预应力混凝土连续箱梁桥悬臂法施工关键技术

公晓旭

（中交路桥华北工程有限公司，北京）

引言

20 世纪50 年代，变截面预应力混凝土连续箱梁桥开始出现，并因优越的跨越能力、经济性能得到了大面积的应用。在变截面预应力混凝土连续箱梁悬臂法应用时，不需全部搭设支架，仅在开始位置搭设支架，其他节段则借助挂篮移动逐一完成前一节段、后一节段的悬臂浇筑，在满足既有铁路、既有公路跨越作业要求的同时，实现河流、峡谷等位置的顺利跨越。因此，以变截面预应力混凝土连续箱梁桥为目标，对悬臂法的成熟操作进行适当分析具有非常突出的现实意义。

1 悬臂法作业背景

某预应力混凝土连续箱梁桥为变截面，其立面布置见图1。

图1 某变截面预应力混凝土连续箱梁桥的立面布置

图1 中，L 为跨度，为90 m，由图1 可知，预应力混凝土连续箱梁桥采用（90+90+90+90）m 跨度组合。其中上部结构形式为变截面预应力混凝土连续箱梁，除0#、边跨现浇段采用落地式支架作业方法外，其余节段采用悬臂法，共设置20 个悬臂节段，分别为5 个200 cm 悬臂节段、6 个300 cm 悬臂节段、7 个400 cm 悬臂节段、2 个350 cm 悬臂节段，实体截面见图2。

图2 某预应力混凝土连续箱梁桥的实体截面

由图2 可知，某桥梁截面为直腹单箱双室。根据前期规划方案，可知桥梁主跨支点为9.5m，跨中梁高为3.2 m，箱梁翼缘单侧宽度、箱梁底板宽度分别为4.0 m、12.2 m，箱梁顶板宽度为20.2 m，顶板厚度为35 cm，中墩支点位置厚度为70 cm，边墩支点、中墩支点周边呈78 cm 线性变化，整体表现为横向-纵向-竖向三向预应力体系。

2 悬臂法的作业流程

变截面预应力混凝土连续箱梁桥悬臂的作业流程见图3。

图3 变截面预应力混凝土连续箱梁桥的悬臂作业流程

2.1 支架拼装

对于0#块，测量放出墩旁承台位置，顺桥向设置2排3 根φ600 mm×8 mm 钢管桩立柱，柱上安装型钢平台。在内侧垂直布置的钢管桩之间，设置拉杆孔+抱箍连接；在外侧一排斜撑形式的钢管桩之间设置φ273 mm×6 mm 钢管连接系，并从钢管桩底端着手，连接承台，进而从钢管桩顶端着手，逐一连接底模平台[1]。连接后，依据0#块梁重量、作业荷载总重1.2 倍，选择灌水沙袋，完成支架预压，预压方案见图4。

根据图4，分别依据设计荷载30%、设计荷载50%、设计荷载100%、设计荷载120%预压并静止放置24 h，观测各点标高，确定各点标高累计变形值小于等于2 mm，卸除荷载。

图4 支架预压方案

2.2 支座安装

作业开始阶段，依据前期规划设想要求，判定支座型号是否准确以及桥墩上支座位置是否存在偏移，并确保支座上座板与支座下座板、变截面预应力混凝土连续箱梁底、支撑垫石均密切贴合，承受应力均匀，且螺母紧固、配件齐全、锚栓固结[2]。进而依据表1 要求，进行支座安装。

表1 固定支座安装要求

2.3 模板安装

根据0#块外侧模特点，作业者可以选择已除锈的钢模板体系，直接均匀涂刷模板漆后依据前期规划方案安装。

0#块内侧模板则选择钢木组合模板，经方木紧固，下方设置型钢背带，底部经C55 混凝土杆承托；上方开设洞口，穿入PVC 管，经φ20 mm 钢筋拉杆紧固。同时，选择内侧模板（支座钢筋片位置）距离混凝土顶面100 cm位置，开设后期振捣洞口，为后期作业做好准备。

变截面预应力混凝土连续箱梁面板选择竹胶模板，依据以拉为主、以支撑为辅的原则，经5 cm×5 cm撑杆支撑，杆内预先埋设1 根φ12 mm 钢筋，呈梅花形布置，相邻撑杆布置间距为78 mm，避免面板断裂。

2.4 钢筋安装

在钢材进入现场后，作业者应依据表面洁净、无局部弯折的原则，按设计图纸编号，逐一调直除锈。除锈后，向模板作业位置运输钢筋，逐一进行底板钢筋、横隔板钢筋、腹板钢筋、顶板钢筋放样，经扎丝牢固绑扎交叉点。同时，作业者应借助定位钢筋固定钢束管道，依据设计图纸安装预应力管道[3]。预应力管道曲线段布置间距为50 cm，直线段布置间距为100 cm，并预先埋设泄水孔、翼缘板下方滴水槽、通风孔等部件，规避管道、骨架钢筋冲突问题。

2.5 挂篮拼装

确保钢筋紧固安装后，作业者可以借助三角挂篮，逐一拼装走道梁锚固、前后支点、纵梁、后上横梁、三角拉板，拉板拼装完毕后，拼装前上横梁、前吊带，利用同样的方法，拼装后吊带、底篮、前后下横梁，最后依据前期规划设想方案，进行底篮、前后吊带、外模的拼装。挂篮拼装完毕后，确定中线正确且底模标高调节完毕，调节参数见表2。

表2 挂篮调节标准

在前一阶段预应力压浆后，作业者可以驱动挂篮行走到下一阶段，逐次作业。

2.6 混凝土浇筑

在预应力管道安装完毕后，作业者应贯彻一次灌注成型的原则，逐一进行底板、腹板、顶板的混凝土浇筑。浇筑混凝土期间，作者应控制同一个挂篮的两侧对称，由挂篮前端向后端、两侧向中央有序进行[4]。灌注后，经腹板内侧预留口插入振捣器，均匀振捣，避开压浆管，小直径插入顶板振捣。顶板振捣完毕后，作业者需要将插入式振捣器插入变截面预应力混凝土连续箱梁顶板与腹板连接位置、新梁段与旧梁段接缝位置，全面二次振捣。振捣后，覆盖麻袋洒水养护。在混凝土初次凝结前，抹平底板，拉毛顶板，完成混凝土浇筑作业。

2.7 预应力张拉

变截面预应力混凝土连续箱梁桥预应力张拉工序见表3。

如表3 所示，在梁段混凝土强度达到设计强度90%且龄期超过1 个星期后，作业者可以先张拉腹板束再张拉顶板束，最后张拉横向预应力钢束、竖向预应力螺纹钢，两侧对称推进，同时控制张拉应力、伸长量[5]。张拉完毕后，作业者可以依据0.5 MPa～0.7 MPa 的标准，开展孔道压浆，压浆用浆液与梁体混凝土级别相同。

表3 变截面预应力混凝土连续箱梁桥预应力张拉工序

3 悬臂法关键控制内容

3.1 预拱度控制

变截面预应力混凝土连续箱梁桥悬臂法操作初期到建成之间，结构变位、内力均处于持续动态转变，需要作业者聚焦桥梁预拱度值，于同一水平面上规划不存在差异跨径内待合拢的2 悬臂端，控制运营阶段结构成桥线性、预期规划要求相符。一般主梁悬臂浇筑段的各个节段立模标高如下

式中，Hi为待浇筑节段变截面预应力混凝土连续箱梁桥主梁底板前端底模标高；Ho为变截面预应力混凝土连续箱梁桥节段设计标高；fi为变截面预应力混凝土连续箱梁桥主梁悬臂浇筑节段受下一浇筑节段的影响值；fio为变截面预应力混凝土连续箱梁桥顶板纵向预应力束张拉后的悬臂段标高影响值；fl为挂篮弹性形状异变对变截面预应力混凝土连续箱梁桥悬臂浇筑节段影响值；fx为收缩温度、徐变、二期恒定荷载、结构体系转换。活动荷载等影响值[6]。根据式（1），作业者应在控制梁段混凝土自重、张拉悬臂预应力筋与挂篮荷载的基础上，从模板吊架、安装设备测拆除、合拢混凝土配重、张拉预应力束着手，着重控制预应力筋松弛、混凝土弹性收缩或徐变、孔道摩擦阻力预应力损失等因素，进行控制。比如，作业者可以从挂篮拼接安装完毕着手，测量控制点标高，试点压重后继续测量控制点标高，获得控制点标高数值后撤除试点压重，消除挂篮非弹性变形。同时，作业者可以借助自动安平水准仪，于每一阶段作业进入尾声、下一阶段低模标高位置划定开始时刻，选择7:00 前，观测变截面预应力混凝土连续箱梁桥标高，根据观测值，对照设计规范，以箱梁作业截面预拱度值为对象，持续调整，确保变截面预应力混凝土连续箱梁桥预拱度值与前期规划数值之间误差满足作业规范要求。

3.2 合拢安全控制

变截面预应力混凝土连续箱梁结构合拢操作期间风险因素较多，涉及结构线性、结构内力。因此，作业者应注重合拢操作控制，确保合拢操作顺利推进[7]。合拢期间，作业者可以先后推进边跨合拢、中跨合拢。整个合拢作业需要贯彻低温灌注、拉撑结合的方针，即在低温度环境下经型钢骨架锁定合拢段2 侧梁体，促使2 侧梁体相对固定后，在早上7:00 前灌注混凝土，确保混凝土随温度上升而凝固。在挂篮悬臂浇筑进入尾声后，技术人员可以将拆自挂篮悬臂位置的吊篮安装到边跨合拢位置，同时进行混凝土浇筑、配重，以便在边跨合拢后立即移动吊篮到中跨，完成中跨合拢、配重，尽可能减少荷载。

4 悬臂法作业效果

于悬臂浇筑进入尾声时刻，观测2 悬臂端相对竖向挠度，得出结果见表4。

表4 预应力混凝土连续箱梁悬臂作业控制效果

由表4 可知，2 悬臂端相对竖向挠度差小于等于2.0 m，满足设计阶段关于2 悬臂端相对竖向挠度小于等于3.0 m 的要求。同时合拢期间2 悬臂端高程相对误差、中线偏差分别小于2 cm、1 cm，满足梁体挠度控制要求。

5 结论

综上所述，预应力混凝土连续箱梁桥悬臂法作业需要由桥墩顶阶段出发，朝向墩顶两侧，有序增加节段，已建节段是施工机具重量、下一节段重量的承受者，待各节段均达到设计强度后将预应力施加到各节段，获得一个前节段、后阶段紧密连接的整体。在前一节段、后一节段操作期间，作业者应着重控制悬臂过程，确保作业目标顺利达成。