上跨復(fù)雜航道大跨度懸臂連續(xù)梁施工技術(shù)研究

孫先銳SUN Xian-rui

（中鐵十二局集團(tuán)城市發(fā)展建設(shè)有限公司，蘇州 215000）

0 引言

目前我國(guó)高速公路建設(shè)正處于蓬勃發(fā)展的時(shí)期，與此同時(shí)也促進(jìn)了我國(guó)橋梁建設(shè)水平的飛躍提升。尤其在我國(guó)西南多山地區(qū)橋梁類型更是多種多樣。當(dāng)公路線路上跨江河深谷時(shí)主要采用三種橋型；一是斜拉橋，該橋型適用于跨度大于300m 的跨度需求，且跨度越大其經(jīng)濟(jì)性越高，同時(shí)該橋型造型優(yōu)美，但該橋型索塔高度較高，在施工過程中存在較大的安全風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)對(duì)索塔的線性及外觀要求也很高。二是系桿拱橋，該橋型適用于200-300m 之間的跨徑需求，其優(yōu)點(diǎn)是全橋受力性能好，但橋梁施工工藝較為復(fù)雜，同時(shí)還需要采用纜索吊裝配合施工，施工周期長(zhǎng)，施工風(fēng)險(xiǎn)大且施工措施費(fèi)用高。三是連續(xù)梁橋，該橋型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單受力明確，采用懸臂法施工時(shí)對(duì)周邊環(huán)境影響較小，可滿足小于200m 以內(nèi)跨徑的橋梁需求，但其施工中掛籃受力較大，必須做好受力復(fù)核，同時(shí)需嚴(yán)格把控施工工藝確保梁體線性滿足要求。在蘇臺(tái)高速（二期）TJ05 標(biāo)屠家浜橋上跨杭運(yùn)河二通道（60+100+60）m 連續(xù)梁施工中，由于該連續(xù)梁跨度很大且所處區(qū)域?yàn)閺?fù)雜航道，使得施工難度大大增加，同時(shí)對(duì)航道通行存在很高的安全風(fēng)險(xiǎn)，而且對(duì)連續(xù)梁施工質(zhì)量及線性控制也提出了很高要求，為此項(xiàng)目部對(duì)該連續(xù)梁施工中掛籃受力進(jìn)行認(rèn)真計(jì)算分析，同時(shí)對(duì)連續(xù)梁施工中的各項(xiàng)工序進(jìn)行嚴(yán)格把控。通過一系列措施，不但安全順利地完成了該大跨度連續(xù)梁施工，保障了航道的運(yùn)行安全，而且成形后的梁體質(zhì)量及線性也滿足相關(guān)要求。通過現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用，該上跨復(fù)雜航道高速公路大跨度連續(xù)梁施工所涉及的相關(guān)技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中取得很好的效果。

1 工程概況

蘇臺(tái)高速（二期）TJ05 標(biāo)屠家浜橋左幅第5 聯(lián)（右幅第6 聯(lián)）為（60+100+60）m 變截面連續(xù)現(xiàn)澆箱梁，上跨京杭運(yùn)河二通道北延工程（規(guī)劃三級(jí)航道），連續(xù)現(xiàn)澆箱梁橋墩編號(hào)為20#墩～23#墩。

連續(xù)梁采用左右分離斷面，每幅橋采用單箱單室直腹板變截面預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁，左右幅橋梁寬度：16.25m，掛籃懸澆和邊跨支架現(xiàn)澆段箱梁翼緣板等寬。箱梁翼緣寬度3.875m，懸臂端部厚度0.2m，根部厚度0.65m。底板寬8.5m；墩頂梁高6.0m，跨中及現(xiàn)澆段梁高2.8m，箱梁高度及底板厚度按1.8 次拋物線變化，腹板厚度變化段為8、9號(hào)節(jié)段，厚度為0.65～0.9m；現(xiàn)澆段根部頂?shù)装搴?.65m，腹板厚1.1m，跨中斷面頂板厚0.3m、底板厚0.3m，腹板厚0.65m，墩頂斷面頂板厚0.65m，底板1.25m；腹板厚度1.1m；主橋采用C55 混凝土?？v橫豎向預(yù)應(yīng)力采用高強(qiáng)度低松弛鋼絞線。端橫梁寬度為1.5m，中橫梁寬度3m。（圖1）

圖1 連續(xù)梁總體設(shè)計(jì)圖

2 連續(xù)梁總體施工方案

（60+100+60）m 連續(xù)梁兩個(gè)主墩設(shè)墩頂0#段，采用支架法施工；懸臂節(jié)段共設(shè)48 段，采用掛籃對(duì)稱懸臂澆筑法施工；邊跨設(shè)邊跨現(xiàn)澆段2 段，采用落地支架法施工；合龍段共設(shè)3 段，采用掛籃作為合龍懸吊支架進(jìn)行施工。

懸臂段掛籃綜合考慮梁體重量、尺寸及其他因素，按照本橋最大梁段重量167.1t、最長(zhǎng)節(jié)段長(zhǎng)度4m、梁頂寬16.25m、梁底寬8.5m 及其他參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，適用于所有懸臂段施工。掛籃設(shè)計(jì)形式為三角形掛籃，由主桁系統(tǒng)、底模系統(tǒng)、模板系統(tǒng)、吊掛系統(tǒng)、錨固系統(tǒng)及走行系統(tǒng)六大部分組成。其中作為掛籃最為重要的受力桿件主桁架由下弦桿、前斜桿、后斜桿、立桿及橫聯(lián)組成，主桁架桿件均由2-40#b 槽鋼+2-30#b 組焊制作，桿件間通過銷軸連接。桿件上下使用12mm 厚鋼板作為綴板將兩幅桿件連接為整體，桿件間按照700mm 間距使用10mm 厚鋼板作為加強(qiáng)隔板，桿件端部通過設(shè)置φ100mm 銷軸連接孔，并使用30mm 厚鋼板作為加強(qiáng)板將銷軸連接處加強(qiáng)受力。前下橫梁、后下橫梁均采用雙拼I400 型鋼，縱梁采用I280 型鋼，縱梁與前、后下橫梁點(diǎn)焊固定。（圖2）

圖2 掛籃縱斷面布置圖

3 懸臂段主要施工工藝

3.1 懸臂段施工工藝流程（圖3）

圖3 懸臂段施工流程圖

3.2 掛籃安裝

0#段施工完畢后在梁頂面橫向中心線向1#段安裝首節(jié)走行軌道，安裝前找平走行軌道梁頂面，準(zhǔn)確定出行走梁中線，然后安裝錨固螺拴、鎖定走行軌道梁。主桁架拼裝前先將掛籃后支座反扣裝置安裝在走行軌道上，并和前支座一道固定在走行軌道適當(dāng)位置，最后再將主桁架與走行支座連接，主桁架采用在地面整體拼裝成形后，再吊裝，在左右兩片主桁架橫聯(lián)安裝前，可通過在0#段頂板預(yù)埋鋼筋斜拉或設(shè)置臨時(shí)纜風(fēng)繩等采取有效措施防止主桁架側(cè)向傾倒。待0#段兩端的主桁架均拼裝就位后，將橫向連接系、后錨固橫梁、前上橫梁等依次安裝就位。

在安裝完畢掛籃主桁架后，立即安裝掛籃后錨吊桿及扁擔(dān)梁，并利用千斤頂對(duì)掛籃后錨吊桿施加力進(jìn)行錨固，然后進(jìn)行掛籃模板吊桿及外模板的安裝，安裝完成后接著外滑梁的安裝工作。可利用吊車將外滑梁穿入外模背架中并固定，在外滑梁后端穿入固定及活動(dòng)滑框吊架，利用吊車整體吊裝，前端錨固在事前下放好的前吊帶上，后端由翼緣板預(yù)埋吊帶孔處下放精軋螺紋鋼吊桿，并用雙螺母將固定吊架錨固于吊桿之上。上述掛籃主要構(gòu)件安裝后再依次安裝內(nèi)滑梁、內(nèi)模板及其他附屬構(gòu)件的，直至整個(gè)掛籃全部安裝完畢。（圖4）

圖4 掛籃走行系統(tǒng)工作示意圖

3.3 掛籃預(yù)壓

掛籃安裝完成后，全面檢查安裝質(zhì)量，檢查合格后進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)靜載預(yù)壓，采用1.2 倍最大節(jié)段梁重荷載進(jìn)行分級(jí)加載，充分消除掛籃在加載狀態(tài)的非彈性變形并測(cè)量掛籃的彈性變形值，以便合理地設(shè)置懸臂澆筑段的立模高程。

掛籃底模及側(cè)模安裝好后并通過結(jié)構(gòu)驗(yàn)收后，模擬施工荷載分布情況，根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙，本連續(xù)梁懸臂最重節(jié)段為1#段，混凝土方量63.1m3，重量167.1t，節(jié)段長(zhǎng)4.0m，靜載預(yù)壓采用單只掛籃的預(yù)壓荷載按照梁段、模板及排架自重加施工荷載來考慮，入模荷載2kN/m2，振搗荷載2kN/m2，人員機(jī)具2.5kN/m2，模板及排架3kN/m2。

作用在掛籃上最重荷載：2×16.25×3.5+2×16.25×3.5+2.5×16.25×3.5+3×2×2×3+1671=2076kN

預(yù)壓總重量207.6t，預(yù)壓加載按照60%（124.56t）、100%（207.6t）、120%（249.12t）分級(jí)加載，加載使用混凝土預(yù)制塊。

3.4 懸臂段鋼筋與預(yù)應(yīng)力安裝施工

節(jié)段鋼筋采用整體綁扎，先進(jìn)行底腹板鋼筋安裝，底腹板鋼筋驗(yàn)收合格后安裝內(nèi)模，內(nèi)模安裝完成后進(jìn)行頂板及預(yù)埋鋼筋安裝，在綁扎鋼筋的同時(shí)安裝預(yù)應(yīng)力管道。底板底層鋼筋安裝的同時(shí)安裝腹板鋼筋骨架，腹板鋼筋骨架平行于底層鋼筋位置安裝，上部進(jìn)行臨時(shí)固定防止傾倒。

腹板鋼筋骨架安裝后在其內(nèi)部設(shè)計(jì)指定位置安裝豎向預(yù)應(yīng)力鋼筋（包括螺母、錨墊板、螺栓筋、注漿管、鐵皮套管等），安裝時(shí)注意預(yù)應(yīng)力鋼筋間距，保持分布均勻且垂直，注漿管安裝后使用膠帶纏堵防止進(jìn)漿堵塞。梁段內(nèi)模安裝完成后安裝頂板鋼筋，頂板鋼筋安裝方式同底板，特別注意的是，頂板接觸網(wǎng)、擋砟墻、電纜槽、欄桿等相關(guān)預(yù)埋鋼筋較多，安裝前需對(duì)位置準(zhǔn)確放樣，拉線預(yù)埋，保證預(yù)埋筋安裝線形順直。

3.5 懸臂段混凝土澆筑施工

澆筑混凝土前，仔細(xì)檢查鋼筋保護(hù)層墊塊的位置、數(shù)量及其緊固程度，并指定專人作重復(fù)性檢查，以提高鋼筋保護(hù)層厚度尺寸的質(zhì)量保證率。同時(shí)還要測(cè)定混凝土的溫度、坍落度和含氣量等工作性能，只有拌合物性能符合本技術(shù)條件要求的混凝土方可入模澆筑。澆筑過程要秉持“對(duì)稱、平衡、均勻”的原則，澆筑時(shí)要分層分段的進(jìn)行。在振搗混凝土過程中，加強(qiáng)檢查模板支撐的穩(wěn)定性和接縫的密合情況，以防漏漿。

混凝土澆筑完畢后1h 內(nèi)，對(duì)混凝土進(jìn)行保濕養(yǎng)護(hù)，保持混凝土表面養(yǎng)護(hù)期間混凝土芯部溫度不超過60℃，芯部與表面、表面與環(huán)境溫度均不超過20℃。養(yǎng)護(hù)時(shí)以土工布覆蓋混凝土表面并不斷灑水，灑水次數(shù)以混凝土面濕潤(rùn)狀態(tài)為度，白天1～2h 一次，晚上4h 一次，灑水養(yǎng)護(hù)不少于14d。

4 掛籃受力計(jì)算

4.1 荷載取值

本設(shè)計(jì)計(jì)算采用容許應(yīng)力法，荷載的計(jì)算只是計(jì)算實(shí)際發(fā)生的荷載，而不再增加荷載系數(shù)。混凝土容重根據(jù)采用26.5kN/m3，灌注混凝土?xí)r考慮混凝土梁重的10%作為超灌荷載及施工荷載。

Q235B 鋼材抗彎抗壓抗拉強(qiáng)度容許設(shè)計(jì)值按[σ]＝150MPa 控制；抗剪強(qiáng)度容許設(shè)計(jì)值按[τ]＝90MPa。

Q345B 鋼材抗彎抗壓抗拉強(qiáng)度容許設(shè)計(jì)值按[σ]＝220MPa 控制；抗剪強(qiáng)度容許設(shè)計(jì)值按[τ]＝130MPa。

4.2 掛籃主桁架受力計(jì)算

掛籃桁架計(jì)算時(shí)以澆筑完混凝土未張拉前為最不利工況進(jìn)行計(jì)算，作用在掛籃上的荷載有：模板自重+超載+動(dòng)力附加荷載+人群及施工荷載。掛籃自重由軟件自動(dòng)生成，桁架桿件的應(yīng)力如圖5 所示。

圖5 掛籃在最不利工況下其應(yīng)力圖

從應(yīng)力圖中可以看出，最大應(yīng)力是58.1MPa＜[σ]＝150MPa，均能滿足要求。

4.3 壓桿穩(wěn)定檢算

對(duì)于AC、BC、CD 桿件均屬于壓桿，其斷面是組合槽鋼口對(duì)口焊接的箱形結(jié)構(gòu)，立桿應(yīng)力最大，受壓力是1749kN，計(jì)算長(zhǎng)度按5.0m 考慮。桿件截面特性如圖6所示。

圖6 桁架壓桿參數(shù)圖

壓桿的柔度是：

5.0m÷iy＝41.2

查表得壓桿軸心受壓穩(wěn)定折減系數(shù)得：

φ＝0.894

那么折減后的壓桿應(yīng)力最大是

58.1MPa÷0.894＝65.0MPa＜[σ]＝150MPa，滿足要求。

4.4 橫梁受力檢算

計(jì)算時(shí)采用單根HN700×400 桿件進(jìn)行，所得變形及應(yīng)力等結(jié)果均減半。通過桁架受力圖可得知支點(diǎn)反力是728.5kN，即單個(gè)主構(gòu)架前端承受的荷載是728.5kN。為確保主構(gòu)架的受力安全，計(jì)算主構(gòu)架時(shí)將此荷載放大1.1 倍進(jìn)行，因此計(jì)算荷載按800kN。（圖7）

圖7 橫梁彎矩、剪力圖（kN·m）

最大剪應(yīng)力τ=Vmax*S/I/tw

=460.14*3124394/1936200000/13.0*1000/2

=28.6MPa≤[τ]＝90MPa，滿足要求。

最大正應(yīng)力σ=Mmax/γ/W

=420.03/1.05/5532000*1e6/2

=36.2MPa≤[σ]＝150MPa，滿足要求。

5 安全質(zhì)量保障措施

①掛籃主桁吊裝到位后立即安裝后錨，各吊帶吊桿連接銷軸和插銷必須按規(guī)定安裝齊全，并由專人檢查確認(rèn)合格后才可進(jìn)行下一道工序。

②掛籃三角架體在安裝時(shí)需設(shè)置剪刀撐從而增強(qiáng)其整體穩(wěn)定性，剪刀撐由鋼管制作與架體各構(gòu)件聯(lián)結(jié)牢靠。

③掛籃安裝后，總包方組織監(jiān)理、專業(yè)公司等相關(guān)方對(duì)掛籃進(jìn)行檢查驗(yàn)收，經(jīng)驗(yàn)收合格簽字后方可投入使用，驗(yàn)收合格后任何人不得擅自拆改。

④掛籃產(chǎn)品所使用的各類鋼材必須有產(chǎn)品合格證，并符合設(shè)計(jì)要求，對(duì)于受力螺栓、承重插銷、導(dǎo)軌等重要受力部件，除應(yīng)有鋼材生產(chǎn)廠家產(chǎn)品合格證及材質(zhì)證明外，還應(yīng)進(jìn)行復(fù)檢，確保材料質(zhì)量符合安全要求。

6 結(jié)束語

通過對(duì)該高速公路項(xiàng)目上跨航道的大跨度連續(xù)梁掛籃受力進(jìn)行認(rèn)真計(jì)算分析，同時(shí)對(duì)連續(xù)梁施工中的各項(xiàng)工序進(jìn)行嚴(yán)格把控等一系列措施，不但安全順利的完成了該大跨度連續(xù)梁施工，保障了航道的運(yùn)行安全，而且成形后的梁體質(zhì)量及線性也滿足相關(guān)要求。通過現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用，該上跨復(fù)雜航道高速公路大跨度連續(xù)梁施工所涉及的相關(guān)技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中取得很好的效果，也為后續(xù)類似施工提供了借鑒和參考。