無主桁式掛籃在箱型拱橋主拱圈次節段澆筑中的應用研究

文/嚴賢貴

1 前言

隨著我國交通事業的不斷推進和社會經濟的飛速發展，工程建設需求也不斷提高。在山區公路中常用的鋼筋混凝土箱型拱橋不斷向大跨徑方向發展，對橋梁的施工工藝也提出了新的要求。

現階段的公路橋梁施工中，掛籃懸澆技術的應用已經十分普遍，和以往的施工技術相比，采用掛籃懸澆技術施工能夠有效減少施工過程中大型機械的使用次數，省去支架架設這一環節，操作過程中靈活性更強，在提升施工過程中的安全系數的同時，還能更加高效地完成施工任務[1]。

王蘊潔研究分析了掛籃懸澆技術中的掛籃結構、技術原理、技術條件和掛籃懸澆技術應用，發現橋梁工程中的掛籃懸澆技術具有靈活、輕便的特性，能夠降低橋梁施工的難度[2]。劉德柱等分析了南太湖大橋主梁掛籃懸澆施工技術，其超寬主梁采用二次掛籃懸澆施工，在施工中有效控制橋梁線形和混凝土的質量，確保了大橋的工程質量[3]。趙兵偉結合具體的跨線橋梁施工實例，探討了三角桁架型掛籃懸臂澆筑施工技術，總結出了可行的施工控制技術措施[4]。毋存糧等研究了下導式無主桁斜拉掛籃的設計結構，實現了懸臂現澆箱梁撓度變化最小，線性美觀；節段施工工序銜接合理，進度最快；掛籃操作簡便快捷，安全風險大大降低[5]。胡邵萍研究了牽索（前支點）掛籃在斜拉橋懸澆施工中的應用，與其他掛籃施工工藝相比，其能夠有效控制斜拉索索力及主梁線形，同時簡化施工環節，減輕勞動力，加快施工速度，具有良好的社會經濟效益[6]。劉增武等研究分析了三角桁架式掛籃在夜郎湖特大橋懸臂澆筑施工中的應用，拱圈澆筑線形、拱箱混凝土澆筑質量等均控制較好[7]。彭超結合具體實際工程，采用橋梁專業有限元軟件MIDAS/Civil 建立有限元模型，給出預期的控制目標狀態的橋梁位移和內力，探討了掛籃懸臂澆注鋼筋混凝土拱橋施工中拱圈合龍方法及成橋后索力拆除等問題[8]。

在臨深水區的拱橋施工中，施工條件苛刻，環境保護要求高，拱橋主拱圈次節段在施工過程中常因水位高且無法施作圍堰而不能采用常規掛籃懸澆施工，因此進行臨深水區箱型拱橋主拱圈次節段施工新工藝研究具有現實意義。本文結合沿河縣沙坨特大橋水毀搶險重建工程，開展無主桁式掛籃澆筑箱型拱橋主拱圈次節段施工研究。

2 方法與原理

無主桁式掛籃澆筑主拱圈次節段施工是利用在主拱圈起步節段內埋設無主桁式掛籃預埋件，依托起步段圍堰鋼板上增設的臨時支架，進而進行無主桁式掛籃的安裝，其組成包括縱梁、主橫梁、支架鋼帶和分配梁，待其安裝完畢后拆除臨時支架，確保箱拱自重等受力僅作用于掛籃，并以此掛籃為后續作業平臺，完成次節段施工。掛籃的組成如圖1 所示。

圖1 掛籃組成圖

無主桁式掛籃澆筑主拱圈次節段施工有以下四個特點：

2.1 降低施工難度，有效解決臨深水區主拱圈次節段施工時場地受限無法進行支架施工的難題。通過在主拱圈起步段內埋設無主桁掛籃預埋件，采用無主桁掛籃對箱型拱橋主拱圈次節段施工，避免了常規掛籃的水下施工，提高了施工安全性。

2.2 節約成本，經濟性好。利用起步節段內預埋件，可有效簡化次節段施工無主桁掛籃的構造，大幅度減少鋼管支架的規模，從而減少施工平臺的材料用量，降低施工成本。

2.3 縮短工期。利用起步段圍堰鋼板上搭設臨時支架，在減少施工支架規模的同時，也避免了搭設支架所需增加圍堰的工程量，縮短了工期。

2.4 施工過程中采用勁性骨架固定腹板鋼筋和頂板鋼筋，提高鋼筋安裝作業效率和質量，同時勁性骨架還增加拱圈鋼筋在風荷載作用下的穩定性，提高起步段箱拱的施工質量。

3 工藝流程

3.1 施工工藝流程

采用無主桁式掛籃澆筑箱型拱橋主拱圈次節段施工順序為：測量放樣→無主桁式掛籃預埋件埋設→臨時支架安裝→無主桁式掛籃安裝→鋼筋加工→底模、底板鋼筋、腹板鋼筋安裝→內模及側模、頂板鋼筋安裝→混凝土澆筑→混凝土養生→扣索、錨索張拉→拆除模板、掛籃→下節段施工。

3.2 測量放樣

待主拱圈起步節段扣索張拉后，拆除起步節段支架，再安裝次節段無主桁式掛籃。利用測量控制點、加密點對次節段支架進行放樣，放樣利用全站儀進行，標高調整時可采用水準儀測量。在每次模板施工時均需及時復核放樣，確保安裝位置準確無誤。

3.3 掛籃安裝

3.3.1 預埋件埋設。無主桁式掛籃在主拱圈起步段橫隔板位置作用力較大，為保證結構安全，將主拱圈起步段橫隔板厚度由25cm 調整為35cm（向橫隔板區域擴展）、橫隔板區域頂板厚度由35cm 調整為80cm，增加預埋件的預埋深度和與混凝土的接觸面積，增強結構安全性；無主桁式掛籃預埋件埋設在起步段橫隔板內，預埋時盡量調整鋼筋間距以避開預埋件。預埋件與主筋沖突時，應將預埋桿件割孔，嚴禁隨意切割鋼筋。

3.3.2 臨時支架安裝。由于主拱圈次節段為懸臂施工，無主桁式掛籃的安裝較困難，因此在起步節段圍堰鋼板上增設臨時支架，作為無主桁式掛籃安裝平臺。臨時支架安裝采用汽車吊吊裝型鋼焊接，待掛籃安裝完畢后，拆除臨時支架，確保最后受力僅作用于無主桁式掛籃。

3.3.3 安裝主橫梁。待臨時支架安裝完畢后，安裝設在起步節段橫隔板底部的掛籃主橫梁，安裝時采用汽車吊或與塔吊結合的方式進行。主橫梁吊裝到位后，安裝好拉桿臨時固定主橫梁，且主橫梁與起步節段梁底的距離保證縱梁和擋塊能夠順利放入。

3.3.4 安裝縱梁。在縱梁制作階段，將工字鋼雙拼焊接，并加工、焊接安裝耳板；在鋼帶與縱梁交叉處，預先切割孔洞。縱梁的安裝采用汽車吊或塔吊吊裝，并用牽引繩輔助，放入后，安裝擋塊和抗剪臂，然后擰緊拉桿，保證主橫梁表面緊貼縱梁。

3.3.5 鋼帶安裝。縱梁安裝就位后，對稱安裝已加工的鋼帶。鋼帶底部與主梁采用貼角焊或坡口焊，并保證焊接質量等級為二級；待支架標高調整符合監控要求后，再焊接鋼帶頂部。

3.3.6 安裝分配梁。縱梁、主橫梁安裝就位后，安裝分配梁，并復測縱梁與分配梁交點的標高，不足部分通過鋼板支墊來調整，同時計算好標高，保證模板安裝后模板頂標高為拱圈標高。另外，模板的接縫需設置在分配梁中心位置。

3.4 鋼筋加工

主拱圈次節段鋼筋為Ф32、Ф20、Ф16、Ф12四種直徑，分11 種編號。Ф32、Ф20 采用直螺紋連接，Ф16、Ф12 鋼筋連接采用焊接。為加快施工進度，鋼筋的制作工作應提前10 天左右進行，鋼筋加工均在鋼筋加工場加工，下料長度應嚴格按照設計圖紙進行，墊梁的預埋鋼筋和節段勁性骨架也應制作成型。半成品、成品和不同型號的鋼筋分類堆放整齊，以便于運輸及安裝。鋼筋采用直螺紋連接，要注意鋼筋的打磨與車絲，且在絲口上安裝保護套，保證絲口完整。

3.5 底模、底板鋼筋和腹板鋼筋的安裝

3.5.1 底模安裝。模板安裝前，清除干凈模板表面的污跡、鐵銹并打磨處理，新模板先刷水泥漿，然后打磨干凈，均勻涂脫模劑，同時對試拼裝完好的模板進行編號，便于后續快速、準確吊裝。底模板安裝前再次確認分配梁標高及預拱度設置是否合理，然后在分配梁上放樣，畫出模板邊線位置，最后安裝底模板，并保持模板平整順接，保證拱圈懸鏈線線性。

3.5.2 底板鋼筋安裝。鋼筋安裝前，確保起步段混凝土的鑿毛符合規范要求后，方可進行鋼筋安裝；另外，還要確保次節段與起步段連接良好。次節段鋼筋為一次綁扎成型，進行鋼筋安裝前，檢查起步段的混凝土鑿毛情況，并將施工垃圾清理干凈，符合要求后方可進行鋼筋的安裝。在底板鋼筋安裝前，需在局部區域安裝定位筋及臨時支撐，如鋼板尺塊定位架等，以保證鋼筋綁扎的質量和主拱圈懸鏈線的線形，同時也能加快鋼筋的安裝速度。

圖2 鋼筋安裝

3.5.3 腹板鋼筋安裝。底板鋼筋安裝完成后，再安裝鋼筋固定勁性骨架。在鋼筋綁扎過程中，應先安裝勁性骨架，并根據需要加一些臨時支撐，以保證鋼筋綁扎能平順直，不發生變形，并保證定位準確，鋼筋綁扎從起拱線向另一端進行綁扎，控制好位置及保護層厚度，安裝綁扎過程中進行復測，通過測量、垂線等方式校核鋼筋的準確度，發現問題及時糾偏。

圖3 勁性骨架安裝

底板鋼筋和鋼筋固定勁性骨架安裝完成后，即可安裝腹板鋼筋。在鋼筋固定勁性骨架位于腹板處的徑向型鋼上，按腹板縱向分布鋼筋的間距，焊接掛筋槽，以提高腹板鋼筋安裝效率和質量。腹板鋼筋安裝完畢后，在箱室內模安裝前，將鋼筋固定用勁性骨架橫向聯系型鋼進行拆除。

3.6 內模及側模、頂板鋼筋安裝

3.6.1 橫隔板孔洞處模板安裝。待腹板鋼筋安裝完畢后，利用塔吊或者吊車安裝模板。首先在空曠場地上進行模板試拼裝，檢查驗收合格后，方可進行安裝；根據橫隔板設計尺寸，橫隔板孔洞處模板采用木模現場加工制作。

3.6.2 箱室內支撐支架安裝。待箱室底模和腹板側模安裝完畢后，安裝箱室內支架，箱室內支架采用鋼管腳手架，設置位置嚴格按照施工圖紙進行布置，橫向間距為70cm，縱向間距為75～80cm，在主拱圈長度方向每隔1m 布置一道箱室內支撐腳手架。

3.6.3 箱室內箱模板安裝。待箱室內支撐腳手架安裝完畢后，安裝箱室頂部模板。頂板鋼筋和外側模安裝嚴格按照“三級自檢”程序，鋼筋經報檢驗收合格后，方可安裝主拱圈外側模板。

圖4 無主桁式掛籃節段鋼筋模板安裝

3.7 混凝土澆筑

3.7.1 附著式振動器安裝。由于主拱圈下部的馬蹄部位距離內箱開孔位置遠，振動棒工作半徑不足以達到馬蹄部位，因此在外模馬蹄處設置附著振動器安裝支座，安裝支座縱向間距為100cm，每側拱圈外模設置3 臺，端頭隔板處設置2 臺，共8 臺。根據澆筑進度情況，對附著振動器進行移動式拆卸安裝，以保證混凝土的澆筑質量。

3.7.2 混凝土配合比。拱圈混凝土為C60聚丙烯腈纖維混凝土，配合比設計坍落度在180mm～220mm 之間。混凝土初凝時間為8～10h，終凝時間為12～15h。

表1 拱圈混凝土配合比

3.7.3 箱室內開振搗孔。為保證混凝土的振搗質量，在拱圈箱室內模板上按照橫向間距為80cm、縱向間距為80cm 開設振搗孔洞（35cm×35cm），便于振動棒振搗混凝土。混凝土振搗完畢，振搗孔應適時封閉，以便于后續混凝土的澆筑施工。

3.7.4 混凝土澆筑。混凝土澆筑應嚴格按照主拱圈次節段施工技術交底方案進行施工，每個澆筑施工部位皆明確對應責任人。在每個箱室各安排一名技術人員，監督工人混凝土振搗施工，防止漏振、過振等現象發生，并隨機檢查支架頂托緊固程度、已澆筑區域混凝土密實性等情況，確保混凝土澆筑質量。附著式振動器每次振動時間不應超過10s，每個振動點使用附著振動器次數不超過3 次，當混凝土在模內泛漿流動或成水平狀時即可停振，不得在混凝土初凝狀態時再振，防止混凝土過振。

3.8 混凝土養生

待混凝土澆筑完成到達初凝時間后，即可拆除模板，同步進行混凝土養生，并安排專人值守，確保覆蓋的雙層土工布始終保持濕潤狀態，防止混凝土因內外溫差過大而開裂。在拱圈兩個內箱中上部各設置一臺大功率送風機，以保障內箱施工人員安全作業，并及時驅散混凝土水化產生的熱量。

4 應用效果討論

4.1 工程概況

沙坨特大橋是主跨為240m 鋼筋混凝土箱型拱橋，是沿河縣沙坨特大橋水毀搶險重建工程的主體工程，位于沿河縣淇灘鎮境內。橋梁總長626.8m，主跨為240m 鋼筋混凝土箱型拱橋，居同類型橋梁全國第一、亞洲第二。大橋位于庫區內，水位高程受下游沙沱電站蓄水、泄水控制。橋位區地處貴州東北部，大婁山脈與武陵山脈接壤部位，橋位跨越烏江及鄉村公路，交通條件較好。橋梁軸線通過段地面高程在270m～393.9m 之間，相對高差123.9m。兩岸橋臺縱坡較陡，地形條件差，施工場地狹窄。

大橋主拱圈為等高度懸鏈線鋼筋混凝土箱型截面，凈矢高40m，凈矢跨比1/6，拱軸系數1.85，箱型截面寬10m、高4.5m，主拱圈采用掛籃懸臂澆筑進行施工。拱圈縱向共分為37 個節段，其中兩岸拱腳位置起步段為斜拉扣索結合鋼管支架現澆段，拱頂設一個吊架澆筑合攏段，其余34 個節段為懸澆段。拱腳支架現澆段由拱腳至節段端頭頂板厚度由80cm 漸變至35cm，底板厚度由80cm 漸變至50cm，腹板厚度由65cm 漸變至40cm。

橋在原橋位重建，橋位距電站大壩僅幾百米，此橋2#節段在正常水位時，有1/3 淹沒在水中。采用此橋主拱圈用的倒掛式三角掛籃懸澆難度巨大；若采用上置式掛籃，則2#節段必須專門設計2 套掛籃，成本增加較大。

4.2 應用效果

采用無主桁式掛籃澆筑施工，解決了臨崖深水區箱拱次節段施工無理想作業平臺的難題，對無法采用圍堰和下置式掛籃的箱拱現澆施工具有較優異的適應能力和經濟效益。沙坨特大橋從2016年4月開工，到2018年9月順利合龍，得益于各工序的科學計劃與實施，沙坨特大橋順利施工，為此類橋梁的推廣應用以及邁向更大跨徑奠定了堅實基礎。

圖5 沙坨特大橋2#節段澆筑施工

其應用效果主要從以下四個方面進行闡述：

4.2.1 節約資源。采用無主桁式掛籃施工箱型拱橋主拱圈次節段，大幅度縮小了施工支架的規模，同時也避免了搭設支架所需增加圍堰的工程量。無主桁式掛籃施工可明顯減少用鋼量，提高資源的使用效率，縮小支架規模，進而減少作業人員數量、臨邊和水上作業時間，有利于降低施工安全風險。與其他施工方法相比，采用本工法進行臨深水區箱拱次節段施工，可以節約工期15 天以上，對于受水位影響明顯的次節段施工來說，可有效節約人力、物力等各種資源。

4.2.2 有可觀的經濟效益。與傳統的支架現澆施工相比，本工法無須在庫區水中開辟場地供搭設支架使用，可節約場地費約300 萬元，減少結構用材直接費約260 萬元，合計節約直接工程費約560 萬元。采用本工法施工，可大幅度減少施工支架的規模，也避免了搭設支架所需增加圍堰的工程量，縮短工期15 天。施工過程中采用勁性骨架固定腹板鋼筋和頂板鋼筋，提高鋼筋安裝作業效率和質量，同時勁性骨架還應增加拱圈鋼筋在風荷載作用下的穩定性，提高起步段箱拱的施工質量。

4.2.3 對地區發展具有重要作用。沙坨特大橋是沿河縣水毀搶險重建工程，它的順利建設對恢復當地交通、改善人們的出行條件、促進淇灘古鎮的進步和經濟發展都具有十分重要的意義。本工法為克服臨深水區復雜地形條件和惡劣交通運輸環境修鋼筋混凝土拱橋提供了可行的施工工藝，進一步拓展了鋼筋混凝土箱形拱橋懸澆施工的應用范圍，對鋼筋混凝土拱橋的現澆施工工藝和跨徑向更大方向發展起到了有利的推動作用。

4.2.4 有效保護環境。沙坨特大橋位于沙沱電站庫區大壩附近，拱腳低于蓄水位高程，采用無主桁式掛籃施工箱型拱橋主拱圈次節段，將施工對庫區的影響降到最低。采用本工法降低了施工對水體的影響，縮短了工期，減少了作業人員與機械設備的作業時間以及對周邊環境的干擾和污染。

5 結語

通過沿河縣沙坨特大橋水毀搶險重建工程，并針對該橋梁的懸臂澆筑部分采用無主桁式掛籃施工，從無主桁式掛籃的具體應用實施展開探討，總結出了可行的施工控制技術措施，為同類工程提供借鑒。無主桁式掛籃橋梁施工，實現了懸臂現澆箱梁撓度變化最小，線性美觀；節段施工工序銜接合理，進度最快；掛籃操作簡便快捷，安全風險大大降低，同時實現了橋梁懸臂現澆掛籃“結構輕型化、構件模塊化、行走快速化、材料綠色化”的掛籃設計施工理念，具有廣泛的應用前景。