃前移速率要小于10 cm/min。胡鵬濤［2］提出應(yīng)用一種菱形掛籃，且該類(lèi)掛籃的受力及其變形等均滿(mǎn)足相關(guān)要求。劉勇［3］對(duì)連續(xù)箱梁施工過(guò)程中的掛籃技術(shù)進(jìn)行分析，明確了掛籃強(qiáng)度、選型與懸臂施工的搭配要求?，F(xiàn)以某座在建的特大跨徑連續(xù)梁橋的懸臂施工過(guò)程為依據(jù)，對(duì)相應(yīng)的施工方法和步驟進(jìn)行了總結(jié)。

1 工程概況

本項(xiàng)目中建設(shè)的橋梁為大跨徑連續(xù)箱型截面梁橋，梁段包括3跨，長(zhǎng)度為40 m+64 m+40 m，對(duì)應(yīng)的上部結(jié)構(gòu)的橋墩號(hào)為：10#，11#，12#，13#,該橋橫跨河流，11#和12#在河中，上部結(jié)構(gòu)尺寸為12.8 m×90.9 m×2 m，圓端空心墩。其中，11#主橋墩高41 m，12#主橋墩高45 m，梁段主體為變截面的單箱單室箱型截面梁，箱梁頂部寬11.8 m，底部寬6.4 m，單側(cè)邊的翼緣板寬度為2.7 m，翼緣板端部厚30 cm，根部厚62 cm，全體梁段采用預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)進(jìn)行布置，所有的預(yù)應(yīng)力鋼絞線均符合有關(guān)技術(shù)和規(guī)范要求。

在該大跨徑的橋梁建設(shè)中，上部結(jié)構(gòu)的變截面梁體結(jié)構(gòu)通過(guò)掛籃懸臂澆筑法施工，并且需要在10#，11#，12#，13#主墩的墩頂設(shè)置臨時(shí)固結(jié)裝置，以此來(lái)穩(wěn)定墩頂，便于澆筑0#塊，0號(hào)塊澆筑完成后，從0號(hào)塊向兩側(cè)逐次分段澆筑1號(hào)塊、2號(hào)塊等，直至7號(hào)塊澆筑完成。以11#和12#墩頂為支點(diǎn)，形成兩個(gè)T結(jié)構(gòu)，在建設(shè)以10#，13#墩為主墩的梁體邊跨部位時(shí)，采用支架現(xiàn)澆法，接著對(duì)11#和12#主墩進(jìn)行跨中合龍施工，其次對(duì)邊跨進(jìn)行合龍。合龍結(jié)束后，拆除各墩墩頂?shù)呐R時(shí)固結(jié)裝置，展現(xiàn)箱梁原貌。

2 掛籃懸臂澆筑箱梁的技術(shù)措施

2.1 懸臂澆筑法總體措施

（1）首先在11#，12#的頂部安裝托架，然后在墩頂與托架的上部澆筑0號(hào)塊，待0號(hào)塊具備一定強(qiáng)度后，設(shè)置臨時(shí)固結(jié)裝置，加強(qiáng)0號(hào)塊與11#、12#主墩的連接，以達(dá)到后期懸臂澆筑其他梁塊時(shí)受力平衡。

（2）對(duì)0號(hào)塊進(jìn)行預(yù)應(yīng)力鋼束的張拉與錨固，包括橫、縱、豎三個(gè)方向的鋼束。

（3）在11#，12#主墩上的0號(hào)塊兩側(cè)安裝掛籃系統(tǒng)，預(yù)壓加載結(jié)束后，安裝模板，澆筑混凝土。當(dāng)混凝土養(yǎng)護(hù)期結(jié)束后，即可進(jìn)行預(yù)應(yīng)力束的張拉，張拉結(jié)束后，拆除托架。

（4）分別以11#，12#主墩的墩頂為支點(diǎn)，以0號(hào)塊為中心，向兩側(cè)懸臂澆筑各號(hào)梁塊。施工中，將兩側(cè)的掛籃依次向前移動(dòng)，搭設(shè)模板，澆筑混凝土，張拉預(yù)應(yīng)力束，該塊梁段施工結(jié)束后，繼續(xù)前移掛籃，重復(fù)以上步驟，直到梁體的所有梁段施工結(jié)束。

（5）在邊跨處搭設(shè)托架，進(jìn)行邊跨直線段的澆筑，養(yǎng)護(hù)混凝土具有一定強(qiáng)度后，安裝邊跨臨時(shí)性剛性連接設(shè)置，張拉臨時(shí)約束，并且澆筑邊跨梁段。

（6）拆除邊跨臨時(shí)剛性設(shè)置，在11#和12#主墩中安裝跨中剛性設(shè)置，同時(shí)設(shè)置臨時(shí)約束，之后兩邊前移掛籃，迅速對(duì)跨中合龍段進(jìn)行澆筑，養(yǎng)護(hù)期結(jié)束后，進(jìn)行預(yù)應(yīng)力束的張拉。

（7）中跨與邊跨都合龍后，先拆除跨中的剛性連接設(shè)置，接著拆除11#，12#墩頂?shù)呐R時(shí)固結(jié)裝置，最后拆除邊跨的現(xiàn)澆支架。

2.2 懸臂澆筑法具體措施

2.2.1 臨時(shí)固結(jié)設(shè)置

當(dāng)0號(hào)塊養(yǎng)護(hù)期結(jié)束后，安裝預(yù)應(yīng)力束，需要在兩側(cè)安裝掛籃系統(tǒng)，澆筑其他梁塊。為了保持施工中梁體的平衡性，在0號(hào)塊梁墩處設(shè)置臨時(shí)固結(jié)裝置，設(shè)置方向與掛籃前移方向一致，寬度上與箱梁一致，每個(gè)梁墩連接處設(shè)置四個(gè)。采用C50混凝土澆筑固結(jié)裝置，鋼筋采用HRB400φ32螺紋鋼筋，間距9 cm，底部深入托盤(pán)130 cm，頂板深入箱梁130 cm。在0號(hào)塊和墩頂之間澆筑混凝土墊塊，以增加梁體的抗彎能力。待主體工程完工后，可通過(guò)靜態(tài)破碎法解除固結(jié)裝置。

2.2.2 0號(hào)塊澆筑

0號(hào)塊全長(zhǎng)12 m，在主墩墩頂一次性澆筑完成，澆筑流程：0號(hào)塊托架安裝及預(yù)壓→底模板，側(cè)模板安裝→底模板，側(cè)模板鋼筋布設(shè)→底模板，側(cè)模板中的孔道安裝→頂板模中鋼筋安裝→頂板模板中孔道布設(shè)→布設(shè)預(yù)應(yīng)力鋼束→縱向張拉預(yù)應(yīng)力束→橫向預(yù)應(yīng)力鋼束張拉→豎向預(yù)應(yīng)力鋼束張拉→各預(yù)應(yīng)力張拉結(jié)束后，壓漿封錨。

2.2.3 懸澆施工梁塊

本工程中，11#和12#主墩各布置一套掛籃系統(tǒng)，待0號(hào)塊澆筑完成后，具備一定強(qiáng)度后，拆除0號(hào)塊的支架，安裝掛籃系統(tǒng)，以各自的墩梁結(jié)合點(diǎn)為中心點(diǎn)，逐次慢速向兩邊移動(dòng)掛籃，完成梁體的懸臂施工。

掛籃的拼裝中，首先需要用水泥砂漿將滑道面找平，布置好定位線，接著安裝滑道和滑塊，安裝主桁架（包括：下平桁、后斜桿、立桿、前下斜桿、前上斜桿），錨固系統(tǒng)、前上橫梁和斜撐桿及平聯(lián)，吊掛系統(tǒng)及底平臺(tái)，然后在底平臺(tái)上安裝模板系統(tǒng)，最后對(duì)整個(gè)掛籃系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整。

此外，需要對(duì)掛籃進(jìn)行荷載試驗(yàn)，以消除可能的變形，包括彈性變形，以及其他各種因素引起的變形等，確保掛籃系統(tǒng)的實(shí)用性，荷載實(shí)驗(yàn)采用預(yù)埋張拉法逐漸增加荷載的方法實(shí)驗(yàn)。

2.2.4 掛籃的工作狀態(tài)

大跨徑連續(xù)梁懸臂澆筑法中，澆筑好的梁塊需要不少于5 d的養(yǎng)護(hù)，且養(yǎng)護(hù)完成后，其彈性模量要達(dá)到設(shè)計(jì)模量，強(qiáng)度要達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的95%，之后才能安裝預(yù)應(yīng)力鋼束。在掛籃系統(tǒng)的前移中，要注意滑道的布設(shè)。

在邊跨直線段的作業(yè)中，混凝土澆筑時(shí)的支架一般采用下步預(yù)埋雙拼132 a，托架斜撐采用I32 a，橫向連接采用I20 a，托架縱梁采用雙拼I32 a，橫向分配采用2I28 a，縱向分配采用I28 a，在采用10 cm×10 cm方木，18 mm竹膠板。該托架系統(tǒng)包括四個(gè)組成部分，有關(guān)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)要求如下：首先將I32 c預(yù)埋于墩身側(cè)的側(cè)砼里，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工條件布置其水平間距和高程位置。托架中的縱梁布設(shè)由雙拼I32 c對(duì)焊而成，焊接結(jié)合處用鋼板連接。斜撐采用雙拼I32 c對(duì)焊而成，上側(cè)與縱梁向連接，下冊(cè)與預(yù)埋件相連接。

為了消除彈性變形，非彈性變形以及其他可能因素的影響，需要用反支點(diǎn)法對(duì)邊跨段的支架進(jìn)行現(xiàn)澆試驗(yàn)，該法需要布置16根32 mm精軋螺紋鋼，分開(kāi)布置在承臺(tái)的兩側(cè)。精軋螺紋鋼通過(guò)鋼絞線連接，通過(guò)0號(hào)塊上的支架頂板處的反拉點(diǎn)，兩邊相拉，以達(dá)到加載的效果。通過(guò)縱梁，橫梁的布設(shè)，使預(yù)壓的荷載強(qiáng)度達(dá)到與實(shí)際荷載一致的效果，預(yù)壓荷載逐級(jí)提高，三個(gè)重要的荷載節(jié)點(diǎn)時(shí)的荷載分別為梁體自重的50%，100%，120%，相鄰荷載的時(shí)間間隔為12 h。在作業(yè)中，要結(jié)合混凝土澆筑的過(guò)程，做到預(yù)壓加載和混凝土澆筑順序一致性的原則繼續(xù)預(yù)壓，并且要在梁體的主要位置布設(shè)觀測(cè)點(diǎn)，用于測(cè)量梁體的高程，平面位置等，以便于迅速掌握梁段的變形信息。每一級(jí)預(yù)壓試驗(yàn)結(jié)束6 h后，進(jìn)行沉降觀測(cè)，24 h內(nèi)，其沉降標(biāo)準(zhǔn)要控制于1 mm以?xún)?nèi)，連續(xù)三天測(cè)量，如果其沉降量都小于1 mm，則表示支架預(yù)壓加載試驗(yàn)結(jié)束，且其結(jié)構(gòu)合理。

橋梁的合龍是重要的作業(yè)項(xiàng)目，尤其在剛構(gòu)連續(xù)梁中，當(dāng)梁體的懸臂T構(gòu)以及邊跨直線段澆筑完成后，將依次進(jìn)行合龍，首先是中跨，其次是邊跨。合龍要選擇在一天中較低的溫度環(huán)境下進(jìn)行作業(yè)，在合龍前，需將兩端的梁體用型鋼骨架臨時(shí)鎖定，并且進(jìn)行48 h的連續(xù)觀測(cè)，以確保環(huán)境溫度，標(biāo)高，梁體溫度，合龍段長(zhǎng)度等符合相關(guān)要求。澆筑作業(yè)選擇在一天中溫度最低的時(shí)間點(diǎn)進(jìn)行，以此來(lái)降低澆筑段的內(nèi)外溫差，從而導(dǎo)致嚴(yán)重的裂縫問(wèn)題。梁體合龍時(shí)，要注意使用微膨脹混凝土，且混凝土強(qiáng)度要高于梁體其他混凝土等級(jí)。合龍段的混凝土澆筑應(yīng)當(dāng)盡可能的迅速，盡量將時(shí)間控制在2 h內(nèi)，合龍段應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)，縮小澆筑段內(nèi)外溫度差，防止裂縫產(chǎn)生。

3 主墩0號(hào)塊受力驗(yàn)證

3.1 0#塊的荷載計(jì)算

0#塊梁體的計(jì)算截面如圖1所示。

圖1 梁體計(jì)算截面（單位：cm）

其中：模板及支架荷載：q=1.0 kN/m2，

設(shè)備及人工荷載：q=3.0 kN/m2，

混凝土沖擊荷載：q=1.5 kN/m2，

混凝土振搗荷載：q=1.5 kN/m2，

混凝土的容重：q=26 kN/m3，

混凝土的超灌系數(shù)：1.05。

（1）腹板部位荷載計(jì)算：

長(zhǎng)1 m，梁高5.3 m。

混凝土自重荷載：

(5.3×0.75)×1×26÷0.75=137.80 kN/m2。

腹板處混凝土的分布荷載為：

模板荷載：

外側(cè)模：1×4.65×1÷(0.75×1)=6.20 kN/m2，

底模：1×0.75×1÷(0.75×1)=1 kN/m2，

內(nèi)側(cè)模：1×3.58×1÷(0.5×1)=4.60 kN/m2，

腹板總荷載：p12=11.80 kN/m2，

設(shè)備及人工荷載：p13=3 kN/m2，

混凝土澆筑時(shí)的沖擊及振搗荷載：p14=5 kN/m2。

腹板下荷載總和：

（2）底板部分荷載計(jì)算：

混凝土自重荷載：

則底板部分分布荷載為：

箱內(nèi)頂模，底模，底板底模荷載：

底模：

頂模：

模板分布荷載為：p22=2.09 kN/m2。

設(shè)備及人工荷載：p23=3 kN/m2。

混凝土澆筑沖擊及振搗荷載：p24=5 kN/m2。

底板部分分布荷載總和：

（3）翼緣板荷載計(jì)算如下：

混凝土自重荷載：

翼緣部位分布荷載為：p31=11.83×1.05=12.42kN/m2。

模板荷載：

模板分布荷載為：

設(shè)備及人工荷載：p33=3 kN/m2。

混凝土澆筑沖擊及振搗荷載：p34=5 kN/m2。

底板部位分布荷載總合：

綜上所述，截面的載荷分布如圖2所示。

圖2 橫向荷載分布圖 （單位：kN/mm2）

3.2 縱梁驗(yàn)算

在0號(hào)塊中，結(jié)合實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，利用Miads建立腹板中縱梁的有限元模型分析縱梁的正應(yīng)力與剪應(yīng)力變化，模型中，將I32c的縱梁簡(jiǎn)化為簡(jiǎn)支梁，受力結(jié)構(gòu)如圖3所示，分析其結(jié)構(gòu)合理性，其相關(guān)的模型及結(jié)果如下：

圖3 縱梁受力簡(jiǎn)圖（單位：kN/m）

單根縱梁腹板下分布荷載：

單根縱梁底板下分布荷載：

單根縱梁翼緣板下分布荷載：

應(yīng)用有限元模型，求得縱梁位移圖，正應(yīng)力分布圖，剪力圖如圖4、5、6所示。

圖4 分配縱梁位移圖

圖5 分配縱梁所受正應(yīng)力圖

圖6 分配縱梁剪應(yīng)力圖

由以上的計(jì)算結(jié)果可知，腹板中縱梁的最大撓度為1.8 mm，最大正應(yīng)力為63.45 MPa，最大剪應(yīng)力為20.6 MPa。

由計(jì)算結(jié)果可知，縱梁的撓度，正應(yīng)力，剪應(yīng)力等都符合規(guī)范。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，在大跨徑橋梁工程的建設(shè)中，懸臂澆筑法中掛籃施工將直接影響到橋梁施工中的安全以及后期運(yùn)營(yíng)的質(zhì)量。因此，掛籃施工要布置合理且科學(xué)的施工方案，以上通過(guò)某座在建的特大跨徑連續(xù)梁橋的懸臂施工，結(jié)合工程的具體情況，落實(shí)施工中的每一道工序，從而保證了懸臂施工的施工質(zhì)量。