特大跨径连续梁桥悬臂施工关键技术探析*

袁丽敏

（中铁二十一局集团 第二工程有限公司，甘肃 兰州 730030）

0 引言

近些年来，我国经济快速发展，基础设施量也越来越大，大量的房屋建筑，道路桥梁等民生工程被广泛的建设。与此同时，工程建设的标准与要求也逐渐提高与规范。在特大跨径的箱梁建设中，悬臂浇筑法也被广泛采用，悬臂浇筑法的施工方案也逐渐成为工程设计中的重点与难点，悬臂浇筑方案将直接决定连续梁施工时的安全以及后期可能的质量问题，所以对悬臂浇筑进行研究和分析具有重要意义的。冯小勇、王安东［1］等对连续梁施工过程中轴线、挠度进行监测，分析了挠度变化曲线，提出在合龙段施工时，挂篮前移速率要小于10 cm/min。胡鹏涛［2］提出应用一种菱形挂篮，且该类挂篮的受力及其变形等均满足相关要求。刘勇［3］对连续箱梁施工过程中的挂篮技术进行分析，明确了挂篮强度、选型与悬臂施工的搭配要求。现以某座在建的特大跨径连续梁桥的悬臂施工过程为依据，对相应的施工方法和步骤进行了总结。

1 工程概况

本项目中建设的桥梁为大跨径连续箱型截面梁桥，梁段包括3跨，长度为40 m+64 m+40 m，对应的上部结构的桥墩号为：10#，11#，12#，13#,该桥横跨河流，11#和12#在河中，上部结构尺寸为12.8 m×90.9 m×2 m，圆端空心墩。其中，11#主桥墩高41 m，12#主桥墩高45 m，梁段主体为变截面的单箱单室箱型截面梁，箱梁顶部宽11.8 m，底部宽6.4 m，单侧边的翼缘板宽度为2.7 m，翼缘板端部厚30 cm，根部厚62 cm，全体梁段采用预应力结构进行布置，所有的预应力钢绞线均符合有关技术和规范要求。

在该大跨径的桥梁建设中，上部结构的变截面梁体结构通过挂篮悬臂浇筑法施工，并且需要在10#，11#，12#，13#主墩的墩顶设置临时固结装置，以此来稳定墩顶，便于浇筑0#块，0号块浇筑完成后，从0号块向两侧逐次分段浇筑1号块、2号块等，直至7号块浇筑完成。以11#和12#墩顶为支点，形成两个T结构，在建设以10#，13#墩为主墩的梁体边跨部位时，采用支架现浇法，接着对11#和12#主墩进行跨中合龙施工，其次对边跨进行合龙。合龙结束后，拆除各墩墩顶的临时固结装置，展现箱梁原貌。

2 挂篮悬臂浇筑箱梁的技术措施

2.1 悬臂浇筑法总体措施

（1）首先在11#，12#的顶部安装托架，然后在墩顶与托架的上部浇筑0号块，待0号块具备一定强度后，设置临时固结装置，加强0号块与11#、12#主墩的连接，以达到后期悬臂浇筑其他梁块时受力平衡。

（2）对0号块进行预应力钢束的张拉与锚固，包括横、纵、竖三个方向的钢束。

（3）在11#，12#主墩上的0号块两侧安装挂篮系统，预压加载结束后，安装模板，浇筑混凝土。当混凝土养护期结束后，即可进行预应力束的张拉，张拉结束后，拆除托架。

（4）分别以11#，12#主墩的墩顶为支点，以0号块为中心，向两侧悬臂浇筑各号梁块。施工中，将两侧的挂篮依次向前移动，搭设模板，浇筑混凝土，张拉预应力束，该块梁段施工结束后，继续前移挂篮，重复以上步骤，直到梁体的所有梁段施工结束。

（5）在边跨处搭设托架，进行边跨直线段的浇筑，养护混凝土具有一定强度后，安装边跨临时性刚性连接设置，张拉临时约束，并且浇筑边跨梁段。

（6）拆除边跨临时刚性设置，在11#和12#主墩中安装跨中刚性设置，同时设置临时约束，之后两边前移挂篮，迅速对跨中合龙段进行浇筑，养护期结束后，进行预应力束的张拉。

（7）中跨与边跨都合龙后，先拆除跨中的刚性连接设置，接着拆除11#，12#墩顶的临时固结装置，最后拆除边跨的现浇支架。

2.2 悬臂浇筑法具体措施

2.2.1 临时固结设置

当0号块养护期结束后，安装预应力束，需要在两侧安装挂篮系统，浇筑其他梁块。为了保持施工中梁体的平衡性，在0号块梁墩处设置临时固结装置，设置方向与挂篮前移方向一致，宽度上与箱梁一致，每个梁墩连接处设置四个。采用C50混凝土浇筑固结装置，钢筋采用HRB400φ32螺纹钢筋，间距9 cm，底部深入托盘130 cm，顶板深入箱梁130 cm。在0号块和墩顶之间浇筑混凝土垫块，以增加梁体的抗弯能力。待主体工程完工后，可通过静态破碎法解除固结装置。

2.2.2 0号块浇筑

0号块全长12 m，在主墩墩顶一次性浇筑完成，浇筑流程：0号块托架安装及预压→底模板，侧模板安装→底模板，侧模板钢筋布设→底模板，侧模板中的孔道安装→顶板模中钢筋安装→顶板模板中孔道布设→布设预应力钢束→纵向张拉预应力束→横向预应力钢束张拉→竖向预应力钢束张拉→各预应力张拉结束后，压浆封锚。

2.2.3 悬浇施工梁块

本工程中，11#和12#主墩各布置一套挂篮系统，待0号块浇筑完成后，具备一定强度后，拆除0号块的支架，安装挂篮系统，以各自的墩梁结合点为中心点，逐次慢速向两边移动挂篮，完成梁体的悬臂施工。

挂篮的拼装中，首先需要用水泥砂浆将滑道面找平，布置好定位线，接着安装滑道和滑块，安装主桁架（包括：下平桁、后斜杆、立杆、前下斜杆、前上斜杆），锚固系统、前上横梁和斜撑杆及平联，吊挂系统及底平台，然后在底平台上安装模板系统，最后对整个挂篮系统进行调整。

此外，需要对挂篮进行荷载试验，以消除可能的变形，包括弹性变形，以及其他各种因素引起的变形等，确保挂篮系统的实用性，荷载实验采用预埋张拉法逐渐增加荷载的方法实验。

2.2.4 挂篮的工作状态

大跨径连续梁悬臂浇筑法中，浇筑好的梁块需要不少于5 d的养护，且养护完成后，其弹性模量要达到设计模量，强度要达到设计强度的95%，之后才能安装预应力钢束。在挂篮系统的前移中，要注意滑道的布设。

在边跨直线段的作业中，混凝土浇筑时的支架一般采用下步预埋双拼132 a，托架斜撑采用I32 a，横向连接采用I20 a，托架纵梁采用双拼I32 a，横向分配采用2I28 a，纵向分配采用I28 a，在采用10 cm×10 cm方木，18 mm竹胶板。该托架系统包括四个组成部分，有关规范和标准要求如下：首先将I32 c预埋于墩身侧的侧砼里，根据现场施工条件布置其水平间距和高程位置。托架中的纵梁布设由双拼I32 c对焊而成，焊接结合处用钢板连接。斜撑采用双拼I32 c对焊而成，上侧与纵梁向连接，下册与预埋件相连接。

为了消除弹性变形，非弹性变形以及其他可能因素的影响，需要用反支点法对边跨段的支架进行现浇试验，该法需要布置16根32 mm精轧螺纹钢，分开布置在承台的两侧。精轧螺纹钢通过钢绞线连接，通过0号块上的支架顶板处的反拉点，两边相拉，以达到加载的效果。通过纵梁，横梁的布设，使预压的荷载强度达到与实际荷载一致的效果，预压荷载逐级提高，三个重要的荷载节点时的荷载分别为梁体自重的50%，100%，120%，相邻荷载的时间间隔为12 h。在作业中，要结合混凝土浇筑的过程，做到预压加载和混凝土浇筑顺序一致性的原则继续预压，并且要在梁体的主要位置布设观测点，用于测量梁体的高程，平面位置等，以便于迅速掌握梁段的变形信息。每一级预压试验结束6 h后，进行沉降观测，24 h内，其沉降标准要控制于1 mm以内，连续三天测量，如果其沉降量都小于1 mm，则表示支架预压加载试验结束，且其结构合理。

桥梁的合龙是重要的作业项目，尤其在刚构连续梁中，当梁体的悬臂T构以及边跨直线段浇筑完成后，将依次进行合龙，首先是中跨，其次是边跨。合龙要选择在一天中较低的温度环境下进行作业，在合龙前，需将两端的梁体用型钢骨架临时锁定，并且进行48 h的连续观测，以确保环境温度，标高，梁体温度，合龙段长度等符合相关要求。浇筑作业选择在一天中温度最低的时间点进行，以此来降低浇筑段的内外温差，从而导致严重的裂缝问题。梁体合龙时，要注意使用微膨胀混凝土，且混凝土强度要高于梁体其他混凝土等级。合龙段的混凝土浇筑应当尽可能的迅速，尽量将时间控制在2 h内，合龙段应当加强养护，缩小浇筑段内外温度差，防止裂缝产生。

3 主墩0号块受力验证

3.1 0#块的荷载计算

0#块梁体的计算截面如图1所示。

图1 梁体计算截面（单位：cm）

其中：模板及支架荷载：q=1.0 kN/m2，

设备及人工荷载：q=3.0 kN/m2，

混凝土冲击荷载：q=1.5 kN/m2，

混凝土振捣荷载：q=1.5 kN/m2，

混凝土的容重：q=26 kN/m3，

混凝土的超灌系数：1.05。

（1）腹板部位荷载计算：

长1 m，梁高5.3 m。

混凝土自重荷载：

(5.3×0.75)×1×26÷0.75=137.80 kN/m2。

腹板处混凝土的分布荷载为：

模板荷载：

外侧模：1×4.65×1÷(0.75×1)=6.20 kN/m2，

底模：1×0.75×1÷(0.75×1)=1 kN/m2，

内侧模：1×3.58×1÷(0.5×1)=4.60 kN/m2，

腹板总荷载：p12=11.80 kN/m2，

设备及人工荷载：p13=3 kN/m2，

混凝土浇筑时的冲击及振捣荷载：p14=5 kN/m2。

腹板下荷载总和：

（2）底板部分荷载计算：

混凝土自重荷载：

则底板部分分布荷载为：

箱内顶模，底模，底板底模荷载：

底模：

顶模：

模板分布荷载为：p22=2.09 kN/m2。

设备及人工荷载：p23=3 kN/m2。

混凝土浇筑冲击及振捣荷载：p24=5 kN/m2。

底板部分分布荷载总和：

（3）翼缘板荷载计算如下：

混凝土自重荷载：

翼缘部位分布荷载为：p31=11.83×1.05=12.42kN/m2。

模板荷载：

模板分布荷载为：

设备及人工荷载：p33=3 kN/m2。

混凝土浇筑冲击及振捣荷载：p34=5 kN/m2。

底板部位分布荷载总合：

综上所述，截面的载荷分布如图2所示。

图2 横向荷载分布图 （单位：kN/mm2）

3.2 纵梁验算

在0号块中，结合实测数据，利用Miads建立腹板中纵梁的有限元模型分析纵梁的正应力与剪应力变化，模型中，将I32c的纵梁简化为简支梁，受力结构如图3所示，分析其结构合理性，其相关的模型及结果如下：

图3 纵梁受力简图（单位：kN/m）

单根纵梁腹板下分布荷载：

单根纵梁底板下分布荷载：

单根纵梁翼缘板下分布荷载：

应用有限元模型，求得纵梁位移图，正应力分布图，剪力图如图4、5、6所示。

图4 分配纵梁位移图

图5 分配纵梁所受正应力图

图6 分配纵梁剪应力图

由以上的计算结果可知，腹板中纵梁的最大挠度为1.8 mm，最大正应力为63.45 MPa，最大剪应力为20.6 MPa。

由计算结果可知，纵梁的挠度，正应力，剪应力等都符合规范。

4 结束语

综上所述，在大跨径桥梁工程的建设中，悬臂浇筑法中挂篮施工将直接影响到桥梁施工中的安全以及后期运营的质量。因此，挂篮施工要布置合理且科学的施工方案，以上通过某座在建的特大跨径连续梁桥的悬臂施工，结合工程的具体情况，落实施工中的每一道工序，从而保证了悬臂施工的施工质量。