特大跨下承式混凝土箱型拱肋掛籃懸臂澆筑施工技術探析

李濤

（四川公路橋梁建設集團有限公司，四川 成都 610000）

1 工程概述

水落河特大橋是古藺至金沙（川黔界段）高速公路上跨古藺河支流——水落河的一座重要橋梁。水落河特大橋位于瀘州市古藺縣永樂鎮(zhèn)和龍山鎮(zhèn)交界處，主橋采用跨徑335m（計算跨徑）的下承式鋼筋混凝土懸臂澆筑拱橋，左（右）幅均采用兩個八邊形單箱單室結構拱肋，兩肋間以橫隔板相連；主橋橋面系采用跨徑11×31.75m 的預應力混凝土簡支I 型梁+組合橋面板；古藺岸引橋采用9 孔40m 跨徑預應力混凝土簡支T梁，金沙岸引橋采用25 孔（右幅24 孔）40m 跨徑預應力混凝土簡支T 梁。橋梁左幅全長為1721.25m，右幅全長為1676.20m。

2 掛籃懸臂澆筑施工技術的特點

掛籃懸臂澆筑施工技術是一種常用于大型橋梁工程的施工方法，其特點如下。

（1）有效地控制施工現(xiàn)場的質(zhì)量和安全，為工程順利實施提供有力保障。通過將掛籃懸掛在構造物或橋梁的外墻上，施工人員可以在掛籃內(nèi)進行作業(yè)，避免施工過程中對構造物或橋梁的損害，并且可以減少人員在高空作業(yè)的風險，保障施工安全。同時，掛籃懸臂澆筑施工技術的實施可提高施工現(xiàn)場的質(zhì)量控制水平，確保工程符合設計要求和質(zhì)量標準。

（2）提高施工效率，為工程按期完成提供有力支持。掛籃懸臂澆筑施工技術的實施，使施工人員可以在一個相對穩(wěn)定和安全的環(huán)境下進行工作，避免長時間的高空作業(yè)帶來的不便和危險，減少施工難度和時間；同時，減少工程中高空作業(yè)的次數(shù)和時間，降低施工成本和時間成本。

（3）保證構造物或橋梁的外觀質(zhì)量，為工程的整體形象提供有力保障。掛籃懸臂澆筑施工技術的實施，使構造物或橋梁的外墻得到有效的保護，避免施工對構造物或橋梁外觀的影響，保證其外觀質(zhì)量；同時，亦提高結構體的美觀度，使工程與當?shù)匚幕⒆匀画h(huán)境相得益彰。

（4）降低施工成本，為工程的可持續(xù)發(fā)展提供有力支持。掛籃懸臂澆筑施工技術所使用掛籃可周轉(zhuǎn)使用，降低施工成本和資源消耗，降低人員高空作業(yè)風險，降低施工中安全事故率，降低工程中可能出現(xiàn)的損失和賠償?shù)葍?yōu)勢，綜合后得知掛籃懸臂澆筑施工技術是一種具有較高經(jīng)濟性和可持續(xù)性的施工方法。

3 主拱箱掛籃懸臂澆筑施工技術

3.1 掛籃設計

就案例工程而言在主拱箱施工中適用于側桁式鋼結構掛籃，由承重系統(tǒng)、行走系統(tǒng)、錨固系統(tǒng)、模板系統(tǒng)、工作平臺、預埋件系統(tǒng)等共同組成。掛籃系統(tǒng)的總重量大約為97t，其中主體結構的重量約為48.8t，外模重量約為21.8t，內(nèi)模重量約為21.1t，掛籃平臺重量約為6t，主要材料為Q355B 型鋼。

承重系統(tǒng)由底部承載平臺，以及兩根主縱梁之間設置前、中、后三個橫梁共同組成，于主梁中部位置布設立柱，縱梁和立柱相互連接，并于上縱梁前段節(jié)點位置布置一根壓桿，兩根立桿和底承載平臺通過主縱梁連接成一個整體，此種設計方法可大幅度降低懸臂混凝土澆筑時出現(xiàn)的較大變形問題。

錨固系統(tǒng)的主要作用將掛籃的自重和承受的施工荷載，穩(wěn)定傳遞到已經(jīng)澆筑好的梁端之上。本工程錨固系統(tǒng)采用4 根40Cr 鋼材制作成直徑為60mm 的螺桿，將掛籃主承載系統(tǒng)牢牢的錨固在拱箱頂?shù)撞恐?，下端則通過連接器穩(wěn)定連接到橫梁上，上端通過球頭螺母穩(wěn)定在調(diào)節(jié)橫梁上。

定位系統(tǒng)的主要作用在混凝土澆筑之前對掛籃安裝進行定位和調(diào)整，主要由頂升機構、止推機構、主頂系統(tǒng)共同組成。當掛籃主頂系統(tǒng)提升到位后，頂升機構放置在承重主桁尾部，用于對掛籃前端豎向標準的調(diào)整。止推結構即承受掛籃的斜向分力，通過止推機構中安裝的液壓千斤頂也可以實現(xiàn)對掛籃縱向位置的微調(diào)。

3.2 掛籃安裝

本工程施工現(xiàn)場空間有限，需要在先搭設一個掛籃拼裝平臺，在拼裝平臺上完成掛籃安裝，拼裝平臺主要由鋼管和貝雷梁片共同組成，平臺尺寸為24m×10m，采用630mm×8mm 鋼管立柱為支撐結構，立柱橫梁采雙拼25 號工字鋼，在其上鋪設321 片貝雷片。在拼裝平臺上分步完成掛籃的安裝工作，具體安裝步驟如下。

第一步，當拱箱2#節(jié)段完成支架現(xiàn)澆混凝土后，待混凝土強度達標后，拆除外側模板和頂模，并拆除內(nèi)模，懸掛2#節(jié)段上KS-2 扣索，完成張拉。

第二步，KS-2 扣索張拉完成后，及時拆除2#節(jié)段下的支架平臺和底模，保留1#節(jié)段下的支架平臺。并于掛籃拼裝平臺之上進行掛籃主承載平臺安裝。

第三步，當掛籃主承載平臺安裝完成后，應進行掛籃主體結構、止推結構安裝，并用400t 吊車聯(lián)合130t吊車，將掛籃吊裝到2#節(jié)段之上，并安裝中橫梁之上的錨桿系統(tǒng)。調(diào)整掛籃安裝的位置和標高，達到設計要求后，安裝上C 型掛鉤和底平臺之間的螺栓，完成掛籃底平臺安裝。

第四步，安裝其余桿件，安裝好后準備掛籃預壓。至此掛籃安裝完畢。

3.3 掛籃預壓

為驗證掛籃安裝的穩(wěn)定性、牢固性，當掛籃安裝完成之后，還需要通過預壓的方法進行預壓試驗，已驗證掛籃是否滿足施工要求，并消除掛籃的非彈性變形。就案例工程而言，可按照現(xiàn)場施工條件的不同，選擇合適的預壓方法，例如，古藺岸場地較為狹窄，宜采用千斤頂加載進行預壓試驗。而金沙岸有足夠的場地，可采用懸吊平臺堆載法進行預壓試驗。本工程第三節(jié)段屬于是全橋拱肋最重階段，混凝土的用量達到75m3，總重量約為210t，需要采用分級加載的方法進行預壓，具體的分級預壓表如表1 所示。

表1 掛籃分級預壓荷載

古藺岸采用3×φs15-8 的鋼絞線豎向巖錨連接掛籃主縱梁節(jié)點處，在安裝好的掛籃之上布設穿心式千斤頂進行張拉預壓，拱腳位置第一根錨索鉆孔的深度控制在15m 左右，第二根和第三根錨索的鉆孔深度控制在12m，預壓中每個豎向巖錨索的張拉力為1019kN、646kN、406kN，通過3 臺千斤頂提供預壓力[1]。

金沙岸掛籃預壓時將堆載無加載到懸吊平臺之上，完成定位后，選擇6×17φs15.2 的鋼絞線作為吊繩，利用6 臺80t 千斤頂同步頂升離開地面。本工程的懸吊平臺采用了型鋼平臺，以施工現(xiàn)場現(xiàn)有的鋼筋和型材作為掛籃預壓的堆載物。

3.4 鋼筋施工

懸澆節(jié)段鋼筋通過分片吊裝的方法，吊運到施工位置，各節(jié)段鋼筋分4 片進行吊裝，在鋼筋加工廠按照設計要求加工鋼筋節(jié)段，制作好的鋼筋通過平板車運輸?shù)绞┕がF(xiàn)場后，再利用纜索吊裝的方法吊運到掛籃施工平臺上，鋼筋片之間通過擠壓套筒連接的方式形成一個整體。按照節(jié)段1 到節(jié)段4 的順序依次吊裝懸澆節(jié)段鋼筋骨架，在分段吊運鋼筋時，采用塔吊和纜索吊裝系統(tǒng)進行操作，并保證至少有4 個吊點。這些吊點應設在桁架筋上，通過焊接一定長度的三根同直徑的主筋來增強其強度。此外，還需對各鋼筋環(huán)向鋼筋進行加強，以確保鋼筋骨架的整體剛度。在吊運鋼筋架時，必須注意其整體穩(wěn)定性，禁止大幅度、快速地進行吊運操作[2]。

3.5 模板安裝

當節(jié)段混凝土澆筑完成之后，及時開展人工拆模，拆除頂模以及下角模版端頭兩側各一塊，通過內(nèi)模施工支架后端的吊帶和前端軌道立柱，下放內(nèi)模系統(tǒng)，但在內(nèi)模下放時，會因為傾角產(chǎn)生的后滑力，影響內(nèi)模施工質(zhì)量。此時需要通過內(nèi)模尾部兩側的反力牛腿來克服后滑力，內(nèi)模系統(tǒng)下放中兩側反力牛腿上需要設置滑輪，僅僅貼合已經(jīng)澆筑完成的內(nèi)隔板兩側。內(nèi)模下放到桁架后立柱上之后，后立柱滑輪落在已經(jīng)澆筑后的梁底板頂面上，前端立柱則落在已經(jīng)澆筑完成的梁底板頂面之上，全部落實后，拆除前滑道立柱下端和掛籃前橫梁之間的聯(lián)系，使其處于懸空狀態(tài)，在滑道立柱下端安裝行走輪。利用前滑道油缸系統(tǒng)頂升使得前立柱滑輪落于掛籃底模上，同時內(nèi)桁架前腿離開已澆筑底板頂面，此時內(nèi)桁架的受力點變成前立柱滾輪以及后腿滾輪。牽引內(nèi)模系統(tǒng)前移，前移至掛籃前端時，安裝第三組滾輪于內(nèi)布架前腿，用于過渡行走。行走就位后拆除前滑道下端行走輪，安裝前立柱與掛籃前橫梁之間的連接系[3]。

3.6 混凝土澆筑

本工程拱箱混凝土采用特別配制的C80 鋼纖維和溫縮纖維混凝土，這種混凝土展現(xiàn)出超高的強度、卓越的泵送性能、高強高韌性、出色的低收縮抗裂性能，以及優(yōu)質(zhì)的外在質(zhì)量。在懸澆段混凝土澆筑過程中，我們采用地泵進行澆筑，泵管外徑達到180mm，這種泵管通過在拱箱頂板上預先設置的埋件進行固定?？紤]到箱體的最長長度約10m，需要在箱體的頂板、底板和腹板的內(nèi)部埋設無縫鋼管，作為混凝土澆筑的通道。在外模板上布置了附著式振搗器，內(nèi)模板上則開設了孔洞，以便進行人工振搗，從而確?；炷恋臐仓|(zhì)量。

3.7 掛籃行走和拆除

在混凝土達到設計強度后，進行模板拆除，具體的拆除順序為。首先，拆下模板之間的對拉鋼筋，然后移除拱肋頂部的模板。其次，施工人員翻轉(zhuǎn)側模上的模板，利用橫向側模的脫模油缸將側模脫離。拆除頂模板之后，還需進行支撐主頂系統(tǒng)的操作。再次，移除劃船與軌道之間的荷載塊，并將上行走軌道前移至3 號節(jié)段并固定。他們還安裝了軌道前段與掛鉤頂端之間的臨時連接（采用鋼絲繩與手拉葫蘆）。最后，斷開止推機構已澆梁段與掛籃中橫梁之間的連接，解除中部錨固系統(tǒng)的連接。準備工作完成后，準備利用主頂系統(tǒng)和后頂升機構下放掛籃。在解除主頂和后頂升油缸的約束后，利用主頂系統(tǒng)和后頂升機構下放掛籃。在下放過程中，通過軌道前段與掛鉤頂端之間的臨時聯(lián)系絲桿防止掛籃向后滑動。掛籃的掛鉤處滑靴落在軌道上，連接行走油缸并用銷軸鎖定，然后拆除軌道前段與掛鉤頂端之間的臨時聯(lián)系。

將后反力輪上翻并用銷軸鎖定，收回后頂升機構油缸，使反力輪輪緣壓在已澆梁段底面上。收起主頂系統(tǒng)油缸后，檢查掛籃部件與模板是否與已澆梁段無干涉，然后利用上部行走油缸頂推掛籃前移。上部掛腿滑靴在拱頂鋪設軌道上滑動，下部反力輪在已澆拱底面滑動。在行走過程中，他們需要注意保險銷軸與油缸銷軸的轉(zhuǎn)換使用，以防止掛籃向后滑動并傾覆。在行走過程中，掛籃前節(jié)點設置兩根橫向聯(lián)系，可倒換使用過索，C 型掛鉤之間橫梁，當通過斜拉索時進行拆除，通過后再重新安裝并連接。利用主頂系統(tǒng)和頂升機構提升掛籃200mm。提升過程中通過軌道與掛鉤之間的聯(lián)系防止掛籃向后滑動[4]。提升就位后，鎖定頂升機構螺母，墊實劃船與軌道之間的荷載塊，并擰緊荷載塊的螺紋鋼螺母，最后安裝錨固系統(tǒng)。定位機構調(diào)整完畢后，他們施加螺母預緊力，收起主頂油缸，準備進行安裝和調(diào)整模板的工作。在掛籃行走過程中，當千斤頂?shù)男谐碳磳⒌竭_指定位置時，應及時將上邊緣的精軋螺紋鋼擰緊，以防止掛籃下滑。隨后，千斤頂回油，下邊緣的精軋螺紋鋼螺帽與墊板位于千斤頂尾部。千斤頂繼續(xù)頂推，以上述步驟為循環(huán)，直至行走至預定位置。在掛籃行走過程中，兩掛鉤的行走速度應保持一致，以避免增加桁架的內(nèi)力。懸澆掛籃在掛鉤處的內(nèi)部超靜定特性導致桿件對支座位移等非常敏感，因此要求兩側不一致應小于3cm[5]。

當拱肋合攏施工完成后，就可以進行掛籃拆除操作，盡量在原位拆除，由于本工程掛籃的規(guī)模比較大，重量大，僅憑人力難以順利完成拆除任務，需要借助纜索吊系統(tǒng)進行分部位拆除，拆除步驟和掛籃安裝步驟相反。

3.8 掛籃懸澆總體施工工藝

掛籃懸澆總體施工工藝流程如圖1 所示。

圖1 掛籃懸澆總體施工工藝流程

4 結語

綜上所述，結合實際案例，分析了特大跨下承式混凝土箱型拱肋掛籃懸臂澆筑施工技術，分析結果表明，特大跨下承式混凝土箱型拱肋施工具有很強的綜合性和復雜性，現(xiàn)場條件復雜，影響施工質(zhì)量和效果的因素比較多，采用掛籃懸臂澆筑施工技術，順利完成了復雜地質(zhì)條件下的大跨橋梁施工任務，可為類似工程提供相應的參考和指導。