斜拉桁架桥工程施工中悬臂浇筑法的应用

作者简介：

曾觉标（1986—），工程师，主要从事道路与桥梁技术研究和施工管理工作。

文章以小溪塔大桥工程为例，介绍了悬臂浇筑法的施工工艺流程与应用要点，并通过建立三维有限元模型，分析了该桥各施工阶段的稳定性。

斜拉桁架桥;悬臂浇筑;施工工艺;建模分析

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0 引言

斜拉桁架桥施工方法主要有两种，即预制拼装法和悬臂浇筑法。其中，前者具有施工效率高的特点，但对作业精度提出较高的要求，易由于控制不到位而出现累积误差，从而影响桥梁的线形;后者的施工周期相对较长，但结构的完整性较好，几乎不存在裂缝问题。在悬臂浇筑法施工中，若能够合理做出规划，精准部署各项工作，则可以富有秩序性地完成悬臂澆筑作业，进而保证桥梁的施工质量。

1 工程概况

小溪塔大桥主桥为三跨斜拉桁架连续刚构桥，采用预应力混凝土结构，跨径布置为（85.5+173+85.5） m。上弦杆前两节段采用的是变截面的结构形式，依次为80×114～105×150 cm、80×90～80×114 cm。除此之外的其他杆件均为实体矩形截面，尺寸一致，即80×90 cm。下弦杆各节点处分别布设尺寸为80×105 cm的矩形横梁，于塔顶布设2×1.5 m箱形横梁，于横梁上纵向铺设提前制作成型的预制空心板，通过结构间的共同作用，组成桥面系。桥梁下部结构组成中，桩基采用的是挖孔灌注桩，墩身为等截面空心矩形截面。

2 悬臂浇筑法的施工工艺流程

桥梁上部结构施工采用悬臂浇筑法，结合本桥的施工特点以及质量要求，先施工V形构造处的主梁、X1节间腹杆及各腹板相交于塔顶处的横梁，由此构成完整的平台结构，可以组织桁架节段悬臂挂篮浇筑作业，使全程各项工作有序开展。施工工艺流程如下页图1所示。

3 悬臂浇筑法的应用要点分析

3.1 施工思路

先组织挂篮的安装作业，待挂篮安装到位后，逐一完成各节段的悬臂浇筑作业。主要施工流程为：先安装模板，经检查后若无误，则绑扎钢筋，将管道预埋至指定位置，再浇筑混凝土，最后进行预应力张拉。

3.2 悬臂挂篮的结构组成

悬臂挂篮含三大主体结构，即承重系统、模板系统及工作平台。

3.2.1 承重系统

承重系统以主梁、横梁、吊杆、限位器、平面联结系为核心。其中，横梁包含四类，按自上而下的顺序依次有：斜上横梁、后上横梁、前下横梁，后下横梁。吊杆结构含两部分，即斜吊杆和后吊杆。关于承重系统的具体组成情况，如图2所示。

（1）主梁为关键组成结构，其承受源自于各节段以及模板的自重。每片主梁由多个贝雷片稳定连接而成，主梁间采取的是工字钢连接的方法。考虑到悬臂施工的空间要求，主梁前端悬出一部分，将其作为施工平台使用。类似的，后端依然悬出合适的距离，并根据要求配置下限位器。

（2）前、后下横梁的安装采取的是焊接至主梁前后端底面的方法，由此构成双悬臂梁，利用该组合装置稳定悬吊主梁。

（3）斜上横梁安装在上弦杆节点顶的齿块位置，通过钢板的连接作用，形成双悬臂梁，此结构能够用于斜吊杆的上端锚固。

（4）斜吊杆是承重系统中不可或缺的受拉传力构件，为确保其在受力条件下具有稳定性，常利用精轧螺纹钢制作而得。斜吊杆的上端利用母帽支承于斜上横梁处，下端通过母帽与前下横梁稳定联结。

（5）后吊杆所用材料以精轧螺纹钢为宜，上端利用母帽支承在梁段顶面的垫板上，下端则利用母帽稳定至后下横梁上。

（6）限位器是关键的附属装置。根据受力特点可知，主梁在斜吊杆上将形成水平分力，通过限位器的应用，可限制该部分作用力，以免在力的作用下而导致底模向后推移。

3.2.2 模板系统

底模、侧模、内模、端模为关键组成，共同构成完整的模板系统。

3.2.3 工作平台

工作平台含三类细分形式，即前、后工作平台及翼缘板工作平台。材料方面以型钢、方木、木板为主。

3.3 挂篮的制作安装、前移

3.3.1 制作安装

（1）在使用斜吊杆前，组织强度试验，要求张拉力≥500 kN，否则不可投入使用;（2）针对施工所用的各吊杆做全面的探伤检查，判断其内部是否存在缺陷，从源头上规避质量问题;（3）检查下限位器的张拉力，要求该值至少达到500 kN;（4）以设计要求为准，在混凝土内预留斜吊杆以及后吊杆的安装孔位，以便后续可以快速安装;（5）根据吊点的设置要求，在模板相应位置开孔，预埋管道;（6）针对下部采取防护措施，目的在于规避坠物伤人的情况;（7）栓接斜吊杆的顶部，组织下吊杆的张拉作业，并根据施工要求适配下限位器;（8）预压试验，目的在于确定挂篮的弹性变形量，根据此方面的情况调整底板的预抬量，使其具有合理性。

3.3.2 挂篮前移

（1）缆索吊上有4个吊钩，分别将其稳定勾住各自对应的主梁吊耳;（2）经前述准备工作后，正式挂篮前移，用钢丝绳拴住吊钩，使挂篮运行期间可始终维持稳定;（3）松开母帽，缓慢、匀速地抽出斜吊杆和后吊杆，并解除限位器;（4）挂篮工作平台前移（遵循同步对称的原则）。

4 斜拉桁架桥各施工阶段的稳定性分析

4.1 稳定特征值及失稳模态

根据小溪塔的实际建设条件以及所掌握的技术参数，技术人员建立三维有限元模型，以便以更加直观的方式分析斜拉桁架结构，判断其受力特点以及变形特点。全桥施工共划分为11个阶段，逐步分析各阶段下结构的稳定特征值以及失稳特点。边跨下弦杆X1～X6无预应力，X7～X9有预应力钢绞线;中跨下弦杆X1～X5无预应力，X6～X9有预应力钢绞线。上弦杆为预应力混凝土，单端张拉。关于小溪塔大桥各施工阶段的特征值，如表1所示。

4.2 稳定特性分析

结合建模结果展开分析，可知：

（1）在划分的11个施工阶段中，有横向失稳现象，具体表现为个别压腹杆存在失稳的情况，还存在面外失稳情况，说明结构横向刚度安全储备较小。

（2）最大悬臂施工段失稳模态对应的稳定系数为12.47，边跨合龙、中跨合龙各自对应的稳定系数分别为10.03、8.45，各项数值均满足要求，并且具有足够的安全储备。

（3）在施工进程持续推进之下，桁架的稳定特征值随之改变，即具有逐步减小的变化趋势。

（4）各阶段的失稳形式具有一致性，即均为横向失稳。根据这方面的情况指导后续施工，即施工期间需合理控制施工荷载，不能出现集中于桥面某侧的情况，否则结构将产生偏心荷载现象，不利于横向稳定性。

5 结语

综上所述，小溪塔大桥属大跨度斜拉桁架桥，其采用的技术方案新颖，较其他类似桥梁工程而言，在技术层面有诸多突破，在业内具有典范性意义，值得工程技术人员从中思考，加深对悬臂浇筑法的认识，并在此基础上做出优化，提高悬臂浇筑法在斜拉桁架桥建设领域的应用水平。

[1]刘 辉.大跨径钢筋混凝土拱桥悬臂桁架浇筑法施工技术研究[D].重庆：重庆交通大学，2013.

[2]韩俊国.预应力混凝土桥梁悬臂浇筑施工工艺探讨[J].城市建设理论研究，2013（45）：1-7.

[3]代敬辉.大跨度预应力斜拉桁架刚构桥悬臂浇筑施工技术[J].铁道标准设计，2010（12）：50-53.