大跨度橋梁施工中菱形掛籃懸臂澆筑施工技術(shù)分析

唐俊

(江蘇金堰交通工程有限公司，江蘇泰州225500)

0 引言

大跨度橋梁因跨度大，施工難度與風險大幅提升，而菱形掛籃懸臂澆筑施工具有結(jié)構(gòu)受力簡單、作業(yè)面空間充足、拼裝方便等優(yōu)勢，可為大跨度橋梁施工提供充足便利，更好地解決大跨度橋梁施工中出現(xiàn)的問題，因而受到行業(yè)內(nèi)的青睞與認可。但目前在施工技術(shù)實踐中，不規(guī)范的操作嚴重影響了菱形掛籃懸臂澆筑施工效果。為充分體現(xiàn)該項技術(shù)價值，還需進一步優(yōu)化、規(guī)范施工技術(shù)。

1 工程概況

興顧公路改造工程（姜堰北段）項目K20+578.0 新通揚運河大橋工程，橋梁全長為676m，主橋上部構(gòu)造設(shè)計為半截面連續(xù)懸澆箱梁（48m+80m+48m）。單幅橋則采用單箱雙室截面形式的懸澆箱梁，箱梁頂板與底板寬度分別為20.5m、13m，頂板厚度為0.65m，底板厚度為0.3m，懸臂寬度為3.75m，根部箱梁高度為4.8m。箱梁總共分成11 個塊段，其中0#塊長為12m，1～4#塊長3m，5～10#塊長3.5m，合龍段長度為2m，僅有0#塊采用特殊的搭設(shè)支架澆筑。

2 菱形掛籃設(shè)計

2.1 設(shè)計原則

菱形掛籃懸臂的規(guī)格有兩種:一種為3m，另一種為4m。通常情況下，懸臂長度發(fā)生變化，掛籃整體重量也會有所變化，并會導致荷載以及結(jié)構(gòu)受力情況同時發(fā)生變化。為避免施工過程中各環(huán)節(jié)、各項參數(shù)計算出現(xiàn)錯誤，會按照掛籃與0#梁塊重量比1∶2 的原則進行設(shè)計，符合行業(yè)標準規(guī)定。但需注意，尺寸設(shè)計環(huán)節(jié)，必須保證為施工預留出充足的作業(yè)空間。

2.2 掛籃驗算

按照工況要求展開掛籃受力驗算，如澆筑工況、走行工況下應分別計算出掛籃強度參數(shù)、穩(wěn)定性參數(shù)、剛度參數(shù)，每項參數(shù)必須符合行業(yè)規(guī)范標準。具體來講，驗算中要求掛籃最大形變不得超過2mm；自錨固系統(tǒng)安全系數(shù)、澆筑混凝土與行走抗傾覆安全系數(shù)、水平限位安全系數(shù)等均應保持在2.0 以上。

3 菱形掛籃安裝

3.1 掛籃加工

加工施工操作中需注意以下事項：第一，按照施工設(shè)計要求尺寸加工掛籃所有構(gòu)件，尺寸參數(shù)不得隨意調(diào)整，所用材料性能與質(zhì)量也應符合施工設(shè)計要求；第二，進行螺栓孔洞位置加工時，應使用數(shù)控切割機等機械設(shè)備進行操作，確保孔洞位置、尺寸的精準性；第三，焊接應堅持高效、精細的原則，組成掛籃的構(gòu)件較多，焊接任務(wù)量大，必須對每部分進行精細劃分，明確焊接處理要求，合理選擇焊條與焊接工藝，焊接中嚴禁構(gòu)件中出現(xiàn)破損、銹蝕情況，發(fā)現(xiàn)后需及時處理，避免出現(xiàn)質(zhì)量問題；第四，焊接中焊縫的設(shè)置應以規(guī)定標準為依據(jù)；第五，加工構(gòu)件中嚴禁出現(xiàn)螺栓孔洞尺寸過大問題，易導致結(jié)構(gòu)出現(xiàn)非彈性變形；第六，加工中所有構(gòu)件的誤差必須控制在允許范圍內(nèi)[1]。

3.2 掛籃拼裝

掛籃效果如圖1所示，主要由五個系統(tǒng)構(gòu)成。

圖1 掛籃效果示意圖

3.2.1 主桁架安裝

有兩片外形為菱形的桁片設(shè)置在前后橫梁位置上，以橫向設(shè)置方式使橫梁組成空間桁架，聯(lián)結(jié)桿件安裝在橫梁上下兩層平面上，起連接與加固作用，保障主桁架的剛度與穩(wěn)定性達到設(shè)計要求；主桁架桿件選擇H 型鋼，并于兩側(cè)焊接鋼板、桿件之間銷接50CrMnTi 銷子，采用鋼板與角鋼進行前后橫梁桁片平聯(lián)；分配梁位于前后橫梁下方，可用模板、底藍懸掛當中，為避免露天環(huán)境下施工受天氣環(huán)境的影響，可在桁架頂部安裝遮雨棚。

3.2.2 行走與錨固系統(tǒng)安裝

施工中掛籃在一段箱梁懸澆施工結(jié)束且預應力筋張拉完畢前進行前移，前移過程中需利用后錨千斤頂向行走小車施加上拔力，傾覆力矩通過反扣在工字型鋼軌道上的行走小車進行平衡，前支點通過底貼四氟板組合滑船形式處理，最終由液壓油缸提供動力實現(xiàn)頂推前移。行走系統(tǒng)由軌道、前/后支點、墊枕、后錨體系、錨固軌道精軋鋼共同構(gòu)成；該項目中軌道面板、底板等均為鋼板焊接，于底板以及兩側(cè)肋板處設(shè)置小孔，并設(shè)置3m 長軌、1.5m 短軌各1 條；將前支座直接安裝在軌道面板上，后支座上安裝四個滑輪，同樣于面板上直接安裝；拼裝時控制錨固軌道精軋鋼之間保持50cm 間距，錨固深度高出混凝土面37±3cm；后錨裝置采用30 雙槽鋼焊接制成，在主構(gòu)架后支點上直接放置梁，并利用精軋鋼將梁直接錨固在澆筑好的梁段上。

3.2.3 吊帶系統(tǒng)安裝

吊帶系統(tǒng)的主要功能是連接底模平臺以及主桁架，處于不同的位置發(fā)揮的作用也存在差異，安裝中將上端懸吊在橫梁桁片前后兩個位置上，下端連接側(cè)模分配梁或連接底平臺，底膜系統(tǒng)的標高則通過液壓裝置的提升進行調(diào)節(jié)與控制。

3.2.4 底平臺系統(tǒng)安裝

底平臺系統(tǒng)包括前后橫梁與縱梁，前后橫梁懸吊在主桁架上，模板直接在底平臺上鋪筑。進行混凝土澆筑施工時，后橫梁應錨固在已完成的前段箱梁底板上。

3.2.5 模板系統(tǒng)安裝

模板系統(tǒng)共包括三個組成部分，外模、內(nèi)模以及堵頭模板。外模通過拉桿與模板進行連接，并配合外部支撐加以固定；支承模板、滑架滑梁前端應懸吊于主桁架上，滑梁后端應在完成澆筑施工的箱梁翼板上懸吊，混凝土澆筑施工期間將其錨固在已完成的前段箱梁翼板上，模板拆除環(huán)節(jié)將錨固端放松，使其隨著平臺進行前移、下沉。內(nèi)模的支撐模板以及骨架滑梁均懸吊在主桁架上，后端則在已完成澆筑施工的箱梁頂板上懸吊；當掛籃處于行走狀態(tài)時，滑梁能夠隨掛籃完成同步前移；內(nèi)模板在與外模進行對拉過程中需利用內(nèi)支撐進行固定。堵頭模板對安裝位置精度要求較高，需嚴格控制誤差，并通過鋼筋布置完成分塊拼裝，與內(nèi)外模之間連接成整體。

3.3 掛籃預壓

掛籃預壓的主要目的是消除掛籃產(chǎn)生的非彈性變形，通常計算中將掛籃產(chǎn)生的彈性變形量納入梁段預拱度計算當中。預壓壓重通常為懸臂最重梁段的1.2 倍，該項目采用袋裝砂堆載方式預壓，共進行5 次加載，從空載加載至20%、50%、70%、100%、120%，卸載按照倒序進行，完成加載后，至少應停留30min，沉降趨于穩(wěn)定后經(jīng)觀測獲得變形數(shù)據(jù)，滿載后應至少停留24h 再進行觀測[2]。

3.4 掛籃驗收

掛籃拼裝以及預壓結(jié)束后，由施工單位聯(lián)合監(jiān)理單位進行掛籃驗收，驗收中需細致查驗組成掛籃各部分構(gòu)件尺寸是否標準，焊接效果、焊條是否使用正確，構(gòu)件表面有無油污與銹跡，以及主桁架立柱垂直度是否達標、錨固深度是否達標、滑道高差是否超標等，確保每項技術(shù)參數(shù)符合施工設(shè)計要求。

4 混凝土澆筑

第一，混凝土澆筑需從懸臂至根部進行，兩側(cè)懸臂澆筑量差值以及規(guī)格均應符合施工設(shè)計要求；第二，澆筑腹板時應從頂板處開始，并在進料口上覆蓋卸料板，確保頂板部位初凝效果良好；第三，做好腹板與底板之前的倒角處理，邊澆筑、邊振搗，嚴禁混凝土翻漿，但振搗過程中不得直接接觸波紋管；第四，嚴禁直接向鋼筋網(wǎng)上傾倒混凝土，保證整體結(jié)構(gòu)處于穩(wěn)定狀態(tài)；第五，為方便施工，提高混凝土灌注、振搗施工的便捷性，可將“天窗”安裝在頂板、腹板處，腹板穿入布袋，并于沿腹板每隔1.2～1.5m 設(shè)置一個漏斗，以便充分振搗腹板；第六，不允許在鋼筋上直接傾倒混凝土，以便減少對波紋管產(chǎn)生的沖擊。

5 合龍段施工

合龍段施工前，第一，需要將相鄰段之間供施工使用的掛籃拆除，并清理梁面上所有物件，于特定位置將配重水箱、所需機具設(shè)備安放好，復測梁段觀測點標高，確定無誤后，鎖定永久支座，將臨時支座拆除；第二，再次精測兩面全部標高，其中緊鄰兩端頂面標高差異處于15mm 范圍內(nèi)時，則可進行下道工序，利用線性控制軟件，對水箱配重方法進行優(yōu)化，確保標高差異處于15mm 內(nèi)，為合龍段施工創(chuàng)造良好條件。具體來講，先進行邊跨合龍，將邊跨掛籃改為吊架，首先，兩端分別支撐懸臂端與現(xiàn)澆段；其次，將勁性骨架安裝在邊跨合龍段，經(jīng)綁扎鋼筋與混凝土澆筑完成合龍；最后，待混凝土凝結(jié)強度達到設(shè)計要求的90%后，且混凝土養(yǎng)護時間超過7 天，對段頂、底板束、豎向預應力束進行張拉處理，按照先長束后短束的規(guī)則，而底板與頂板束張拉可交替進行。邊跨合龍后進行中跨合龍，同樣首先將掛籃改為吊架，但吊架兩端均支撐懸臂端；其次，合龍溫度與標高符合設(shè)計標準時，經(jīng)焊接處理完成勁性骨架安裝，并需綁扎鋼筋與澆筑混凝土；最后后續(xù)段頂、底板束、橫向束等位置的張拉施工與邊跨一致，但完成張拉后需將中跨合龍段吊架拆除，實現(xiàn)體系轉(zhuǎn)換。

6 施工質(zhì)量與安全控制

6.1 施工質(zhì)量控制

6.1.1 控制材料質(zhì)量

施工前應對施工中所需的材料進行全面質(zhì)量檢測，包括鋼筋、水泥、預應力筋、掛籃所有構(gòu)件等，嚴禁在施工中出現(xiàn)質(zhì)量或性能不達標材料。

6.1.2 規(guī)范掛籃安裝

掛籃安裝施工環(huán)節(jié)，軌道最易出現(xiàn)誤差，應嚴格將安裝誤差控制在標準范圍內(nèi)。第一，軌道豎直預應力筋在橫縱兩個方向上的誤差不得超過3mm；第二，完成拼裝后，應在專人指導下使掛籃前移到指定位置上，保持掛籃與橋梁中線處于對齊狀態(tài)，二者之間允許偏差為5mm 內(nèi)；第三，現(xiàn)場勘測掛籃的變形情況，根據(jù)澆筑混凝土作業(yè)規(guī)范要求進行變形值調(diào)整，每次調(diào)整范圍4～6mm。

6.1.3 控制梁體撓度

采用線性控制軟件對混凝土澆筑過程中工序進度、材料數(shù)目、擺放位置、設(shè)備擺放情況進行控制，從而及時獲取數(shù)據(jù)計算梁體撓度參數(shù)，其變化范圍不得超過5mm，否則需立即查找導致?lián)隙茸兇笠蛩?，?jīng)過調(diào)整后重新在軟件中輸入數(shù)據(jù)測算撓度，確保梁段標高數(shù)據(jù)得到可靠修正，消除累計誤差，為后續(xù)合龍施工奠定良好基礎(chǔ)。

6.1.4 做好水平測量

水平測量結(jié)果的精準度至關(guān)重要，第一，需合理設(shè)置觀測點，避免數(shù)據(jù)離散性過大，且需在觀測點上采用合適的方式做出標記，施工中對標記加以保護；第二，水平測量應在無風、晴朗的天氣下進行，如果水平測量受地形條件影響，可在0#梁段頂面上設(shè)置水準點，梁段結(jié)束后參照水準點復測標高，及時通過線性控制與修正手段控制測量結(jié)果精準度。

6.2 施工安全控制

菱形掛籃懸臂澆筑施工作業(yè)危險系數(shù)高，掛籃安裝、混凝土澆筑、掛籃使用、掛籃拆除等環(huán)節(jié)均存在危險性，必須采取合理的安全控制措施以及安全技術(shù)手段作為基本保障。

6.2.1 在施工環(huán)節(jié)

第一，施工過程中需要在滑道前端位置安裝保險限位擋板，避免施工期間掛籃前移，且在下放吊梁過程中還需有專人進行水平位移情況觀測；第二，掛籃移動應緩慢進行，施工中不得在底膜支架以及掛籃前端兩個位置上隨意增加荷載；第三，鋪設(shè)軌道過程中，必須按照標準要求鋪設(shè)，控制各項誤差，鋪設(shè)結(jié)束后按照要求張拉預應力筋，張拉1/2 即可；第四，觀察軌道使用過程中有無脫焊問題；第五，澆筑混凝土時觀測掛籃的變形情況，必須保持兩側(cè)混凝土澆筑量差值處于合理范圍，否則會因偏載過大引發(fā)掛籃變形。

6.2.2 在使用環(huán)節(jié)

第一，行走軌道使用過程中，千斤頂頂升兩側(cè)軌道應保持相同速度，防止出現(xiàn)偏離與卡軌現(xiàn)象；第二，每次使用前均需檢查前后橫梁有無掛鉤滑出滑槽現(xiàn)象、前后縱梁滑船以及滑道是否存在異常；第三，為預防使用中鋼銷因受彎被破壞，銷接懸臂長度應控制在15～18cm。

6.2.3 在前移環(huán)節(jié)

第一，掛籃前移過程中必須保持兩只掛籃對稱同步進行，否則梁體平衡狀態(tài)被打破，極易發(fā)生危險；第二掛籃行走速度不得超過10m/h，且在位于梁端1m處應降低速度，為方便控制速度應在走道上設(shè)置刻度；第三，前移過程中由專人進行指揮、發(fā)送統(tǒng)一信號；第四，充分利用掛籃上限位裝置；第五，在后錨固拆除前，應委派專業(yè)人員檢查錨固體系，待其可靠的轉(zhuǎn)移至掛籃走道梁時進行拆除；第六，風力超過5 級的天氣掛籃不得行走；第七，掛籃行走過程中不宜與梁體上其他任何部位發(fā)生擠掛；第八，為保障行走的流暢性，可在走道上涂抹黃油，起到潤滑作用；第九，行走期間應由專人跟蹤觀測掛籃中線誤差，并及時做出調(diào)整；第十，為保障走道梁錨固與后錨固長度充足，主梁頂面出現(xiàn)橫坡后，走道梁底應做抄平處理，但不宜過高。

7 結(jié)語

綜上所述，為實現(xiàn)菱形掛籃懸臂澆筑施工的價值與作用，應嚴格按照行業(yè)標準規(guī)范進行作業(yè)。但在高空操作中，風險系數(shù)升高，施工現(xiàn)場安全也應受到高度重視，采取有效的控制措施，保障施工質(zhì)量與施工安全，進一步推廣菱形掛籃懸臂澆筑施工技術(shù)在大跨度橋梁施工中的應用，提高施工移動速率，降低施工難度。