大型混凝土橋懸臂法施工技術要點分析

摘要：敘述了大型混凝土橋梁采用的懸臂澆筑法、懸臂拼裝法、裝配整體法和預制拼裝法等施工方法，介紹了國內采用懸臂澆筑法的施工現狀，闡述了懸臂澆筑法、懸臂拼裝法施工的技術要點，對懸臂法施工的靜態受力和橫截面受力進行了分析。

關鍵詞：混凝土橋梁；施工方法；懸臂法；施工技術；要點分析

1" "大型混凝土橋梁施工方法

1.1" " 懸臂澆筑法

懸臂澆筑法施工是指在完成橋墩工程施工的基礎上，將橋梁沿著其軸線劃分為若干個節段，首先采用支架現澆法完成橋墩頂部節段（0號節段）施工，然后在橋墩頂部節段上使用懸臂掛籃技術，從橋墩頂部節段兩側同時各自完成1個節段施工，以此類推完成整座橋梁主體結構工程的施工方法。從橋墩開始施工的懸臂澆筑法如圖1所示。

懸臂澆筑法施工無須搭設滿堂支架，整個施工過程不影響橋下正常通行。施工所用機械設備、材料和人員等的重力全部由已經完工的懸臂梁承擔。隨著梁段施工的不斷推進、加長和重力的增加，可在梁端設置豎向支架進行支撐。采用懸臂澆筑法，可在數個橋墩上同時進行施工，有利于加快施工進度、簡化施工工序，縮短施工周期。

1.2" " 懸臂拼裝法

懸臂拼裝法是利用移動式懸拼吊裝機將預制節段起吊至橋位，然后采用環氧樹脂膠和預應力鋼絲束與已經完成安裝的節段連接成整體。懸臂拼裝法采用逐段拼裝方法，將1個節段張拉錨固后，再拼裝下1個節段。其施工工序為：橋墩上方（0號節段）現澆混凝土施工、1號塊拼裝、其它節段按順序拼裝。

每個節段的長度和質量，主要決定于懸拼吊裝機的吊裝能力。節段長度一般為2～5m，節段過長則自身質量過大，需要吊裝能力大的懸拼吊裝機；節段過短則拼裝接縫多，會延長施工工期。一般情況下，在靠近橋墩的懸臂，其截面積較大，預制長度比較短，隨后逐節加長。懸拼施工適用于預制場地、吊裝、運輸條件好和工程量大、工期短的梁橋工程。

1.3" " 裝配整體法

采用裝配整體式施工方法修建的混凝土橋梁，其結構設計標準、構件生產精度要求較高。預制立柱、預制混凝土墻、預制橋面板是整體式混凝土橋梁的重要組成部分。該種橋梁構件的鋼筋定位有十分嚴格的要求，同一種類構件的截面尺寸和配筋完全一致，構件生產的標準化可得到保證。裝配整體式混凝土橋梁的工廠化生產，使得建筑材料的損耗、建筑垃圾的產生大幅度減少。在水電消耗、噪聲污染、廢棄物排放等方面均有明顯降低。

采用裝配整體式施工方法，需根據橋梁構件在施工現場的需求總量，提前向相關企業交付構件生產和運輸計劃。構件的生產、運輸和現場裝配得到保證，可大幅度提升施工效率。應根據構件布置圖，對構件的吊裝順序進行編號，并嚴格按照吊裝順序完成構件的吊裝施工。為了確保構件連接的可靠性，需要根據整體式混凝土橋梁的受力特點，結合特定的連接方式和現澆結構，使連接部位的承載力等同于現澆結構的承載力。

1.4" " 預制拼裝法

預制拼裝式施工方法，適用于特大跨徑的懸索橋、中跨徑的連續梁橋或者簡支梁橋。預制混凝土構件是預制拼裝式橋梁的主要結構形式。預制箱型節段的拼裝式混凝土橋梁具有以下5個特點：一是箱型節段的抗扭剛度大，在施工和使用過程中具有較高的穩定性。二是箱型節段的頂板和底板能夠有效抵抗正負彎矩，可以適應具有正負彎矩的結構，例如連續梁、懸臂梁和斜拉橋等。三是箱型節段的承重結構與傳力結構相互結合，各個構件可以共同受力具有較高的截面效率。四是可滿足現代化施工方法的全部要求，適用于曲線橋的建設。五是具有良好的經濟效益。

2" "國內采用懸臂澆筑法施工現狀

賈俊楠[1]對于懸臂澆筑法的原理進行過詳細介紹。隨后諸多學者將此方法應用在鋼筋混凝土橋梁的設計和施工中。李強等人[2]對橋梁施工過程中，在橋墩質量控制、現澆懸臂梁吊籃質量控制和變截面二次拋物線線型控制等3方面進行了分析。趙銳[3]建立了懸臂澆筑施工菱形掛籃的有限元模型，分析了其內力、變形和抗傾覆能力。比如在現澆段，需要使用固定在前一段上面的滑動模板，直至達到所需的混凝土強度等級。通過預應力索，將新澆筑的節段固定到已經完工的節段上。

韓光[4]對預制T梁混凝土施工過程從分層澆筑質量、配合比、混凝土密實度、控溫等環節進行了控制。他指出：橋梁上部結構的懸臂施工需要從橋墩或橋臺開始，如果施工從橋墩開始（見圖1），首先澆筑基礎節段（T0），然后對稱澆筑相鄰節段（T1、T2、T3等）[5]，使橋梁主體結構保持平衡。為確保橋面在施工期間承受不對稱荷載時的穩定性，須采取以下措施：將上部結構臨時錨固到橋墩上，在靠近橋墩處臨時支撐起上部結構，可以采用較短的懸臂支撐，也可以設置獨立支撐。

3" "懸臂法施工技術要點

3.1" " 懸臂澆筑法

3.1.1" "懸臂掛籃

懸臂澆筑法施工的主要設備是懸臂掛籃。桁架式掛籃可分為三角掛籃、菱形掛籃、弓弦式掛籃、平弦無平衡重式掛籃等4種，連續剛構橋一般選用三角掛籃，其優點是結構簡單、自重輕、穩定性好、變形小、受力合理，可確保施工質量。三角掛籃主要由主桁架系統、行走系統、錨固系統、吊掛系統、模板系統和工作平臺系統等組成。

三角掛籃的主桁架系統主要由型鋼焊接而成的三角形主桁架和前上橫梁等組成；行走系統主要由軌道、導鏈、內模和外模行走梁、前滑座、后鉤座等組成；錨固系統由主桁架錨固和工作平臺系統錨固2部分組成；吊掛系統主要由吊桿、吊帶、分配梁、千斤頂等組成，用于支撐工作平臺系統，并將其載荷傳遞給承重系統；模板系統主要由內模、側模、底模組成；工作平臺系統主要由前下橫梁、后下橫梁、底模架等組成。

3.1.2" "施工方法

以大跨度箱型連續剛構橋及其相鄰的2個橋墩為例，在2個橋墩上同時展開箱型連續梁施工。首先采用支架現澆法在每個橋墩上部的起始節段（0號節段）完成結構施工。利用橋墩承臺及其預埋螺栓，圍繞橋墩安裝數個鋼板法蘭，在鋼板法蘭上焊接數根鋼管樁，在鋼管樁上搭設鋼管支架，在支架上鋪設模板、綁扎鋼筋、進行混凝土澆筑、養生、預應力張拉。

0號節段完工后，形成了一個工作面，便于后續施工。0號節段的兩側各安裝1組懸臂掛籃，在2個掛籃上同時鋪設模板、綁扎鋼筋、澆筑混凝土并進行養生。待橋墩兩側的該節段箱型懸臂梁的強度達到設計要求并完成預應力張拉后，再從該節段箱型懸臂梁上將掛籃向前伸出1個節段，繼續鋪設模板、綁扎鋼筋、澆筑混凝土并養生，完成預應力張拉。按照上述方法接續完成箱型懸臂梁每個節段的施工，直至2個橋墩內側的箱型懸臂梁在跨中合攏、2個橋墩外側的箱型懸臂梁分別與其他相鄰橋墩上的箱型懸臂梁合攏或與橋臺連接。至此完成橋梁的主體結構施工。

3.2" " 懸臂拼裝法

3.2.1" "施工方法

懸臂拼裝法與懸臂澆筑法相比，每個橋墩上部的起始節段（0號節段）的施工方法相同，均采用支架現澆法完成施工，其余施工方法各有異同。懸臂拼裝法的工藝流程是：節段預制→節段運輸→節段拼裝→合攏段施工和受力體系轉換。節段預制按照鋼筋混凝土構件的技術要求完成。節段拼裝主要采用懸拼吊裝機進行吊裝，節段就位后進行接縫處理和預應力張拉，使新安裝的節段與已經安裝好的節段連接成一個整體。合攏段施工可采取現澆或拼裝2種施工方法，在合攏段施工過程中，通過解除臨時支護、后期預應力張拉等措施，使主梁由懸臂狀態向固定狀態轉換，由此完成受力體系轉換。

3.2.2" "接縫處理

預制節段在材料質量和施工工期上具有優勢，但預制節段必須與已經安裝的節段連接良好。為此預制節段設有連接門檻，其作用是確保其在垂直面和水平面上完成精確定位。連接門檻放置在預制節段兩側端面上，以此承受來自預制節段之間接縫的剪力。

預制節段的接縫類型可分為第一代接縫和第二代接縫。第一代接縫在預制節段兩側端面上各設置了1組接頭，這種接頭有以下缺點：接頭橫截面切向應力單一，預制節段之間預應力的連續性有問題。預制節段第一代接縫如圖2 所示。

根據施工經驗，通過增加預制節段兩側端面的齒數，可有效改善預制節段的連接方式。這種連接方式消除了前述端面的缺點，通過增加齒數，剪切力產生的應力被有效傳遞，水泥砂漿可分為幾組單獨注入接縫。預制節段第二代接縫如圖3 所示。

4" "懸臂法靜態受力方案和橫截面受力分析

4.1" " 靜態受力方案

采用懸臂法設計的預應力混凝土橋梁，其靜態受力方案與施工過程密切相關。在施工過程中，每個施工階段對應的上部結構通過放置鉸鏈、連續體組裝為最終結構。

最簡單的靜態受力方案屬于框架橋。框架橋通過與具有等長跨度的鉸鏈懸臂結合，其邊緣跨距的長度等于當前跨距長度的一半。框架橋的靜態受力方案由其自重和預應力的作用來確定。框架橋的靜態受力方案對其基礎可能產生的沉降或旋轉具有獨立性判斷的優點，該靜態受力方案對橋梁彎矩還具有沿其結構分布良好的優點。

連續梁或懸臂梁的靜態受力方案的應用最為廣泛，通過連續結構對應于每個節段的子結構獲得，通過澆筑中心截面混凝土或放置封閉截面來延續下部結構，消除了與跨中鉸接的必要性。結構的連續性有利于減小豎向變形。例如，具有恒定橋面高度和多個等跨連續結構的橋梁，在承受均布荷載時其變形在跨中具有類似鉸鏈的作用。

若客觀條件允許，連續梁或懸臂梁可選擇等長跨度的靜態受力方案，以便在實施過程中產生等長懸臂。對于邊緣跨徑，如果橋面板簡單支撐在橋臺上，其最佳長度不等于當前跨徑長度的一半，就與懸臂法的情況相同。在設計過程中，要考慮邊緣跨度的最小長度，以確保抵消橋梁與橋臺相對應的正反作用力，從而避免發生橋面隆起。

4.2" " 橫截面受力分析

懸臂法預應力混凝土梁體的最佳橫截面為箱型橫截面。箱型橫截面允許將高量級負彎矩轉移到其下部區域，因此現澆懸臂梁和預制懸臂梁應采用箱型橫截面。在施工期間，箱型橫截面的橋臺部位在受到彎曲和扭轉時會表現出更好的穩定性。

與其他類型橫截面的受力情況相比，箱型橫截面受力的優勢是顯而易見的。理論上，使用一個開放的橫截面如T形橫截面，有利于節省材料，但這種橫截面有一些缺點：壓應力集中在橫截面到有梁截面的過渡區域，大跨度橋面的穩定性較差。

對于寬度較大的橋梁，首選設計方案是具有2個獨立的平行橋面的橋梁。有一種獨特的箱型橫截面，其橫截面的中板或是帶肋結構、或是蜂窩結構。對于較高的橋梁，可使用由2個中心墻和2個橫向傾斜墻組成的多維橫截面。該橫截面顯示出較高的抗扭剛度和有效的橫向受力分布。特別是在彎曲橋梁的條件下，可以采用恒定的橋面高度。在帶有傾斜度支柱的橋梁橫截面中，其中心墻是垂直的，并且使用了傾斜的支柱來確保橫截面的幾何形狀。

5" "懸臂法施工的優勢

與傳統施工方法相比，懸臂法施工具有許多明顯的優勢。例如在穿越長、高、深的山谷，需要保持較高凈空，以及基礎設施較高的情況下，由于腳手架支搭和拆除十分困難，不適合傳統的施工方法，應當采用懸臂法組織施工。

采用懸臂法組織施工時，可采用預制節段拼裝的施工方法。有案例表明，使用預制節段在施工階段出現的彎矩比現場澆筑混凝土時出現的彎矩小15%。采用預制混凝土節段可在一天內拼裝3～4個預制節段，大幅度節省了現場澆筑時間，減少了橋梁上部結構的施工周期。

為了進一步發揮使用預制節段在成本和施工周期等方面的優勢，還應考慮預制節段數量、橋墩數量、所有節段的制造周期以及整體施工工期等因素。現澆混凝土采用水泥速凝劑，雖然可縮短達到設計強度的時間，但是增加了施工成本。而預制節段不需采用水泥速凝劑，其成本不會增加。

參考文獻

[1] 賈俊楠.低維材料力電性能測試的微橋法和懸臂澆筑法理論模型[D].鄭州：鄭州大學，2016.

[2] 李強，馬春暉，姚明發.浉河二號橋懸臂梁吊籃施工質量控制[J].河南水利與南水北調，2020（7）：76-77.

[3] 趙銳.跨海大橋懸臂澆筑施工菱形掛籃施工力學特性與施工技術[J].水利水電技術（中英文），2021（2）：89-99.

[4] 韓光.高速公路預制T梁混凝土澆筑過程控制施工技術研究[J].綠色環保建材，2021（3）：106-107.

[5] 卞福坤.預應力混凝土連續橋梁施工技術研究[J].工程建設與設計，2021（6）：158-160.