變截面連續(xù)梁掛籃懸臂澆筑與大節(jié)段支架現(xiàn)澆施工技術(shù)分析

李 強(qiáng) , 嚴(yán) 軍

(中國(guó)水利水電第十工程局有限公司，四川 成都 610072)

1 概 述

掛籃懸臂澆筑法施工是指在橋梁墩臺(tái)施工完成后依靠支架、模板等臨時(shí)結(jié)構(gòu)澆筑0號(hào)塊，在此基礎(chǔ)上，待0號(hào)塊混凝土強(qiáng)度達(dá)到所要求的強(qiáng)度后，對(duì)稱進(jìn)行兩端T構(gòu)節(jié)段的施工，每個(gè)節(jié)段先后完成掛籃移動(dòng)、節(jié)段澆筑及預(yù)應(yīng)力筋張拉、錨固，然后移動(dòng)掛籃，進(jìn)行下一節(jié)段的施工，直到邊跨和跨中合龍[1]。掛籃懸臂澆筑法具有很大的優(yōu)越性，可以不受橋下地形、河流和通航及防洪要求的影響，并能很好地適應(yīng)梁段截面的變化，節(jié)省了工程成本；但在施工過(guò)程中，對(duì)其施工技術(shù)提出了更高的要求，必須加強(qiáng)施工控制和監(jiān)測(cè)。

大節(jié)段支架現(xiàn)澆法施工是指將連續(xù)梁多節(jié)段合并為一大節(jié)段，在橋位處搭設(shè)支架并將梁段施工過(guò)程中的所有工序均轉(zhuǎn)至支架上進(jìn)行，待混凝土達(dá)到所要求的強(qiáng)度后拆模，待橋梁預(yù)應(yīng)力及附屬工序完成后拆除支架[2]。大節(jié)段支架現(xiàn)澆法施工較掛籃懸臂澆筑法極大地節(jié)省了工期，同時(shí)其工藝成熟簡(jiǎn)單，成本較低，非常適用于橋墩較低的中、小跨徑連續(xù)梁施工。隨著鋼構(gòu)架構(gòu)件的標(biāo)準(zhǔn)化，支架現(xiàn)澆法施工在長(zhǎng)大跨徑橋梁中亦有使用。

通過(guò)一個(gè)工程實(shí)例及多個(gè)項(xiàng)目案例分析了兩種施工方案在實(shí)際施工過(guò)程中的選擇。

2 工程實(shí)例

2.1 工程概述

中老鐵路朋松楠松河特大橋連續(xù)梁為單線預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁，梁體跨老撾國(guó)道13號(hào)公路，連續(xù)梁計(jì)算跨度為(32.6+48+32.55)m。梁體為單箱單室、變高度、變截面連續(xù)梁,梁體全長(zhǎng)112.9 m,中跨中部11 m梁段和邊跨端部13.95 m梁段為等高梁段,梁高2.5 m;中墩處4 m范圍內(nèi)梁高3.8 m,其余梁段梁底下緣按二次拋物線Y=2.5+1.3×x2/16.52 m變化,其中以6號(hào)或20號(hào)截面頂板頂為原點(diǎn),x=0～16.5 m。連續(xù)梁頂板寬7.6 m，箱底寬3.2 m。連續(xù)梁整體布置情況見圖1，連續(xù)箱梁橫斷面見圖2。

圖1 連續(xù)梁整體布置圖

圖2 連續(xù)箱梁橫斷面圖

2.2 兩種方案的主要施工要點(diǎn)

2.2.1 采用大節(jié)段支架現(xiàn)澆法的施工要點(diǎn)

(1)地基處理。采用大節(jié)段支架現(xiàn)澆法施工一般選用地勢(shì)較為平坦的地面，施工前應(yīng)對(duì)施工地點(diǎn)的地基基底進(jìn)行承載力、剛度、強(qiáng)度、穩(wěn)定性等檢測(cè)，以此作為選定整體支架數(shù)量及間距的依據(jù)。當(dāng)?shù)鼗鶙l件不滿足設(shè)計(jì)要求時(shí)，應(yīng)對(duì)地基進(jìn)行處理。同時(shí)，基面應(yīng)滿足排水要求，杜絕水泡地基而影響到地基承載力。

(2)支架的搭設(shè)與預(yù)壓。支架的搭設(shè)與預(yù)壓是采用大節(jié)段支架現(xiàn)澆施工法的關(guān)鍵。在鐵路及公路支架搭設(shè)過(guò)程中，一般以承插式支架為主，碗扣式腳手架也有應(yīng)用，而普通扣件式腳手架正在逐漸被淘汰，支架的鋼管一般采用φ48 mm×3.5 mm的標(biāo)準(zhǔn)件鋼管。預(yù)壓的目的是消除支架及地基的非彈性變形，同時(shí)檢測(cè)支架系統(tǒng)的穩(wěn)定性，保證梁體的線型及澆筑質(zhì)量。

(3)模板安裝。完成支架的搭設(shè)與預(yù)壓工作后，對(duì)相應(yīng)的模板進(jìn)行安裝。現(xiàn)澆梁的模板通常使用大塊鋼制模板，亦可采用竹膠板拼接模板。對(duì)于支架的特殊部位需要特殊定制，其模板應(yīng)嚴(yán)絲合縫，平整度好，不能出現(xiàn)漏漿情況，剛度能夠滿足施工所需。模板應(yīng)具有一定的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，可以承受在澆筑過(guò)程中出現(xiàn)的強(qiáng)烈震動(dòng)。模板安裝過(guò)程中，需要對(duì)模板的拼接縫隙、模板尺寸、整體平整度、接口位置等進(jìn)行嚴(yán)格檢查，避免出現(xiàn)尺寸誤差。

2.2.2 掛籃懸臂澆筑法的施工要點(diǎn)

(1)0號(hào)塊的施工及掛籃拼裝。由于0號(hào)塊結(jié)構(gòu)復(fù)雜，預(yù)埋件、鋼筋、預(yù)應(yīng)力束及孔道、錨具密集交錯(cuò)，混凝土數(shù)量大，混凝土振搗困難，容易產(chǎn)生空洞，必須精心施工。0號(hào)塊一般采用墩頂托架，當(dāng)條件滿足時(shí)亦可搭設(shè)支架施工。掛籃在加工現(xiàn)場(chǎng)試拼檢測(cè)合格后，將各部件運(yùn)至施工現(xiàn)場(chǎng)正式在主墩墩頂0號(hào)塊上拼裝；拼裝完畢，對(duì)掛籃加載進(jìn)行預(yù)壓以充分消除掛籃產(chǎn)生的非彈性變形；懸臂澆筑施工過(guò)程中，將掛籃的彈性變形量納入梁段施工預(yù)拱度計(jì)算中。

(2)線性監(jiān)控。梁體線形控制是懸澆法施工的關(guān)鍵技術(shù)，線形控制主要包括三個(gè)部分：各節(jié)段的標(biāo)高控制、中線控制、斷面尺寸控制；應(yīng)委托專業(yè)機(jī)構(gòu)進(jìn)行線形監(jiān)控并提供技術(shù)咨詢服務(wù)。在大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁懸臂澆筑過(guò)程中，隨著箱梁的延伸，其結(jié)構(gòu)自重將逐步施加于已澆筑的節(jié)段上，使其撓度逐漸增大而變化。因此，在各節(jié)段施工時(shí)需要有一定的施工預(yù)拱度(監(jiān)測(cè)單位提供各梁段的預(yù)拱值)。但在實(shí)際施工過(guò)程中，影響撓度的因素較多，主要有箱梁自重、掛籃變形、施加預(yù)應(yīng)力大小、施工荷載、混凝土收縮徐變、預(yù)應(yīng)力損失、溫度變化等。撓度控制將影響到合龍的精度和成橋線形，對(duì)其必須進(jìn)行精確的計(jì)算和嚴(yán)格的控制。

(3)懸澆段施工。掛籃預(yù)壓施工完畢，根據(jù)預(yù)壓結(jié)果重新調(diào)整模板的高度，進(jìn)行箱梁底、腹板鋼筋的綁扎，安裝內(nèi)模、再安裝箱梁頂板鋼筋、放置預(yù)埋件和布置預(yù)留孔。凡與掛籃施工有關(guān)的預(yù)埋件和預(yù)留孔在布置時(shí)應(yīng)確保其位置精度，以便于掛籃的安裝。最后，整個(gè)模板形成以下體系：底平臺(tái)座落在前下橫梁和后下橫梁的工字鋼上，前下橫梁、后下橫梁通過(guò)吊桿分別掛在前上橫梁和已澆筑的0號(hào)塊段箱梁上；外模系統(tǒng)通過(guò)吊桿掛在前上橫梁和已澆筑的0號(hào)塊箱梁上；內(nèi)、外模系統(tǒng)由對(duì)拉螺桿拉住；梁體混凝土等級(jí)為C55，懸臂段的最大澆筑方量為1號(hào)梁段的30.2 m3，待混凝土強(qiáng)度達(dá)到95%、彈性模量達(dá)到100%、齡期不少于5 d時(shí)進(jìn)行預(yù)應(yīng)力筋的張拉。

(4)合龍段施工。

a.合龍段的混凝土澆筑應(yīng)在全天中氣溫最低時(shí)完成;低溫合龍時(shí)，用麻袋或苫布覆蓋并加強(qiáng)接頭混凝土的保溫和養(yǎng)護(hù)，使混凝土在早期硬結(jié)過(guò)程中始終處于升溫受壓狀態(tài)。

b.合龍段混凝土的選擇:對(duì)于合龍段的混凝土，要求其早強(qiáng)、采用微膨脹混凝土，澆筑時(shí)認(rèn)真振搗和養(yǎng)生，及時(shí)張拉預(yù)應(yīng)力筋，防止合龍段混凝土產(chǎn)生裂縫[3]。

c.合龍段的鎖定必須迅速、對(duì)稱地進(jìn)行。先將剛性支撐的一端與梁端部預(yù)埋鐵件焊接，再將剛性支撐的另一端與梁連接，預(yù)應(yīng)力束也應(yīng)隨之快速?gòu)埨?。在合龍段鎖定后，立即釋放一側(cè)的固定約束，讓梁的一端在合龍段鎖定的連接下能沿支座自由收縮[4]。

2.3 實(shí)例對(duì)比分析

對(duì)兩種施工方法的施工工藝流程、工期對(duì)比、成本分析、環(huán)境適應(yīng)性幾個(gè)方面進(jìn)行了對(duì)比分析。

(1)大節(jié)段支架現(xiàn)澆法施工。采用大節(jié)段支架現(xiàn)澆法施工時(shí)，連續(xù)梁整體采用滿堂支架現(xiàn)澆施工，分三次澆筑成形，跨公路采用鋼管柱加工字鋼分配梁搭設(shè)門洞，確保了施工期間交通的正常通行，其中第一節(jié)段兩個(gè)大T構(gòu)體均為50.5 m，第二節(jié)段為梁端段，為4.95 m，第三節(jié)段為合龍段，為2 m。施工流程為：先搭設(shè)整體滿堂支架及門洞，然后依次立模澆筑第一節(jié)段，第二節(jié)段，第三節(jié)段。其施工流程見圖3。

圖3 大節(jié)段支架現(xiàn)澆法施工流程圖

(2)掛籃懸臂澆筑法施工。采用掛籃懸臂澆筑法施工時(shí)，連續(xù)梁0號(hào)塊采用支架法施工，一次澆筑成形；1-4號(hào)對(duì)稱懸灌梁段采用菱形掛籃懸臂施工；邊跨非對(duì)稱5號(hào)懸灌梁段采用掛籃施工，同時(shí)按設(shè)計(jì)要求在中跨跨中采用堆砌砂袋施加配重，邊跨端頭7號(hào)梁段采用支架法整體一次澆筑。中跨及邊跨合龍段采用吊架施工，吊架底籃及模板采用掛籃的相應(yīng)部件。其施工工藝流程見圖4。

圖4 掛籃懸臂澆筑法施工流程圖

(3)工期對(duì)比。采用兩種施工方法的具體工期對(duì)比情況見表1、2。

表1 掛籃懸臂澆筑法表

表2 大節(jié)段支架現(xiàn)澆法表

由上述圖表可以明顯地看出：該橋采用掛籃懸臂澆筑法施工0號(hào)塊施工用時(shí)較長(zhǎng)，節(jié)段循環(huán)工藝較為復(fù)雜；而采用大節(jié)段支架現(xiàn)澆法施工較掛籃懸臂澆筑法施工能有效節(jié)省工期，單項(xiàng)工程工期縮短至原方案的71%。

(4)主要施工成本分析。采用兩種施工方法的主要施工成本對(duì)比情況見表3。

表3 兩種施工方法成本對(duì)比表

由上述圖表可以明顯地看出：采用掛籃懸臂澆筑法施工時(shí)，主要施工成本為兩套菱形掛籃；當(dāng)采用大節(jié)段支架現(xiàn)澆法施工時(shí)，主要施工成本為支架及門洞搭設(shè)所用的鋼材消耗。其余機(jī)械臺(tái)班及人工消耗兩者區(qū)別不大。由此可以得出以下結(jié)論：該橋采用大節(jié)段支架現(xiàn)澆法施工較掛籃懸臂澆筑法施工能有效節(jié)省成本，單項(xiàng)工程施工成本節(jié)約達(dá)24%。

(4)當(dāng)?shù)丨h(huán)境適應(yīng)性分析。案例中，與當(dāng)?shù)丨h(huán)境的適應(yīng)性主要體現(xiàn)在連續(xù)梁跨越城市主干道的施工組織方面。案例中，連續(xù)梁全長(zhǎng)為112.9 m(32+48+32)，為單線預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁，斜交30°上跨13號(hào)公路。鑒于13號(hào)公路是老撾聯(lián)通南北的主要交通干線，也是旅游城市萬(wàn)榮的主干道。連續(xù)梁跨路段為萬(wàn)榮市區(qū)，往來(lái)旅客及車輛眾多，而梁下凈空僅5 m，現(xiàn)場(chǎng)公路兩側(cè)均為民房，不具備改路施工的條件，也不具備掛籃施工安全凈空的要求。在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際施工過(guò)程中，如果采用掛籃施工需首先對(duì)掛籃進(jìn)行改裝作業(yè)，加裝安全設(shè)施或直接搭設(shè)安全門洞，施工邊際成本將直線增加。然而，采用大節(jié)段支架現(xiàn)澆法施工時(shí)，可直接將門洞搭設(shè)入支架內(nèi)，故施工成本的增加有限。

因此，案例中項(xiàng)目施工方在綜合考慮各方面因素后，最終決定采用大節(jié)段支架現(xiàn)澆法施工該連續(xù)梁，最終取得了圓滿成功。

3 兩種方案使用條件分析

表4就連續(xù)梁掛籃懸澆與大節(jié)段支架現(xiàn)澆兩種施工方法在兩個(gè)典型鐵路與公路橋梁項(xiàng)目上的應(yīng)用情況進(jìn)行了對(duì)比。

表4 中老鐵路主要連續(xù)梁型采用的施工方法對(duì)比表

(1)中老鐵路主要連續(xù)梁型采用的施工方法對(duì)比。

(2)渝廣高速公路主要連續(xù)梁型采用的施工方法對(duì)比。

從表4、5可以看出：在中老鐵路項(xiàng)目主要連續(xù)梁型施工過(guò)程中，大節(jié)段支架現(xiàn)澆法施工占50%；在渝廣高速公路項(xiàng)目主要連續(xù)梁型施工過(guò)程中，大節(jié)段支架現(xiàn)澆法施工占100%。由此可以得出以下認(rèn)識(shí)：無(wú)論公路或者鐵路，在連續(xù)梁型選擇施工方法的過(guò)程中，對(duì)于地勢(shì)較為平坦、沒有河流干擾的條件，大節(jié)段支架現(xiàn)澆法施工被廣泛使用。

表5 渝廣高速公路主要連續(xù)梁型采用的施工方法對(duì)比表

4 結(jié) 語(yǔ)

詳細(xì)對(duì)比分析了中老鐵路朋松楠松河特大橋連續(xù)梁采用掛籃懸澆與大節(jié)段支架現(xiàn)澆兩種施工方法的區(qū)別，同時(shí)對(duì)兩個(gè)典型的鐵路與公路橋梁中兩種施工方法的應(yīng)用情況進(jìn)行了對(duì)比并得出以下結(jié)論：

(1)無(wú)論是采用掛籃懸澆法施工，還是采用大節(jié)段支架現(xiàn)澆法施工，在當(dāng)前鐵路與公路橋梁施工中均為成熟且簡(jiǎn)便的施工方法。

(2)在跨徑流、特殊地基段、梁下凈空不滿足既有路通車要求等條件下，可以優(yōu)先考慮采用掛籃懸澆法施工。同時(shí)，在施工過(guò)程中，可以考慮梁下搭設(shè)支架安全門洞、梁端搭設(shè)支架臨時(shí)支撐等方案配合掛籃懸澆施工[5]。

(3)當(dāng)橋位支架凈高在15 m以內(nèi)、連續(xù)梁主跨在60 m以內(nèi)且橋位地形滿足施工條件，可以優(yōu)先考慮采用大節(jié)段支架現(xiàn)澆法施工。當(dāng)橋位支架凈高20 m以上、或連續(xù)梁主跨60 m以上，可以優(yōu)先考慮采用掛籃懸澆法施工。

(4)當(dāng)橋梁設(shè)計(jì)為異型、彎橋、雙拱、超寬等特殊形態(tài)的連續(xù)梁型時(shí)，需采用節(jié)段支架現(xiàn)澆法施工。

(5)在工期緊張或施工成本受限、但施工場(chǎng)地滿足要求的條件下，可以采用大節(jié)段支架現(xiàn)澆法施工。但如果橋位支架凈高過(guò)高或連續(xù)梁主跨較大時(shí)，掛籃懸澆法施工的工期及施工成本比大節(jié)段支架現(xiàn)澆法施工更優(yōu)。