橋梁工程掛籃懸澆施工應(yīng)用技術(shù)分析

劉丹

（江西省現(xiàn)代路橋工程集團(tuán)有限公司，江西 上饒 334000）

0 引言

掛籃懸澆技術(shù)具備性能強(qiáng)、整體性好、抗扭剛度大等特點(diǎn)，在橋梁工程中得到廣泛應(yīng)用。因此，分析掛籃懸澆技術(shù)工藝要點(diǎn)、明確技術(shù)應(yīng)用方案可給橋梁工程建設(shè)奠定良好的基礎(chǔ)。

1 工程概況

某混凝土橋梁長(zhǎng)度約為850m，主拱圈高度為3.5m，寬度為7.0m。由于該工程施工條件比較險(xiǎn)峻，考慮到工程施工質(zhì)量與施工進(jìn)度，在經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)后決定采用掛籃懸澆技術(shù)進(jìn)行施工。

2 拱圈施工總體方案

該工程的主拱圈結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為斜拉扣掛籃懸臂澆筑與勁性骨架組合形式，具體方案如下：首先進(jìn)行1段支架懸澆拱腳并安裝掛籃；其次澆筑2段混凝土，在強(qiáng)度達(dá)標(biāo)后開始張拉錨索；再次將掛籃逐一前移，并澆筑3～14段；然后施工到合龍部位的24.65m 鋼桁拱架處時(shí)，不需要設(shè)置扣錨索，而是通過懸臂拼裝方式完成勁性骨架合龍；最后澆筑外包混凝土，形成主拱架。

3 掛籃懸澆施工關(guān)鍵技術(shù)

3.1 三角桁架式掛籃

三角桁架式掛籃的結(jié)構(gòu)可以有效地消除懸臂澆筑自重大、長(zhǎng)度長(zhǎng)的問題。三角桁架掛籃的組成結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，具體如圖1所示。分析其結(jié)構(gòu)可以發(fā)現(xiàn)，C型掛鉤布置在主桁架兩側(cè)，利用行走裝置與澆筑完成的拱箱頂部連接，并利用斜拉吊帶與其他部位連接。錨桿安裝在主桁架上，作用是提升吊籃。為了避免現(xiàn)場(chǎng)施工中掛籃對(duì)已有節(jié)段拱箱形成過大的作用力，導(dǎo)致應(yīng)力過高的情況，將錨吊桿固定在澆筑完畢的拱圈頂板、隔板等部位上，利用扣錨索消除拉力作用，并通過隔板對(duì)頂板的支撐作用消除應(yīng)力影響。掛籃采用鋼吊帶與掛鉤銷軸連接。技術(shù)人員經(jīng)過系統(tǒng)計(jì)算可知：掛籃長(zhǎng)度為16.9m，自重為82.5t，可以承載1886kN 以及寬7m 的拱箱，懸臂澆筑長(zhǎng)度在8m 左右，轉(zhuǎn)動(dòng)傾角為39.6。底模結(jié)構(gòu)應(yīng)用大模板的形式，有效地控制拱圈線形，掛籃利用底模形成的弧形，在大模板之間形成微小轉(zhuǎn)角，并可以調(diào)整線形。在澆筑作業(yè)開始之前的立模過程中，需要綜合分析掛籃與滑道墊的變形情況，預(yù)防拱圈結(jié)構(gòu)發(fā)生裂縫或者平順度不合格的情況。

圖1 三角桁架式掛籃結(jié)構(gòu)布置

3.2 掛籃拼裝

主拱圈1節(jié)段施工結(jié)束之后，開始進(jìn)行三角桁架掛籃拼裝施工，并實(shí)施主拱圈的懸澆作業(yè)。在拼裝掛籃的過程中，按照掛鉤—后籃—前籃的順序完成，如圖2所示。拼裝環(huán)節(jié)，應(yīng)做好頂推結(jié)構(gòu)以及反滾輪的重量控制，并進(jìn)行拱圈節(jié)段質(zhì)量檢查。澆筑作業(yè)環(huán)節(jié)，組織專人進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢查，一旦發(fā)現(xiàn)有任何異常情況，必須及時(shí)停止?jié)仓鳂I(yè)，分析異常原因，排除問題后才能繼續(xù)開展?jié)仓鳂I(yè)。

圖2 掛籃拼裝順序

3.3 掛籃預(yù)壓

在掛籃投入使用前，應(yīng)進(jìn)行加載預(yù)壓試驗(yàn)檢測(cè)，以確定掛籃質(zhì)量是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求。經(jīng)過預(yù)壓操作之后，可以有效地消除非彈性變形，并獲取掛籃變形參數(shù)，為拱橋懸澆施工、線形控制提供依據(jù)。掛籃預(yù)壓荷載試驗(yàn)應(yīng)根據(jù)靜力等效原則開展。在拼裝工作結(jié)束后，布置豎向錨索，組建固定工作平臺(tái)，包含豎向錨索、基座、工字鋼箱梁等部位，利用鋼絞線安裝到掛籃懸臂端面的反拉縱梁處，并加載預(yù)壓。在加載的過程中，按照拱圈2段重量1886kN 進(jìn)行，根據(jù)30%—70%—100%—110%—120%的順序進(jìn)行，檢測(cè)掛籃前端沉降參數(shù)值，每個(gè)連接部位都符合要求后，間隔一定時(shí)間開始進(jìn)行下一級(jí)張拉，最終張拉到120%，如果沒有發(fā)生異常變化，且記錄沉降參數(shù)，合格后卸載預(yù)壓。該工程經(jīng)過加載試驗(yàn)可知：掛籃前端最大下?lián)蠀?shù)值在20mm 以內(nèi)，在加載120%時(shí)發(fā)生，達(dá)到工程的實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)。

3.4 掛籃前移

據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)分析，因?yàn)楣跋漤敯蹇鐝捷^大，極易發(fā)生變形導(dǎo)致質(zhì)量不合格的情況，所以在進(jìn)行掛籃前移的環(huán)節(jié)，應(yīng)在內(nèi)部設(shè)置滑梁支撐結(jié)構(gòu)，輔助拱圈澆筑作業(yè)。內(nèi)部滑梁支撐結(jié)構(gòu)與掛籃連接后形成整體支撐結(jié)構(gòu)，并可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工要求與掛籃同步行走。掛籃前移按照下述步驟進(jìn)行。

其一，對(duì)第N 段進(jìn)行澆筑的過程中，于前部50cm的位置上預(yù)設(shè)2 個(gè)吊孔，為第N+1 段縱向主梁后端吊掛點(diǎn)。吊掛點(diǎn)的位置上所使用的吊桿主要是利用精軋螺紋鋼調(diào)節(jié)螺母進(jìn)行調(diào)整，縱向主梁前部吊掛點(diǎn)直接設(shè)置在橫向主梁上，并利用鋼箱支撐與掛籃固定?？v梁上設(shè)置分配梁桁片，以支撐拱圈頂部，在桁片支撐位置上，可以應(yīng)用木楔調(diào)節(jié)頂板底?；《龋瑥亩蛊涓叱?、弧度達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。

其二，在第N+1 段扣錨索張拉施工后，即可進(jìn)行該節(jié)段的掛籃行走軌道安裝，并在懸臂部位上放置端部掛籃行走千斤頂，將千斤頂與掛籃C 型掛鉤錨拉點(diǎn)連接，使掛籃行走更加順暢。

其三，即將安裝N+2 段時(shí)，將吊掛位置精軋螺紋吊桿拆除，取下分配梁，主梁與掛籃可以同時(shí)完成行走。

其四，掛籃安裝或者前移到設(shè)定的位置之后，安裝反力座，通過螺栓與拱箱底板連接，達(dá)到穩(wěn)固性標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的距離、位置進(jìn)行止推千斤頂調(diào)整，直接與反力座接觸，使得反力座的下滑力能夠順利地傳輸?shù)焦叭Φ装?，即完成止推系統(tǒng)的安裝。掛籃前移作業(yè)中，為了使前移達(dá)到安全性標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)將左右兩側(cè)同步對(duì)稱施工，避免操作不規(guī)范造成變形、掛籃偏移等問題，對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不利影響。

為了能夠有效地抵消掛籃在拱肋節(jié)段懸臂形成的剪力，可在拱圈底板預(yù)埋止推反力座鋼板，在掛籃行走到規(guī)定位置時(shí)，與反力座鋼板連接，達(dá)到止推系統(tǒng)運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)。首先根據(jù)掛籃安裝位置確定拱圈底板反力座結(jié)構(gòu)，然后通過安裝底板鋼筋形成預(yù)埋止推反力座鋼板，最后是調(diào)整掛籃頂部止推千斤頂，與反力座穩(wěn)定連接，將反力座產(chǎn)生的下滑力傳輸給拱圈底板，保證止推系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。

3.5 掛籃倒退和拆除

掛籃倒退時(shí)，將掛籃澆筑時(shí)所應(yīng)用的行走軌道作為倒退軌道，設(shè)置2 臺(tái)同步牽引卷揚(yáng)機(jī)，從主拱跨中部位將掛籃沿著已經(jīng)澆筑完成的節(jié)段反向退回到拱腳位置。在整個(gè)倒退作業(yè)中，要結(jié)合掛籃自重參數(shù)，分析倒退過程中所形成的鋼絲繩反拉力大小，以明確具體的滑輪組繞組數(shù)量，并安裝定滑輪結(jié)構(gòu)以調(diào)整鋼絲繩的走向，從而有序地解決在倒退中出現(xiàn)的多次轉(zhuǎn)向問題。由于掛籃設(shè)置在主拱頂面部位，在拱圈上形成的下滑力比較小，可以應(yīng)用液壓助力千斤頂實(shí)現(xiàn)倒退行走。隨著掛籃逐步下移，掛籃傾角與下滑力呈增大趨勢(shì)，千斤頂?shù)捻斖屏⒅鸩綔p小，直到不需要千斤頂掛籃也能夠自動(dòng)行走。確定掛籃倒退時(shí)拆除千斤頂?shù)淖罴褧r(shí)間段：以掛籃倒退的受力條件為出發(fā)點(diǎn)，設(shè)計(jì)掛籃下滑臨界平衡方程，明確不需要助推千斤頂?shù)呐R界傾角，在掛籃傾角大于臨界傾角的情況下，可以將千斤頂拆除。具體倒退作業(yè)流程如圖3所示。

圖3 掛籃倒退施工流程

在掛籃倒退環(huán)節(jié)應(yīng)用千斤頂?shù)那闆r下，操作人員與千斤頂必須保持足夠的安全距離，避免千斤頂打滑造成人員傷害。為了避免滑輪組鋼絲繩和拱圈產(chǎn)生較為嚴(yán)重的摩擦反應(yīng)，卷揚(yáng)機(jī)與掛籃之間應(yīng)布置導(dǎo)向滾輪，讓鋼絲繩在滾輪引導(dǎo)下運(yùn)行。掛籃倒退結(jié)束后，在拱腳部位按照規(guī)定工序和標(biāo)準(zhǔn)拆除掛籃：通過澆筑完成節(jié)段的吊孔安裝吊桿，以臨時(shí)固定掛籃，并按照前籃—后籃—掛鉤的順序完成掛籃拆除作業(yè)。

4 施工控制

4.1 提高施工精準(zhǔn)性

主拱圈現(xiàn)場(chǎng)施工中，核心要點(diǎn)就是確保任何條件下結(jié)構(gòu)受力都不會(huì)超出允許的范圍，并且保證在主拱圈結(jié)構(gòu)部分施工后，結(jié)構(gòu)的受力形態(tài)、線形與設(shè)計(jì)方案都是一致的。因此，主拱圈懸澆施工環(huán)節(jié)，現(xiàn)場(chǎng)施工人員應(yīng)全面了解截面變化的情況，并且掌握主拱圈和設(shè)計(jì)線形之間的差距。分析工程的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，在主拱圈的施工環(huán)節(jié)，要同時(shí)控制截面應(yīng)力和主拱圈線形。根據(jù)工程的技術(shù)方案要求，采取如下控制措施：以設(shè)計(jì)方案為基礎(chǔ)，現(xiàn)場(chǎng)施工人員設(shè)置完善的幾何控制體系，并由設(shè)計(jì)人員利用有限元軟件分析其結(jié)構(gòu)線形、應(yīng)力等參數(shù)，如果存在不合理的設(shè)計(jì)，需要及時(shí)改進(jìn)設(shè)計(jì)方案；通過扣索力、節(jié)段澆筑方式進(jìn)行全面控制，達(dá)到拱圈現(xiàn)場(chǎng)控制標(biāo)準(zhǔn)。考慮到工程現(xiàn)場(chǎng)施工的具體情況，及時(shí)調(diào)整現(xiàn)場(chǎng)施工的溫度、混凝土收縮以及徐變、臨時(shí)荷載等參數(shù)，以消除對(duì)拱圈應(yīng)力、線形等產(chǎn)生的負(fù)面影響。經(jīng)過最終施工效果分析可知：該工程橋梁結(jié)構(gòu)施工結(jié)束后，其拱圈線形的施加測(cè)量參數(shù)值與理論參數(shù)值相差在2.5cm 以內(nèi)；實(shí)際測(cè)量應(yīng)力參數(shù)值與理論應(yīng)力參數(shù)值變化的趨勢(shì)相同，偏差不超過0.5MPa，完全符合技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

4.2 做好現(xiàn)場(chǎng)施工技術(shù)管理

在橋梁現(xiàn)場(chǎng)施工中，應(yīng)制定科學(xué)合理的管理制度，明確崗位人員責(zé)任，并嚴(yán)格落實(shí)到位。在現(xiàn)場(chǎng)施工中，每個(gè)分項(xiàng)工程都必須有明確的責(zé)任人，以便于在出現(xiàn)問題后立即確定責(zé)任人。同時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格落實(shí)安全管理控制措施，及時(shí)排查安全隱患，以提高工程安全性，保證現(xiàn)場(chǎng)施工順利進(jìn)行。

4.3 懸澆箱梁施工安全管理

為了能夠提高懸澆箱梁結(jié)構(gòu)的質(zhì)量水平，必須加強(qiáng)臨時(shí)結(jié)構(gòu)控制，以確保結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度以及穩(wěn)定性符合要求。在正式施工前，要對(duì)現(xiàn)場(chǎng)人員進(jìn)行安全技術(shù)培訓(xùn)，使其了解安全施工技術(shù)要求，并對(duì)安全管理制度、工作流程有足夠的了解。在現(xiàn)場(chǎng)危險(xiǎn)區(qū)域應(yīng)設(shè)置防護(hù)欄、上下梯、人行道等防護(hù)性設(shè)施，落實(shí)安全管理標(biāo)準(zhǔn)。在張拉作業(yè)的過程中，做好千斤頂?shù)牟僮骱陀涗浌ぷ?，保持?duì)稱張拉作業(yè)。在箱梁懸臂部分施工中，兩側(cè)堆放的材料、設(shè)備應(yīng)保持平衡，兩側(cè)重量差要控制在15t 以內(nèi)。在掛籃、托架組裝工作結(jié)束后，應(yīng)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工結(jié)構(gòu)進(jìn)行全面檢查，簽字確認(rèn)驗(yàn)收合格后，將托架壓重以消除非彈性變形。

5 結(jié)語

綜合以上分析，在該工程建設(shè)中通過應(yīng)用掛籃懸澆技術(shù)，工程建設(shè)質(zhì)量與進(jìn)度得到了明顯提升，滿足了工程的建設(shè)要求。并且經(jīng)過長(zhǎng)達(dá)2年的運(yùn)營(yíng)與觀測(cè)，橋梁運(yùn)行狀態(tài)等綜合性能良好，且沒有發(fā)生嚴(yán)重病害問題，達(dá)到預(yù)期標(biāo)準(zhǔn)。