現(xiàn)澆箱梁施工技術在公路橋梁施工中的應用

范見榮、謝忠良

（1.江西軼通建設工程有限公司，江西 撫州344000；2.江西同聯(lián)建設工程有限公司，江西 撫州344000）

0 引言

在一些大中型公路橋梁工程中，受材料運輸不便等因素的影響，公路橋梁的某些結構無法在廠家制成并運輸?shù)绞┕がF(xiàn)場，故只能在施工現(xiàn)場完成制作，此種方法就是現(xiàn)澆箱梁施工技術。一般的流程為：首先對鋼筋骨架進行綁扎作業(yè)，之后澆筑混凝土。原有的工藝為：完成一個區(qū)段的混凝土澆筑作業(yè)后，焊接下一段的鋼筋，等待之前一段混凝土形成早期強度之后，圍繞銜接面開展凸凹開鑿作業(yè)，之后澆筑新的混凝土。改進后的工藝為：采用模板滑移的方法——在模板的包裹下，將混凝土分成幾個區(qū)段（需同時包括凝固狀、半凝固狀、新澆筑三種狀態(tài)的混凝土），之后交替前進，便可以完成現(xiàn)澆箱梁連續(xù)施工。為了提高現(xiàn)澆箱梁施工技術在公路橋梁中的應用水平，還需圍繞施工過程中的多項質量控制要素進行詳細梳理。

1 現(xiàn)澆箱梁施工技術的特點

我國從20世紀80年代開始使用現(xiàn)澆箱梁施工技術，時至今日已經取得了很大成就。其中，懸臂式預應力現(xiàn)澆箱梁施工技術在我國公路橋梁工程中的應用最為廣泛。這種施工技術的主要特點為：大多設計為“三跨”式預應力混凝土變截面直腹板的連續(xù)箱梁，由“一個主跨”和“兩個邊跨”構成。進行路徑具體大小設計時，要求設計人員根據(jù)公路橋梁所在區(qū)域的實際情況（如橋梁橫跨河道的寬度、地形）而定。

圍繞現(xiàn)澆箱梁預應力進行設計及施工時，作業(yè)人員必須充分考慮連續(xù)梁的受力特征及受力分布情況，在合龍作業(yè)前，應依次進行雙懸臂梁及頂部雙受拉施工?；诖?，應首先完成頂板鋼束張拉作業(yè)?？紤]邊跨一般為懸臂梁，故作業(yè)流程同上。

懸澆預應力箱梁一般存在“三向預應力”。針對縱向預應力，應在頂板處進行分段布置。針對橫向預應力，應重點關注公路橋梁板面可能出現(xiàn)的縱向裂縫?？刹捎玫姆椒椋航档拖淞喉敯宓暮穸龋哟笠戆鍛冶坶L度。針對豎向預應力，可采用的方法為：使用精軋螺紋鋼，切實增強路橋結構體斜截面的抗剪能力，可有效防止腹板在縱向出現(xiàn)裂縫。這種針對“三個方向預應力”進行應對的現(xiàn)澆箱梁施工技術能夠大幅度提高混凝土結構體的抗壓能力，對多種可能出現(xiàn)的裂縫進行有效預防，最終達到整體提升梁體強度、剛度的目的。

2 現(xiàn)澆箱梁施工技術在公路橋梁施工中的具體應用

2.1 公路橋梁墩頂梁段的現(xiàn)澆施工和必要臨時固定作業(yè)

2.1.1 公路橋梁墩頂梁段的現(xiàn)澆施工

在公路橋梁工程采用現(xiàn)澆箱梁施工技術時，針對墩頂梁段的施工是一個重點環(huán)節(jié)，且該環(huán)節(jié)的施工存在較大的難度。這是因為對應的混凝土現(xiàn)場澆筑過程在墩頂托架上未完成，且為了保證結構體的整體穩(wěn)定性，還需在施工過程中完成臨時錨固作業(yè)，從而使墩頂梁段能夠承受住來自橋墩兩側懸臂施工時產生的“不平衡力矩”。一種通俗的理解為：墩頂梁段的懸臂澆筑作業(yè)實際上是在墩頂梁段建設出一個專用于“掛籃”安裝作業(yè)的場地。為了更好地完成掛籃拼裝作業(yè)，或是方便吊機作業(yè)，應該在墩柱的兩側選擇合適位置，基于支撐托架，澆筑出長度達到一定量的梁段。如果墩頂梁段的設計長度較短時，也可以考慮在與該段相連接的區(qū)段采用現(xiàn)澆工藝。但在這種情況下選擇施工托架時，必須充分考慮墩身的高度、路橋工程的承臺形式以及工程所在地的地形情況，分別實現(xiàn)對墩身、承臺、地面的加固。路橋工程現(xiàn)澆箱梁施工期間，常用的施工托架包括扇形、門式等，可由萬能桿件、貝雷鋼梁、鋼筋混凝土、鋼管立柱等構件拼接而成。托架的具體長度取決于拼裝掛籃吊機的需要及擬澆筑階段的實際長度，相關要求為：橫向橋面的寬度一般應該超過箱梁翼板至少1.0m，最多可達到1.5m。這樣設計與施工的目的在于，能夠在一定程度上提高箱梁邊肋外側模板設置的便捷性。針對框架頂面進行設計時，應保證頂面與箱梁底面之間的“縱向線性變化”趨于一致。在搭設托架的過程中，施工人員應根據(jù)實際情況，或在承臺施工期間便完成牛腿剪力銷支架的預埋設作業(yè)，或在墩身較高的情況下，在墩身澆筑過程中，預先在其中完成支撐支架的埋設。

圖1為一種常見的路橋工程橋墩各構件構成圖。為了保證在托架上現(xiàn)澆混凝土的施工質量，有效防止或降低因托架變形而導致的不良影響，在設計與施工階段，除了圍繞強度方面的要求進行充分考量外，還應盡量加大托架主桁的剛度、整體性?？尚行苑椒椋撼褂么笮托弯摗辶褐?，還可以使用裝配式的鋼桁架或節(jié)點較少的組合體系，完成拼接作業(yè)后立刻進行預壓作業(yè)，以達到拋高“預留沉落度”及調整相關設施的目的。通過上述方式，現(xiàn)澆作業(yè)期間產生的托架變形幅度及對現(xiàn)澆混凝土體質量造成的影響都會有效降低。

圖1 一種常見的路橋工程橋墩構件構成圖

2.1.2 幾種臨時固定方法

在公路橋梁現(xiàn)澆施工過程中，為保證工程整體的結構穩(wěn)定性，還需設置臨時性的梁墩錨固結構，或是臨時性的固結措施、支撐措施。可采用的形式分為以下幾種。

其一，將墩頂梁段與橋墩預埋鋼筋、預應力筋進行臨時固結處理，在路橋整體結構穩(wěn)定之后，可根據(jù)工程進展情況，隨時解除固結（切斷）。

其二，如果路橋工程的橋墩高度并不高，跨徑河流的水深不大，搭設臨時支架的難度相對不高時，便可采用支架式的固結措施。

其三，針對橋墩上下部結構進行錨固作業(yè)時，最佳方式為：使用臨時支柱、預應力筋完成錨固。

其四，如果路橋工程跨徑的河流水深及橋墩高度較大，則應將墩身上部的三角支架用于臨時性的梁段支撐設施。還可以采用砂筒、硫磺水泥砂漿塊、混凝土塊等，作為懸臂施工完畢后的轉換體系臨時支撐的卸落設備。如果將硫磺水泥砂漿塊作為錨固支承結構，進入拆除作業(yè)階段時，應采用高溫熔化的拆除方式。在這種情況下，必須在不同支承塊之間設置隔熱措施，防止高溫損壞支座部件。

其五，考慮到上述施工過程中的難點，要求設計人員在編制施工方案時，應對所采用的臨時固定的方法進行詳細且分別的計算，特別是圍繞臨時固結結構強度進行計算時，每一個節(jié)段的不平衡力矩都應得到重點考慮（主要是驗算穩(wěn)定性，且穩(wěn)定系數(shù)不能低于1.5）。此外，針對墩頂梁段進行混凝土現(xiàn)澆作業(yè)前，必須完成預壓施工，之后布置觀察點，根據(jù)觀測到的數(shù)據(jù)，計算出彈性變形和非彈性變形的具體值，以完成底模標高的計算。

2.2 公路橋梁施工中掛籃桁架的設置及穩(wěn)定性要求

2.2.1 掛籃桁架的設計思路

公路橋梁工程現(xiàn)澆箱梁施工期間，掛籃是重要設備之一。該設施的本質是一種“能夠沿著軌道行走，具有一定活動能力且懸掛在已經完成懸空澆筑施工的懸臂梁段之上的腳手架”。掛籃的主要作用為：用于下一區(qū)段梁段的施工，在多次循環(huán)之下，最終完成整段梁段的混凝土現(xiàn)澆作業(yè)。掛籃桁架的設計施工思路為：第一，梁段之上的多環(huán)節(jié)施工（包括模板施工、鋼筋綁扎、管道安裝、混凝土澆筑等）均屬于“交叉高空作業(yè)”，且大多是梁段的承重結構。因此，除了考慮掛籃的強度、穩(wěn)定度足夠可靠之外，還應盡量降低掛籃的自重。第二，與其他高空作業(yè)類似，掛籃的安全防護設施也必不可少，主要是防止人與物從高空墜落。具體的標準為：一是在掛籃四周應該設置護欄，以達到“全封閉”的狀態(tài)；二是掛籃上下層均應設置專用的扶梯，以方便施工人員上下掛籃；三是要提高對航道安全的重視程度，全面提高水上管理水平——在施工現(xiàn)場及航道上下游均應設置明顯的標志；四是掛籃支撐平臺設計施工要求的強度、平面尺寸都應滿足相關標準，否則難以滿足現(xiàn)澆箱梁施工需要。具體而言，掛籃質量與梁段現(xiàn)澆混凝土體質量之間的比值必須介于0.3～0.5之間，在一些比較特殊的情況下，該值可以適當提升，但不能超過0.7。掛籃設計參數(shù)方面的具體值及要求為：一是掛籃的總重量必須控制在設計限重之內；二是掛籃本身及吊帶形變量的最大允許值為20mm；三是施工期間，掛籃行走時的“抗傾覆安全系數(shù)”“自錨固系統(tǒng)安全系數(shù)”“斜拉水平限位系統(tǒng)安全系數(shù)”“上水平限位安全系數(shù)”均為“2”。

2.2.2 掛籃桁架的結構及形式

常規(guī)的掛籃桁架結構包括主桁架、懸吊系統(tǒng)、錨固系統(tǒng)、平衡重力系統(tǒng)、行走系統(tǒng)、工作平臺、底模等。上文提到，懸臂澆筑混凝土所用的掛籃桁架應該設置在已經完成混凝土澆筑作業(yè)的梁段之上，且在梁段行走過程中應該位于后端，起到“壓重穩(wěn)定”的作用。進行混凝土澆筑作業(yè)時，掛籃后端應該被錨固在已經完成澆筑作業(yè)的梁段之上。在某些施工現(xiàn)場，錨固設施可以通過在梁內埋設豎向預應力筋而實現(xiàn)。為了進一步保證施工安全性，還需在施工期間多次檢查、旋緊錨固螺栓，避免出現(xiàn)任何松動（所使用的螺帽最好是雙螺帽）。作為掛籃的主要受力結構，主桁架通常由多個桁片構成（兩組），如貝雷鋼架、萬能桿件、大型型鋼等。整個懸吊系統(tǒng)的正面、側面圖如圖2所示。該系統(tǒng)的主要作用是：將底模架、張拉平臺的自身重量、其上產生的荷載等傳遞到主桁架之上。該系統(tǒng)一般由已經鉆出銷孔的鋼帶、兩段帶有螺紋的圓鋼等組成。整個張拉平臺的懸吊系統(tǒng)中，用于吊裝作業(yè)的材料可以是鋼吊帶、鋼絲繩、鏈條等?；谛凶呦到y(tǒng)，掛籃可以實現(xiàn)整體的縱向移動、橫向平滑移動等。

圖2 掛籃懸吊系統(tǒng)效果示意圖

2.2.3 掛籃桁架試安裝完成后的載重試驗

構成掛籃的材料運抵施工現(xiàn)場之后，施工人員首先應該完成試拼裝作業(yè)。在確認材料本身質量達標并完成試拼裝作業(yè)之后，應進行載重試驗，檢測系統(tǒng)結構穩(wěn)定性。具體的流程為：其一，預壓加載的最大值應該是最大混凝土澆筑塊體重量的1.2倍，該試驗環(huán)節(jié)被稱為“超載預壓”。其二，加載壓力和卸載壓力的過程都應逐級進行，切不可驟然之間便大幅度提高或降低載荷。在這個過程中，技術人員可以對多個部件的變形量進行評估，并對其中已經出現(xiàn)的永久變形情況進行處理，最終達到控制各段箱梁預拱度的目的。其三，針對掛籃底模的前吊點、主桁架的前支點、主桁架的后錨點、主桁架前吊點等點位進行試驗時，應從掛籃底模前吊點位置開始，沿著橫橋方向至少設置5個觀察點位。

2.2.4 掛籃變形穩(wěn)定性判定標準

載重試驗期間，判定掛籃變形相對穩(wěn)定性的標準如下：第一，每級荷載加載后，需保持穩(wěn)定大小一段時間。技術人員每間隔0.5個小時便需對關鍵點位的變形情況進行測讀。如果1個小時內的沉降總量不超過1mm，且連續(xù)兩次測量結果均認定這一層級荷載下的掛籃具備變形穩(wěn)定性，則應進展至下一層級荷載，直到上文提到的混凝土澆筑體總重量1.2倍最大荷載為止。所有級別的荷載測定完成且相關結果均顯示“穩(wěn)定度達標”后，應暫停檢測，等待3～4個小時后，重復上述試驗。兩次檢測結果對比期間，技術人員還應充分考慮各項環(huán)境因素，保證試驗結果質量。

3 結語

在公路橋梁工程中應用現(xiàn)澆箱梁施工技術時，考慮所澆筑的混凝土結構、各項設施本身的自重、彼此之間相互作用而產生的應力等均是設計與施工的重點環(huán)節(jié)。在此基礎上，保證施工安全，掛籃的設計與安裝至關重要。因此，需通過載重試驗，確定掛籃的質量穩(wěn)定性后，才可用于后續(xù)施工。