連續(xù)梁懸臂施工工藝及施工方法

姚會濤

(中鐵十八局集團(tuán)第一工程有限公司，河北涿州072750)

1 工程簡介

石武客專鐵路SWQZ-8標(biāo)的確山特大橋位于駐馬店境內(nèi)，全橋長3 421.055 m，中心里程為DK934+653.10，其中DK934+272.700～DK934+410.220段(40#墩～43#墩)之間為(40+56+40)m連續(xù)梁，跨越三里河，河與線路夾角為90°，河寬100 m。

本橋?yàn)殡p線客運(yùn)專線鐵路橋，設(shè)計(jì)最高運(yùn)行速度350 km/m，正線線間距為5.0 m，梁全長137.5 m，計(jì)算跨度為(40+56+40)m，中支點(diǎn)處梁高4.35 m。梁體為單箱單室、變高度、變截面結(jié)構(gòu)，主橋截面為預(yù)應(yīng)力混凝土變截面連續(xù)箱梁截面，箱梁頂寬12.0 m，箱梁底寬6.7 m。

2 適用范圍和特點(diǎn)

懸臂澆筑法適用于高墩、大跨徑的連續(xù)梁、連續(xù)剛構(gòu)，孔下不受通航、通行的限制，其特點(diǎn)是無須建立落地支架，無須大型起重及運(yùn)輸機(jī)具，主要施工設(shè)備是掛籃。

掛籃是懸澆施工的主要設(shè)備，可在已經(jīng)張拉錨固并與墩身連成整體的梁體上移動，每段綁扎鋼筋、立模、澆筑混凝土、縱向預(yù)應(yīng)力張拉都在掛籃內(nèi)進(jìn)行。完成本段施工后，掛籃對稱向前各移動一節(jié)段。

3 掛籃分類和組成

掛籃是懸澆箱梁的主要設(shè)備，它是沿著軌道行走的活動腳手架及模板支架。就國內(nèi)外現(xiàn)有的掛籃按結(jié)構(gòu)形式可分為桁架式、三角斜拉帶式、預(yù)應(yīng)力束斜拉式、斜拉自錨式；按行走方式可分為滑移式和滾動式；按平衡方式可分為壓重式和自錨式。

掛籃由承重系統(tǒng)、底模系統(tǒng)、側(cè)模系統(tǒng)、走行系統(tǒng)和錨固系統(tǒng)五大部分組成(見表1、圖1)。

4 施工工藝流程

懸臂澆筑施工工藝流程：養(yǎng)生、等強(qiáng)→預(yù)應(yīng)力束制作→穿預(yù)應(yīng)力束→張拉機(jī)具檢驗(yàn)→張拉→壓漿→掛籃滑移→模板測量控制→綁扎底板鋼筋和安裝預(yù)應(yīng)力管道→綁扎腹板鋼筋和預(yù)應(yīng)力管道→立內(nèi)模、端?！鷺?biāo)高控制→綁扎頂板鋼筋及預(yù)應(yīng)力管道→掛籃預(yù)留孔→灌注梁段混凝土并制作試驗(yàn)塊→線型控制→墩頂梁段施工完畢→循環(huán)N次

表1 掛籃組成

4.1 0#梁段施工

根據(jù)箱梁截面的情況確定混凝土是一次澆筑還是分次澆筑，一次澆筑時(shí)，應(yīng)在頂板中部留一窗口，使混凝土由窗口進(jìn)入箱內(nèi)，分布到底模上。當(dāng)箱梁較高時(shí)，應(yīng)用減速漏斗向下傳送混凝土，采用二次澆筑時(shí)，先安裝底模、側(cè)模及底板、側(cè)板的普通鋼筋、預(yù)應(yīng)力筋，待澆筑第一次混凝土后，再安裝內(nèi)模及頂板普通鋼筋及預(yù)應(yīng)力筋。

由于0#塊結(jié)構(gòu)復(fù)雜，預(yù)埋件、鋼筋、各向預(yù)應(yīng)力鋼束及其孔道、錨具密集交錯(cuò)，梁面有橫坡度，根據(jù)本橋結(jié)構(gòu)形式及高度，混凝土分兩次澆筑，施工程序?yàn)椋?/p>

0#梁段的施工順序?yàn)椋和屑馨惭b→安裝支座(施工臨時(shí)錨固支座)→安裝底?！A(yù)壓→分片吊裝0#段外模、安裝底板和腹板鋼筋→安裝腹板預(yù)應(yīng)力波紋管及豎向預(yù)應(yīng)力鋼筋→安裝內(nèi)模板→綁扎頂板鋼筋和橫向預(yù)應(yīng)力筋→安裝縱向預(yù)應(yīng)力管道→搭設(shè)混凝土灌注工作平臺→灌注混凝土→混凝土養(yǎng)生→拆模→預(yù)應(yīng)力筋張拉及孔道壓漿→底模拆除

4.2 支架布置

支架施工滿足以下要求：

支架有足夠的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性的要求；有簡便可行的脫模措施；預(yù)壓重量大于澆筑混凝土的重量；支架地基承載力必須滿足要求，基礎(chǔ)可采用明挖擴(kuò)大基礎(chǔ)、鋼管樁基礎(chǔ)或鉆孔樁基礎(chǔ)；根據(jù)混凝土及支架產(chǎn)生的彈性和非彈性變形，設(shè)置預(yù)留量；支架底有完好的排水系統(tǒng)。

圖1 掛籃安裝示意

(1)0#梁段的支架布置：主要由外側(cè)鋼管支架和內(nèi)側(cè)焊接在主墩、臨時(shí)支墩的剛性牛腿組成。鋼管根部焊接在承臺頂部的預(yù)埋件上，并采用剪刀撐進(jìn)行整體加固。

(2)設(shè)置墩頂梁段與橋墩臨時(shí)固結(jié)裝置(臨時(shí)支座)。

臨時(shí)固結(jié)目的：保證連續(xù)梁施工過程中永久支座不承受荷載的壓力；抵消在連續(xù)梁澆筑過程中兩側(cè)的不平衡重，保證合龍前連續(xù)梁T構(gòu)的整體安全；確保連續(xù)梁在溫度徐變及預(yù)應(yīng)力張拉時(shí)自由變形。對于連續(xù)箱梁，梁與墩未固結(jié)在一起，施工時(shí)，兩側(cè)懸澆施工難以保持絕對平衡，必須在施工中采取臨時(shí)固結(jié)措施，使梁具有抗彎能力。

臨時(shí)固結(jié)一般采用在支座兩側(cè)臨時(shí)加預(yù)應(yīng)力筋，梁和墩頂之間澆筑臨時(shí)混凝土墊塊。將梁固結(jié)在橋墩上，使梁具有一定的抗彎能力。在條件成熟時(shí)，再采用靜態(tài)破碎方法，解除固結(jié)。

對準(zhǔn)支座中心線與墊石中心線，用專用鋼楔塊楔入支座四角，找平支座底面調(diào)整到設(shè)計(jì)標(biāo)高。用鋼楔塊楔入支座四角，找平支座，并將支座底面調(diào)整到設(shè)計(jì)標(biāo)高，在支座底面與支承墊石之間應(yīng)留有20～30 mm空隙，安裝灌注用的模板。仔細(xì)檢查支座中心位置及標(biāo)高后，用無收縮高強(qiáng)度灌注材料灌漿。

(3)為保證支架結(jié)構(gòu)的安全，采用大型有限元程序?qū)χЪ芙Y(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算，完成支架的檢算。

(4)支架的預(yù)壓。試驗(yàn)方法就是模擬該孔混凝土梁的現(xiàn)澆過程，進(jìn)行實(shí)際加載，以驗(yàn)證并得出其承載能力。因?yàn)槠浜奢d是順序逐加的，且觀測時(shí)間(或卸載時(shí)間)長達(dá)24 h，所以當(dāng)完成120%荷載加載時(shí)，4 h之后需要觀測一次，12 h之后需要觀測一次。

4.3 安裝模板

(1)掛籃模板作為0#梁梁段的外模板，外模采用定型鋼模板，模板加工完成后，運(yùn)輸至現(xiàn)場。根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況，該橋采用的模板縱向按三段進(jìn)行劃分，在施工場地內(nèi)拼裝成4.4 m+5 m+4.4 m的整體形式，后在箱梁澆筑過程中周轉(zhuǎn)使用。

(2)鋼筋綁扎以及預(yù)應(yīng)力管道的安裝。

每個(gè)0#梁段非預(yù)應(yīng)力鋼筋，在地面進(jìn)行加工，并由塔吊吊裝至模板頂部的施工操作平臺，人工進(jìn)行現(xiàn)場綁扎。搭設(shè)腳手架并按程序綁扎鋼筋，縱向預(yù)應(yīng)力管道用定位置網(wǎng)片進(jìn)行固定。

定位網(wǎng)片安裝與鋼筋綁扎順序：加工鋼筋吊裝骨架→制作鋼筋堆放平臺→墩頂測量放線→吊裝鋼筋→順序綁扎底板鋼筋→綁橫隔板鋼筋→綁扎腹板鋼筋→安裝豎向波紋管和預(yù)應(yīng)力筋、安裝縱向波紋管→立內(nèi)模板→綁扎頂板底層鋼筋→安裝縱向、橫向波紋管→綁扎頂板頂層鋼筋

4.4 掛籃施工工作程序

(1)混凝土養(yǎng)護(hù)達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的90%后，拆除內(nèi)模板，進(jìn)行縱向、豎向預(yù)應(yīng)力筋的張拉；每個(gè)梁段豎向預(yù)應(yīng)力筋張拉完畢后，開始安裝掛籃走行滑道，安裝完畢按實(shí)測表的要求的檢查項(xiàng)目進(jìn)行逐一對照檢查。

(2)脫模時(shí)先解除掛籃后錨裝置，模板的前后吊桿(帶)每次下放的高度要控制在3 cm左右，以免落模時(shí)對掛籃的沖擊過大帶來不安全因素；然后放松掛籃后錨及模板的前后吊桿(帶)落模。

(3)倒鏈將底模后橫梁掛于外模走行梁上，并拆除底模后吊帶。

(4)安裝掛籃走行牽引倒鏈或千斤頂，在滑道側(cè)面畫出每格10 cm的刻度線，畫線長度等于掛籃下一施工梁段的長度，用以控制同側(cè)左、右兩只掛籃和T構(gòu)前后兩對掛籃的走行速度。

(5)對稱牽引掛籃向前走行至設(shè)計(jì)預(yù)定位置。

(6)鎖定掛籃主桁架后錨，然后鎖定后底橫梁吊帶。

(7)底模和外模板初步定位，此次定位底模中心位置須準(zhǔn)確，底模標(biāo)高宜略低于設(shè)計(jì)高程，混凝土施工前再按照監(jiān)控單位提供的控制標(biāo)高進(jìn)行調(diào)整。

(8)模板打磨，清除水泥漿等雜物，涂脫模劑。

5 合龍段的施工

(1)中間合龍段混凝土一段采用吊架最后澆筑，合龍澆筑前應(yīng)及早調(diào)整兩端懸澆梁段的中線及標(biāo)高。合龍混凝土澆筑前要安裝合龍段的勁性骨架和張拉臨時(shí)束，確保合龍段混凝土強(qiáng)度未達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度前不變形。并在合龍段兩側(cè)加壓，隨著合龍段混凝土的澆筑逐步減壓，保持合龍段混凝土澆筑過程中荷載平衡。

(2)為減少溫度變化對合龍段混凝土產(chǎn)生拉應(yīng)力，混凝土澆筑時(shí)間應(yīng)選擇一天最低氣溫時(shí)澆筑，混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求強(qiáng)度后，按順序?qū)ΨQ的進(jìn)行張拉、壓漿。

(3)在張拉壓漿完成后及時(shí)的解除臨時(shí)固結(jié)措施，使梁體落于永久支座上，將各墩臨時(shí)支座反力轉(zhuǎn)移到永久支座上，將梁體轉(zhuǎn)換成連續(xù)梁體系。

5.1 合龍段施工方法

(1)邊跨合龍段采用支架或吊架施工：靠近橋臺部位的梁段混凝土，一般采用支架現(xiàn)澆或采用在墩臺旁設(shè)臨時(shí)支柱，安裝吊籃并進(jìn)行澆筑。當(dāng)這一部分較短時(shí)，也可用吊架澆筑。

(2)跨中合龍段可利用掛籃進(jìn)行施工或吊架施工，支架施工要求可參照前相關(guān)內(nèi)容。

(3)合龍順序必須滿足設(shè)計(jì)要求。合龍前要調(diào)整中線和高程，連續(xù)梁將合龍一側(cè)的臨時(shí)固定支座釋放，同時(shí)將兩懸臂端間距離按設(shè)計(jì)合龍溫度及預(yù)施應(yīng)力后彈性壓縮換算后進(jìn)行約束鎖定。

(4)混凝土澆筑前合龍口兩端懸臂預(yù)加壓重符合設(shè)計(jì)要求，同時(shí)符合線性控制流程并于混凝土澆筑過程中逐步撤除。

(5)合龍段混凝土施工選擇在一天中溫度最低的時(shí)間進(jìn)行?；炷翉?qiáng)度宜提高一級?；炷良訌?qiáng)養(yǎng)護(hù)，將合龍梁段及兩懸臂端部進(jìn)行覆蓋降低日照溫差影響。

(6)混凝土澆筑前將合龍口單側(cè)梁墩的臨時(shí)固結(jié)約束解除，合龍梁段混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求時(shí)及時(shí)進(jìn)行預(yù)應(yīng)力筋張拉。

(7)支座反力調(diào)整滿足設(shè)計(jì)要求。

5.2 合龍程序

5.2.1 次邊跨合龍程序

次邊跨合龍施工順序：前移次邊跨掛籃在距合龍相鄰段梁端1 m各配置1/2合龍段混凝土重量的配重(水箱或沙袋)，同時(shí)T構(gòu)另一端配置平衡配重按設(shè)計(jì)要求設(shè)置體外支撐與體內(nèi)約束，鎖定相鄰梁段。邊拆除中墩臨時(shí)支座邊澆筑次邊跨合龍段混凝土，同時(shí)邊卸載同等重量的平衡重混凝土等強(qiáng)張拉次邊跨第一批合龍鋼束拆除中墩墩旁支架繼續(xù)澆筑邊跨節(jié)段并張拉預(yù)應(yīng)力筋。

5.2.2 邊跨合龍程序

邊跨合龍施工順序：前移邊跨掛籃在距合龍相鄰段梁端1 m各配置1/2合龍段混凝土重量的配重(水箱或沙袋)，同時(shí)T構(gòu)另一端配置平衡配重按設(shè)計(jì)要求設(shè)置體外支撐與體內(nèi)約束，鎖定相鄰梁段，邊澆筑邊跨合龍段混凝土，同時(shí)邊卸載同等重量的平衡重混凝土等強(qiáng)張拉邊跨第一批合龍鋼束張拉邊跨第二批合龍鋼束拆除邊跨、次邊跨掛籃、配重、現(xiàn)澆支架。

5.2.3 中跨合龍程序

中跨合龍施工順序：拆除一個(gè)中跨掛籃，前移另一個(gè)中跨掛籃在距合龍相鄰段梁端1 m各配置1/2合龍段混凝土重量的配重水箱，同時(shí)T構(gòu)另一端配置平衡配重水箱按設(shè)計(jì)要求設(shè)置體外支撐與體內(nèi)約束，并按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行預(yù)頂開梁后鎖定邊澆筑中跨合龍段混凝土，邊卸載同等重量的平衡重-混凝土等強(qiáng)張拉中跨第一批鋼束對稱張拉次邊跨第三批鋼束和中跨第二批鋼束拆除中跨掛籃、配重。

5.3 合龍段施工注意事項(xiàng)

合龍段施工是連續(xù)剛構(gòu)施工的關(guān)鍵。為確保合龍段的施工質(zhì)量擬采取以下特殊措施。

(1)為保證灌注質(zhì)量，選擇在一天中溫度最低的時(shí)間段內(nèi)灌注混凝土。

(2)灌注混凝土前在合龍段相鄰梁上設(shè)置剛性支撐并先期張拉四束臨時(shí)鋼絞線將合龍段鎖定，防止由于溫度變化引起的梁體伸縮而壓壞或拉裂新澆混凝土。支撐的設(shè)置和預(yù)應(yīng)力張拉值根據(jù)當(dāng)時(shí)的溫度經(jīng)計(jì)算確定。合龍段混凝土達(dá)90%強(qiáng)度、混凝土齡期不少于6 d后，拆除臨時(shí)支座，放松臨時(shí)鋼絞線重新張拉至設(shè)計(jì)張拉力。

(3)為防止出現(xiàn)由于新澆混凝土自身收縮而引起的裂紋，應(yīng)在混凝土中加入適量的鋁粉做微膨脹劑。

(4)為盡快提高合龍段混凝土早期強(qiáng)度，除加入適量早強(qiáng)劑外，將合龍段混凝土強(qiáng)度提高一個(gè)等級。

(5)加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)。在合龍段所在的全跨范圍內(nèi)的頂板上鋪草袋灑水降溫。

6 施工撓度的控制及觀測

(1)懸澆施工梁體由于受自重、溫度、外荷載等因素影響會產(chǎn)生撓度，混凝土自身的收縮、徐變等因素也會使箱梁產(chǎn)生標(biāo)高變化，這種變化隨著跨度的加大而增加。為了使成橋后的橋面線型達(dá)到或接近設(shè)計(jì)曲線，必須在懸臂澆筑時(shí)進(jìn)行 標(biāo)高控制，在施工中對已澆或準(zhǔn)備澆筑的箱梁各工序進(jìn)行撓度、溫度等觀察，并以此隨時(shí)調(diào)整懸澆段的立模標(biāo)高。

(2)立模標(biāo)高控制值=箱梁頂面設(shè)計(jì)標(biāo)高+設(shè)計(jì)施工預(yù)拱度+掛籃自重及澆筑混凝土后的變形值±日照溫差修正值。設(shè)計(jì)施工預(yù)拱值需進(jìn)行修正，由于設(shè)計(jì)狀態(tài)和實(shí)際施工狀態(tài)的差異，為了達(dá)到設(shè)計(jì)的理論線型，必須通過實(shí)際測量資料的積累和分析，找出各階段的撓度變化規(guī)律，以修正各項(xiàng)計(jì)算參數(shù)，使計(jì)算狀態(tài)基本吻合實(shí)際。掛籃的變形值也要通過掛籃試壓以及施工前幾段產(chǎn)生的實(shí)際撓度數(shù)據(jù)進(jìn)行修正?；炷恋氖湛s可用折合降低溫度的方法處理。對于張拉值的修理，通過錨下應(yīng)力損失理論公式以及實(shí)際觀測值比較后決定。為盡量減小日照溫差的影響，宜選擇溫度梯度較小的時(shí)候進(jìn)行觀察。另外，平衡力矩、施工荷載對混凝土標(biāo)高也有影響，若兩端荷載不一樣，必然會產(chǎn)生一頭低一頭高的現(xiàn)象。施工中力求平衡施工，消除該項(xiàng)影響。同時(shí)在計(jì)算控制也考慮該項(xiàng)內(nèi)容。

(3)測點(diǎn)布置：在橋軸線及上、下腹板的中心軸線組成三條縱軸線，每段的前沿和三條縱軸的交叉點(diǎn)設(shè)置為測點(diǎn)。在0#塊上設(shè)置臨時(shí)水準(zhǔn)點(diǎn)，觀測時(shí)間在掛籃就位、混凝土澆筑前、混凝土澆筑后、張拉后幾個(gè)階段都進(jìn)行觀察，對溫度觀測及應(yīng)力的觀測根據(jù)需要進(jìn)行。

7 結(jié)束語

在石武客運(yùn)專線鐵路的確山特大橋施工中，連續(xù)梁懸臂施工取得了很好的效果，由于施工工序多，質(zhì)量控制難度大，因此，連續(xù)梁懸臂施工質(zhì)量檢測就顯得格外重要。經(jīng)過施工單位的精心組織、操作和管理，以及監(jiān)理的嚴(yán)格把關(guān)，連續(xù)梁懸臂施工工藝取得了很好的效果，對今后大跨度連續(xù)梁的施工具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值和具有一定的指導(dǎo)意義。

[1] 向中富.橋梁施工控制技術(shù)[M].北京：人民交通出版社,2001

[2] 劉吉士,閻洪河,李文琪.公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范實(shí)施手冊[M].北京：人民交通出版社,2001