大跨度预应力连续箱梁桥悬臂挂篮施工技术研究

李芝树，刘福江，王建军，马克诚，周 岩

（1.甘肃建投临夏建设管理有限公司，甘肃 临夏 731100；2.甘肃建投科技研发有限公司，甘肃 兰州 730000；3.甘肃省建设投资（控股）集团有限公司，甘肃 兰州 730000）

0 引言

连续梁桥是指主体结构连续不间断横跨几个桥孔而形成的桥梁结构，为了降低连续梁桥的自重，提高受力性能，连续梁桥大多采用预应力箱梁形式。预应力连续箱梁桥具有整体性好、内力均匀、自重小、刚度大及行车平稳等特点，是大跨度桥梁最常见的类型之一。预应力连续箱梁桥常见施工方式有悬臂浇筑法、转体施工法、悬臂拼装法及节段拼装法等，其中悬臂浇筑法最为常见。悬臂浇筑法施工时无需支架、对桥下有建筑物障碍物或交通道路、深山峡谷、河流等情况下桥梁施工具有较好的适用性。但是，悬臂浇筑法施工工艺复杂、施工环节多、难度大、危险性高，许多采用悬臂施工的桥梁结构就因施工方法不当而导致安全或质量事故，因此，对于大跨度预应力连续箱梁桥悬臂挂篮施工技术的研究对桥梁结构的顺利建成具有重要的现实意义。本文依托于某实际工程，对大跨度预应力连续箱梁桥悬臂挂篮施工工艺进行总结，旨在为类似工程项目的建设提供一定参考。

1 项目简介

某市新建一连续大跨连续高架桥，上部结构采用［60+100+60］m 预应力混凝土连续箱梁（见图 1），横断面为单箱双室型截面，箱顶宽度 23.3 m，主梁采用三向预应力混凝土结构。下部构造采用双柱矩形墩、承台配群桩基础。主桥平面处于缓和曲线半径为 450 m 和500 m 的圆曲线上，同时项目 Z4-16～Z4-19 段横跨某酒厂与某寺庙（见图 2），不满足常见的支架法施工条件，因此，采用挂篮悬臂施工。

图1 项目主桥示意图（单位：mm）

图2 项目桥梁挂篮悬臂施工段平面简图

本桥0 梁段采用支架现浇法施工， 0 梁段施工完成后采用悬臂施工法，用两套菱形挂篮设备从 Z4-17、Z4-18 沿1 ～12梁段方向悬臂浇筑施工，在13梁段进行合拢，具体施工流程如图 3 所示。

图3 悬臂施工桥梁施工工艺流程

2 挂篮安装与预压

2.1 挂篮安装

挂篮运至工地后，清点并检验挂篮构配件，合格后方可进场进行使用。当墩顶0 梁段混凝土浇筑、预应力张拉压浆完成，清理箱梁两侧及顶面后，在0 梁段上安装挂篮。挂篮安装的工艺流程如下所述［1］： 0 梁段张拉完成，整理清扫桥面并进行测量放线，定位出两道主桁架的位置；根据测量放线结果进行调平，安装主桁架支座；安装主桁架、横联及桁架后方锚梁，并进行锚固固定；安装挂篮前横梁与前后吊杆，并进行锚固固定；安装前、后下横梁及挂篮底模板；安装侧模板及外滑梁，并将侧模板固定。至此，挂篮安装完成。

2.2 挂篮预压

在挂篮安装完成后，①梁段浇筑前，需对挂篮进行预压试验，以验证挂篮的承载能力及安全可靠性，消除挂篮系统的非弹性变形，测定挂篮系统弹性变形及刚度等力学性能指标［2］，为后期施工监控提供相关数据，确保主梁的线性、标高符合设计要求。

通过对挂篮各工况的计算与分析，按最大悬臂浇筑梁段施工总荷载的 1.2 倍进行预压。本桥浇筑混凝土时④梁段受力最大（梁段长 3.5 m，重 256.3 t），故选④梁段荷载为控制荷载，进行挂篮预压试验，压重为256.3 t×1.2=307.6 t。挂篮全部构件底模安装完毕后进行预压试验（不装内模），挂篮预压观测点布置在挂篮后锚、底模上，共计 9 个点。

在腹板上安装反力架伸至底篮前横梁上，在底篮前横梁与反力架间放置千斤顶加力，并在千斤顶上布置测点。在实施加载前用水准仪测量各监控点标高并记录初始标高，然后开始分级加压，加压量按照 0 %→10 %→50 %→100 %→120 % 的顺序进行。对于 10 %、50 % 及 100 % 荷载，加载到对应荷载后持荷 5～10 min，待变形稳定后用水准仪测量各监测点标高；对于 120 %荷载，应持续 3～5 min。达到规定的对应时间后若发现千斤顶油表读数出现回落，应重新加载至规定荷载，待千斤顶油表读数及水准仪测量监测控制点标高无变化时才可卸载，并记录数据。卸载时应分级卸载，卸载顺序为 120 %→100 %→50 %→10 %→0 %，卸载到每级荷载时也应持荷 5～10 min，并用水准仪测量监测控制点标高［3］。

3 标准梁段施工

3.1 钢筋工程

钢筋工程流程为：绑扎底板普通钢筋（含预埋件安装）；安装竖向预应力筋梁底锚固体系（垫板、挤压锚具及锚下螺旋筋）；安装底板纵向预应力体系及腹板钢筋；安装竖向预应力筋定位网；安装和验收腹板内纵向波纹管；检查验收底板和腹板钢筋隐蔽工程；搭设内模支架；安装顶板普通钢筋、纵向波纹管、横向钢绞线及波纹管（含预埋件同步安装）；检查验收隐蔽工程［4］。图 4 所示为竖向预应力精轧螺纹钢、纵向预应力波纹管、横向预应力波纹管及顶板普通钢筋布置现场图。

图4 现场钢筋布置图

3.2 模板工程

箱梁内外、顶底模均采用定型钢模，底模支撑在前后下横梁上方，外侧模板通过外滑梁固定，内模及顶模通过内滑梁悬吊固定。内外侧模板通过对拉螺栓拉紧固定，浇筑过程中应注意观察模板是否有涨模现象。

3.3 混凝土工程

在各项隐蔽工程验收合格后方可浇筑混凝土。混凝土浇筑按照先底板，后腹板，最后顶板及翼板的顺序，前后左右对称进行。本项目主桥采用 C 55 混凝土，混凝土按制定的浇筑顺序和浇筑方向以每层 30 cm 厚度分层浇筑，上层混凝土应在下层混凝土初凝前浇筑、振实。振捣时不得碰撞模板、预应力管道及预埋件，应保持锚塞、锚圈和锚垫板位置的正确稳固。预应力固定端及张拉端是混凝土受压的关键区域，钢筋比较密集，为了保证振捣质量，混凝土布料时，要求直接在锚端处下料，采用 30 振动棒将所有该部位的锚板处混凝土振捣密实，同时也要防止过振导致锚板偏位，管道破损［5］。在浇筑顶板混凝土时，要严格控制箱梁顶面标高，以满足桥面施工要求，可在腹板、顶板钢筋顶设置φ16 纵向高程控制钢筋，在φ16 钢筋上粘贴红色胶带作为标高控制（胶带下口为准），用铝合金刮板找平。收浆后，用砂板先抹平，再人工二次抹面，确保其高程及平整度符合要求。梁顶表面处理时应拉线、找坡、抹平、压实，并二次抹面，在初凝前拉毛处理，拉毛要求直顺，防止梁面龟裂。混凝土浇筑完成后，在顶板采用土工布覆盖，并安排专人洒水养护，箱内采用人工定时喷水养护，内外均以保持混凝土表面湿润为准。

3.4 预应力工程

本项目主梁选取三向预应力结构，其中，纵向、横向预应力筋为高强度低松弛钢绞线，竖向预应力筋为精轧螺纹粗钢筋。

1）预应力张拉。预应力钢束安装完成后，待混凝土强度达设计值的 90 % 且龄期不少于 7 d 后方可张拉，钢束张拉采用张拉力和伸长量两个指标共同控制。预应力钢绞线应匀速张拉，两端对称张拉应确保两端的引伸量基本相等。全部的竖向预应力精轧螺纹钢均采用两次张拉的方式，即箱梁的精轧螺纹钢筋张拉完毕后，停歇 1～2 d，由另外一个独立的班组，重新进行张拉操作，弥补因工艺和设备等原因导致的有效应力不足或漏张拉的状况。张拉后使用竖向套筒配合测力扳手旋紧螺帽，以确保锚固力［6］。

2）压浆与封锚。预应力张拉完成后，应在 24 h 内进行管道压浆（特殊情况为 48 h）。按照要求，压浆采用不低于 C55 的水泥浆。压浆前，应清除管道内杂物与积水。压浆应按照先下后上的顺序进行。竖向孔道与曲线孔道应从最低点压浆孔压入，从最高点排气孔排气或泌水［7］。自进浆端压入水泥浆至出浆端，待出浆端溢出与进浆端相同稠度的浓浆后，关闭出浆阀。继续压浆，保持不低于 0.5 MPa 的恒定稳压值，持荷时间保持 3 min 且无漏水和滴浆现象，再封闭进浆阀端。封锚后检查其密实性，避免压浆时水泥浆从锚头泄露，导致压浆压力不足。压浆达设计强度后，凿除管道封堵水泥团，清理锚固端。对梁端混凝土凿毛并将其周围冲洗干净，按图纸绑扎钢筋后立模，封端混凝土采用与梁体等强的 C55混凝土，施工时，浇筑、振捣密实，并及时养护。

3.5 挂篮前移

预应力张拉及压浆完成后前移挂篮，挂篮前移采用顶推的方式（见图 5）同时对称行走，推进速度为50～100 mm/min，中线偏差不应大于 5 mm。

图5 千斤顶顶推挂篮前移

挂篮行走的基本步骤如下。

1）脱模。当前梁段预应力张拉、压浆完成后，放松各悬吊和锚固模板，脱开底模、侧模及内模。

2）移动轨道。放松主桁后锚，拆除轨道锚固，使轨道能自由移动。拖动轨道，到达指定位置后，千斤顶卸载，主桁前支点落在轨道上，锚固滑轨。

3）锚固转换。拆除挂篮后锚固，将上拔荷载传递给行走小车，此时行走小车滚轮受力，用行走小车抵消挂篮倾覆力。

4）卸锚。拆卸挂篮施工后锚固件、侧模后锚固件、后支撑杆、内模后锚固件、主桁架后锚固件等。与此同时调节侧模支撑点，使得侧模底端支撑点在挂篮施工前支梁与后支梁上。

5）查验。对内模、侧模、底篮进行检查，确保其完全脱离梁体，同时确保影响挂篮行走的锚固与约束全部拆除。

6）行走。通过千斤顶往前推动挂篮，与底座、侧边、主桁架系统、内部结构模具一起向前挪动，挪动时转换步行车的路轨钢筋锚固梁。在行驶中，2 个主桁架需坐落于同一平面上，与此同时到达终点部位。

7）锚固转换。到位后，用挂篮后液压千斤顶进行锚固转换，将上拔荷载从小车转移至主桁架后锚杆。

8）锚固组装。安装底篮、侧模、后支撑杆及内模后锚杆等，将侧模后支撑点与外后悬吊放松。

9）调节模板标高与位置，绑扎钢筋。调节底篮、模板的标高与位置至设计位置，按照底板→腹板→顶板的顺序安装绑扎钢筋。

4 合拢段施工

4.1 边跨合拢段施工

项目主桥边跨合拢段为边跨13梁段，长度 2 m，边跨合拢段吊架以挂篮直接前移作为合拢段吊架。具体步骤如下所述。

1）吊架及模板安装。悬浇块段施工结束后，保留挂篮和模板，拆除上下走行道板、内滑梁和内顶模架待悬臂端12梁段强度达到 90 % 且养护龄期不小于 7 d，张拉12 梁段纵向预应力束，张拉压浆完成后，将挂篮前移，使前端吊杆紧贴边跨现浇段的混凝土端部界面。将现浇段上所有的观测点高程精确测量一遍。

2）设置平衡块。于边跨12 梁段节点处设置平衡重（采用压重水箱），加载重量为合拢段重量，值为 950 kN（见图 6）。

图6 边跨合拢段两端平衡重的设置

3）钢筋、应力管道及合拢段劲性骨架安装，合拢钢筋的绑扎及预应力管道安装与悬臂段施工大同小异，在此不做重复描述。合拢段劲性骨架为 32 a 槽钢对拼，在12 梁段和现浇段顶板和底板上预埋尺寸为 600 mm×100 mm×20 mm 的钢板，配合尺寸300 mm×200 mm×20 mm 钢板焊接成骨架使用。

4）混凝土浇筑。浇筑合拢段混凝土时，边跨悬臂端平衡重边同步等效卸载。

5）待边跨合拢段混凝土强度达到设计强度的100 % 以上，且龄期达到 14 天以后，先张拉合拢束至设计吨位，解除劲性骨架后，再张拉其余钢束至设计值的 100 %，最后按照先张拉长束、后张拉短束的顺序，按分级、对称、均衡的原则张拉纵向腹板束、顶板束、底板束和竖、横向预应力筋。张拉完后立即对管道压浆。混凝土浇筑与预应力束的张拉压浆施工，与边跨现浇段施工基本相同，故在此不再重复描述。

4.2 中跨合拢段施工

项目主桥中跨合拢段为中跨13梁段，长度 2 m，具体步骤如下［8］。

1）吊架及模板安装。中跨12梁段浇筑并张拉压浆完毕后将挂篮前移 3 m，伸入悬浇段底部，此时中跨另一挂篮后退留出施工空间，并拆除挂篮模板，采用挂篮作为中跨合拢段吊架，中跨合拢段梁段重量远小于悬臂段重量，不需要另加装吊架。挂篮前移同时带动底模和外侧模就位。

2）设置平衡块。于中跨12梁段节点处设置平衡重（采用压重水箱），加载重量为合拢段重量，值为 475 kN（见图 7）。

图7 中跨合拢段两端平衡重的设置

3）中跨合拢段钢筋、预应力管道及中跨合拢段劲性安装。同边跨合拢段施工，此处不再详细重复说明。

4）中跨合拢段混凝土浇筑及预应力筋张拉压浆。浇筑合拢段混凝土时，中跨悬臂端平衡重同步等效卸载。待中跨合拢段混凝土强度达到设计强度的 100 % 以上，且龄期达到 14 d 以后，先张拉合拢束至设计吨位，解除劲性骨架后，再张拉其余钢束至设计值的 100 %，最后按照先张拉长束、后张拉短束的顺序，按分级、对称、均衡的原则张拉纵向底板束和竖、横向预应力筋。张拉完后立即对管道压浆。混凝土浇筑与预应力束的张拉压浆施工，与边跨现浇段施工大同小异，故在此不再重复描述。

5 体系转换

边跨合拢段施工完成后，拆除边跨现浇支架；跨中合拢段施工完成后，拆卸临时性固结（临时性墩），将成体系由双悬臂状态转换为单悬臂状态。临时性墩拆除时，采用人工、气割等方式拆除临时性墩，切割支撑钢管桩顶部，凿除钢管柱里的混凝土［9］，从而完成体系转换。

6 挂篮拆除

待合拢段张拉压浆完成强度符合要求后方可拆除挂篮。挂篮拆除按以下步骤进行：拆挂篮外模、内模及其承托部件；依照底模、底纵、底托梁的顺序依次拆除底篮；拆除承重系统主桁架；拆除行走系统。边跨挂篮在最后施工段位置原地拆除，中跨原位不具备拆除条件，因此后退至0 梁段后再拆除，挂篮后退方式与前进类似。

挂篮拆除前，应确认无荷载作用在挂篮上，并做好安全围挡。边跨挂篮拆除时使用 25 t 吊车配合拆除，并把拆除构件吊至桥下。中跨挂篮拆除利用卷扬机将底篮、外侧模下放至地面。内模在箱室内拆除后，人工搬运至梁顶，吊装到地面。在挂篮各构件拆除时，应使用吊车把拆除构件固定住再进行拆除，以防止部件失去稳定造成安全事故。如出现卡滞等无法正常拆解等异常状况时，分析其原因后采用措施解除异常后才可继续施工，严禁强行拆除。

7 结语

本文依托实际桥梁工程施工过程，对大跨度预应力连续箱梁桥悬臂挂篮施工技术进行了研究。依托工程主桥跨度大，体系复杂，施工影响因素较多，主梁采用挂篮对称悬臂浇筑，施工过程中历经了高温、雨雪等不良天气与新冠疫情，经过科学组织，精益施工，使工程建设优质安全，达到预期目标，显著提高了施工效率，节省施工周期，降低施工成本，可为类似桥梁的悬臂施工提供参考与借鉴。Q