斜拉桁架橋工程施工中懸臂澆筑法的應用

作者簡介：

曾覺標（1986—），工程師，主要從事道路與橋梁技術研究和施工管理工作。

文章以小溪塔大橋工程為例，介紹了懸臂澆筑法的施工工藝流程與應用要點，并通過建立三維有限元模型，分析了該橋各施工階段的穩定性。

斜拉桁架橋;懸臂澆筑;施工工藝;建模分析

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0 引言

斜拉桁架橋施工方法主要有兩種，即預制拼裝法和懸臂澆筑法。其中，前者具有施工效率高的特點，但對作業精度提出較高的要求，易由于控制不到位而出現累積誤差，從而影響橋梁的線形;后者的施工周期相對較長，但結構的完整性較好，幾乎不存在裂縫問題。在懸臂澆筑法施工中，若能夠合理做出規劃，精準部署各項工作，則可以富有秩序性地完成懸臂澆筑作業，進而保證橋梁的施工質量。

1 工程概況

小溪塔大橋主橋為三跨斜拉桁架連續剛構橋，采用預應力混凝土結構，跨徑布置為（85.5+173+85.5） m。上弦桿前兩節段采用的是變截面的結構形式，依次為80×114～105×150 cm、80×90～80×114 cm。除此之外的其他桿件均為實體矩形截面，尺寸一致，即80×90 cm。下弦桿各節點處分別布設尺寸為80×105 cm的矩形橫梁，于塔頂布設2×1.5 m箱形橫梁，于橫梁上縱向鋪設提前制作成型的預制空心板，通過結構間的共同作用，組成橋面系。橋梁下部結構組成中，樁基采用的是挖孔灌注樁，墩身為等截面空心矩形截面。

2 懸臂澆筑法的施工工藝流程

橋梁上部結構施工采用懸臂澆筑法，結合本橋的施工特點以及質量要求，先施工V形構造處的主梁、X1節間腹桿及各腹板相交于塔頂處的橫梁，由此構成完整的平臺結構，可以組織桁架節段懸臂掛籃澆筑作業，使全程各項工作有序開展。施工工藝流程如下頁圖1所示。

3 懸臂澆筑法的應用要點分析

3.1 施工思路

先組織掛籃的安裝作業，待掛籃安裝到位后，逐一完成各節段的懸臂澆筑作業。主要施工流程為：先安裝模板，經檢查后若無誤，則綁扎鋼筋，將管道預埋至指定位置，再澆筑混凝土，最后進行預應力張拉。

3.2 懸臂掛籃的結構組成

懸臂掛籃含三大主體結構，即承重系統、模板系統及工作平臺。

3.2.1 承重系統

承重系統以主梁、橫梁、吊桿、限位器、平面聯結系為核心。其中，橫梁包含四類，按自上而下的順序依次有：斜上橫梁、后上橫梁、前下橫梁，后下橫梁。吊桿結構含兩部分，即斜吊桿和后吊桿。關于承重系統的具體組成情況，如圖2所示。

（1）主梁為關鍵組成結構，其承受源自于各節段以及模板的自重。每片主梁由多個貝雷片穩定連接而成，主梁間采取的是工字鋼連接的方法。考慮到懸臂施工的空間要求，主梁前端懸出一部分，將其作為施工平臺使用。類似的，后端依然懸出合適的距離，并根據要求配置下限位器。

（2）前、后下橫梁的安裝采取的是焊接至主梁前后端底面的方法，由此構成雙懸臂梁，利用該組合裝置穩定懸吊主梁。

（3）斜上橫梁安裝在上弦桿節點頂的齒塊位置，通過鋼板的連接作用，形成雙懸臂梁，此結構能夠用于斜吊桿的上端錨固。

（4）斜吊桿是承重系統中不可或缺的受拉傳力構件，為確保其在受力條件下具有穩定性，常利用精軋螺紋鋼制作而得。斜吊桿的上端利用母帽支承于斜上橫梁處，下端通過母帽與前下橫梁穩定聯結。

（5）后吊桿所用材料以精軋螺紋鋼為宜，上端利用母帽支承在梁段頂面的墊板上，下端則利用母帽穩定至后下橫梁上。

（6）限位器是關鍵的附屬裝置。根據受力特點可知，主梁在斜吊桿上將形成水平分力，通過限位器的應用，可限制該部分作用力，以免在力的作用下而導致底模向后推移。

3.2.2 模板系統

底模、側模、內模、端模為關鍵組成，共同構成完整的模板系統。

3.2.3 工作平臺

工作平臺含三類細分形式，即前、后工作平臺及翼緣板工作平臺。材料方面以型鋼、方木、木板為主。

3.3 掛籃的制作安裝、前移

3.3.1 制作安裝

（1）在使用斜吊桿前，組織強度試驗，要求張拉力≥500 kN，否則不可投入使用;（2）針對施工所用的各吊桿做全面的探傷檢查，判斷其內部是否存在缺陷，從源頭上規避質量問題;（3）檢查下限位器的張拉力，要求該值至少達到500 kN;（4）以設計要求為準，在混凝土內預留斜吊桿以及后吊桿的安裝孔位，以便后續可以快速安裝;（5）根據吊點的設置要求，在模板相應位置開孔，預埋管道;（6）針對下部采取防護措施，目的在于規避墜物傷人的情況;（7）栓接斜吊桿的頂部，組織下吊桿的張拉作業，并根據施工要求適配下限位器;（8）預壓試驗，目的在于確定掛籃的彈性變形量，根據此方面的情況調整底板的預抬量，使其具有合理性。

3.3.2 掛籃前移

（1）纜索吊上有4個吊鉤，分別將其穩定勾住各自對應的主梁吊耳;（2）經前述準備工作后，正式掛籃前移，用鋼絲繩拴住吊鉤，使掛籃運行期間可始終維持穩定;（3）松開母帽，緩慢、勻速地抽出斜吊桿和后吊桿，并解除限位器;（4）掛籃工作平臺前移（遵循同步對稱的原則）。

4 斜拉桁架橋各施工階段的穩定性分析

4.1 穩定特征值及失穩模態

根據小溪塔的實際建設條件以及所掌握的技術參數，技術人員建立三維有限元模型，以便以更加直觀的方式分析斜拉桁架結構，判斷其受力特點以及變形特點。全橋施工共劃分為11個階段，逐步分析各階段下結構的穩定特征值以及失穩特點。邊跨下弦桿X1～X6無預應力，X7～X9有預應力鋼絞線;中跨下弦桿X1～X5無預應力，X6～X9有預應力鋼絞線。上弦桿為預應力混凝土，單端張拉。關于小溪塔大橋各施工階段的特征值，如表1所示。

4.2 穩定特性分析

結合建模結果展開分析，可知：

（1）在劃分的11個施工階段中，有橫向失穩現象，具體表現為個別壓腹桿存在失穩的情況，還存在面外失穩情況，說明結構橫向剛度安全儲備較小。

（2）最大懸臂施工段失穩模態對應的穩定系數為12.47，邊跨合龍、中跨合龍各自對應的穩定系數分別為10.03、8.45，各項數值均滿足要求，并且具有足夠的安全儲備。

（3）在施工進程持續推進之下，桁架的穩定特征值隨之改變，即具有逐步減小的變化趨勢。

（4）各階段的失穩形式具有一致性，即均為橫向失穩。根據這方面的情況指導后續施工，即施工期間需合理控制施工荷載，不能出現集中于橋面某側的情況，否則結構將產生偏心荷載現象，不利于橫向穩定性。

5 結語

綜上所述，小溪塔大橋屬大跨度斜拉桁架橋，其采用的技術方案新穎，較其他類似橋梁工程而言，在技術層面有諸多突破，在業內具有典范性意義，值得工程技術人員從中思考，加深對懸臂澆筑法的認識，并在此基礎上做出優化，提高懸臂澆筑法在斜拉桁架橋建設領域的應用水平。

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