无主桁式挂篮在箱型拱桥主拱圈次节段浇筑中的应用研究

文/严贤贵

1 前言

随着我国交通事业的不断推进和社会经济的飞速发展，工程建设需求也不断提高。在山区公路中常用的钢筋混凝土箱型拱桥不断向大跨径方向发展，对桥梁的施工工艺也提出了新的要求。

现阶段的公路桥梁施工中，挂篮悬浇技术的应用已经十分普遍，和以往的施工技术相比，采用挂篮悬浇技术施工能够有效减少施工过程中大型机械的使用次数，省去支架架设这一环节，操作过程中灵活性更强，在提升施工过程中的安全系数的同时，还能更加高效地完成施工任务[1]。

王蕴洁研究分析了挂篮悬浇技术中的挂篮结构、技术原理、技术条件和挂篮悬浇技术应用，发现桥梁工程中的挂篮悬浇技术具有灵活、轻便的特性，能够降低桥梁施工的难度[2]。刘德柱等分析了南太湖大桥主梁挂篮悬浇施工技术，其超宽主梁采用二次挂篮悬浇施工，在施工中有效控制桥梁线形和混凝土的质量，确保了大桥的工程质量[3]。赵兵伟结合具体的跨线桥梁施工实例，探讨了三角桁架型挂篮悬臂浇筑施工技术，总结出了可行的施工控制技术措施[4]。毋存粮等研究了下导式无主桁斜拉挂篮的设计结构，实现了悬臂现浇箱梁挠度变化最小，线性美观；节段施工工序衔接合理，进度最快；挂篮操作简便快捷，安全风险大大降低[5]。胡邵萍研究了牵索（前支点）挂篮在斜拉桥悬浇施工中的应用，与其他挂篮施工工艺相比，其能够有效控制斜拉索索力及主梁线形，同时简化施工环节，减轻劳动力，加快施工速度，具有良好的社会经济效益[6]。刘增武等研究分析了三角桁架式挂篮在夜郎湖特大桥悬臂浇筑施工中的应用，拱圈浇筑线形、拱箱混凝土浇筑质量等均控制较好[7]。彭超结合具体实际工程，采用桥梁专业有限元软件MIDAS/Civil 建立有限元模型，给出预期的控制目标状态的桥梁位移和内力，探讨了挂篮悬臂浇注钢筋混凝土拱桥施工中拱圈合龙方法及成桥后索力拆除等问题[8]。

在临深水区的拱桥施工中，施工条件苛刻，环境保护要求高，拱桥主拱圈次节段在施工过程中常因水位高且无法施作围堰而不能采用常规挂篮悬浇施工，因此进行临深水区箱型拱桥主拱圈次节段施工新工艺研究具有现实意义。本文结合沿河县沙坨特大桥水毁抢险重建工程，开展无主桁式挂篮浇筑箱型拱桥主拱圈次节段施工研究。

2 方法与原理

无主桁式挂篮浇筑主拱圈次节段施工是利用在主拱圈起步节段内埋设无主桁式挂篮预埋件，依托起步段围堰钢板上增设的临时支架，进而进行无主桁式挂篮的安装，其组成包括纵梁、主横梁、支架钢带和分配梁，待其安装完毕后拆除临时支架，确保箱拱自重等受力仅作用于挂篮，并以此挂篮为后续作业平台，完成次节段施工。挂篮的组成如图1 所示。

图1 挂篮组成图

无主桁式挂篮浇筑主拱圈次节段施工有以下四个特点：

2.1 降低施工难度，有效解决临深水区主拱圈次节段施工时场地受限无法进行支架施工的难题。通过在主拱圈起步段内埋设无主桁挂篮预埋件，采用无主桁挂篮对箱型拱桥主拱圈次节段施工，避免了常规挂篮的水下施工，提高了施工安全性。

2.2 节约成本，经济性好。利用起步节段内预埋件，可有效简化次节段施工无主桁挂篮的构造，大幅度减少钢管支架的规模，从而减少施工平台的材料用量，降低施工成本。

2.3 缩短工期。利用起步段围堰钢板上搭设临时支架，在减少施工支架规模的同时，也避免了搭设支架所需增加围堰的工程量，缩短了工期。

2.4 施工过程中采用劲性骨架固定腹板钢筋和顶板钢筋，提高钢筋安装作业效率和质量，同时劲性骨架还增加拱圈钢筋在风荷载作用下的稳定性，提高起步段箱拱的施工质量。

3 工艺流程

3.1 施工工艺流程

采用无主桁式挂篮浇筑箱型拱桥主拱圈次节段施工顺序为：测量放样→无主桁式挂篮预埋件埋设→临时支架安装→无主桁式挂篮安装→钢筋加工→底模、底板钢筋、腹板钢筋安装→内模及侧模、顶板钢筋安装→混凝土浇筑→混凝土养生→扣索、锚索张拉→拆除模板、挂篮→下节段施工。

3.2 测量放样

待主拱圈起步节段扣索张拉后，拆除起步节段支架，再安装次节段无主桁式挂篮。利用测量控制点、加密点对次节段支架进行放样，放样利用全站仪进行，标高调整时可采用水准仪测量。在每次模板施工时均需及时复核放样，确保安装位置准确无误。

3.3 挂篮安装

3.3.1 预埋件埋设。无主桁式挂篮在主拱圈起步段横隔板位置作用力较大，为保证结构安全，将主拱圈起步段横隔板厚度由25cm 调整为35cm（向横隔板区域扩展）、横隔板区域顶板厚度由35cm 调整为80cm，增加预埋件的预埋深度和与混凝土的接触面积，增强结构安全性；无主桁式挂篮预埋件埋设在起步段横隔板内，预埋时尽量调整钢筋间距以避开预埋件。预埋件与主筋冲突时，应将预埋杆件割孔，严禁随意切割钢筋。

3.3.2 临时支架安装。由于主拱圈次节段为悬臂施工，无主桁式挂篮的安装较困难，因此在起步节段围堰钢板上增设临时支架，作为无主桁式挂篮安装平台。临时支架安装采用汽车吊吊装型钢焊接，待挂篮安装完毕后，拆除临时支架，确保最后受力仅作用于无主桁式挂篮。

3.3.3 安装主横梁。待临时支架安装完毕后，安装设在起步节段横隔板底部的挂篮主横梁，安装时采用汽车吊或与塔吊结合的方式进行。主横梁吊装到位后，安装好拉杆临时固定主横梁，且主横梁与起步节段梁底的距离保证纵梁和挡块能够顺利放入。

3.3.4 安装纵梁。在纵梁制作阶段，将工字钢双拼焊接，并加工、焊接安装耳板；在钢带与纵梁交叉处，预先切割孔洞。纵梁的安装采用汽车吊或塔吊吊装，并用牵引绳辅助，放入后，安装挡块和抗剪臂，然后拧紧拉杆，保证主横梁表面紧贴纵梁。

3.3.5 钢带安装。纵梁安装就位后，对称安装已加工的钢带。钢带底部与主梁采用贴角焊或坡口焊，并保证焊接质量等级为二级；待支架标高调整符合监控要求后，再焊接钢带顶部。

3.3.6 安装分配梁。纵梁、主横梁安装就位后，安装分配梁，并复测纵梁与分配梁交点的标高，不足部分通过钢板支垫来调整，同时计算好标高，保证模板安装后模板顶标高为拱圈标高。另外，模板的接缝需设置在分配梁中心位置。

3.4 钢筋加工

主拱圈次节段钢筋为Ф32、Ф20、Ф16、Ф12四种直径，分11 种编号。Ф32、Ф20 采用直螺纹连接，Ф16、Ф12 钢筋连接采用焊接。为加快施工进度，钢筋的制作工作应提前10 天左右进行，钢筋加工均在钢筋加工场加工，下料长度应严格按照设计图纸进行，垫梁的预埋钢筋和节段劲性骨架也应制作成型。半成品、成品和不同型号的钢筋分类堆放整齐，以便于运输及安装。钢筋采用直螺纹连接，要注意钢筋的打磨与车丝，且在丝口上安装保护套，保证丝口完整。

3.5 底模、底板钢筋和腹板钢筋的安装

3.5.1 底模安装。模板安装前，清除干净模板表面的污迹、铁锈并打磨处理，新模板先刷水泥浆，然后打磨干净，均匀涂脱模剂，同时对试拼装完好的模板进行编号，便于后续快速、准确吊装。底模板安装前再次确认分配梁标高及预拱度设置是否合理，然后在分配梁上放样，画出模板边线位置，最后安装底模板，并保持模板平整顺接，保证拱圈悬链线线性。

3.5.2 底板钢筋安装。钢筋安装前，确保起步段混凝土的凿毛符合规范要求后，方可进行钢筋安装；另外，还要确保次节段与起步段连接良好。次节段钢筋为一次绑扎成型，进行钢筋安装前，检查起步段的混凝土凿毛情况，并将施工垃圾清理干净，符合要求后方可进行钢筋的安装。在底板钢筋安装前，需在局部区域安装定位筋及临时支撑，如钢板尺块定位架等，以保证钢筋绑扎的质量和主拱圈悬链线的线形，同时也能加快钢筋的安装速度。

图2 钢筋安装

3.5.3 腹板钢筋安装。底板钢筋安装完成后，再安装钢筋固定劲性骨架。在钢筋绑扎过程中，应先安装劲性骨架，并根据需要加一些临时支撑，以保证钢筋绑扎能平顺直，不发生变形，并保证定位准确，钢筋绑扎从起拱线向另一端进行绑扎，控制好位置及保护层厚度，安装绑扎过程中进行复测，通过测量、垂线等方式校核钢筋的准确度，发现问题及时纠偏。

图3 劲性骨架安装

底板钢筋和钢筋固定劲性骨架安装完成后，即可安装腹板钢筋。在钢筋固定劲性骨架位于腹板处的径向型钢上，按腹板纵向分布钢筋的间距，焊接挂筋槽，以提高腹板钢筋安装效率和质量。腹板钢筋安装完毕后，在箱室内模安装前，将钢筋固定用劲性骨架横向联系型钢进行拆除。

3.6 内模及侧模、顶板钢筋安装

3.6.1 横隔板孔洞处模板安装。待腹板钢筋安装完毕后，利用塔吊或者吊车安装模板。首先在空旷场地上进行模板试拼装，检查验收合格后，方可进行安装；根据横隔板设计尺寸，横隔板孔洞处模板采用木模现场加工制作。

3.6.2 箱室内支撑支架安装。待箱室底模和腹板侧模安装完毕后，安装箱室内支架，箱室内支架采用钢管脚手架，设置位置严格按照施工图纸进行布置，横向间距为70cm，纵向间距为75～80cm，在主拱圈长度方向每隔1m 布置一道箱室内支撑脚手架。

3.6.3 箱室内箱模板安装。待箱室内支撑脚手架安装完毕后，安装箱室顶部模板。顶板钢筋和外侧模安装严格按照“三级自检”程序，钢筋经报检验收合格后，方可安装主拱圈外侧模板。

图4 无主桁式挂篮节段钢筋模板安装

3.7 混凝土浇筑

3.7.1 附着式振动器安装。由于主拱圈下部的马蹄部位距离内箱开孔位置远，振动棒工作半径不足以达到马蹄部位，因此在外模马蹄处设置附着振动器安装支座，安装支座纵向间距为100cm，每侧拱圈外模设置3 台，端头隔板处设置2 台，共8 台。根据浇筑进度情况，对附着振动器进行移动式拆卸安装，以保证混凝土的浇筑质量。

3.7.2 混凝土配合比。拱圈混凝土为C60聚丙烯腈纤维混凝土，配合比设计坍落度在180mm～220mm 之间。混凝土初凝时间为8～10h，终凝时间为12～15h。

表1 拱圈混凝土配合比

3.7.3 箱室内开振捣孔。为保证混凝土的振捣质量，在拱圈箱室内模板上按照横向间距为80cm、纵向间距为80cm 开设振捣孔洞（35cm×35cm），便于振动棒振捣混凝土。混凝土振捣完毕，振捣孔应适时封闭，以便于后续混凝土的浇筑施工。

3.7.4 混凝土浇筑。混凝土浇筑应严格按照主拱圈次节段施工技术交底方案进行施工，每个浇筑施工部位皆明确对应责任人。在每个箱室各安排一名技术人员，监督工人混凝土振捣施工，防止漏振、过振等现象发生，并随机检查支架顶托紧固程度、已浇筑区域混凝土密实性等情况，确保混凝土浇筑质量。附着式振动器每次振动时间不应超过10s，每个振动点使用附着振动器次数不超过3 次，当混凝土在模内泛浆流动或成水平状时即可停振，不得在混凝土初凝状态时再振，防止混凝土过振。

3.8 混凝土养生

待混凝土浇筑完成到达初凝时间后，即可拆除模板，同步进行混凝土养生，并安排专人值守，确保覆盖的双层土工布始终保持湿润状态，防止混凝土因内外温差过大而开裂。在拱圈两个内箱中上部各设置一台大功率送风机，以保障内箱施工人员安全作业，并及时驱散混凝土水化产生的热量。

4 应用效果讨论

4.1 工程概况

沙坨特大桥是主跨为240m 钢筋混凝土箱型拱桥，是沿河县沙坨特大桥水毁抢险重建工程的主体工程，位于沿河县淇滩镇境内。桥梁总长626.8m，主跨为240m 钢筋混凝土箱型拱桥，居同类型桥梁全国第一、亚洲第二。大桥位于库区内，水位高程受下游沙沱电站蓄水、泄水控制。桥位区地处贵州东北部，大娄山脉与武陵山脉接壤部位，桥位跨越乌江及乡村公路，交通条件较好。桥梁轴线通过段地面高程在270m～393.9m 之间，相对高差123.9m。两岸桥台纵坡较陡，地形条件差，施工场地狭窄。

大桥主拱圈为等高度悬链线钢筋混凝土箱型截面，净矢高40m，净矢跨比1/6，拱轴系数1.85，箱型截面宽10m、高4.5m，主拱圈采用挂篮悬臂浇筑进行施工。拱圈纵向共分为37 个节段，其中两岸拱脚位置起步段为斜拉扣索结合钢管支架现浇段，拱顶设一个吊架浇筑合拢段，其余34 个节段为悬浇段。拱脚支架现浇段由拱脚至节段端头顶板厚度由80cm 渐变至35cm，底板厚度由80cm 渐变至50cm，腹板厚度由65cm 渐变至40cm。

桥在原桥位重建，桥位距电站大坝仅几百米，此桥2#节段在正常水位时，有1/3 淹没在水中。采用此桥主拱圈用的倒挂式三角挂篮悬浇难度巨大；若采用上置式挂篮，则2#节段必须专门设计2 套挂篮，成本增加较大。

4.2 应用效果

采用无主桁式挂篮浇筑施工，解决了临崖深水区箱拱次节段施工无理想作业平台的难题，对无法采用围堰和下置式挂篮的箱拱现浇施工具有较优异的适应能力和经济效益。沙坨特大桥从2016年4月开工，到2018年9月顺利合龙，得益于各工序的科学计划与实施，沙坨特大桥顺利施工，为此类桥梁的推广应用以及迈向更大跨径奠定了坚实基础。

图5 沙坨特大桥2#节段浇筑施工

其应用效果主要从以下四个方面进行阐述：

4.2.1 节约资源。采用无主桁式挂篮施工箱型拱桥主拱圈次节段，大幅度缩小了施工支架的规模，同时也避免了搭设支架所需增加围堰的工程量。无主桁式挂篮施工可明显减少用钢量，提高资源的使用效率，缩小支架规模，进而减少作业人员数量、临边和水上作业时间，有利于降低施工安全风险。与其他施工方法相比，采用本工法进行临深水区箱拱次节段施工，可以节约工期15 天以上，对于受水位影响明显的次节段施工来说，可有效节约人力、物力等各种资源。

4.2.2 有可观的经济效益。与传统的支架现浇施工相比，本工法无须在库区水中开辟场地供搭设支架使用，可节约场地费约300 万元，减少结构用材直接费约260 万元，合计节约直接工程费约560 万元。采用本工法施工，可大幅度减少施工支架的规模，也避免了搭设支架所需增加围堰的工程量，缩短工期15 天。施工过程中采用劲性骨架固定腹板钢筋和顶板钢筋，提高钢筋安装作业效率和质量，同时劲性骨架还应增加拱圈钢筋在风荷载作用下的稳定性，提高起步段箱拱的施工质量。

4.2.3 对地区发展具有重要作用。沙坨特大桥是沿河县水毁抢险重建工程，它的顺利建设对恢复当地交通、改善人们的出行条件、促进淇滩古镇的进步和经济发展都具有十分重要的意义。本工法为克服临深水区复杂地形条件和恶劣交通运输环境修钢筋混凝土拱桥提供了可行的施工工艺，进一步拓展了钢筋混凝土箱形拱桥悬浇施工的应用范围，对钢筋混凝土拱桥的现浇施工工艺和跨径向更大方向发展起到了有利的推动作用。

4.2.4 有效保护环境。沙坨特大桥位于沙沱电站库区大坝附近，拱脚低于蓄水位高程，采用无主桁式挂篮施工箱型拱桥主拱圈次节段，将施工对库区的影响降到最低。采用本工法降低了施工对水体的影响，缩短了工期，减少了作业人员与机械设备的作业时间以及对周边环境的干扰和污染。

5 结语

通过沿河县沙坨特大桥水毁抢险重建工程，并针对该桥梁的悬臂浇筑部分采用无主桁式挂篮施工，从无主桁式挂篮的具体应用实施展开探讨，总结出了可行的施工控制技术措施，为同类工程提供借鉴。无主桁式挂篮桥梁施工，实现了悬臂现浇箱梁挠度变化最小，线性美观；节段施工工序衔接合理，进度最快；挂篮操作简便快捷，安全风险大大降低，同时实现了桥梁悬臂现浇挂篮“结构轻型化、构件模块化、行走快速化、材料绿色化”的挂篮设计施工理念，具有广泛的应用前景。