大跨度連續(xù)梁橋掛籃懸臂澆筑設(shè)計(jì)及施工技術(shù)研究

韋蘇斌

（廣西路橋工程集團(tuán)有限公司，廣西 南寧 530200）

0 引言

大跨度連續(xù)梁橋在現(xiàn)代交通基礎(chǔ)設(shè)施中承擔(dān)著重要的交通荷載承載職責(zé)，其建設(shè)和維護(hù)面臨著多種挑戰(zhàn)，其中之一是懸臂澆筑過程的設(shè)計(jì)與施工。為解決大跨度連續(xù)梁橋建設(shè)中掛籃施工過程中的技術(shù)難題，楊曉強(qiáng)［1］依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，提出掛籃懸臂澆筑施工中的關(guān)鍵技術(shù)；黃俊［2］采用新型連體掛籃設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)大跨度連續(xù)梁懸臂澆筑的高效施工，極大地提高了工程施工效率；王二朋［3］以鐵路橋梁為例，采用先進(jìn)的澆筑方法和施工工藝，一次性成功澆筑完成大跨度懸臂段，為類似工程提供了成功的施工經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)指導(dǎo)。盡管這些技術(shù)在大跨度連續(xù)梁橋建設(shè)中已經(jīng)取得了一些成效，但仍然存在安全性、效率和質(zhì)量控制等方面的問題，需要開展系統(tǒng)的研究和提出創(chuàng)新性的解決方案。本研究的創(chuàng)新點(diǎn)在于提出一種綜合性的掛籃懸臂澆筑設(shè)計(jì)與施工方案，能優(yōu)化施工過程并提高工程質(zhì)量。本文旨在深入研究大跨度連續(xù)梁橋掛籃懸臂澆筑技術(shù)，解決該領(lǐng)域的關(guān)鍵問題，填補(bǔ)現(xiàn)有研究的不足。

1 工程概況

某座橋梁的總長(zhǎng)度為1 538m，其結(jié)構(gòu)由以下一系列跨度組成：13個(gè)40m長(zhǎng)的跨度+1個(gè)65m長(zhǎng)的跨度+3個(gè)120m長(zhǎng)的跨度+1個(gè)65m長(zhǎng)的跨度+13個(gè)40m長(zhǎng)的跨度。這座橋梁采用“預(yù)應(yīng)力混凝土剛構(gòu)+連續(xù)梁”的組合體系，大橋部分長(zhǎng)65m，其后是3個(gè)120m長(zhǎng)的跨度，接著是65m長(zhǎng)的預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)段落。在連續(xù)剛構(gòu)段落中，梁的截面呈現(xiàn)單箱形狀，箱梁的根部高度為7.2m，梁在中間跨的高度為3m。

2 設(shè)計(jì)考慮因素

2.1 跨度和幾何形狀對(duì)掛籃懸臂澆筑的影響

在掛籃懸臂澆筑中，跨度是一個(gè)決定性的參數(shù)，會(huì)對(duì)懸臂的長(zhǎng)度和支撐結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)產(chǎn)生直接影響。較大的跨度通常需要更長(zhǎng)的懸臂，這會(huì)增加懸臂的重量，對(duì)整個(gè)懸臂支撐結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和負(fù)荷帶來挑戰(zhàn)。此外，較大的跨度可能會(huì)增加澆筑時(shí)的荷載和變形，需要采取更嚴(yán)格的控制措施，以避免結(jié)構(gòu)變形過大而影響施工和最終的結(jié)構(gòu)性能。因此，在設(shè)計(jì)階段，應(yīng)充分考慮跨度與結(jié)構(gòu)的相互影響，確保掛籃懸臂澆筑過程的安全性和施工效率。

連續(xù)梁橋的幾何形狀，特別是縱橫截面的復(fù)雜性，對(duì)掛籃懸臂澆筑的影響非常顯著。復(fù)雜的截面幾何形狀會(huì)導(dǎo)致掛籃的安裝和調(diào)整變得更復(fù)雜，需要設(shè)計(jì)適應(yīng)性更強(qiáng)的懸掛裝置。此外，懸掛裝置必須適應(yīng)不同部位的截面變化，以保持澆筑過程中的一致性。在懸臂截面幾何變化明顯的情況下，需要加強(qiáng)對(duì)混凝土澆筑的控制，確保整個(gè)懸臂段的一致性和結(jié)構(gòu)的均勻性。因此，在幾何形狀設(shè)計(jì)中，需要充分考慮懸臂澆筑過程中的工藝要求，避免后續(xù)施工出現(xiàn)問題。

綜上所述，在大跨度連續(xù)梁橋的掛籃懸臂澆筑施工中，跨度和幾何形狀相互交織，共同影響施工的難度和進(jìn)度。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)綜合考慮橋梁的整體跨度布局、懸臂段的長(zhǎng)度及縱橫截面的變化。在實(shí)際施工中，可能需要采取一系列措施應(yīng)對(duì)跨度和幾何形狀帶來的挑戰(zhàn)，如調(diào)整懸掛裝置、優(yōu)化混凝土澆筑過程、加強(qiáng)變形監(jiān)測(cè)等。開展充分的規(guī)劃和前期分析可以確保掛籃懸臂澆筑順利進(jìn)行。

2.2 荷載分析和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性

荷載分析首先需要考慮自重荷載、混凝土澆筑荷載及其他施工荷載。自重荷載是結(jié)構(gòu)本身的重量，在混凝土澆筑過程中，懸掛的懸臂除了承受自重荷載，還會(huì)承受混凝土澆筑的動(dòng)態(tài)荷載。以一座具體跨度為120m的橋梁區(qū)間為例，混凝土澆筑荷載可能為每米15～20 t。此外，需要考慮懸掛裝置的預(yù)應(yīng)力荷載。通過結(jié)構(gòu)分析軟件，可以模擬不同施工階段的荷載分布情況，指導(dǎo)施工計(jì)劃和支撐設(shè)計(jì)［4］。

在懸籃懸臂澆筑過程中，結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性至關(guān)重要。在本案例中，結(jié)構(gòu)的跨度和幾何形狀復(fù)雜，特別是在3個(gè)跨度每跨120m的區(qū)段，懸掛的懸臂長(zhǎng)度較大，可能會(huì)導(dǎo)致懸掛裝置的支撐結(jié)構(gòu)承受較大的荷載。開展分析結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，可以確保在不同施工階段中結(jié)構(gòu)不會(huì)發(fā)生屈曲或擺動(dòng)等失穩(wěn)現(xiàn)象。結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析還可以確定支撐的位置和數(shù)量，以及可能需要的加固措施。

在本案例工程中，橋梁全長(zhǎng)1 538m，采用的是“預(yù)應(yīng)力混凝土剛構(gòu)+連續(xù)梁”組合體系，包含不同跨度的區(qū)段，因此進(jìn)行荷載和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析后，還需要分析每個(gè)跨度和區(qū)段的具體情況。例如，在3個(gè)跨度每跨120m的區(qū)段，混凝土澆筑過程中的荷載將會(huì)顯著增加，需要采取更多的支撐措施確保結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。同時(shí)，需要通過振動(dòng)傳感器密切監(jiān)測(cè)懸掛部分的變形情況，確保在施工過程中結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性。振動(dòng)傳感器的數(shù)據(jù)變化如圖1所示。

圖1 振動(dòng)傳感器的數(shù)據(jù)變化

2.3 懸臂長(zhǎng)度和支撐設(shè)計(jì)

懸臂長(zhǎng)度是指懸掛裝置與支撐點(diǎn)之間的水平距離，其對(duì)掛籃懸臂澆筑的安全性和施工效率具有重要影響。較大的懸臂長(zhǎng)度可能會(huì)增加懸掛的自重和荷載，從而對(duì)支撐結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和懸掛裝置的選擇提出更高的要求。此外，長(zhǎng)懸臂容易引發(fā)結(jié)構(gòu)振動(dòng)和不穩(wěn)定，需要通過控制施工過程避免。

從支撐的角度看，懸臂長(zhǎng)度也直接影響支撐點(diǎn)的位置和數(shù)量。較長(zhǎng)的懸臂需要更多的支撐點(diǎn)保證結(jié)構(gòu)的平衡，而支撐點(diǎn)的強(qiáng)度和剛度也需要詳細(xì)考慮，確保它們能承受一定的荷載并保持穩(wěn)定。支撐的設(shè)計(jì)對(duì)掛籃懸臂澆筑過程的成功與否起著至關(guān)重要的作用，支撐結(jié)構(gòu)不僅需要能夠承受懸掛的懸臂和荷載，還必須滿足結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的要求。在設(shè)計(jì)支撐時(shí)，除了考慮支撐的類型、布置、材料和連接方式能滿足整個(gè)懸臂結(jié)構(gòu)安全性的要求，還需考慮支撐點(diǎn)的位置和數(shù)量，確保懸掛裝置和支撐結(jié)構(gòu)之間的力學(xué)平衡。此外，支撐設(shè)計(jì)應(yīng)預(yù)留足夠的空間，便于混凝土澆筑和懸臂澆筑過程中的操作和監(jiān)測(cè)。

以本橋梁工程為例，橋梁的結(jié)構(gòu)形式為（13×40+65+3×120+65+13×40）m，具有不同跨度和懸臂段。在設(shè)計(jì)懸臂長(zhǎng)度時(shí)，需要考慮不同跨度和懸臂的荷載情況及支撐點(diǎn)的位置。對(duì)于較長(zhǎng)的懸臂段，需要增加支撐點(diǎn)確保結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。支撐設(shè)計(jì)需要根據(jù)實(shí)際的跨度、荷載和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，選擇適當(dāng)?shù)闹晤愋秃筒牧希⑦M(jìn)行強(qiáng)度和穩(wěn)定性的分析。在懸掛裝置安裝過程中，需要嚴(yán)格控制懸臂的變形，保證支撐結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和整個(gè)施工過程的安全。綜合考慮懸臂長(zhǎng)度和支撐的設(shè)計(jì)，可以優(yōu)化掛籃懸臂澆筑過程，確保結(jié)構(gòu)施工的成功和安全。

2.4 掛籃系統(tǒng)設(shè)計(jì)和材料選擇

掛籃系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要綜合考慮懸掛裝置的類型、形狀、穩(wěn)定性和可調(diào)節(jié)性。常見的一種掛籃系統(tǒng)是鋼絲繩掛籃，通常由主梁和橫向懸臂桿構(gòu)成。掛籃的設(shè)計(jì)應(yīng)考慮支撐點(diǎn)的位置、懸掛的角度、懸掛點(diǎn)的數(shù)量及懸掛裝置的強(qiáng)度。根據(jù)橋梁的幾何形狀和荷載情況，可以通過有限元分析優(yōu)化掛籃系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。表1為掛籃系統(tǒng)設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)。

表1 掛籃系統(tǒng)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)

掛籃的材料選擇需要考慮強(qiáng)度、耐腐蝕性和可調(diào)節(jié)性。主要材料包括鋼和鋁合金。鋼具有較高的強(qiáng)度，適合承受重荷載，但需要進(jìn)行防腐蝕處理；鋁合金輕巧且具有較好的耐腐蝕性，但強(qiáng)度相對(duì)較低。根據(jù)掛籃的負(fù)荷和使用情況，可以選擇合適的材料平衡結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和重量。表2是不同材料的掛籃性能對(duì)比。

表2 不同材料的掛籃性能對(duì)比

3 施工準(zhǔn)備階段

3.1 施工計(jì)劃的制訂與優(yōu)化

在掛籃懸臂澆筑工程中，施工計(jì)劃的制訂和優(yōu)化是關(guān)鍵的第一步。工程師需要根據(jù)橋梁的幾何特點(diǎn)、懸臂長(zhǎng)度、荷載情況及現(xiàn)有資源制訂合理的施工計(jì)劃，計(jì)劃的制訂需要考慮混凝土澆筑的時(shí)機(jī)、懸掛裝置的安裝時(shí)間、支撐結(jié)構(gòu)以及其他關(guān)鍵活動(dòng)的協(xié)調(diào)。通過使用項(xiàng)目管理工具，工程團(tuán)隊(duì)可以對(duì)施工進(jìn)程進(jìn)行優(yōu)化和可視化，確保項(xiàng)目按計(jì)劃進(jìn)行。

3.2 懸臂支撐結(jié)構(gòu)的建立

在掛籃懸臂澆筑過程中，支撐結(jié)構(gòu)的建立至關(guān)重要。這些支撐結(jié)構(gòu)需要根據(jù)實(shí)際情況設(shè)計(jì)和搭建，需考慮支撐的位置、數(shù)量和強(qiáng)度可承受懸臂的自重和混凝土澆筑的荷載。在建立懸臂支撐結(jié)構(gòu)之前，需要進(jìn)行臨時(shí)地基加固、基礎(chǔ)施工等工作，確保支撐的穩(wěn)定性和可靠性［5］。

3.3 材料采購(gòu)與準(zhǔn)備

在施工準(zhǔn)備階段，需進(jìn)行材料采購(gòu)與準(zhǔn)備工作，包括掛籃系統(tǒng)的材料、支撐結(jié)構(gòu)的材料、混凝土材料等。工程團(tuán)隊(duì)需確保所選材料符合規(guī)范要求，并提前準(zhǔn)備好，避免延誤施工進(jìn)程。此外，材料的質(zhì)量和數(shù)量應(yīng)滿足整個(gè)施工過程的需求。

3.4 施工人員培訓(xùn)和安全措施

掛籃懸臂澆筑工程涉及高度的風(fēng)險(xiǎn)，因此培訓(xùn)和安全措施至關(guān)重要。施工人員需要接受相關(guān)培訓(xùn)，了解懸掛裝置的安裝、支撐結(jié)構(gòu)的建立及施工過程中的安全操作規(guī)范。安全措施包括使用個(gè)人防護(hù)裝備、設(shè)置安全警示標(biāo)志、建立臨時(shí)封閉區(qū)域等，最大限度地降低事故發(fā)生概率。

4 懸臂澆筑過程

4.1 懸臂模板安裝和調(diào)整

懸臂模板是用來支撐和限定混凝土澆筑的模板系統(tǒng)。在懸臂澆筑過程中，首先需要安裝懸臂模板。這個(gè)步驟是將模板逐段地懸掛在懸臂結(jié)構(gòu)上，使其緊密貼合結(jié)構(gòu)，防止混凝土外流和變形。模板的安裝通常需要使用吊車或其他起重設(shè)備，模板的位置和水平度要準(zhǔn)確無誤。在模板安裝過程中，需要特別注意連接和固定裝置的強(qiáng)度和可靠性。模板系統(tǒng)的穩(wěn)固性直接影響混凝土澆筑的質(zhì)量和結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，在安裝過程中，工程師和施工人員需要密切合作，嚴(yán)格遵循操作規(guī)范。

懸臂模板的準(zhǔn)確調(diào)整可保證混凝土澆筑的均勻和結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。一旦模板安裝完畢，需要進(jìn)行細(xì)致的調(diào)整，包括調(diào)整模板的水平度、垂直度和位置，保證混凝土能均勻地流入模板內(nèi)，獲得所需的幾何尺寸。調(diào)整模板時(shí)，需要使用液壓千斤頂、水平儀、測(cè)量?jī)x器等工具使模板達(dá)到準(zhǔn)確的位置并調(diào)整到合適的形態(tài)。

4.2 預(yù)應(yīng)力鋼束布設(shè)與張拉

預(yù)應(yīng)力鋼束的布設(shè)旨在施加預(yù)先定義的張力，使橋梁在荷載作用下產(chǎn)生壓應(yīng)力，從而增強(qiáng)其承載能力。布設(shè)預(yù)應(yīng)力鋼束需要考慮梁段的幾何形狀、荷載情況及預(yù)應(yīng)力的分配。

在布設(shè)過程中，首先需要根據(jù)橋梁的設(shè)計(jì)和荷載分析確定每個(gè)梁段所需的預(yù)應(yīng)力大?。黄浯胃鶕?jù)預(yù)應(yīng)力鋼束的特性（例如直徑、強(qiáng)度等），計(jì)算所需的鋼束數(shù)量和布設(shè)方式。布設(shè)預(yù)應(yīng)力鋼束時(shí)，鋼束位置、間距和張力的分布需均勻，以獲得平衡的預(yù)應(yīng)力效果。表3為分析預(yù)應(yīng)力鋼束布設(shè)情況。

表3 預(yù)應(yīng)力鋼束布設(shè)

預(yù)應(yīng)力鋼束張拉是通過施加外力產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力的過程。在張拉過程中，需要使用專門的張拉設(shè)備，逐步施加預(yù)應(yīng)力，使每根鋼束達(dá)到預(yù)定的張力大小，這需要監(jiān)測(cè)張拉力的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，確保每個(gè)梁段的預(yù)應(yīng)力均在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)。此外，需要注意以下幾點(diǎn)：①根據(jù)設(shè)計(jì)要求施加正確的張拉力，過度或不足的張拉力都可能影響梁段的性能；②控制張拉速度，避免鋼束的瞬時(shí)變形；③對(duì)張拉后的鋼束進(jìn)行錨固，確保預(yù)應(yīng)力可以有效地傳遞到梁體中。

4.3 混凝土澆筑與振搗

混凝土澆筑是將預(yù)先準(zhǔn)備好的混凝土均勻地倒入梁體模板中的過程，在此過程中，需要注意以下幾個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)：①混凝土的配合比需要嚴(yán)格遵循設(shè)計(jì)要求，以確?；炷恋膹?qiáng)度和耐久性；②控制混凝土澆筑的流動(dòng)性，避免混凝土分層或產(chǎn)生氣孔；③使用振動(dòng)棒等工具排除混凝土中的氣泡和空隙。

混凝土澆筑過程要有連續(xù)性，避免冷縫的產(chǎn)生。在相鄰的澆筑段之間，需要采取適當(dāng)?shù)拇胧┍３只炷恋酿そY(jié)性和一致性。此外，溫度和濕度對(duì)混凝土的凝固和強(qiáng)度也有影響，因此在不同氣候條件下需要采取措施控制溫度和濕度。

混凝土振搗是為了排除混凝土中的空氣，使其變得更加致密和均勻，從而提高混凝土的強(qiáng)度和耐久性。在振搗過程中，通常使用振動(dòng)器將混凝土中的氣泡和空隙驅(qū)逐出來，應(yīng)根據(jù)混凝土的類型和澆筑厚度選擇和配置適當(dāng)?shù)恼駝?dòng)器。振搗的時(shí)間和方式也需要謹(jǐn)慎控制，過早或過晚的振搗都可能導(dǎo)致混凝土分層或不均勻，影響結(jié)構(gòu)的質(zhì)量。振搗過程需要注意避免混凝土的表面受到損傷，避免出現(xiàn)黏結(jié)性差或氣孔過多的情況。

4.4 監(jiān)測(cè)與質(zhì)量控制措施

（1）在懸掛裝置懸臂澆筑過程中，需要進(jìn)行實(shí)時(shí)結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)與測(cè)量，可以通過傳感器、儀器和測(cè)量設(shè)備追蹤懸掛系統(tǒng)、支撐結(jié)構(gòu)及整個(gè)梁體的變形和變化情況。結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)可以幫助工程團(tuán)隊(duì)了解施工過程中的變形情況，預(yù)測(cè)可能出現(xiàn)的問題，以便及時(shí)采取措施進(jìn)行調(diào)整。

（2）監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可以用于分析結(jié)構(gòu)的變形、位移、傾斜等，便于及早發(fā)現(xiàn)異常情況。通過實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，工程師可以判斷是否需要進(jìn)行支撐結(jié)構(gòu)的調(diào)整，是否需要在特定位置增加支撐點(diǎn)，確保懸掛裝置和混凝土澆筑過程安全和穩(wěn)定。

（3）混凝土的質(zhì)量直接影響連續(xù)梁橋的承載能力和耐久性。在懸掛裝置懸臂澆筑過程中，混凝土的質(zhì)量控制措施包括對(duì)混凝土材料的配合比控制、攪拌均勻性、流動(dòng)性等方面的監(jiān)測(cè)。

（4）掛籃懸臂澆筑過程存在一定的風(fēng)險(xiǎn)，因此安全監(jiān)控和操作規(guī)范不可或缺。工程團(tuán)隊(duì)需要制定詳細(xì)的安全計(jì)劃和操作規(guī)范，施工人員應(yīng)遵循正確的操作流程，佩戴適當(dāng)?shù)膫€(gè)人防護(hù)裝備，遵循安全操作規(guī)定。

（5）安全監(jiān)控包括實(shí)施臨時(shí)封閉區(qū)域、設(shè)置安全標(biāo)志、定期進(jìn)行安全檢查等。在懸掛裝置和混凝土澆筑過程中，安全人員應(yīng)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控，確保施工人員行為和操作的安全性。

5 結(jié)語(yǔ)

在實(shí)際工程實(shí)踐中，通過科學(xué)合理地設(shè)計(jì)和實(shí)施懸臂澆筑技術(shù)，可以顯著提高施工效率、降低工程風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)確保橋梁結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性。對(duì)預(yù)應(yīng)力鋼束的布設(shè)與張拉及混凝土的澆筑與振搗等工藝的控制，保證了連續(xù)梁橋在運(yùn)用中能具備良好的結(jié)構(gòu)性能和耐久性。本文通過對(duì)大跨度連續(xù)梁橋掛籃懸臂澆筑技術(shù)進(jìn)行深入研究，為工程實(shí)踐提供了有益的指導(dǎo)。