橋梁懸臂掛籃施工技術(shù)控制

■黃 偉

（寧德沈海復(fù)線雙福高速公路有限責(zé)任公司，寧德 352100）

1 懸臂掛籃施工基本原理

橋梁懸臂掛籃施工遵從線型控制基本原理:根據(jù)設(shè)計(jì)建模計(jì)算出的梁體各截面最終撓度變化值設(shè)置施工時(shí)的預(yù)留拱度,據(jù)此調(diào)整各節(jié)段段模板安裝時(shí)的前緣標(biāo)高。施工中影響橋梁撓度的主要因素包括：①梁段混凝土自重；②掛籃及梁上其他施工荷載；③已張拉的預(yù)應(yīng)力筋的預(yù)應(yīng)力；④合攏時(shí)釋放的臨時(shí)錨固支座的力；⑤混凝土彈性壓縮、收縮、徐變、預(yù)應(yīng)力筋松弛、孔道摩阻應(yīng)力損失等因素；⑥自然環(huán)境的溫度、濕度及風(fēng)荷載等因素的作用引起的變形；⑦橋墩變形、基礎(chǔ)沉降、施工誤差等。由于影響因素眾多且復(fù)雜,施工時(shí)應(yīng)動(dòng)態(tài)監(jiān)控量測(cè)，并進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。

2 懸臂掛籃施工工藝

懸臂掛籃施工是在橋墩兩側(cè)對(duì)稱、 逐段澆筑混凝土,待混凝土達(dá)到規(guī)定強(qiáng)度后,張拉預(yù)應(yīng)力束,移動(dòng)掛籃,繼續(xù)澆筑下一梁段(如圖1)。梁節(jié)段長(zhǎng)度與梁段自重、掛籃重、平衡配重及施工恒載密切相關(guān),一般每個(gè)節(jié)段的長(zhǎng)度為3～4m。懸臂澆筑施工中的主要設(shè)備是掛籃,因橋墩根部塊的重量較大,且為了滿足拼裝和支承掛籃要求的起步長(zhǎng)度,經(jīng)常先用托架澆筑第一梁段 （即0#塊）。

圖1 懸臂掛籃澆筑示意圖

2.1 托架

依據(jù)墩身高度、承臺(tái)形式和地形條件,分別利用墩身、承臺(tái)或地面設(shè)立支承托架。托架可采用萬(wàn)能桿件拼制,它的高度和長(zhǎng)度應(yīng)視掛籃施工的需要和現(xiàn)澆段的長(zhǎng)度而定,橫橋向的寬度一般比箱梁底寬出1.5～2.0m,以便于設(shè)立箱梁腹板的外側(cè)模板。托架頂面與箱梁底面在橋縱向的線形應(yīng)保持一致。常用的施工托架有兩種:一是斜撐式；二是斜拉式。為了消除托架在澆注梁段混凝土產(chǎn)生的變形,常用千斤頂法、水箱法對(duì)托架進(jìn)行預(yù)壓。

2.2 掛籃

托架上施工的梁段達(dá)到規(guī)定強(qiáng)度值并張拉壓漿后,對(duì)接拼裝掛籃,待掛籃預(yù)壓驗(yàn)收合格之后,再將對(duì)接掛籃分開,形成兩個(gè)獨(dú)立的掛籃向跨中逐段推進(jìn),新澆梁段達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后張拉預(yù)應(yīng)力束與前一梁段連成一體。掛籃的構(gòu)造一般由主桁、懸吊系統(tǒng)、平衡重及錨固系統(tǒng)、行走系統(tǒng)、張拉平臺(tái)及底模架組成。掛籃按構(gòu)造形式可分為桁架式(包括平弦無(wú)平衡式、 菱形、 弓弦式等)、 斜拉式(包括三角斜拉式和預(yù)應(yīng)力斜拉式)、 型鋼式及混合式四種；按抗傾覆平衡方式可分為壓重式、錨固式和半壓重半錨固式三種。

2.3 懸臂澆注

用掛籃懸臂澆筑施工,除0 號(hào)塊及邊跨直線段等少數(shù)梁段用托架施工外,其余利用掛籃施工。每個(gè)梁段的混凝土宜一次澆筑,其循環(huán)作業(yè)工序?yàn)?掛籃前移、模板就位加固、鋼筋綁扎及管道安裝、混凝土澆筑、混凝土養(yǎng)生、張拉壓漿,施工周期一般為9 天左右,其施工工藝流程見圖2。

圖2 懸臂澆筑施工工藝流程圖

3 懸臂掛籃施工中的撓度控制

3.1 預(yù)拱度設(shè)置

連續(xù)梁施工最終目標(biāo)是橋梁經(jīng)過(guò)施工和多年運(yùn)營(yíng)兩個(gè)階段后，該橋梁線形能達(dá)到設(shè)計(jì)線形，因此，在施工中需要設(shè)置預(yù)拱度，它包括施工預(yù)拱度和運(yùn)營(yíng)預(yù)拱度。

施工預(yù)拱度等于本階段至全橋合龍完成，各階段施工對(duì)本懸澆梁段立模前端所產(chǎn)生的撓度之和的反號(hào)值。主要考慮砼澆筑、預(yù)應(yīng)力筋的張拉所產(chǎn)生的撓度,還要考慮預(yù)應(yīng)力損失、收縮徐變和溫度的影響。運(yùn)營(yíng)預(yù)拱度理論上等于懸澆梁段立模前端處二期恒載撓度、活載撓度(最大撓度與最小撓度之和的平均值)和成橋后多年收縮徐變所產(chǎn)生的撓度之和的反號(hào)值。 由于理論上計(jì)算困難，實(shí)際施工中,一般取跨中處確定的運(yùn)營(yíng)預(yù)拱度作為最大值,跨內(nèi)其余各點(diǎn)處按拋物線形式分配。

因此,在施工前應(yīng)建模計(jì)算， 校核計(jì)算數(shù)據(jù)并與設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)相比較，施工中,則應(yīng)據(jù)實(shí)測(cè)的標(biāo)高數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)修正參數(shù)。

3.2 預(yù)拱度測(cè)量

為正確反映懸澆梁施工的變位,把梁底標(biāo)高作為施工控制的目標(biāo)。 每節(jié)段變位監(jiān)測(cè)點(diǎn)從梁底測(cè)點(diǎn)經(jīng)腹板引到橋面。 掛籃定位標(biāo)高按梁底待澆節(jié)段的最前沿橫截面上的測(cè)點(diǎn)定位,澆筑完混凝土后,通過(guò)測(cè)量梁頂預(yù)埋的鋼筋頭的標(biāo)高與此時(shí)對(duì)應(yīng)的梁底標(biāo)高,建立梁底與梁頂測(cè)點(diǎn)的標(biāo)高關(guān)系,這樣已澆梁段的梁底標(biāo)高便可通過(guò)梁頂標(biāo)高的測(cè)量值反饋出來(lái)。

3.3 撓度控制

懸臂澆筑每節(jié)段施工的標(biāo)高控制包括四個(gè)關(guān)鍵工況：掛籃前移定位標(biāo)高、立模標(biāo)高確定、混凝土澆筑后控制標(biāo)高、預(yù)應(yīng)力張拉后標(biāo)高。

3.3.1 掛籃前移定位標(biāo)高

掛籃前移定位標(biāo)高由四項(xiàng)內(nèi)容組成:①結(jié)構(gòu)成型的設(shè)計(jì)標(biāo)高；②結(jié)構(gòu)施工期的預(yù)變位,可根據(jù)結(jié)構(gòu)成型線形反饋計(jì)算求得；③活載引起的預(yù)拋高；④掛籃體系在節(jié)段混凝土澆筑過(guò)程中的變形預(yù)拋高。定位標(biāo)高是控制結(jié)構(gòu)線形的關(guān)鍵內(nèi)容,故在掛籃前移的過(guò)程中,應(yīng)保證前吊帶的均勻受力、后吊帶與后錨收緊、控制點(diǎn)定位標(biāo)高的正確。

3.3.2 立模標(biāo)高的確定

在連續(xù)梁的懸臂施工控制中,最直接反映施工控制成果的就是對(duì)于梁段立模預(yù)留標(biāo)高的準(zhǔn)確定位。而立模預(yù)留標(biāo)高的準(zhǔn)確定位取決于分階段施工累積撓度的計(jì)算值,以及掛籃變形值。在橋梁懸臂施工中,掛籃在承受混凝土梁段重量時(shí)會(huì)發(fā)生彈性變形。由于掛籃變形使底模板前端的標(biāo)高發(fā)生的變形在掛籃拆除后不能得到恢復(fù),需要在確定主梁梁段的立模標(biāo)高中預(yù)先考慮其變形,以確保主梁線型的正確。在實(shí)際應(yīng)用中,當(dāng)前施工階段的立模標(biāo)高按下式計(jì)算。

式中，Hi——當(dāng)前節(jié)段待澆筑主梁的底模板前端的立模標(biāo)高；

Ho——當(dāng)前第i 段待澆筑主梁的底模板前端的成橋設(shè)計(jì)標(biāo)高；

Fi——第i 段及后續(xù)所有施工梁段對(duì)該點(diǎn)產(chǎn)生的撓度影響值之和,即施工預(yù)拱度；

Fg——由于掛籃變形引起的底模板前端的撓度值；

Ft——二期恒載及成橋t 年后由收縮徐變和運(yùn)營(yíng)所產(chǎn)生的撓度,即運(yùn)營(yíng)預(yù)拱度。

3.3.3 混凝土澆筑后控制標(biāo)高

混凝土澆筑后各控制點(diǎn)的標(biāo)高,主要用于已建結(jié)構(gòu)狀態(tài)的校核,以便修正已建結(jié)構(gòu)標(biāo)高的計(jì)算值和預(yù)測(cè)待澆節(jié)段的計(jì)算參數(shù)，調(diào)整與優(yōu)化成橋線形,控制待澆節(jié)段的施工標(biāo)高。

3.3.4 預(yù)應(yīng)力張拉后標(biāo)高

預(yù)應(yīng)力張拉后，應(yīng)測(cè)量結(jié)構(gòu)的標(biāo)高,并與理論計(jì)算值進(jìn)行比較,從而了解預(yù)加力值是否發(fā)生偏差、 預(yù)應(yīng)力的線形模擬是否恰當(dāng)、預(yù)應(yīng)力損失是否估計(jì)正確，以及決定是否修改預(yù)加力的理論值等。

4 懸臂澆筑過(guò)程監(jiān)測(cè)

4.1 線形測(cè)量

4.1.1 撓度測(cè)量

(1) 撓度測(cè)點(diǎn)布置:箱梁澆筑前,在每個(gè)懸澆段距接縫10cm 處箱梁頂面布置3 個(gè)高程測(cè)點(diǎn)。測(cè)點(diǎn)采用短鋼筋制作,底部焊于頂板鋼筋網(wǎng)上,頂部磨圓露出混凝土頂面1.5～2.5cm,采用紅油漆標(biāo)記 （如圖3）。

圖3 節(jié)段撓度、應(yīng)力測(cè)點(diǎn)布置圖

(2)基準(zhǔn)點(diǎn)的建立與校核:利用水準(zhǔn)儀及全站儀把高程控制點(diǎn)引至墩頂梁段頂面上,標(biāo)上明顯標(biāo)記并保護(hù)好。以后的施工均以此點(diǎn)為基準(zhǔn),作為其它水準(zhǔn)測(cè)量的后視點(diǎn),得到所測(cè)梁頂?shù)母叱獭Ｃ恳欢枕斨辽俨贾脙蓚€(gè)基準(zhǔn)點(diǎn),每次測(cè)量時(shí)應(yīng)先進(jìn)行基準(zhǔn)點(diǎn)間的相互校核。無(wú)異常情況， 每個(gè)月應(yīng)與項(xiàng)目測(cè)量組一起對(duì)這些基準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行校核。

(3)測(cè)量時(shí)間:撓度測(cè)量在溫度相對(duì)穩(wěn)定、沒(méi)有日照影響的情況下進(jìn)行(一般在夜間20：00～清晨7：00 之間,隨季節(jié)調(diào)整)。

4.1.2 主梁軸線偏移測(cè)量

用鋼尺找出前端梁段的中線并做標(biāo)記,采用坐標(biāo)計(jì)算出節(jié)段端部偏移量：將全站儀架在墩頂梁面中心,后視另一墩頂梁面中心,測(cè)出節(jié)段中心所作標(biāo)記處坐標(biāo),用所測(cè)坐標(biāo)計(jì)算節(jié)段中心偏位。

4.1.3 墩頂沉降測(cè)量

墩頂沉降測(cè)量采用全站儀在一側(cè)岸邊設(shè)置兩個(gè)測(cè)站,在每個(gè)墩的頂部中間設(shè)置一個(gè)固定測(cè)點(diǎn),測(cè)出墩頂測(cè)點(diǎn)的三維坐標(biāo),以便得到墩頂標(biāo)高值。每一測(cè)量工況下的沉降為測(cè)讀值與初始值的差。 初始值為橋墩剛建成后在氣溫穩(wěn)定、無(wú)日照影響時(shí)自由狀態(tài)下的測(cè)讀值。

4.2 應(yīng)力測(cè)量

4.2.1 儀器設(shè)備

埋設(shè)鋼弦式傳感器進(jìn)行應(yīng)力測(cè)量。鋼弦傳感器是一種間接測(cè)量?jī)x器,其測(cè)試原理是通過(guò)測(cè)試兩端固定鋼弦的頻率,通過(guò)事先標(biāo)定的鋼弦頻率與其應(yīng)變的關(guān)系值得到混凝土的應(yīng)變,再根據(jù)混凝土彈性模量換算出混凝土應(yīng)力。

4.2.2 測(cè)點(diǎn)布設(shè)

對(duì)于主梁,以測(cè)量主梁沿橋縱向應(yīng)變?yōu)橹?再測(cè)量截面的頂、底板布置應(yīng)力測(cè)點(diǎn)(見圖3)。

5 注意事項(xiàng)

(1)由于掛籃變形使主梁的標(biāo)高發(fā)生的變形在掛籃拆除后不能恢復(fù),因此必須先做荷載試驗(yàn),取掛籃加荷的試驗(yàn)曲線以進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)測(cè)。

(2)在預(yù)拱度的設(shè)置和立模標(biāo)高的確定上,將施工預(yù)拱度、運(yùn)營(yíng)預(yù)拱度和掛籃變形分開計(jì)算,概念清晰,使用方便。

(3)懸臂澆筑連續(xù)梁橋施工中已完成梁段的誤差幾乎無(wú)法調(diào)整,必須合理制定施工步驟,使每個(gè)步驟的變形量減小,這樣即使某個(gè)施工步驟產(chǎn)生誤差,該誤差在總體變形中所占比例就較小，不至于影響全局。

6 結(jié)語(yǔ)

在橋梁懸臂掛籃施工中,應(yīng)確保橋梁成橋的線形狀態(tài)滿足橋梁設(shè)計(jì)線形的要求,保證橋梁處于合理的受力狀態(tài)。因此,要對(duì)結(jié)構(gòu)的各施工階段的結(jié)構(gòu)變形和受力狀態(tài)進(jìn)行合理的計(jì)算分析,為施工預(yù)拱度的準(zhǔn)確預(yù)留提供理論依據(jù)。同時(shí)在施工過(guò)程中,通過(guò)撓度、 偏移、 沉降、應(yīng)力等監(jiān)測(cè)，精確控制橋梁線形和受力。

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