大跨度箱梁桥悬浇挂篮施工技术研究

2023-11-21易良沐

运输经理世界 2023年23期

易良沐

（南平高速建设有限公司，福建武夷山 354300）

0 引言

随着经济的发展，交通出行需求增加，为提高出行效率，工程建设基础设施也应日趋完善。桥梁施工贯穿在整个工程建设中，悬浇挂篮施工在桥下有建筑物、障碍物以及深山峡谷、河流等情况下具有较好的适用性，因此悬浇挂篮施工技术在桥梁工程建设中的应用越来越广泛。结合实际案例，对悬浇挂篮施工中的关键工序进行阐述，力求提升桥梁施工的技术水平，提高施工的安全性，同时保证桥梁施工的质量。

1 工程概况

国道205 线南平市曲港大桥主跨为87m+158m+87m 跨连续梁，共计3 个合龙段，2 个直线段。箱梁为单箱单室、变高度、变截面、直腹板断面。箱梁0#块长12.0m，两侧各有20 个节段（不含边跨直线段和合龙段），节段长度为3～4m。0#块采用墩顶三角外托架及矩形内托架支撑方案三角托架法施工，1#～20#梁段采用悬浇挂篮施工。因菱形挂篮具有变形小、质量轻、结构完善、适用性强等优点，结合项目施工条件采用菱形挂篮施工，1#、2#墩同步进行。

2 悬浇挂篮施工控制要点

2.1 0#块施工

0#块施工采用型钢斜撑悬臂式托架，托架通过精轧螺纹钢将销座与主墩相连。在墩身两侧预埋8 根φ120mm 圆孔，穿8 根φ100mm 钢棒作为内外托架支撑的受力点。内外托架设32 块500mm×600mm 钢板，每块钢板设4 个φ40mm 圆孔，穿4 根φ32mm 精轧螺纹钢对拉固定。托架顶布置横桥向双拼工25 型钢分配梁，托架与分配梁间采用调节支座调平；在横桥向分配梁上，安装内底模纵梁及外底模托架。外托架采用32b 槽钢双拼加工，通过销轴连接成三角形托架。

托架不仅作为施工的平台，还承受0#块混凝土重量和施工荷载，因此托架要保证足够的刚度和稳定性，严格控制托架变形，保证施工的安全性。0#块托架预压模拟箱梁荷载分布情况，分区进行加载。直腹板采用在承台内埋设JL32 精轧螺纹钢，使用φs15.2的钢绞线，设分配梁与精轧螺纹钢连接，用千斤顶张拉反压，顶底板及翼缘部分采用预压块或砂袋、钢筋等堆载预压，按结构总重的1.2 倍加载。0#块托架试验安全性加载力要保持平衡，不得偏载。

托架静载试验千斤顶反压应将钢绞线顶端套入锚环内，上夹片并用套筒将其顶紧。在正式试压前，应落实对0#块托架的全面检查，调整吊杆的受力，使各根吊杆受力基本一致。千斤顶、油表、油泵应进行精确校定，用千斤顶将钢绞线逐根张拉，使每根钢绞线的松紧程度基本一致。钢绞线束按各束钢绞线张拉力，同时由小到大依次分级张拉（对称均匀加载），与翼缘板、顶底腹板堆载预压分级加载同步。每次分级张拉后，与堆载预压部分同步持荷。测量人员根据标记，记录托架在各个级别下结构受力变形的标高和平面位置变化。预压完成后，在钢绞线束上安装退楔器、千斤顶，将千斤顶顶出约150mm。再在其顶面安装锚环，并安装夹片，继续顶出油缸，至顶面锚环及夹片将钢绞线夹紧且底面夹片松弛。钢绞线全部松弛后，将钢绞线卸载。在使用退楔器退夹片时，观察千斤顶和退楔器的稳定性，确认可靠后，再取夹片。且在取压片时，不得将手伸入退楔器。

2.2 挂篮构造

挂篮结构由承重系统、模板系统、工作平台、走形系统、锚固系统、纵行轨道、扁担、锚杆等构成。其中承重系统由菱形架、前后吊带、前后支腿等组成；模板系统由底模平台、侧模系统、内模系统等组成；工作平台分前后工作平台[1]。挂篮设有走行装置，后支腿为后勾板沿轨道行走，前支腿采用钢板与聚四氟乙烯相对运动，摩擦力小，移动方便，外模、内模、底模可以一次到位。挂篮行走时，前端通过前吊杆、滑梁吊杆把底篮、外模及内模吊在前上横梁上；后端通过侧面桁架吊杆吊住后下横梁两端，外侧模、内模板后端通过滑梁吊在已浇筑完的箱梁上。

挂篮施工应加强对几何位置和预留孔尺寸的控制，使挂篮受力状态准确、结构稳定，保证箱梁尺寸准确。为进一步减轻重量，可通过预埋钢筋和菱形框架等方式来实现。

2.3 挂篮设计

施工荷载必须严格控制，按临时结构设计，保证挂篮安全。挂篮与梁段混凝土的质量比按规范控制在0.3～0.5。该桥单个挂篮总重量80t，最大节段混凝土重量为200.1t，荷重比为0.40，满足规范要求；主桁架受力采用32Ⅳ级精轧螺纹钢筋，通过计算锚固安全系数为2.74，满足挂篮在施工状态下的自锚固系统的安全系数不小于2 的规范要求；挂篮空载前移通过计算抗倾覆力矩安全系数为2.1，满足挂篮在行走状态下的抗倾覆安全系数不小于2 的规范要求。

挂篮底模平台由前、后下横梁，底模纵梁及操作平台和安全防护栏杆等构成。前、后下横梁均采用13.5m 长的2I45b 型钢贴板焊加劲构成。前、后下横梁上对称布置纵梁14 根，纵梁均采用6m 长的I40b 型钢，在其上铺设底模。

挂篮的外模支架采用内双拼[10、外双拼[10 组焊件；模板横向肋采用[10，面板厚6mm。外模支架及外模顺桥向长度12.2m，骨架共设3 片，骨架设外滑梁吊框，支撑于外滑梁上。外滑梁采用2[32 制成，单根长12m。在不同施工阶段，外滑梁由前后吊索支撑或由前吊索和后行程吊索支撑。

挂篮的内模系统采用竹胶板与型钢骨架，在施工中，由内滑梁与内模吊挂承重。每个挂篮设置2 条走道，对称于箱梁中心布置，2 条走道中心距6.24m。走道梁采用2I28b 型钢焊接而成，采用预埋精轧螺纹粗钢筋(φ32 精轧螺纹钢)将走道梁固定于梁面之上。后锚系统设在每组主桁架尾端，每组主桁架尾端设6根φ32 精轧螺纹钢锚在3 根后锚分配梁上。后锚分配梁采用2.5m 长2[28b 型钢组焊而成。

挂篮各加工件孔眼采用钻（镗）孔，孔径、光洁度、螺栓孔间距允许误差应满足要求。钢板及钢吊带的加工不得采用手工切割，尺寸边距要精确，消除热影响区对钢材力学性能的不良影响。对于主桁片杆件、吊带、销轴、后锚固筋等重要受力构件，应做探伤检查并采取合理的焊接工艺，控制焊接变形，保证焊缝高度、质量；主桁杆件采用埋弧自动焊，其他部件焊接可采用手工焊。所有主桁杆件的焊缝应通过超声波探伤试验；后锚筋采用精轧螺纹钢筋，两端须配置垫板及双螺母。对走道梁顶板上下两摩擦面，应涂油并包装防护，在运输及拼装过程中防止损坏其光洁度。

2.4 挂篮预压处理

挂篮在使用前，应全面检查其制造和安装质量并进行反向扣拉试验。挂篮在拼装完毕后，对挂篮施加梁段荷载进行静载试验，以消除挂篮非弹性变形及杆件连接缝隙，并确定挂篮的弹性变形量，为悬臂浇筑梁段的立模高程设置提供依据。挂篮采用砂袋作为预压荷载进行预压，加载重量采用1.2 倍的最重梁段自重，预压时按30%、60%、100% 及120% 四级加载[2]。测量时，避免阳光直射以减少测温误差，测得观测数据后，进行分析和整理。根据挂篮的非弹性变形值和弹性变形曲线值，为后续施工提供技术参数。

2.5 模板、钢筋、混凝土工程

挂篮底模梗肋与底板连接处两侧应加设30cm 宽的反压模，防止底部混凝土施工时上翻。墩顶分配梁与钢管立柱间设置砂筒或垫梁以利于拆除底模。模板应保证各部分混凝土结构和构件的正确形状、尺寸和位置，同时承受现浇混凝土的重力、侧压和施工中最不利的荷载，接缝密实，不漏浆。脱模时，用扁担支垫千斤顶逐渐下落以降低冲击。

钢筋按底部钢筋、腹板钢筋、顶板钢筋的顺序安装，纵、竖向预应力管道应定位准确并同时埋置，用定位网钢筋固定牢固。

混凝土浇筑采用一次性浇筑完成，防止施工裂缝。在浇筑过程中，按照“底板、腹板倒角—底板—腹板—顶板—翼板”的顺序，对称、平衡进行，并由梁端向已浇筑梁段的原则分层浇筑，以防挂篮变形造成接缝混凝土出现裂缝。混凝土下落高度超过2m 要采取串筒、溜管等措施，避免落差过大造成混凝土粗细集料分离。腹板、横隔板与底板倒角处钢筋密集，浇筑时，应从腹板处下混凝土，并在腹板、隔板模板上开设观察孔和振捣孔，避免出现露筋、蜂窝麻面，保证混凝土密实、无空洞。腹板和隔板浇筑到倒角上方时，底部混凝土不应再次振捣，防止腹板倒角处混凝土变形，上部混凝土悬空存在空隙。在腹板和隔板浇筑时，可以用小锤敲打模板，检查混凝土是否振动、密实。

2.6 预应力施工及封锚

混凝土浇筑后，强度大于95% 设计值、弹性模量大于85%设计值，且梁体混凝土龄期大于7d 方可张拉施工[3]。在施工过程中，不确定因素较多，施工层次差异较大，如梁管道摩擦、混凝土收缩徐变等原因都会造成预应力损失。张拉前，应对重要梁结构的管摩擦力进行现场试验。根据试验结果，对拉力和管道位置进行调整，将设计的张拉力准确地施加到梁体上，保障其安全性和耐久性（见图1）。预应力张拉采用自动化智能张拉设备提高张拉精度。张拉时，严格控制张拉过程的同步性。孔道注浆采用智能注浆设备、真空辅助注浆。为了提高注浆质量的稳定性，保证施工安全，采用连续运转的活塞注浆泵。对孔道注浆成品质量检验，采用无损检测或内窥镜。检测孔的数量和位置应根据孔的长度和线形来确定，并应布置在设计中规定的位置最高位置；无损检测采用冲击回波法。现浇段端头封锚应严格控制梁体长度，以满足伸缩缝梁体间隙的要求。

图1 腹板竖向预应力布置图（单位：cm)

2.7 合龙

合龙段施工质量直接关系到桥梁的线形和工程质量。与边跨合龙段相比，中跨合龙段施工难度更大，施工要求更高。合龙前，合龙段两侧最后2～3 节段应一起联合测试，以保证合龙的精度。现浇段及悬浇挂篮至合龙块后，将挂篮前移至合龙段位置，测量合龙口箱梁标高及悬臂端标高。在箱梁悬臂端设压重，调整合龙口标高满足设计及监控要求。合龙段在当天最低温度变化幅度最小时采用外部劲性支撑进行锁紧[4]。锁紧段时，应快速对称进行，先将外刚性支撑端部与梁端预埋件焊接（或螺栓），另一端与梁端等内刚性支撑顶部紧密焊接后快速连接。连接完成后，临时预应力束快速张拉。张拉完成后，释放一侧固结约束，使梁的一端在锁定连接下，伸缩自如。为防止合龙段施工出现裂缝，在上下底板或两肋端部预埋临时连接钢构件，设置临时纵向预应力索，用千斤顶调整闭口应力和长度，且应连续观察合龙前几天昼夜环境温度的变化与合龙标高、长度的变化之间的关系，确定适宜的合龙时间和程序。

锁定完成后，选择在一天中，靠近设计合龙温度18℃±2℃且较稳定的时间内，浇筑微膨混凝土。混凝土浇筑采取换重的措施，为保证梁体形状，压重应在临时锁止前，在封闭段两侧的块段上设置，压重吨位与合龙段结构自重相等，换重与混凝土浇筑同步进行。当合龙口两侧顶部高差大于15mm 时，在较高箱梁两端加对称配重后，浇筑混凝土。从合龙段浇筑到预应力张拉，施工荷载应保持平衡。