三角形挂篮在把水寺大桥悬臂浇筑中的应用

隋文忠

(中铁三局西南地区指挥部，四川成都 610031)

1 工程概况

把水寺大桥位于湖北省利川市团堡乡柴家湾区内，主桥跨径组合为55+100+55，是湖北沪蓉西高速公路X9标段的控制性工程。主桥上部为三跨预应力钢筋混凝土连续刚构体系，下部结构为桩基支托承台基础，墩身为薄壁空心墩，最大墩高57.6 m。主桥上部构造采用单箱单室箱梁，箱梁顶宽12.5 m，底宽6.5 m。主墩顶设两道横隔板，中跨跨中、边跨梁端各设一道横隔板，箱梁采用三向(纵向、横向、竖向)预应力体系。主桥边跨分12个梁段，中跨分11个梁段，其中0号、12号节段在墩顶支架上浇筑;主桥节块采用悬臂浇筑，逐段对称平衡进行;11号，11'号合龙段采用吊架施工。合龙段的施工顺序为先边跨合龙后中跨合龙，中跨合龙采用劲性骨架强迫合龙。

2 施工准备

2.1 施工放样

针对本桥的测量密度和精度要求，采用莱卡全站仪对箱梁平面位置进行施工放样，确定箱梁局部特征点和箱梁立模边线。本桥测量采用建立局部三角控制网与总路线导线点相连接，所有测量仪器定期进行校核，以保证测量精度要求。

2.2 配合比选定

箱梁C55混凝土配合比如表1所示。

水泥∶粉煤灰∶矿粉∶水∶沙∶碎石∶外加剂=1∶0.12∶0.13∶0.39∶1.74∶2.84∶0.012 5。

表1 箱梁C55混凝土配合比 kg

水泥:华新堡垒牌P.O42.5级;粉煤灰:阳逻Ⅰ级;矿粉:葛洲坝股份有限公司生产;河砂:青江屯堡产;粗骨料:5 mm～25 mm级配碎石(把水寺料场);外加剂:武汉浩源PC100高效减水剂。

2.3 挂篮准备

在施工现场制作了2套三角形挂篮(见图1)，结合全标段的工期要求，按先右幅后左幅的施工顺序，首先进行右幅13号墩及14号墩两个T构。

3 挂篮介绍及检算结果

3.1 挂篮介绍

主纵及塔架系统:塔架是由两片外型呈三角形的桁片在其顶部横向设置2 m高的联结系组成的空间桁架，主纵梁由2根Ⅰ55轻型工字钢组成，并在塔架立柱后侧设置2 m宽的平面联结系，以提高主桁的稳定性和刚度。

行走及锚固系统:挂篮前移时，通过后锚千斤顶将上拔力转换到行走小车上，由反扣于工字型钢轨道上的行走小车来平衡倾覆力矩，前支点采用底贴不锈钢板组合滑船，由液压油缸顶推前移。

起吊系统:用以连接挂篮主桁架和底模平台，吊带选用□160×32锰钢吊带。上端悬吊于前后横梁桁片上，下端与前下横梁连接，用液压提升装置来调节底模系统的标高。

图1 挂篮总体构造图

底篮系统:底篮系统由底篮前后横梁、纵梁等组成，模板直接铺于底平台上，前后横梁悬吊于主桁架，浇筑混凝土时，后横梁锚固于前段已完箱梁底板。

模板系统:模板系统包括外模、内模及堵头模板等。外模、内模分模板、骨架及滑梁，均在施工现场自制，外侧模采用5 mm钢板，底模采用墩身现有模板拼装。支承模板及滑架的滑梁前端悬吊于主桁。滑梁后端悬吊于已浇箱梁翼板，浇筑混凝土时锚于前段已完箱梁翼板，拆模时放松锚固端，随平台下落和前移。内模下部模板采用组合钢模和型钢带组成，与外模对拉，内支撑固定。堵头模板因有钢筋和预应力管道伸出，其位置要求准确，采用钢模板，根据钢筋布置分块拼装，随后和内外模连接成整体。

3.2 挂篮检算结果

采用有限元软件ANSYS10.0进行三维有限元分析计算，从1号段的复核结果看三角型挂篮各杆件强度和刚度均满足规范要求。工作状态倾覆稳定系数:＞2;行走状态倾覆稳定系数:＞2，在最大受力作用下，主桁前端最大挠度27 mm。

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4 主要施工工艺及施工要点

4.1 0 号段施工

0 号块梁长10 m，高5.665 m，底板厚0.7 m，顶板厚 0.28 m、腹板厚0.65 m。0号段箱梁采用三向预应力体系，即纵桥向预应力、竖向预应力和横向预应力。纵桥向预应力钢筋采用高强低松弛φS15.24 mm钢绞线、横桥向预应力钢筋采用高强低松弛φS12.7 mm钢绞线，竖向预应力钢筋采用 φ32精轧螺纹钢筋。与1号梁段接头处梁高5.311 m。0号梁段混凝土方量223.2 m3，重约570.06 t。0号块采用托架施工，由于0号块箱梁高度较小，混凝土用量不大，且经检算托架能够满足要求，故一次浇筑成型，托架布置(见图2)。托架搭设完毕后对其进行加载试验，按设计荷载的120%对其进行预压，预压方式采用施加预应力的方案，预拱度暂按3 cm考虑。通过加载试压确认托架的安全可靠性，同时消除托架的非弹性变形，测出托架的弹性变形，为立模标高提供准确数值。采用在承台侧面设置φ50钢棒，用φ15.24钢绞线向下施加拉力，进行斜拉预压。分级进行加、卸载，每级加载、卸载后及时测量水准测点的数据，每隔1 h的变形不超过1 mm时认为变形稳定，进行下一级加载。加载过程中应同时观察结构变化情况。0号块混凝土施工属于大体积混凝土，且由于0号块的几何形式，都不利于混凝土浇筑时产生的热量释放，极易在混凝土浇筑完成后产生温差裂纹。因此采用在横隔板人洞处设置两台鼓风机降温和及时洒水养护的措施进行预防，结果显示能够达到预期要求。

4.2 循环段施工

挂篮拼装完毕后，进行静载预压试验。采用在承台侧面设置φ50钢棒，用6根φ15.24钢绞线向下施加拉力，进行斜拉预压。静载试验是以1号梁段重量值为荷载试验值，1号梁段钢筋混凝土为 52.85 ×2.6 t=137.41 t，节段长度为 3.75 m，最大加载量为实际结构最大节段重量的1.2倍，试验过程中采用分级加载和卸载。对挂篮主桁进行预压试验的主要目的是消除主桁的非弹性变形，测试主桁的变形曲线，保证挂篮的强度和稳定性。

加载程序(见表2)。预压钢绞线布置图见图3。完成挂篮拼装、加载试验等工作后，严格按照设计文件要求的程序和以下的流程框图(见图4)，进行1号～10号节段的循环施工。悬臂两端混凝土浇筑同步进行，其差值不得大于设计要求。悬臂最大时，必须严格控制外荷载与偏心荷载。

表2 加载程序表

4.3 边跨现浇段施工

主桥箱梁两边跨各有3.86 m现浇段，采用托架(如图5所示)施工。托架的加工及安装与箱梁0号块的托架施工为同一班组，通过0号块的预压情况来看，满足施工要求，故托架未进行预压。施工流程:托架安装→安装现浇段底模和侧模(底模下设楔形调整块和钢滚筒滑移装置)→测量底板高程(包含预抬值)和位置→绑扎底、腹板钢筋及安装预应力钢筋→装端模和腹板模、内顶模→绑扎顶钢筋及安装预应力筋→自检及监理工程师验收→浇筑混凝土→养生凿毛→拆除端头模板→张拉竖向预应力筋和顶板横向预应力筋→拆除部分内外模板。

现浇段施工过程中，由于梁段的悬浇对过渡墩墩身产生偏压，故在浇筑混凝土时需对其进行配重。在设计图中无此项要求，经计算现浇段的荷载对墩身无影响，考虑墩身和托架的安全性，故配重为20 t，采用堆载砂袋进行。

图2 托架布置图

图3 预压钢绞线布置图

4.4 合龙段施工

箱梁的合龙是控制全桥受力状态和线形的关键工序，因此箱梁的合龙顺序、合龙温度和合龙工艺都必须严格控制。全桥箱梁合龙由边至中对称进行，即先合龙边跨，后合龙中跨。把水寺大桥箱梁的合龙采用吊架施工(见图6)，合龙温度及线形控制由监控单位根据现场情况提供。合龙锁定采用内刚性支撑和外刚性支撑两种形式，内刚性支撑采用热轧无缝钢管加工而成，其中部分钢管兼作预应力钢束管道。外刚性支撑采用8件［40槽钢焊接而成。T构施工完成后，在两端对称拆除挂篮且同步加载配重，直到标高达到监控预拱要求，以避免挂篮拆除后上挠。待混凝土达到一定强度后，安装吊架。按设计要求临时张拉相应预应力钢束，同时根据监控单位提供的温度将其快速锁定。

在锁定前，应对合龙段进行配重，配重重量原则上与合龙段混凝土的重量相同，每悬臂端各配一半重量。设计合龙配重71.5 t，采用堆载钢筋，合龙段混凝土浇筑过程中，边浇筑混凝土同时边卸载同混凝土重量的配重，浇筑完成后卸载也完成。待合龙段混凝土强度达到要求后，及时张拉并压浆，对外刚性骨架及吊架进行拆除，并及时封端。

图4 箱梁悬浇施工工艺流程图

图5 边跨现浇段托架布置图

图6 合龙段吊架图

4.5 悬浇施工监控措施

成立把水寺大桥监控量测小组，小组配备全站仪、高精度水准仪、电脑等设备，对箱梁每个施工节段前端的左、中、右三点进行监控量测，主要监测数据有:

1)已浇段高程测量:挂篮行走前梁端左、中、右三点高程;挂篮到位后梁端左、中、右三点高程;浇筑前梁端左、中、右三点高程;浇筑后梁端左、中、右三点高程;预应力张拉后梁端左、中、右三点高程;

2)浇筑段高程测量:浇筑前模板高程、浇筑后模板高程、预应力张拉后模板高程;

3)线型控制:每个节段立模前后分别对箱梁纵、横线位进行测量监控。由于全桥位于R=2 500的右偏曲线上，在预应力施工中及施工后要严格监控，避免线型的横向变位;

4)温度测量:上述测量进行时，每次记录相应时段的温度。浇筑混凝土前对每个节段进行上述测量，并对各节段数据进行累加统计分析，与设计图提供数进行对比。如不吻合则及时报监控小组，对预应力值或立模标高值等进行调整，以保证箱梁线型与设计图符合。

5 施工总结

把水寺大桥主桥右幅箱梁已顺利合龙，结合前文的施工工艺及具体项目管理体系作以下总结。

5.1 箱梁线型

右幅箱梁合龙后，线型流畅，符合设计要求，两T构各工况实测标高与计算值基本吻合，所有主梁标高差值控制在3 cm以内。其中，由于监控单位的人员更换，1号、2号、3号实际立模标高与提供的理论立模标高差别较大，同时对挂篮的弹性变形和非弹性变形预估与实际有差别，所以实测标高和计算值差别相对大些。经过监控单位的调整，以后各阶段在浇筑后的实测标高与理论值差值基本控制在2 cm内，综合分析能够满足设计和整体施工控制要求。以13号T构为例加以说明(线型记录见表3)。

5.2 预应力施工

箱梁每节段浇筑混凝土后，待混凝土强度达到85%张拉悬臂钢束并及时压浆堵孔。合龙段临时张拉连续钢束75 t，混凝土强度达到85%后进行补张拉至设计吨位。整个施工过程都由现场技术人员跟踪检查，通过监控单位测试混凝土的应变换算成应力得知，各阶段截面实测应力与计算应力比较吻合，应力最大差值都在2 MPa以内。横竖向预应力筋的张拉在设计图要求滞后2个节段，在施工过程中，由于施工设备的倒运从实际张拉压浆效果来看，滞后1个节段是最为合理的。

表3 右幅13号T构主梁线型记录表

5.3 施工工艺

通过右幅箱梁的施工情况来看，严格按照本文前面部分所介绍的工艺施工能够保证箱梁各节段的顺利循环施工。但在各工序的详细施工方法仍有纰漏，如在14号T构的部分节段出现顶板顶面露筋、节段端面不顺直等。针对此情况，通过编制详细作业指导书，增加现场施工技术人员的措施予以整改。

5.4 悬浇施工的安全性

在悬浇施工过程中，挂篮作为主要载体，其安全性决定整个悬浇施工乃至整个项目的成败，所以必须对挂篮进行详细检算。

在实际操作中，必须大频率地对职工进行安全、质量培训，预防麻痹，必须进行三个重点环节的安全检查:1)挂篮就位后，主纵梁的后锚及后下横梁的锚固。2)预应力施工是悬浇梁的关键工序，应全程跟踪检查。3)挂篮行走时，派专人检查两主梁的顶进速度和行走小车与轨道的连接。

5.5 施工方案优化

把水寺大桥投标报价较低，施工技术难度大，此项工程是否盈利或能否将损失降到最低，成为施工组织的关键因素，其中施工方案的优化是最直接的控制因素。把水寺大桥在前期中，项目总工吴俊明组织方案评审，听取业主组织的专家意见，多次优化施工方案，保证右幅箱梁顺利合龙。