掛藍法變截面箱梁施工在碼頭引橋中的應用

陳春政 楊 建

[摘要]預應力交截面連續箱型梁橋采用懸臂澆筑施工法，利用掛籃在墩兩側對稱平衡地澆筑梁段混凝_土，每澆筑完一段，待達到規定強度后就張拉預應力筋并錨固，然后向前移動掛籃，進行下一段的施工，直到懸臂端為止。掛藍法預應力變截面箱梁施工在水工工程中比較少見，本文以青島益佳集團燃料油碼頭工程中的56＋5×85＋56m沉箱墩基礎引橋施工為例，講述掛籃施工的工藝。

[關鍵詞]預應力：連續箱梁：掛籃施工

1、概述

益佳燃料油碼頭引橋全長537米，全橋位于直線度，橋寬19.45米，橋跨布置為56＋5×85＋56m預應力混凝土變截面單箱單室連續箱梁，中支點梁高5米，端部梁高2.5米，梁底線形按二次拋物線變化。邊跨采用滿堂支架現澆段長12.5米，每跨合攏段長2米。墩上支點長2.5米，梁高5米。每個墩共分成11個梁段進行懸臂現澆，0號塊長度為9米，1－6號塊各長3.5米，7－10號塊各長4米。箱梁頂板寬度為9.45米。底板寬5.05米，兩側懸臂板長2.2米，懸臂板端部厚0.2米，根部厚0.53米。箱梁頂板厚度為0.28米，底板厚度為0.28－0.8米，中墩處局部加厚到1.4米。中支點處設置橫隔板，板厚2.5米，并留置1.2×1.0m過人孔。

梁體采用縱向預應力體系。預應力采用頂板、底板及腹板布束方式且盡量靠近腹板布置。縱向預應力束采用φs15.24mm高強度低松弛鋼絞線，標準強度ｆ_pk=1860MPa，錨下張拉控制應力為0.72ｆ_pk=1339，2MPa，彈性模量E。=1.95×10³MPa。

下部為重力式沉箱基礎，沉箱安裝完成后現澆封倉蓋板及墩頂混凝土，形成橋墩。

箱梁斷面形式及塊件劃分如圖1所示。

2、整體施工工藝簡述橋墩施工時預埋垂直方向精扎螺紋鋼，待箱梁O號塊澆筑完成后對精扎螺紋鋼進行張拉，錨固于箱梁頂面，作為臨時固結措施。

每個墩從中間0號塊開始至兩邊對稱依次澆筑，在中墩0號塊和邊跨靠近梁端的梁段采用滿堂支架現澆，墩兩側采用掛籃對稱懸澆。各段澆筑完成后拆除掛籃，按照先邊跨后中跨的順序澆筑合攏段，每澆筑完成一個合攏段，解除一個臨時固結，轉換結構體系，直至全橋合攏，成為連續梁。

箱梁施工流程如圖2所示：

3、臨時固結和支座施工

3.1臨時固結：為防止施工過程中兩端出現不均勻荷載，在墩臺上設置的用來穩定懸臂體系的臨時錨固措施；

3.2臨時固結的方案：在澆筑墩臺混凝土前預埋垂直方向精扎螺紋鋼，包含在箱梁O號塊混凝土中的精扎螺紋鋼外安置金屬螺旋管套筒，在混凝土中形成孔道，在0號塊砼澆筑完成且強度及彈性模量達到90％以上后，在O號塊頂面對精扎螺紋鋼進行張拉，然后采用螺旋套筒進行錨固；

3.3墩臺砼澆筑完畢后進行定位測量，分別進行臨時支墩和支座中心線定位，然后進行支座安裝和臨時支墩砼澆筑(臨時支墩中間采用預埋電阻絲的硫磺砂漿夾層，在體系轉換時導電拆除)。

4、現澆段施工

4.10號塊支架搭設。箱梁0號段施工采用滿堂式碗口腳手架支架澆筑施工。支架采用φ8×3.5mm無縫鋼管組合成扣件式鋼管架，立桿下方支立于墩臺上，立桿上方設可調頂托，底板支架采用頂托上方鋪設10om×10cm縱向方木，內模支架采用組合腳手架。支架安裝時先確定起始安裝位置，并根據底部支撐面標高確定立桿高度，利用可調頂托將箱梁模板標高調平，避免局部不平導致立桿懸空或受力不均。

4.20號塊支架預壓。為檢驗支架的強度及穩定性，消除整個支架的塑性變形并計算出支架的彈性變形撓度，為調整底模標高提供依據，0號段支架在使用前還要采用堆放砂袋及混凝土預制塊對支架進行堆載預壓。預壓荷載取模板單位面積壓力的1.2倍。(預壓示意圖如圖3)

4.30號塊混凝土澆筑。

4.3.10號塊混凝土澆筑一次完成，采用階梯式澆筑工藝，從低到高、從中間到兩端對稱均勻分層下灰振搗，每層澆筑厚度控制在40cm左右，澆筑底板時在頂板對稱設兩個下灰溜槽；

4.3.20號梁段是連續箱梁的中心，是懸澆的關鍵梁段，結構復雜、施工難度大。按支架設計的承載能力及施工操作性，0號段必須一次澆筑成型。0號塊施工完畢，在0號段完工以后，將墩的中心點恢復至0號段頂上并埋設固定的標志。該點同時與橋梁的軸線進行貫通測量復核。梁體往前延伸時，每一節梁體，均在其端點埋設左、中、右3條平行線與里程線交點的標志，作為分節灌注立模的控制點；

4.3.3澆筑過程中設專人觀測檢查鋼筋、模板的穩定性，發現問題及時處理；

4.3.4澆筑過程中要及時清理粘附在頂層鋼筋及翼板上的松散混凝土；

4.4張拉臨時固結鋼筋及縱向鋼絞線。

4.4.1張拉設備：YGM-350型液壓千斤頂；

4.4.2張拉順序：先張拉臨時固結鋼筋，然后雙向對稱張拉縱向鋼絞線；

4.4.3分級張拉：0→初應力，測值→100％σCON，測值，錨固；

4.4.4孔道灌漿：孔道長度小于20m時采用一端壓漿，孔道長于20m時采用三通式真空壓漿；

4.5邊跨現澆段和0號塊施工基本相同。

5、掛籃施工

5.1掛籃的構造及特點。常用的掛籃結構形式有組合桁架型、三角型、菱型。本文選擇菱形掛籃為例。掛籃由主桁系，后錨及行走系、懸吊系、模板系及工作平臺等五大部分組成。連同所有模板及施工機具荷載不超過33t。

掛籃具有以下特點：結構重量輕，整體鋼度大、變型小、受力明確，拼裝快，掛籃下有足夠行走作業空間。掛籃同模板整體前移，加工容易，操作方便。

5.2掛籃的設計要求。掛籃質量與梁段砼質量比值宜控制在0.3－0.5之間，特殊情況下也不應超過0.7；掛籃總重控制在設計限重之內；允許最大變形(包括吊帶變形的總和)為20mm；施工時、行走時的抗傾覆安全系數為2；自錨固系統的安全系數為2；斜拉水平限位系統安全系數為2；上水平限位安全系數為2；

掛籃結構如圖4所示：

5.3掛籃安裝定位。

5.3.1掛籃在0號梁段混凝土澆筑完畢并張拉、灌漿后開始定位安裝。

5.3.1.1掛籃的定位主要靠對掛籃前移的滑道精密放樣定位進行監控，使其既相互平行于橋的軸線，且坡度的變化與設計梁體的坡度變化相吻合，使在行走時既可監控掛籃的同步行走，同時又可觀測滑道平面及高程在施工過程有無變化，并檢查掛籃前、中、后與橋軸線的關系。掛籃就位后，隨即對掛籃行走及提升進行定位，控制每節段的里程及高程。每一節懸灌的梁體定位監控測量都要與全橋的控制網進行貫通核測；

5.3.1.2掛籃安裝順序為：將滑道放在已定位置上，并用壓緊器將其固定，以防傾覆一用塔吊安裝主

梁、立柱(菱形桁架底梁錨固在滑道上)及立柱平聯一主梁端頭安裝前上橫梁，并安裝平聯與主梁連接一先后吊裝前下橫梁、后下橫梁、底板腹板下縱梁，并安裝吊桿一安裝縱梁，側模及支架。

5.3.2掛籃拼裝過程注意事項：

5.3.2.1 0＃梁段施工完畢、模板拆除后開始拼裝掛籃；

5.3.2.2安裝時在T構兩端的0＃梁段上同時對稱拼裝兩臺掛籃，以保證T構兩端受力平衡；

5.3.2.3掛籃拼裝是高空作業，每道工序務必經過認真的檢查無誤后方可進行下一道工序，確保施工安全；

5.4掛籃預壓。為檢驗掛籃的承載能力和實際變形量，以便準確預留掛籃撓度值、掛籃安裝完畢后，要對掛籃進行加載預壓。預壓方法為：

5.4.1掛籃的最大預壓荷載為混凝土及施工荷載總重量的1.2倍；

5.4.2預壓的荷載采用砂袋和混凝土預制塊(1.2×1 ×0.5m，每塊重1.5t)，布載位置與0號塊相同；

5.4.3分級加載順序為：0％→30％→50％→100％→4120％→100％→50％→0％，壓載時間自壓載結束到開始卸載為48小時。

5.5掛籃變形觀測。

5.5.1在掛籃橫梁、后錨、菱形組合梁后部共設置30個觀測點；

5.5.2在每級加載或卸載的時候及時進行觀測；

5.5.3在加載過程中應注意檢查掛籃各個部位，如發現異常現象應立即停止加載，進行處理；

5.5.4根據測量數據進行統計分析，得出掛籃施工撓度。

5.6掛籃懸澆。掛籃預壓完成后，對1號－10號梁段進行懸澆施工，施工方法為常規施工方法。

懸澆施工時應注意經常對已澆注各梁段進行變形觀測，將觀測結果及時反饋施工監控組，施工監控組據此提供立模標高，以指導懸澆施工的有序進行。

5.6.1混凝土澆注工藝。掛籃懸臂施工箱梁，混凝土澆注量大，且需對稱澆注。由于混凝土澆注要求兩側對稱進行，其偏載量不得大于一個底板混凝土量，通常是通過輸送泵來回調動，實現向兩端泵送混凝土。如梁段混凝土放量太大，此種方法操作麻煩，時間長，易因混凝土停止時間過長造成堵管，降低澆混凝土速度，影響混凝土實體質量。為了滿足對稱澆注要求，提高澆注速度，當混凝土方量較大時易采用三通管，即可單向泵送混凝土，又可雙向同時泵送，從而避免由于混凝土澆注過慢可能出現的冷縫和新老混凝土接茬斷面的裂縫。

5.6.2預應力管道的保護。預應力管道通常采用金屬波紋管管或者塑料波紋管管，波紋管厚度薄，剛度小，若施工不慎或方法不當，混凝土澆注過程中很容易碰破波紋管而造成管道堵塞。打開堵塞處處理會對梁體結構造成損害，既影響質量又影響進度。所以既處理好波紋管的接頭，保證管道的順暢，是預應力施工的關鍵控制點。為保證波紋管的圓順，管道所有接頭采用長為5倍直徑的大一號波紋管套接，對稱旋緊，并用膠帶紙纏好接頭以防止水泥漿滲入。澆筑混凝土前在孔道內插入小一號橡膠管作為襯管，防止波紋管碰破滲入水泥漿。

5.7掛籃的移動。在每一梁段混凝土澆筑及預應力張拉完畢后，掛籃將移至下一梁段位置進行施工，直到懸臂澆筑梁段施工完畢。掛籃行走時，內外模滑梁必須在頂板預留孔處及時安裝滑梁吊點扣架，保證結構穩定；移動必須勻速、平移、同步，采取劃線吊垂球或經緯儀定線的方法，隨時掌握行走過程中掛藍中線與箱梁軸線的偏差，如有偏差，應使用千斤頂逐漸糾正。

5.8掛籃拆除。箱梁懸臂澆筑梁段施工完畢后，進行掛籃結構拆除。拆除時，應先在最后澆筑梁段的位置按拼裝時的相反順序拆除掛籃的側模及底板系統，然后將掛籃主桁后退，按拼裝時的相反順序拆除掛籃主桁桿件。掛籃的拆除應在T構的兩懸臂端對稱地進行，使T構平衡受力，保證施工安全。

6、合攏段施工

現澆段及懸臂箱梁施工完成后，即進行合攏段施工，即體系轉換。箱梁合攏是控制全橋受力狀態和線形的關鍵工序，合攏順序、溫度和工藝都必須嚴格控制。

6.1合攏順序。合攏順序要求，先邊跨合攏，再逐漸向中跨方向合攏，橋頭兩端要對稱進行。詳細步驟如下：

邊跨合攏一張拉邊跨合攏束一解除墩底臨時團結一張拉邊跨正彎矩束一次中跨合攏一張拉次中跨合攏束→解除墩底臨時團結→張拉部分次中跨正彎矩束→中跨合攏→張拉中跨合攏束→張拉中跨正彎矩束及剩余的次中跨正彎矩束→合攏結束

次中跨鋼束在次中跨合攏后分次張拉，能夠改善梁體受力條件，同時調整梁體懸臂端的實際高程，為中跨合攏提供便利條件。

6.2合攏段施工注意事項：

6.2.1焊接勁性骨架前需要在合攏段兩端加平衡重，平衡重等于合攏段混凝土的重量澆注混凝土時卸除配重；

6.2.2采用必要措施將合攏高差控制在設計允許范圍內；

6.2.3焊接勁性骨架及澆注合攏段混凝土時，選擇在當天溫度最低及低于20℃時進行，溫度過高時需在梁頂澆水降溫；

6.2.4合龍段混凝土宜采用微膨脹混凝土，以防止收縮裂縫。

7、全橋施工控制要點

7.1臨時固結主要用來承受施工時兩側梁段的不平衡力矩，對于掛籃施工的結構安全至關重要，所以，臨時固結措施必須安全可靠。

7.2因為各墩臺同步掛籃施工，獨立澆筑，為保證全橋最終能夠順利合攏，在施工過程中必須嚴格控制關鍵部位的標高和橋梁中軸線，并且在施工過程中要隨時測量，隨時調整。

7.3預應力結構體系是連續箱梁的主要承重結構，施工過程中必須采用“雙控”張拉和真空壓漿的施工工藝。

7.40＃塊支架和掛籃在安裝完成后必須進行預壓，一方面為了消除彈性變形，另一方面要根據預壓結果確定箱梁底板的立模標高。

7.5為保證掛籃施工安全，在混凝土懸臂澆注過程中，要注意兩端同步澆筑，減少不均勻荷載，保持兩端平衡。

7.6全橋合攏必須按照先邊跨后次中跨，再中跨的順序合攏。

8、結束語懸壁澆筑施工法不需要占用很大的預制場地，逐段澆筑易于在施工中不斷調整和控制梁段的位置，且整體性好，使用機具設備少，避免搭設大量支架，便于在水深、流量大的河道和海上施工。而且施工跨度大，經濟效益高，主要作業在掛籃中進行，各段施工屬于重復作業，技術熟練快，工作效率高，有利于保證施工質量，提高施工精度。