芦坑特大桥连续箱梁悬臂施工技术应用

2010-05-25黄斌范斌

海峡科学 2010年3期

关键词：挂篮梁体悬臂

黄斌范斌

芦坑特大桥连续箱梁悬臂施工技术应用

黄斌范斌

中铁二十四局集团福建铁路建设有限公司

介绍了芦坑特大桥连续箱梁采用挂篮悬臂施工的方法，成功解决了桥下高速公路的疏导难题，供相关技术人员参考。

连续梁悬臂施工挂篮

1 工程概况

芦坑特大桥全长5516.14m。为跨越昌九高速公路，在93#、94#、95#、96#墩间采用(44+88+44) m预应力混凝土连续箱梁，连续梁梁体为单箱单室结构，一联全长177.5m。

连续梁为变高度、变截面箱梁，中跨中部18m梁段和边跨端部9.75m为等高梁段，梁截面中心处高度为4.0m；在94#、95#中支点处设置6.0m的平段，中心处梁高为7.0m，其余梁段梁底曲线按二次抛物线线型设计；箱梁腹板采用直腹板，箱梁底宽6.70m，桥面板宽12.20m。梁体圬工采用C55混凝土，梁体纵向、横向预应力体系采用高强度、低松弛钢绞线，抗拉强度标准值f[pk]=1860MPa。全梁共分43个梁段，中支点0#段长度为12.0m，其余一般梁段长度分别为3.0m、3.5m、4.0m，中跨合拢段长度为2.0m，边跨合拢段长1.75m。

本桥的墩、台按常规方法施工，这里仅就连续梁的施工进行论述。

2 连续箱梁施工

首先进行94#、95#墩上0#段施工，之后进行其对应各悬臂浇筑段施工，施工完9/9’-10/10’ 节段后，进行中跨合拢段施工，最后进行93#、96#墩上边跨现浇段施工。

2.1 0#段施工

0#段施工顺序:支架安装→支架预压→底模及外侧模安装→底板钢筋绑扎→腹板及隔墙钢筋绑扎→腹板预应力波纹管及竖向预应力筋定位安装→内模安装→顶板及翼缘钢筋绑扎、预埋件安装→顶板纵向、横向波纹管安装定位→砼灌注→砼养生→预应力筋张拉及压浆。

2.1.1支架结构

针对本桥94#、95#墩墩身较高的特点，0#段支架立柱采用4根ø800mm钢管柱，钢管柱架设在已浇筑的承台上。其上采用四排贝雷片横放，作为横向支撑梁，贝雷片上采用Ⅰ28工字钢作为纵向分配梁，用来支撑模板并传递施工荷载至钢管立柱上。见图1。

图1 0#段支架示意图

2.1.2 支架预压

通过预压，对模架的强度、刚度、稳定性进行检验，以确保施工的安全；消除模架的非弹性变形；获取支架预压时的弹性变形值，绘出支架加载变形曲线图，并监测0#段的挠度及加载预压后的挠度变化情况；观测支点沉降，综合分析后，以确定箱梁底模的预留变形量。

根据预压结果调整底模标高后，进行0#段的施工。

2.2 悬浇段挂篮施工

根据本桥结构特点及现场情况并结合施工简便、经济的要求，箱梁悬臂浇筑采用自锚平衡式菱形挂篮。该挂篮具有节点少、刚度大、变形小、重量轻、施工灵活等优点。

2.2.1挂篮性能

本挂篮为箱梁节段悬浇施工挂篮，挂篮适用梁段重160t，适用梁段长度4.0m，适用梁顶宽度12.2m，适用梁底宽度6.7m，适用梁高4.0～7.0m。挂篮重约54t，挂篮行走方式为无平衡重走行。

2.2.2结构形式

本挂篮为菱形挂篮。主要由主构架、行走及锚固系统、吊杆系统、底托系统、模板系统等部分组成。见图2。

图2 挂篮结构图

1）主构架系统

菱形主构架各杆件间采用直径79mm、材质为40Cr 的钢销轴销接。在主构架上弦杆前端设有前横梁，用于悬吊前吊杆，前横梁上设操作平台及护栏以便于施工及安全。主构架竖杆之间采用中门架连接，以加强两片菱形架的稳定性。竖杆两侧各设一侧面吊架，用于悬吊挂篮底托系统及外侧模，便于挂篮的行走及倒退。后斜杆与侧面吊架采用角钢组焊的桁架连接，防止侧面吊架在挂篮行走过程中出现失稳现象。

2）行走及锚固系统

在梁体腹板两侧各预埋2根直径32mm的精扎螺纹钢筋，通过扁担梁锚固于挂篮尾部的连接墩处。挂篮的行走利用4付10t倒链葫芦（下弦杆每侧各1付）缓慢均匀地牵引两片主桁架向前移动，倒链着力点分别为下弦杆上的耳板和在挂篮前进方向预埋的弧形钢筋。为减小摩擦阻力，挂篮尾部设反扣轮系统，行走轨道表面及滑移支座与轨道之间设4mm厚不锈钢板。为便于施工操作，保证轨道表面的平整度，避免出现错台现象，设计采用整体撤轨的形式，行走轨道通过梁体的竖向预应力钢筋锚固。

3）吊杆系统

吊杆系统有吊带和吊杆，用来调节底模系统的标高。

4）底托系统

底托系统由前后托梁、底纵梁、限位纵梁、平台梁、前操作平台、后操作平台、侧护栏等组成，底纵梁与前后托梁采用螺栓连接，底纵梁与底模模板的横肋通过螺栓连接固定。浇注混凝土时，后托梁通过后吊杆锚固于已浇注好梁体的顶板及底板，前托梁通过前吊杆与前横梁相连。

5）模板系统

外侧模面板采用6mm厚钢板，纵肋采用[10槽钢，背楞采用2[10槽钢，背楞间距为1米。外侧模与底托系统的限位纵梁用调节支撑连接，可使侧模准确定位，并实现侧面吊架通过底纵梁与外侧模的受力转化过程。外侧模提吊梁前端锚固于前横梁，后端悬吊于已浇箱梁表面，拆模时放松锚固端，随平台下沉和前移。内模采用组合钢模板及辅助竹胶板，内部采用腹板及底板可调节型内模支撑架，外侧模与内模用对拉螺栓连接，采用内滑梁形式整体移动内模系统。

2.2.3挂篮受力计算

3#梁段长3.5m、重1552kN，以3#段进行挂篮整体设计（3#段为最重节段）。通过计算（计算过程略）来设计底模平台纵梁，前、后下横梁，并求其上支点反力。检算导梁受力是否满足要求，并求其前后吊点反力。通过前下横梁支点荷载，设计前上横梁，然后计算挂篮主桁各部件内力，并求出挂篮前支点反力和后锚固力。

2.2.4挂篮的安装

清理0#段梁顶面，测出梁体的中心线。行走轨道从0#段中心线对称铺设，轨道宽445mm，轨道中心至梁中心距离3050mm。在轨道铺设处码放钢枕，码放间距500mm，在钢枕上铺设轨道，利用斜垫铁找平轨道，经测量合格后锚固轨道。轨道的平整度、前后位置，两组轨道的平行度、对角线偏差均不超过±5mm。

将下弦杆前支点处连接板与滑移支座顶板螺栓连接，下弦杆后支点处连接板与反扣轮系统顶板现场焊接。单片菱形桁架采取整体吊装，挂篮尾部利用竖向预应力钢筋及预埋后锚钢筋，通过扁担梁锚固在连接墩上。

将中门架与竖杆上的耳板通过销轴连接，将侧面吊架与竖杆两侧的耳板通过销轴连接，先将前横梁与上弦杆上的连接板采用螺栓连接，然后焊接护栏斜撑，最后安装护栏并铺设平台木板。安装桁架附件，再安装吊杆及吊挂系统，然后吊装底托系统。利用2付10t倒链吊挂后托梁，通过前后吊杆分别与底托系统前托梁、后托梁销轴连接。

外侧模板与外侧模提吊梁组成整体，一起吊装。外侧模提吊扁担梁用3根直径32mm的精轧螺纹钢连接，2根锚固于箱梁顶板，1根连接在主构架的侧面吊架上。外侧模提吊梁前端通过提吊扁担梁用2根直径32mm的精轧螺纹钢连接在前横梁上。安装内模：先安装内滑梁，等底筋及腹板钢筋绑扎完后再拖内模就位(利用3t手拉葫芦移动内模)。内滑梁用6根直径32mm的精轧螺纹钢连接。其中2根连接在前横梁上，4根锚固于箱梁顶板。安装端模板。调节前横梁及梁体上的千斤顶的高度，检测符合要求后，紧固所有锚固筋。

2.2.5挂篮试验

为了确保挂篮施工的安全运行，在挂篮试拼后，必须进行等效模拟加载试验，以检验挂篮各部结构的承载能力、位移变形及行走运转情况，验证设计与加工的正确合理性。

加载试验在浇注1#段前进行，按施工中挂篮受力最不利的3#段荷载进行等效加载。试验过程中进行分级加载，分别按3#段混凝土重量的50%、100%、120%时（即77.6t、155.2t、186.2t）三种工况进行加载。测定各级荷载作用下前横梁、侧面吊架、中支点的挠度值以及挂篮各控制杆件的内力。根据各级荷载作用下挂篮产生的挠度绘出挂篮的荷载—挠度曲线，由曲线可以得出使用挂篮施工各梁段时将产生的挠度，为悬臂施工的线性控制提供可靠的依据。根据最大荷载作用下挂篮控制杆件的内力，可以计算挂篮的实际承载能力，了解挂篮使用中的实际安全系数，确保安全可靠。充分消除挂篮产生的非弹性变形。悬臂浇注施工过程中，将挂篮的弹性变形量纳入梁段施工预拱度计算中。

加载试验步骤：启动液压千斤顶，将各个顶位按等效集中荷载的50%进行加载。开始时应缓慢进油，注意保持各千斤顶的同步协调运行。到达理论值时，千斤顶保持衡压。荷载持续至少30 分钟后卸载，消除非弹性变形，测量并记录弹性变形值；分别测试挂篮前横梁、侧面吊架及中支点的挠度值，并记录相关数据，描绘挠度曲线；分别将荷载增加到等效荷载的100%、120%，稳定后即可进行有关项目的测试。

根据实测值得出有关挂篮弹性变形值、塑性变形值、弹性变形曲线，为施工预拱度提供基本数据。

2.2.6挂篮的移动

当1#段预应力张拉、压浆完成后，拆除锚固在梁体底板的内后吊杆，拆除锚固在梁体顶板的外侧模后提吊杆，调节前横梁上千斤顶的高度，使外侧模、底模及内模脱离混凝土表面。拆除后锚钢筋，将倾覆力传递给反扣轮。在已浇注好的1#段铺设一根与最长混凝土块等长的轨道，并与原有轨道焊接为一整根轨道。下弦杆两侧均焊有耳板，两侧各配有一付10t倒链，倒链一端固定于预埋在已浇筑好的梁体的弧形钢筋上，一端固定于下弦杆的耳板上。挂篮行走时，内滑梁在顶板预留孔处及时安装滑梁吊点扣架，保证结构稳定；挂篮移动必须匀速、平移、同步，采取划线吊垂球或经纬仪定线的方法，随时掌握行走过程中挂篮中线与箱梁轴线的偏差，如有偏差，使用千斤顶逐渐纠正；为安全起见，挂篮尾部用钢丝绳与竖向蹬筋临时连接，随挂篮前移缓慢放松。底模、侧模、主构架及内模系统同时向前移动，直至2#段浇筑位置。挂篮就位后，进行后锚，将倾覆力由反扣轮传递给后锚钢筋。

2.3 合拢段施工

合拢段施工是连续梁施工的关键，按设计要求先进行中跨合拢，后浇筑边跨段。

2.3.1中跨合拢段支架

移开一侧挂篮，另一侧挂篮前移至合拢段位置，将挂篮悬臂端支承在已浇筑完的箱梁顶面上，通过预留的孔洞，安装好吊杆，将挂篮作为合拢段施工支架。见图3。

图3 中间合拢段支架示意图

2.3.2中跨合拢段的施工

影响合拢段施工质量的主要因素是气温变化引起梁段的伸缩和混凝土凝固过程中的收缩，使合拢段混凝土可能产生拉裂或压坏。

合拢施工需设置临时体外型钢支撑作为劲性骨架，在合拢段口设置4道刚性支撑，强行阻止合拢段的伸缩，辅以荷载配重，以确保梁体的受力要求及结构安全和线型要求。施工中必须严格操作，注意精度控制，保证配重量及位置的准确性，以免发生危险,施工步骤如下：

1）测量合拢口标高及中线位置，必要时可采取适当措施进行调整校正，以满足施工规范要求。

2）在箱梁底板及顶板设置体外支撑。合拢前，先张拉钢束2N22和2N29(靠近腹板侧的钢束)，每束张拉力为设计张拉力的30%；接着将合拢段临时锁定；最后在夜间浇筑合拢段混凝土。在浇筑合拢段混凝土的过程中，在10#梁段外边缘处采用水箱加水法逐渐增加压重，至最大压重60t。

3）待梁段混凝土强度达到90%的设计强度，并达到相应强度的弹性模量，且不小于5天龄期后，拆除94#、95#墩临时支座，并拆除94#、95#墩永久活动支座的纵向临时限位装置，然后张拉钢束2N22、2N29至设计值，张拉N29的剩余钢束，锚固纵向预应力钢束N22、N29。在张拉钢束的过程中，逐渐拆除10#梁段压重。

4）张拉并锚固合拢段的竖向预应力钢筋及顶板横向预应力钢束。

2.3.3边跨现浇段施工

边跨现浇段长1.75m，梁高4.09m，箱梁为等高截面。中跨合拢段施工完后再进行现边跨现浇段施工，采用在墩顶横向设两根Ⅰ28工字钢，工字钢长12m，间距2.3m，工字钢间顺桥向距墩中心各3.5m，两侧焊两根Ⅰ28工字钢，采用L型角钢与横向工字钢夹焊在一起，形成方型支架，支架与墩顶钢筋焊牢，通过支架支承外模施工，墩顶腹部下底模采用竹胶板，采用方木等做支承体系，然后进行砼浇筑，拆除边跨支架，完成体系转换。

2.3.4合拢段施工要点

1）合拢前精确测量两端梁段中线及标高，若两悬臂端高差大于1cm时，较高一端应增加压重，以调整其高差。灌注混凝土时根据灌注量同步减载。 2）混凝土灌注应选在一天中气温最低的时间，当地0时至6时气温最低，而且在这段时间气温无太大波动。混凝土在0时～2时两小时内一次性浇筑完毕，混凝土灌注结束，及时加强养护，在早晨气温将上升前及早覆盖并浇水降温养护，达到张拉强度后及时张拉。

3）合拢口的锁定，应迅速对称地进行，先将体外刚性支撑一端与梁端部预埋件焊接或栓接，然后利用体外临时撑杆调节合拢段间距，再迅速将体外刚性支撑另一端与梁连接，临时预应力束应随之快速张拉。在合拢口锁定后，立即释放一侧的箱梁固定约束，使梁一端在合拢口锁定的连接下能自由伸缩。

4）合拢口混凝土宜比梁体提高一个等级，采用微膨胀混凝土并作早强处理。浇筑时应认真振捣，加强养护，梁顶受日照部分必须加以覆盖。