上跨復雜航道大跨度懸臂連續梁施工技術研究

孫先銳SUN Xian-rui

（中鐵十二局集團城市發展建設有限公司，蘇州 215000）

0 引言

目前我國高速公路建設正處于蓬勃發展的時期，與此同時也促進了我國橋梁建設水平的飛躍提升。尤其在我國西南多山地區橋梁類型更是多種多樣。當公路線路上跨江河深谷時主要采用三種橋型；一是斜拉橋，該橋型適用于跨度大于300m 的跨度需求，且跨度越大其經濟性越高，同時該橋型造型優美，但該橋型索塔高度較高，在施工過程中存在較大的安全風險，同時對索塔的線性及外觀要求也很高。二是系桿拱橋，該橋型適用于200-300m 之間的跨徑需求，其優點是全橋受力性能好，但橋梁施工工藝較為復雜，同時還需要采用纜索吊裝配合施工，施工周期長，施工風險大且施工措施費用高。三是連續梁橋，該橋型結構簡單受力明確，采用懸臂法施工時對周邊環境影響較小，可滿足小于200m 以內跨徑的橋梁需求，但其施工中掛籃受力較大，必須做好受力復核，同時需嚴格把控施工工藝確保梁體線性滿足要求。在蘇臺高速（二期）TJ05 標屠家浜橋上跨杭運河二通道（60+100+60）m 連續梁施工中，由于該連續梁跨度很大且所處區域為復雜航道，使得施工難度大大增加，同時對航道通行存在很高的安全風險，而且對連續梁施工質量及線性控制也提出了很高要求，為此項目部對該連續梁施工中掛籃受力進行認真計算分析，同時對連續梁施工中的各項工序進行嚴格把控。通過一系列措施，不但安全順利地完成了該大跨度連續梁施工，保障了航道的運行安全，而且成形后的梁體質量及線性也滿足相關要求。通過現場實際應用，該上跨復雜航道高速公路大跨度連續梁施工所涉及的相關技術在實際應用中取得很好的效果。

1 工程概況

蘇臺高速（二期）TJ05 標屠家浜橋左幅第5 聯（右幅第6 聯）為（60+100+60）m 變截面連續現澆箱梁，上跨京杭運河二通道北延工程（規劃三級航道），連續現澆箱梁橋墩編號為20#墩～23#墩。

連續梁采用左右分離斷面，每幅橋采用單箱單室直腹板變截面預應力混凝土箱梁，左右幅橋梁寬度：16.25m，掛籃懸澆和邊跨支架現澆段箱梁翼緣板等寬。箱梁翼緣寬度3.875m，懸臂端部厚度0.2m，根部厚度0.65m。底板寬8.5m；墩頂梁高6.0m，跨中及現澆段梁高2.8m，箱梁高度及底板厚度按1.8 次拋物線變化，腹板厚度變化段為8、9號節段，厚度為0.65～0.9m；現澆段根部頂底板厚0.65m，腹板厚1.1m，跨中斷面頂板厚0.3m、底板厚0.3m，腹板厚0.65m，墩頂斷面頂板厚0.65m，底板1.25m；腹板厚度1.1m；主橋采用C55 混凝土?？v橫豎向預應力采用高強度低松弛鋼絞線。端橫梁寬度為1.5m，中橫梁寬度3m。（圖1）

圖1 連續梁總體設計圖

2 連續梁總體施工方案

（60+100+60）m 連續梁兩個主墩設墩頂0#段，采用支架法施工；懸臂節段共設48 段，采用掛籃對稱懸臂澆筑法施工；邊跨設邊跨現澆段2 段，采用落地支架法施工；合龍段共設3 段，采用掛籃作為合龍懸吊支架進行施工。

懸臂段掛籃綜合考慮梁體重量、尺寸及其他因素，按照本橋最大梁段重量167.1t、最長節段長度4m、梁頂寬16.25m、梁底寬8.5m 及其他參數進行設計，適用于所有懸臂段施工。掛籃設計形式為三角形掛籃，由主桁系統、底模系統、模板系統、吊掛系統、錨固系統及走行系統六大部分組成。其中作為掛籃最為重要的受力桿件主桁架由下弦桿、前斜桿、后斜桿、立桿及橫聯組成，主桁架桿件均由2-40#b 槽鋼+2-30#b 組焊制作，桿件間通過銷軸連接。桿件上下使用12mm 厚鋼板作為綴板將兩幅桿件連接為整體，桿件間按照700mm 間距使用10mm 厚鋼板作為加強隔板，桿件端部通過設置φ100mm 銷軸連接孔，并使用30mm 厚鋼板作為加強板將銷軸連接處加強受力。前下橫梁、后下橫梁均采用雙拼I400 型鋼，縱梁采用I280 型鋼，縱梁與前、后下橫梁點焊固定。（圖2）

圖2 掛籃縱斷面布置圖

3 懸臂段主要施工工藝

3.1 懸臂段施工工藝流程（圖3）

圖3 懸臂段施工流程圖

3.2 掛籃安裝

0#段施工完畢后在梁頂面橫向中心線向1#段安裝首節走行軌道，安裝前找平走行軌道梁頂面，準確定出行走梁中線，然后安裝錨固螺拴、鎖定走行軌道梁。主桁架拼裝前先將掛籃后支座反扣裝置安裝在走行軌道上，并和前支座一道固定在走行軌道適當位置，最后再將主桁架與走行支座連接，主桁架采用在地面整體拼裝成形后，再吊裝，在左右兩片主桁架橫聯安裝前，可通過在0#段頂板預埋鋼筋斜拉或設置臨時纜風繩等采取有效措施防止主桁架側向傾倒。待0#段兩端的主桁架均拼裝就位后，將橫向連接系、后錨固橫梁、前上橫梁等依次安裝就位。

在安裝完畢掛籃主桁架后，立即安裝掛籃后錨吊桿及扁擔梁，并利用千斤頂對掛籃后錨吊桿施加力進行錨固，然后進行掛籃模板吊桿及外模板的安裝，安裝完成后接著外滑梁的安裝工作?？衫玫踯噷⑼饣捍┤胪饽１臣苤胁⒐潭ǎ谕饣汉蠖舜┤牍潭盎顒踊虻跫?，利用吊車整體吊裝，前端錨固在事前下放好的前吊帶上，后端由翼緣板預埋吊帶孔處下放精軋螺紋鋼吊桿，并用雙螺母將固定吊架錨固于吊桿之上。上述掛籃主要構件安裝后再依次安裝內滑梁、內模板及其他附屬構件的，直至整個掛籃全部安裝完畢。（圖4）

圖4 掛籃走行系統工作示意圖

3.3 掛籃預壓

掛籃安裝完成后，全面檢查安裝質量，檢查合格后進行現場靜載預壓，采用1.2 倍最大節段梁重荷載進行分級加載，充分消除掛籃在加載狀態的非彈性變形并測量掛籃的彈性變形值，以便合理地設置懸臂澆筑段的立模高程。

掛籃底模及側模安裝好后并通過結構驗收后，模擬施工荷載分布情況，根據設計圖紙，本連續梁懸臂最重節段為1#段，混凝土方量63.1m3，重量167.1t，節段長4.0m，靜載預壓采用單只掛籃的預壓荷載按照梁段、模板及排架自重加施工荷載來考慮，入模荷載2kN/m2，振搗荷載2kN/m2，人員機具2.5kN/m2，模板及排架3kN/m2。

作用在掛籃上最重荷載：2×16.25×3.5+2×16.25×3.5+2.5×16.25×3.5+3×2×2×3+1671=2076kN

預壓總重量207.6t，預壓加載按照60%（124.56t）、100%（207.6t）、120%（249.12t）分級加載，加載使用混凝土預制塊。

3.4 懸臂段鋼筋與預應力安裝施工

節段鋼筋采用整體綁扎，先進行底腹板鋼筋安裝，底腹板鋼筋驗收合格后安裝內模，內模安裝完成后進行頂板及預埋鋼筋安裝，在綁扎鋼筋的同時安裝預應力管道。底板底層鋼筋安裝的同時安裝腹板鋼筋骨架，腹板鋼筋骨架平行于底層鋼筋位置安裝，上部進行臨時固定防止傾倒。

腹板鋼筋骨架安裝后在其內部設計指定位置安裝豎向預應力鋼筋（包括螺母、錨墊板、螺栓筋、注漿管、鐵皮套管等），安裝時注意預應力鋼筋間距，保持分布均勻且垂直，注漿管安裝后使用膠帶纏堵防止進漿堵塞。梁段內模安裝完成后安裝頂板鋼筋，頂板鋼筋安裝方式同底板，特別注意的是，頂板接觸網、擋砟墻、電纜槽、欄桿等相關預埋鋼筋較多，安裝前需對位置準確放樣，拉線預埋，保證預埋筋安裝線形順直。

3.5 懸臂段混凝土澆筑施工

澆筑混凝土前，仔細檢查鋼筋保護層墊塊的位置、數量及其緊固程度，并指定專人作重復性檢查，以提高鋼筋保護層厚度尺寸的質量保證率。同時還要測定混凝土的溫度、坍落度和含氣量等工作性能，只有拌合物性能符合本技術條件要求的混凝土方可入模澆筑。澆筑過程要秉持“對稱、平衡、均勻”的原則，澆筑時要分層分段的進行。在振搗混凝土過程中，加強檢查模板支撐的穩定性和接縫的密合情況，以防漏漿。

混凝土澆筑完畢后1h 內，對混凝土進行保濕養護，保持混凝土表面養護期間混凝土芯部溫度不超過60℃，芯部與表面、表面與環境溫度均不超過20℃。養護時以土工布覆蓋混凝土表面并不斷灑水，灑水次數以混凝土面濕潤狀態為度，白天1～2h 一次，晚上4h 一次，灑水養護不少于14d。

4 掛籃受力計算

4.1 荷載取值

本設計計算采用容許應力法，荷載的計算只是計算實際發生的荷載，而不再增加荷載系數。混凝土容重根據采用26.5kN/m3，灌注混凝土時考慮混凝土梁重的10%作為超灌荷載及施工荷載。

Q235B 鋼材抗彎抗壓抗拉強度容許設計值按[σ]＝150MPa 控制；抗剪強度容許設計值按[τ]＝90MPa。

Q345B 鋼材抗彎抗壓抗拉強度容許設計值按[σ]＝220MPa 控制；抗剪強度容許設計值按[τ]＝130MPa。

4.2 掛籃主桁架受力計算

掛籃桁架計算時以澆筑完混凝土未張拉前為最不利工況進行計算，作用在掛籃上的荷載有：模板自重+超載+動力附加荷載+人群及施工荷載。掛籃自重由軟件自動生成，桁架桿件的應力如圖5 所示。

圖5 掛籃在最不利工況下其應力圖

從應力圖中可以看出，最大應力是58.1MPa＜[σ]＝150MPa，均能滿足要求。

4.3 壓桿穩定檢算

對于AC、BC、CD 桿件均屬于壓桿，其斷面是組合槽鋼口對口焊接的箱形結構，立桿應力最大，受壓力是1749kN，計算長度按5.0m 考慮。桿件截面特性如圖6所示。

圖6 桁架壓桿參數圖

壓桿的柔度是：

5.0m÷iy＝41.2

查表得壓桿軸心受壓穩定折減系數得：

φ＝0.894

那么折減后的壓桿應力最大是

58.1MPa÷0.894＝65.0MPa＜[σ]＝150MPa，滿足要求。

4.4 橫梁受力檢算

計算時采用單根HN700×400 桿件進行，所得變形及應力等結果均減半。通過桁架受力圖可得知支點反力是728.5kN，即單個主構架前端承受的荷載是728.5kN。為確保主構架的受力安全，計算主構架時將此荷載放大1.1 倍進行，因此計算荷載按800kN。（圖7）

圖7 橫梁彎矩、剪力圖（kN·m）

最大剪應力τ=Vmax*S/I/tw

=460.14*3124394/1936200000/13.0*1000/2

=28.6MPa≤[τ]＝90MPa，滿足要求。

最大正應力σ=Mmax/γ/W

=420.03/1.05/5532000*1e6/2

=36.2MPa≤[σ]＝150MPa，滿足要求。

5 安全質量保障措施

①掛籃主桁吊裝到位后立即安裝后錨，各吊帶吊桿連接銷軸和插銷必須按規定安裝齊全，并由專人檢查確認合格后才可進行下一道工序。

②掛籃三角架體在安裝時需設置剪刀撐從而增強其整體穩定性，剪刀撐由鋼管制作與架體各構件聯結牢靠。

③掛籃安裝后，總包方組織監理、專業公司等相關方對掛籃進行檢查驗收，經驗收合格簽字后方可投入使用，驗收合格后任何人不得擅自拆改。

④掛籃產品所使用的各類鋼材必須有產品合格證，并符合設計要求，對于受力螺栓、承重插銷、導軌等重要受力部件，除應有鋼材生產廠家產品合格證及材質證明外，還應進行復檢，確保材料質量符合安全要求。

6 結束語

通過對該高速公路項目上跨航道的大跨度連續梁掛籃受力進行認真計算分析，同時對連續梁施工中的各項工序進行嚴格把控等一系列措施，不但安全順利的完成了該大跨度連續梁施工，保障了航道的運行安全，而且成形后的梁體質量及線性也滿足相關要求。通過現場實際應用，該上跨復雜航道高速公路大跨度連續梁施工所涉及的相關技術在實際應用中取得很好的效果，也為后續類似施工提供了借鑒和參考。