特大桥连续梁悬臂挂篮施工关键技术分析

2021-04-28曹文斌孙剑

运输经理世界 2021年17期

曹文斌、孙剑

（1.九江市公路发展中心都昌分中心，江西都昌332600；2.都昌县交通综合行政执法大队，江西都昌332600）

0 引言

在特大桥连续梁悬臂挂篮施工前，首先，需要进行悬臂挂篮拼装和试验，挂篮的设计应该采用无平衡重桁架式结构。在施工过程中，要分析预拱度，对加固模板进行调整，使挂篮在各个阶段能够保持平衡稳定。在钢筋绑扎后，需要安装预应力的管道，并进行混凝土灌注压浆；其次，需要控制T 构两悬臂端混凝土浇筑速度；最后，在纵向预应力张拉完成后，方可移动挂篮进行下一阶段的施工。

1 国内连续梁施工现状

我国自20世纪50年代中期开始应用连续梁施工，至今（2021年）已有将近70年的历史。相比其他国家而言，我国连续梁施工技术起步比较晚。但是近些年随着我国对外开放力度增大，大规模建设基础设施，目前我国连续梁施工技术已经领先国际水平[1]。连续梁施工方法主要包括顶推法施工、挂篮悬臂施工、满堂支架施工、逐孔施工，不同的方法对施工要求不同。在众多施工方法中，悬臂挂篮施工方法由于不需要搭设支架，在施工期间对行车影响较小，跨越幅度大，所以应用最广泛。目前，在我国开通的16 条高速铁路客运专线中，连续梁使用比例超过50%。其中，津秦铁路客专线在2010年被列为全国铁路十大重难点工程之一。

2 连续梁悬臂挂篮施工优缺点

从我国目前已经修建的桥梁来看，悬臂挂篮施工技术具有以下优点：一是能够有效节约施工成本，无须大型吊装设备辅助，降低工程造价。二是悬臂挂篮施工方法有利于截面的控制，同时还能够控制梁体内外侧标高度。三是悬臂挂篮施工无须支架，有利于通航河流建桥[2]；适用于大跨度深山峡谷；在城市建立交桥也不影响公路铁路正常运行。四是有利于加快施工进度。正常的混凝土施工包括内模安装、钢筋加工、预应力管道定位、混凝土浇筑、预应力张拉、管道压浆等步骤。在悬臂挂篮施工中，虽然也需要进行这些步骤，但是整个施工过程相对简单，而且受外界的影响比较小，可以进行连续施工。

当然悬臂挂篮施工方法也并不是没有缺点：一是受施工参数影响。在采用悬臂挂篮施工的时候，受到位置的影响，要逐阶段控制挂篮标高。在实际施工中，由于各区段浇筑混凝土的时间不同，在合龙时，需要进行体系转换。但是由于混凝土会产生收缩变形，而且内力分布十分复杂，对施工来说有较高的要求。尤其是在悬臂挂篮施工中，需要控制各个参数，保证操作精细化，这就加大了施工的难度。二是必须进行挂篮的安全性验算。由于悬臂挂篮施工是在空中进行的，在施工之前必须要进行安全性验算，以保证挂篮安全可靠，防止出现梁体倾覆或者梁端位移。

3 挂篮结构

3.1 主桁架系统

主桁架是挂篮的重要承重结构，主要由3 片主桁架、槽钢板、横向连接结构和顶棚梁组成。槽钢板厚度为1cm 的钢板焊层，焊缝高度为8mm，桁架两结构端采用钢板和螺栓连接，挂篮主桁架悬臂长4.78m。3 片主桁架分别布于箱体3 个腹部位置。横向联系结构由槽钢、钢板、角钢主焊合成，并采用高强螺栓连接，以保证框架整体的稳定性[3]。顶棚梁长17.52m，由两条工字钢组成。工字钢设14 块横隔板和12 块厚度为1cm 的加筋钢板。共有10 个吊点，2 个外横前吊点、4 个底模平台吊点、4 个内模前吊点。

3.2 吊挂系统

3.2.1 前吊装置

前吊装置的作用是将浇筑的混凝土重量转移至挂篮的3 片主桁架上。前吊系统由4 根钢板吊带和螺纹钢组成。

3.2.2 后吊装置

后吊装置的作用是将混凝土的重量转移至已浇筑完成的箱体上。后吊系统主要由6 根螺纹钢和4 块钢板、2 根吊带组成。吊带穿过箱梁底板的预留孔与底模平台横梁连接，每根吊带通过梁体连接在已浇筑完成的箱梁底板上。

3.3 模板系统

3.3.1 外侧模

外侧模主要是由面板和钢桁架焊接而成。面板为厚度6mm 的钢模板，钢桁架由横杆、竖杆、角钢连接而成。外侧模长度为5m，主要用于梁部两端施工中[4]。在施工过程中，需要考虑量标高的变化，并设置活动件。外侧模支撑在外滑梁上，设有后吊架，后吊架上装有滑轮。在挂篮行走的时候，外滑梁与外侧模一起沿滑轮滑行。

3.3.2 内模

内模主要为轻型钢板，每个内模桁架吊在2 根内模滑行梁上，并沿内模梁滑行。

3.3.3 底模

底模由底模板和底模架组成。底模后横梁和前横梁均可作为槽钢的受力点，分别用于前吊杆和后吊杆。底模板宽度应比箱梁底宽小8mm，缝隙处应填海绵条，以防止漏浆。

3.4 行走系统和后锚固系统

3.4.1 行走系统

行走系统由轨道前支座、钢枕、后支座组成。前后支座设置在轨道顶面，前支座沿轨道滑行。在行走时，应在滑板上涂抹润滑油，以减少行走的摩擦系数。挂篮主桁架通过后钢板沿轨道上翼缘向前滑行。

3.4.2 后锚固系统

挂篮的后锚固系统由锚轨扁担、后锚扁担组成[5]。在挂篮节段混凝土浇筑时，挂篮的后端通过后锚扁担与螺纹钢将主桁架后节点锚固在轨道上。轨道通过锚轨扁担和箱体顶面的竖向预应力连接，将所承受的力传递至箱梁。

4 悬臂挂篮安装和调试关键施工技术

4.1 悬臂挂篮安装

悬臂挂篮安装应该按照以下顺序进行：轨道锚固系统—足构架立柱—足构架斜拉杆—后锚系统—门架—前横梁吊带系统—底托系统—前排梁衡量—底模外侧模、内模系统。具体安装步骤为：按照要求设置轨枕，并根据桥梁中心线确定轨道中心，铺设轨道，利用连接器连接螺纹钢和轨道锚固钢筋，以此作为锚固轨道。在安装滑移支架的时候，需要使滑移支架支柱与梁端处于同一直线。对主构架进行吊装，采用螺栓和反扣轮系统相连，安装竖杆间的横杆，并用销轴与横杆相连。随后安装两侧吊架竖杆，并采用销轴连接。两侧竖杆顶部使用螺纹钢相连，同时调整主构架垂直度。在进行前横梁安装的时候，应当使用高强度螺栓。同时在桥下，对前吊带和前吊杆进行组装前的准备。将前吊带按照从下至上的顺序，从横梁上穿出，并安装千斤顶和扁担梁。通过梁体底板预留孔穿出内扣吊杆，根据现场起吊能力，调整和拼装桥下底托系统[6]。当起吊能力不足时，需要分析托梁重量，并按顺序进行分布吊装。在前吊杆和前托梁之间采用销轴相连，完成底模吊装之后，需要进行定位，并采用点焊的方式进行固定。随后对内滑梁前后吊杆进行安装。安装完成后，对挂篮进行加载试验，并适当调整模板的标高，绑扎好底板和腹板钢筋之后，再对内模支架进行分片吊装，并安装内模板，挂篮安装允许误差见表1。

表1 挂篮安装允许误差

4.2 挂篮预压

在完成挂篮安装后，需要对安装的挂篮进行预压，目的是消除非弹性变形，并确定变形曲线值，为下一步施工提供有效参考。悬臂挂篮预压方法需要按照悬臂挂梁段自重进行，初始预压值为1.1 倍的设计压力。预压借助反力架完成，并分三次进行，每次加完压力后，需要对实际变形值进行测量。在加压结束之后，再次测量最终变形值，随后，对变形观测值进行分析，确定挂篮修正值。

4.3 挂篮行走

挂篮行走前，需要检查挂篮结构状态和不同部位的连接状况，如果发现缺陷，应立即整改。清理挂篮轨道上的障碍物。挂篮行走应缓慢进行，移动速度不能超过10cm/min[7]。采用千斤顶缓慢松开挂篮尾部的后锚钢筋，沿挂篮前进方向铺设第二阶段轨道。在挂篮行走的时候，需要做好位置标记，一般为主桁架竖杆中心距离两端50cm 的位置。为防止挂篮行走受到过大的阻力，需要在滑移底板上涂抹润滑油。在挂篮行走过程中，应该同步控制其他相应构件，并保持行走一致。在挂篮行走至控制位置后，停止行走，锚固挂篮尾部，并安装吊杆，调整底模和侧模高层。

4.4 体系转换

在进行悬臂挂篮施工的时候，结构体系转换至关重要。而合龙段施工又是重中之重。如果体系转换出现问题，就会导致整个梁体受力不均，甚至出现梁体破坏，严重影响施工质量。连续梁的体系转换是两个T 构向双悬臂的转换，转换成刚构连续。在体系转换过程中，需要确保结构内力调整分配满足设计要求，并协调合龙段悬臂端内力，解决连续梁临时固结和锁定的技术问题。在具体施工中，应该采取以下措施：在合龙边跨和中跨的时候，应该先焊接连接筋，再利用永久性的预应力临时张拉。在施工中，需要考虑温差产生的收缩变化。在焊接前，保证结构变形协调，采用56 号工字钢进行焊接。在三孔钢连续梁跨中段合龙的时候，应该合理控制液压千斤顶的施加压力和水平顶力。在进行中跨合拢段浇筑混凝土前，需要在两悬臂端配置与混凝土重量相当的水箱作为压重，并在浇筑过程中持续放水，始终保持两边重量相当，使合龙段处于稳定状态。五孔连续梁固结的措施是在安装临时支座时，分析梁体受力情况，在进行体系转换前，预埋螺纹钢，并与梁体进行连接，以控制悬臂施工产生的拉应力[8]。合龙段施工完成安装后，需要拆除临时固结，并切断螺纹钢，转换到永久支座上。进行预应力张拉，完成体系转换。预应力张拉是整个连续梁施工的难点。其施工质量直接影响到梁体的使用寿命。因此，在进行预应力张拉的时候，应该根据设计要求和施工实际情况，合理确定施工方案。通过建立仿真模型分析预测压力，保证预应力控制值与实际设计要求一致。

4.5 线形控制

在挂篮移走之前，为了保证合龙段施工质量，需要合理控制合龙段竖向挠度的偏差，使其能够满足桥面现行要求。在施工前需要进行测量，并利用桥梁软件进行仿真计算，调整实际参数。根据桥梁浇筑段的立模标高做出预测。包括浇筑段牢度变化值、应力、温度变化以及挂篮自身的弹性变形等。挠度观测点应该在腹板正上方5cm 处[9]。在施工过程中，需要加强对每一截面内模的检测以及预应力张拉前后的标高观测，并掌握各个节点的挠度以及箱梁曲线的变换历程。同时还需要考虑温度对挠度的影响。要在早上7 点至18 点前进行温度影响观测，并在底板和顶板之间埋传感器，通过布置测点分析温度对挠度产生的影响，以监测桥墩连续悬臂梁灌注期间的稳定性和施工时的不平衡影响。通过计算预测，分析解决线形控制问题。

4.6 挂篮脱模

在完成节段浇筑以及预应力张拉后，才能进行脱模工作。在脱模时，首先将外侧模骨架拉杆松开，然后调节千斤顶，将底模内后吊杆千斤顶松开。调节外滑梁后，将螺纹钢螺母松开至一定高度，将侧面吊架和外侧模间的倒链松开。调节前吊杆千斤顶，将外滑梁前吊杆和前横梁与外侧模间倒链松开。利用侧模模板自重脱离混凝土，并控制脱模高度为10cm 左右。最后对后吊杆进行拆除。在拆内模的时候，需要先将吊杆螺母松开至一定位置，并对内滑梁前吊带进行调节。为了方便滑梁行走，滑梁前端应比后端略低。