三向变截面偏心连续箱梁挂篮施工法

罗兴友

（上海申伸强建设有限公司，上海 201201）

1 工程概况

申江路工程1标跨川杨河选用三层式钢筋混凝土预应力连续箱梁，采用悬臂式挂篮施工法。其顶层为申江路主线高架桥，采用48 m+75 m+48 m三跨斜腹板双箱六室纵、横、竖三向变截面预应力混凝土连续箱梁。主桥中墩处梁高4.5 m，跨中梁高2.8 m，箱梁顶全宽37.2 m，单箱底宽从中横梁处6.294 m变化至跨中9.694 m，梁底按二次抛物线（y=f-4f/L2×X2）变化。中层为申江路地面桥，采用55 m+75 m+55 m三跨单箱单室直腹板连续箱梁，该截面分上下两层，上层为机动车道，下层分非机动车道、人行道。箱梁采用对称悬臂挂篮法施工，连续箱梁均采用三向预应力体系（见图1）。

2 施工部署

根据该桥梁工程横断面布置形式，采用先顶层主线高架桥后中下层地面桥（同一结构断面）施工原则。主线高架桥为双箱六室断面形式，箱梁顶总宽37.2 m。考虑到两幅同时施工受操作面影响，且不易控制两幅平衡，为防止两幅桥面连接处受不平衡荷载影响而开裂，故采用分离式阶梯状（分两幅前后相距两个节段进行）挂篮施工法。全桥合拢后在两幅间浇筑后浇施工带（宽1.0 m湿接头）。

3 施工重点

根据设计图纸，主线桥挂篮施工重点在于桥梁结构在纵、横、竖三向变截面，因此对挂篮的设计及施工提出了更高的要求，特别对结构的线形及高程控制，以及模板拼接等诸多方面，都必须做到精心施工、严格控制，一丝不苟。另一方面在于主线桥单箱三室结构中心与支座中心偏心2.793 m，在挂篮分幅阶梯施工时将产生不平衡，该桥施工的重点亦即在此。

4 零号块施工技术措施

4.1 零号块临时墩的设计构想

因主线高架桥结构中心与支座中心偏心2.793m，在挂篮施工时将产生不平衡弯矩而失稳，结合工程实际，采用主墩两边设置钢筋混凝土临时支墩而临时固结墩梁，承受施工时由墩两侧传来的悬浇段荷载的技术措施。临时支墩满足悬浇一个节段产生的最大不平衡弯矩，并有足够的安全度。

在设置临时墩时，利用现有大体积承台的有利条件，在每只承台上设置8只断面尺寸120 cm×120 cm强度为C40的钢筋混凝土临时墩（主筋28Φ25，箍筋￠10@100mm）。临时墩之间设80cm×80 cm横系梁相互拉结并同时与主墩拉结，支墩下部与承台底部筋焊接锚固。每4只临时墩组成倒棱台形，底部靠近主墩，并以斜交20.3°的角度将临时墩的顶部对应箱梁底的直腹板下（见图2～图 8）。

4.2 临时墩的验算

（1）各节段荷载之和经计算为1883.5 t（0#～9#节）。

（2）单根临时墩自重为72.9 t。

（3）临时墩强度计算：按临时墩承受箱梁全部荷载，支座在施工期间不受力，则每个临时墩受压力：Nt=10721 kN（按两临时墩受力相同）。

实际每个墩柱允许承受轴心压力：[Nt]=30763 kN＞Nt=10721 kN。

结论：单幅桥每侧设置2根1200mm×1200mm临时墩柱抗压验算满足要求。

（4）抗倾覆验算：

抗倾覆验算考虑满足抵抗一个节段的最大弯矩以控制临时支墩为转点，经计算，最大倾覆弯矩在9#节段，当产生不平衡倾覆矩时，实际考虑一侧9#块已完成，另一侧9#块完成1/2（受力如图9所示）。产生不平衡荷载时的倾覆矩和抗倾覆矩：M不平衡矩=21368 kN·m。

则单个柱最大承受压力：N压=13155 kN＜[Nt]=30763 kN。

结论：产生不平衡倾覆矩时，立柱的承压力验算满足要求。

（5）受剪计算：

临时墩倾斜产生的水平力经计算为2366.545kN，墩内 28Φ25 抗剪力[τ]=2474 kN＞2366.545 kN。

4.3 临时墩的施工

根据临时墩的尺寸及布置形式，在施工时主要做好平面定位，特别是顶部的平面位置确定，模板、钢筋及混凝土的施工按规范要求执行。

5 挂篮施工

根据图纸，单幅桥节段最长4 m，悬臂端最高4.055 m，箱底宽为 6.294～9.694 m,箱顶宽 18.6 m，节段最重152 t。该挂篮设计的原则在于确保安全的前提下，满足适应该工程纵、横、竖三向变截面的施工要求，做到结构轻型、操作方便、便于线形控制，故设计成改良的三角形型钢组合后锚式挂篮，单只重量约60 t，满足设计提出不超过80 t的要求，与最重节段比为0.39，满足规范要求。

5.1 挂篮构造

由承重、吊挂、锚固、行走移动、模板系统及操作平台组成（材料如表1所列）。

表1 单只挂篮材料表

5.2 承重系统

最重要的系统，包括组合导梁（纵梁、斜杆、立杆）、上横梁、下横梁、下纵梁。

5.3 吊挂及升降系统

其作用是将底模荷载、张拉平台重、施工荷重、震动力和梁块自重等传递到纵梁上，包括主吊带和翼芯模次吊带。

5.4 锚固系统

在每组合导梁的后部，用3根32 mmJL785级精轧螺纹钢筋（按设计间距预埋在箱梁腹板部位），并用17 cm长的工具接和120 cm工具筋和已浇梁体锚固系统进行锚固。

5.5 行走系统

在每根主导梁下设置1组行走反压轮后锚（4只Φ100宽8 cm滚轮，2根Φ50轮轴组成）；另设1组后锚保险反压块，行走道轨（用2 cm厚钢板按反桥面横坡制成两侧不等高，以抵消桥面横坡对挂篮的影响），行走动力为倒链葫芦缓慢拉动使导梁前移。

5.6 模板系统

由底模板及翼模、箱梁芯模组成，模板系统注重混凝土外观质量和底模外线型的可调性，以刚度控制设计。

5.7 操作平台

利用下纵梁等用φ48搭建而成，并设置安全围护。

6 三向变截面施工的技术措施

主线高架桥截面为变宽度和变高度的形式，且为直线和二次抛物线曲线的复合形式，形成纵、横、竖三向变截面，整体线形控制比较复杂。整联箱梁结构尺寸及线形主要从挂篮模板设计、测量技术、节段混凝土浇筑过程、箱梁挠度监控等四方面控制。

6.1 挂篮模板系统

箱梁截面变化特点为顶板宽度不变，梁底在二次抛物线y=f-4f/L2×X2竖向变化中底板逐渐提升变宽而外斜（中）腹板逐渐变低。因此，为确保箱梁截面符合设计要求，挂篮外侧斜腹模板及翼缘底模按2#节段箱梁设计尺寸做成整体钢模，满足刚度要求，尺寸按挂篮施工段最高的截面加工，通过吊带吊挂于上横梁，变化过程中利用吊带调节高度。底模按照箱梁底板尺寸最小宽度（2#块）分块加工定型钢模，分三块，中间一块固定，两边底模按照结构宽度向外侧平移扩展，扩展部分用木模拼装，扩展的宽度事先根据设计尺寸定制并编号，方便使用，每节段更换拼装木模，底模纵梁间设置横联。为防止斜腹模板在混凝土浇筑时由于侧压力跑模，斜腹模板与底模拼接处外侧设置背档梁，用千斤顶顶紧。斜腹模板中间同样设置背档梁，两模板前端用Ф32精扎螺纹钢对拉，后端与已浇筑的腹板拉结，保证混凝土浇筑时牢固不变形（见图 10）。

6.2 测量技术

6.2.1 测点布置

高程测量按Ⅲ等水准高程精度控制联测，主桥高程的水准点，每10 d复核一次，在各节段断面中心处，翼缘悬臂端内20 cm处等布设高程测点，监测各工况下断面标高。导线点每30 d复核一次，并有复测记录；实行“一测两复”制（施工单位测量、复核，监理复核）。

6.2.2 高程控制

挂篮在墩顶梁段上安装完成，进行预压测试，以尽可能消除非弹性变形和获得调整数据。挂篮安装（推进）到位，平面位置确定后，收紧后吊点，使底模紧贴于箱梁底板。调节前吊点，将底模（前端断面位置）调整到指定标高，对底模标高进行复测，标高符合设计和规范要求后施工钢筋和模板、支架。立模标高为：HL=HS+YY+△g（式中：HL-立模标高，YY-计算的预抛高值，HS-设计标高，△g-挂篮变形值）；分段浇筑或张拉后的预计标高为HY=HL-△g-X0（式中：X0-浇筑当前节块的下挠值或张拉钢筋后的总下挠值）。在顶板钢筋和模板基本完成后，复核顶板标高，高程超过允许误差必须利用挂篮前吊带的升降调整。

节段混凝土浇筑后，测出各测点的实际标高，待断面纵向束张拉、挂篮推进到位后，均需测量各中轴线控制点中翼缘及箱梁底部各标高控制点的标高，并记录在案。根据实测情况，逐步调节挂篮底模标高，以确保线型控制满足设计要求。合拢段施工前，监测合拢节段混凝土标高，控制在1 cm以内。紧随其后的另一幅箱梁施工高程控制必须与先前一幅已完成的箱梁混凝土进行联测，确保两幅箱梁间的后浇带混凝土平顺衔接。

6.2.3 轴线控制

利用布置在主墩0#块中心的轴线控制点，对现浇箱梁每节段进行轴线控制，特别在挂篮移动过程中，必须做到同步。在合拢段施工、合拢束张拉，以及临时固结解除，均需对全桥桥轴线控制点进行全面测量。

6.2.4 宽度控制

挂篮就位时，在外斜腹板模板前端按设计节段尺寸刻划底模高度标记线，并用经纬仪量测出挂篮底模中轴线、外边线、翼缘板外边线以及节段位置线，并根据设计和第三方监控提供预抛高数据测量底模和翼缘板高程，外模整体定位后校对底模高度标记线，再用尺量节段前后的断面尺寸。由于横向截面宽度与竖向高程变化有密切的关系，故在宽度控制时必须与桥梁轴线、高程协同一致，才能确保线形悠美，接缝平顺。

6.3 加强混凝土浇筑前检查和浇筑过程中控制

混凝土浇筑前主要检查挂篮每根吊带的松紧程度，确保每根吊带受力均匀；检查内外侧模对拉螺杆的情况，防止个别螺杆松动导致涨模、跑模。

混凝土浇筑时派专人落实每个混凝土工的振捣范围，防止模板因多支振捣棒小范围集中振捣造成局部侧压力过大而涨模；严格控制混凝土的坍落度，确保腹板底部倒角处尺寸及密实度；落实应急预案，派专业木工守模，发现异常及时加固。

6.4 挂篮施工中的挠度控制

对①挂篮行走前，②挂篮行走后，③灌注前，④灌注后，⑤张拉前，⑥张拉后6个阶段分别观测挠度变化，合理地控制梁体挠度，并通过前几个梁段的实测值，使用二元线性回归方程分析，推算下一个梁段的预留量。在合拢前必须进行联测，互相协调，保证合拢精度。

7 施工效果

经过认真的挂篮施工、精确的应力张拉、严格的施工控制，挂篮中跨合拢段两端的实测标高施工误差仅为8 mm，悬臂端（近现浇端）的实测标高误差为15 mm（悬臂端比设计标高高15 mm）。设计桥面裸梁顶标高与实测值误差均在规范（L≤100，允许误差为±20 mm）要求内，得到现场监理及第三方监测单位的肯定与认可。

表2 挂篮施工标高误差值汇总表

8 结语

通过该工程对复杂线形及三向变截面连续箱梁挂篮法施工，在确保箱梁线形及混凝土结构的前提下，优化挂篮模板及吊挂升降系统的设计方案，充分利用成型化、模具化的模板结构，节省了成本，并且操作灵活、可控性强。结合施工过程的精细测量，对重点部位的严格监控，取得了较好的成效。整座桥梁外观线形悠美，接缝平顺，气势宏伟。实践证明，该施工方法对“特殊”变截面连续箱梁的结构施工具有一定的借鉴作用。