张龙云ZHANG Long-yun

（和县公路管理服务中心，马鞍山243000）

0 引言

连续梁悬臂挂篮施工是将梁体划分成若干节段，利用移动式挂篮作为活动脚手架，以桥墩为中心，对称浇筑节段混凝土，混凝土强度达到要求后，进行预应力钢束张拉锚固，完成一个节段的施工后，挂篮移向下一节段，如此循环往复最终成桥，是跨越宽深的河流山谷及既有线路大跨径桥梁的常用施工方法，挂篮作为一个沿梁顶轨道走行的临时承重吊架，后端锚固、支撑在已浇筑成型梁段上，前端悬挂模板，正式施工过程中梁段的钢筋骨架制安、模板支立调整、浇筑混凝土及预应力张拉锚固等各项工作均在挂篮上完成。悬臂挂篮技术应用具有一定的成熟性，但其多属于高空作业，施工工艺复杂，施工技术具有较高的要求，需准确把握施工技术要领，严格依照施工程序实施，保证工程质量安全可靠。

1 连续梁悬臂挂篮施工的技术特征

连续梁体系的结构特点是桥跨结构上除了有承受正弯矩的截面外，在桥墩支点截面处承受负弯矩。悬臂挂篮施工连续梁的技术特征是桥梁结构受力体系发生多次转换，施工时将连续梁划分成若干节段，将桥墩与各对称节段形成临时T 形刚构，逐节段向两端对称延伸、分节浇筑，待混凝土达到要求强度后，通过梁顶预应力束将各节段连接在一起，逐跨把一个临时T 形刚构，与邻近边跨支架浇注梁段合龙成1 跨“”字形悬臂体系，最后把两个临时“”字形结构合龙成1 个三跨“”或者多跨超静定体系连续梁。连续梁在主墩顶部为铰接，不能承受施工荷载不平衡产生的倾覆力矩，必须采取措施将桥墩与其顶部O号块予以临时固结，保证施工时结构的稳定。悬臂挂篮施工过程中，因墩梁临时固结，在墩顶主梁上将产生负弯矩，跨中正弯矩相应减少，其施工状态的结构受力与运营状态比较接近，有效发挥了预应力混凝土结构负弯矩荷载承载能力大的优势，特别适合于大跨径连续梁的施工，且结构整体性好，施工中可不断调整位置，不用或少用支架，不影响河流通航或桥下交通，施工费用省，工程经济效益较好。悬臂挂篮施工技术控制要点包括挂篮设计与施工、施工挠度控制、合龙段施工及结构体系转换等几个方面，挂篮是悬臂挂篮施工中非常重要临时结构，其安全直接影响施工过程安全，特别是挂篮的移动及混凝土浇筑过程，如果锚固系统出现异常将造成严重的安全质量事故。悬臂挂篮施工线形控制是施工中的关键工作，涉及后续浇筑梁段自重对先期施工梁段的影响、温度变化、预应力加载和松弛、挂篮自重及变形、施工荷载等诸多因素，控制不好，不仅结构内力不符合要求，而且因成桥线形不平顺，形成外观质量缺陷。合龙段施工是将相邻的悬臂浇筑T 形刚构和边跨现浇段或两相邻的悬臂T 形刚构连接在一起，合龙过程使结构受力体系从静定体系向超静定体系转化，是非常重要的施工步骤[1]。

2 悬臂挂篮在连续梁施工中的应用

2.1 0 号块施工

悬臂挂篮施工的连续梁桥，下部结构施工完成后，首先安装永久支座、设置临时支座临时锚固、搭设临时支（托）架，并对支（托）架进行预压，再施工0 号块，在0 号块上进行挂篮安装和预压，然后利用挂篮对称悬臂浇筑各临时T 形刚构梁段。0 号块最好能满足拼装一个临时T 构即两套挂篮的作业长度，设计长度不足时，可在1 号块浇筑完成后再进行挂篮安装。墩身高度较低，可采用置于桥墩基础或地基上的支架进行浇筑，墩身较高时，可在墩中设置预埋支撑托架浇筑。0 号块作为悬臂挂篮施工的起步梁段，是整个连续梁施工高程和线形控制的基准，预应力管道布置复杂、非预应力筋密集，具有工作面复杂、作业难度大、质量要求高、施工条件差等特点，一般要求一次浇筑成型。支（托）架是悬臂挂篮施工重要的临时结构，设计时对其强度、刚度和稳定性必须进行严格验算，确保安全可靠。支（托）架在浇筑混凝土前必须进行预压，预压荷载不小于施工最大荷载的1.2 倍，以验证支（托）架的承载能力、消除支（托）架的非弹性变形，并获得荷载与弹性变形的关系用于施工过程控制，是保证0 号块施工成功的重要工作，必须予以高度重视。

连续梁悬臂挂篮施工时必须按照设计将桥墩与墩顶梁段（0 号块）刚性连接即墩梁临时固结，以抵抗施工时悬臂两端荷载不平衡而产生的倾覆力矩，确保施工过程的安全可靠。墩梁临时固结是由临时支撑和临时锚固体系两部分组成的组合结构，具有支撑和反拉锚固的双重作用。墩梁临时固结必须形成刚性结构体系，应能承担最大悬臂状态时即悬臂结构一侧有一梁施工超前而产生的荷载不平衡力矩和竖向支点反力，以及曲线向心倾覆弯矩。临时结构的强度、刚度和稳定性及相应墩身强度的稳定性系数不小于1.5，相关指标验算时应予以特别注意，同时要求临时结构在施工完毕后易于拆除。墩梁临时固结是保证挂篮悬臂施工时结构稳定安全的重要临时结构，如处理不当，可能导致结构失稳倾覆而引发安全质量事故。

2.2 挂篮系统的设计

挂篮通常有六个构件组成，即承重结构、提吊系、锚固系、走行系、模板系和工作平台。承重结构是挂篮承担施工荷载的主构架，通常采用三角形或菱形钢桁架结构，提吊系的作用是将各种施工荷载传递到承重结构上，锚固系的作用是防止在悬浇T 构梁段混凝土时荷载不平衡导致挂篮失去稳定性而倾覆，走行系是挂篮纵向移动的装置，保证挂篮走行时的抗倾覆稳定性，模板系主要作用是浇筑节段混凝土，承受新浇混凝土重量，工作平台是提供预应力张拉、灌浆工作及调整高程的场地。因此挂篮不仅要求有足够的强度保证，还要有足够的刚度及稳定性，结构简单，受力明确，刚度大，弹性变形小，运行方便，通用性强。

挂篮设计应遵循结构轻盈、坚固稳定、易于拆装原则，总质量应符合设计要求，与悬浇段混凝土的质量比宜控制在0.3～0.5，施工、走行时的抗倾覆、自锚固系统等各项安全系数必须满足规范要求，设计时应着重考量以下几方面：第一，挂篮总质量轻。挂篮承重结构应构造简单、受力路径简明清晰、稳定性好具有足够可靠度；材质选用高强轻质钢材，便于加工；尽量采用锚固式挂篮，利用梁体内竖向精轧螺纹钢筋抵抗倾覆弯矩。第二，挂篮控制智能化。尽可能应用工业自动化控制技术来进行挂篮设计，提升挂篮控制系统电气化、智能化水平，使悬臂挂篮施工操作时作业效率高，施工周期短。 第三，作业空间充足。挂篮设计时对于作业人员安全通道等配套设施以及各种机具的摆放位置等应综合考虑，确保作业空间宽敞、操作安全。最后挂篮应采用国标构件进行设计，保证大多数构件可以通用互换，避免因构件损坏影响使用。

2.3 挂篮的拼装

挂篮应委托专业的钢结构厂家生产，所有构件加工制造完成后，必须按照设计图纸进行检查验收，主要内容包括杆件材质、截面尺寸、连接件的焊接或栓接质量，对于销座、销轴等应力集中部位质量予以重点检查，挂篮出厂前必须进行试拼，对集中受力的重要构件，要进行应力测试，结构焊缝做超声波探伤检查，挂篮构件验收和试拼全部合格后才能运到施工现场进行拼装[2]。

正式拼装挂篮时，在地面上将单个杆件组装成各功能组件（如钢桁梁、桁架等），以验证功能组件的完整性、可操作性，同时使操作人员熟悉挂篮各功能组件之间相互关系以及操作运行规律。在墩顶梁块上，首先安装基准控制功能组件，再进行其他功能组件的安装，最后完成整个挂篮的安装。拼装时必须严格按照设计图纸的要求，两端挂篮对称同步进行，拼装过程中，仔细调整系统功能组件位置，确保主构架位置准确，锚固安全稳妥，模板安装规范，走行轨道安装平顺，提吊连接牢固可靠。

2.4 挂篮静载试验

挂篮拼装完成之后，应严格依照相关规程进行静载试验，其目的在于减少挂篮的非弹性变形，获取挂篮结构刚度与挠度值之间的线性关系，检验构件自身安全，保证施工质量和安全。

预压前应编制挂篮静载试验方案，明确预压方式、荷载、人员分工等。试验荷载的取值采用最大梁段施工荷载，当设计无要求时，加载过程中可按照施工最大荷载的0%—30%—60%—100%进行分级加载并分级记录沉降量，直至加载至施工最大荷载的1.2 倍。在进行加载时，尽量模拟梁体重量分布，两端加载重量保持平衡，全部加载完毕后按照6h、12h、24h 时间间隔观测沉降量，24 小时内沉降量差值小于1mm，认为变形已经稳定，进行荷载卸除，卸除荷载时按加载量级递减平衡卸载，根据全过程加载沉降观测记录，绘制成沉降曲线，分析计算挂篮的弹性、非弹性变形，编制挂篮荷载试验报告，用于后续悬臂挂篮施工控制。荷载试验后重新调整挂篮底平台高程，检查挂篮锚固情况，设置预拱度，进行后续各项工作。

2.5 节段混凝土浇筑

悬臂挂篮施工过程中，各节段混凝土浇筑作为主要工序，直接影响成桥工程质量，必须严格依照相关规程实施。正式浇筑之前必须仔细核对挂篮轴线及纵、横、竖三向预应力孔道定位坐标，挂篮底模高程等，各种预埋件应定位准确，满足规范要求后才能浇筑混凝土。混凝土浇筑均应考虑悬浇T 形刚构增加荷载的对称性，在一个T 形刚构内，混凝土浇筑速度保持两个节段同步进行，保持同一节段内前后、左右的混凝土对称浇筑，防止T 形刚构两端弯矩产生较大偏差。每一节梁段的混凝土要从悬臂端向根端进行浇注，使挂篮外端先受力下沉，减少新老混凝土接缝处收缩裂纹。应在最早浇筑的混凝土初凝之前完成梁段混凝土的浇筑，且应一次浇筑成型，避免施工接缝。浇筑振捣过程中振动棒严禁触碰其他部件，插入速度应快，拔出速度要慢，确保混凝土捣固均匀密实，振捣需积极划分区域，将其实际责任明确至人，以免出现过振漏振现象，预应力管道前周围振捣时，需注意混凝土密实度，不能影响管道平面位置。混凝土浇筑完成之后，应采取合理养护措施进行养生工作，混凝土强度到达2.5MPa 时，方可拆除端头模、侧模[3]。

2.6 挂篮走行

完成梁段纵向预应力束张拉锚固后，挂篮走行前移至下一节段，主要工作有铺设轨道、放松后锚点锚固、前移等。一个T 形刚构两端的挂篮应对称同步移动，同一挂篮左右两边保持同步前行，挂篮前移应同步、缓慢、平稳，确保梁体两端荷载受力均衡对称，避免走行过快的冲击力损伤梁体。挂篮前移过程中应特别注意检查桁片间连接、前吊点锚固方式、挂篮前支点、主桁及底模的后锚点锚固等情况，确保前移安全可靠及稳定性。

2.7 合龙段施工

合龙段施工是连续梁受力体系发生变化的重要过程，是确保成桥内力和线形符合设计的关键，一般由边跨合龙及中跨合龙两部分组成，合龙顺序严格按照设计要求进行。边跨合龙是将临时的T 形刚构体系转变为单悬臂体系，中跨合龙再由单悬臂体系转变为连续梁体系，结构受力体系从静定转换为超静定或多次超静定，梁体因热胀冷缩变形受到限制而产生温度应力，在混凝土龄期短、强度不足时，可能因温度应力过大导致合龙段混凝土破裂。因此施工过程中应高度重视昼夜温差、混凝土的水化热和早期收缩、已完梁段混凝土的收缩徐变、结构的受力体系转变等因素的影响，采取低温下合龙、设置临时锁定、加强混凝土的养护等必要措施，保证合龙段的施工质量。

2.8 桥梁施工监控

桥梁结构设计时由于材料的力学特性等设计参数取值与实际施工过程不可能完全一致，温度变化及预应力张拉力实际施工控制存在各种不确定因素，导致悬臂施工过程中节段变形、控制截面应力与设计要求不相符合，施工监控目的是在理论计算的基础上，确定各节段立模高程，预测后续浇筑节段高程，以保证合龙段两悬臂端高差、成桥后结构的变形、内力及线形符合设计要求，保证结构在施工过程中的安全。

桥梁施工监控包括线形控制及结构安全两方面的内容，线形控制主要方法是通过设置预拱度调整立模高程、合龙前进行压载等；桥梁结构安全主要通过对应力、应变的实时监测来实现。具体方法是采用自适应参数识别法进行预测，形成施工、结构分析、量测、误差分析、参数调整、施工的循环过程，以设计的的线形和结构内力为控制期望值，通过施工全过程有限元数值模拟仿真分析，全过程监测材料的力学特性、控制截面应力、节段变形，将实测值与设计参数进行识别并找出偏差，提前预报施工阶段各节段的立模高程（预拱度）、已施工节段高程、控制截面应力，全过程跟踪计算，根据现场实际情况变化，不断调整、完善计算参数以满足设计线形及内力要求。

3 项目实践案例分析

3.1 项目概况分析

笔者参与建设的省道210 和城段改建工程得胜河大桥，主桥为（60+100+60）m 预应力混凝土连续梁桥，双幅布置，主桥平面位于直线上，纵坡为±2.3%，桥面横坡为±2%。主梁采用截面形式单箱单室的变截面PC 连续梁，单幅箱梁顶板宽度为13.25m，底板宽度为7.0m。主墩支点处梁高6.0m，跨中处梁高2.7m，其余梁底高程变化规律采用二次抛物线形式。跨中及边跨底板厚30cm，主墩支点处底板厚80cm。主梁0 号块和1 号块节段总长10.0m，利用在墩柱上预埋钢板，搭设工字钢托架浇筑，一次性浇筑完成。边跨现浇段长8.90m 采用钢管桩支架法现浇施工，边、中跨合龙段长为2.0m，采用吊模法施工，2 号～6 号梁块长2.5m，7号～13 号梁块长 3.0m，14 号～16 号梁块长 3.5m。2 号～16号梁块自重均在90～120t 之间，采用悬臂挂篮对称浇筑施工，挂篮结构形式为三角形轻型挂篮。主桥连续箱梁合龙施工顺序为先次边跨、后中跨，即两次边跨跨同时合龙并张拉部分预应力束后，再进行中跨合龙段施工，最后解除临时固结，实现连续梁体系转换。

3.2 实际应用

得胜河大桥挂篮设计为三角形挂篮，因0 号块长度不满足挂篮安装要求，在1 号块施工完成后再进行挂篮的安装，0 号及1 号块长度都是5.0m，采用托架现浇施工，主要工作内容是设立临时支座及永久支座，埋设预埋件搭设托架，利用千斤顶反压架分级模拟施压进行托架预压，铺设底模、侧模，浇筑混凝土，进行临时锚固施工。在0 号及1号块上安装挂篮，在挂篮上进行钢筋骨架制安、模板支立调整、浇筑混凝土及预应力张拉锚固等各项作业，完成一个循环后，新的梁段产生，挂篮前移固定在新的梁段上，如此循环直至连续梁完成。全桥共计投入4 套挂篮进行施工，挂篮结构简单，受力明确，刚度大，弹性变形小，为施工安全提供可靠保证。挂篮自身重量为29.5t，箱梁最重节段为2 号块梁段，混凝土重量为1201kN；产生弯矩最大节段为16 号块梁段，混凝土重量为920kN,挂篮加载试验取16号块梁段产生的弯矩。挂篮实际走行过程中选取三个5t倒链牵引，保证用力均衡，且在挂篮后端加挂三个10t 倒链拉住挂篮桁架末端，保证其走行安全性及可靠性。得胜河大桥的成功实践表明悬臂挂篮运行方便，安全可靠，满足连续梁施工各项技术要求[5]。

4 结束语

悬臂挂篮施工以其逐段浇筑，梁段位置易于调整和控制，整体性好，不需要大型机械设备等优势，广泛用于桥梁工程施工中，各施工段属严密的重复作业，可提高桥梁施工效率及质量。施工过程中需特别注意墩梁固结及结构体系转换等关键环节，加强施工过程监控，采取全面的安全保证措施，确保高空作业安全，保证悬臂挂篮在连续梁施工中的圆满成功。