橋梁掛籃懸澆工程的施工技術(shù)與質(zhì)量安全控制探討

吳文利

摘要：隨著科學(xué)技術(shù)的進步，施工機具、設(shè)備和建筑材料的發(fā)展，橋梁施工技術(shù)不斷改進、提高而逐步發(fā)展和豐富起來，大跨徑橋梁在經(jīng)濟建設(shè)中也發(fā)揮著重要作用。大橋上部結(jié)構(gòu)施工方法有預(yù)制安裝、架橋機加設(shè)、滿堂支架、頂推法、懸臂澆筑等，對于跨越峽谷、江河、既有線路等情況下的中、大跨連續(xù)梁，常采用懸澆筑連續(xù)梁施工。懸臂澆筑施工方法在連續(xù)梁、連續(xù)剛構(gòu)、斜拉橋、拱橋中均有應(yīng)用。本文以懸臂澆筑為例，分析掛籃懸澆施工和質(zhì)量控制措施，希望能為大橋施工提供一些參考。

關(guān)鍵詞：橋梁施工；掛籃；懸澆施工；質(zhì)量安全控制

中圖分類號：U445.4文獻標識碼：A文章編號：1674-3024（2017）02-0055-02

前言

早在1948年，法國工程師E·弗萊西奈在巴黎附近的馬恩河上采用預(yù)制分段施工法架設(shè)了呂章西橋，主跨為74m，從此在歐洲各國得到推廣采用。我國交通系統(tǒng)1968年4月建成了柳州橋，跨越廣西省柳州江，橋跨為45.19m+66.71m+120m+124m+52.29m國內(nèi)首次采用懸臂澆筑法施工。我國懸臂施工方法技術(shù)水平已達到國際先進水平。懸臂施工難度大，技術(shù)復(fù)雜，本文以具體工程為例，分析掛籃懸澆施工和質(zhì)量安全控制措施。

1.工程概述

大橋分為主跨、引橋，橋梁全長397m，主橋長150m，為預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁，北岸引橋長120m，南岸橋長120m，引橋均為30米預(yù)應(yīng)力連續(xù)小箱梁施工。主跨橋下為河流，不適合采用支架法施工，而采用頂推法施工會對周邊環(huán)境造成過度破壞，綜合考慮各種因素，采用掛籃懸澆施工。左右幅主橋上部各由1個單箱單室斷面組成，箱梁根部梁高8m，間梁按二次拋物線設(shè)計。箱梁頂板厚度28cm-50cm，底本厚度、跨中厚度、腹板厚度分別為lOOcm、25cm、40-65cm，箱梁最大懸澆節(jié)段重1200kN，掛籃自重依照60t計算。

2.掛籃懸澆工程施工技術(shù)

掛籃由底模板、懸吊系統(tǒng)、承重結(jié)構(gòu)、行走系統(tǒng)、平衡重、錨固系統(tǒng)、工作平臺等部分組成。

2.1掛籃參數(shù)與選型

掛籃設(shè)計最大兩種和掛籃自重分別設(shè)計為1250kN、500kN，適合使用在2.5-4.0m梁長，傾覆穩(wěn)定系數(shù)設(shè)計大于2.5，采用不平衡重行走方式。該地區(qū)時常出現(xiàn)大風天氣，在設(shè)計中需要注意掛籃自重以及最大梁重比值參數(shù)，能夠保證在8級風天氣下不會出現(xiàn)空載移動情況。結(jié)合施工箱梁特點和技術(shù)參數(shù)，合理選擇掛籃參數(shù)，保證掛籃結(jié)構(gòu)設(shè)計合理，方便施工，現(xiàn)場施工操作方面，適合機械化施工，提高整體結(jié)構(gòu)安全性和穩(wěn)定性，在保證剛度和穩(wěn)定性基礎(chǔ)上控制掛籃重量。在掛籃設(shè)計中采用優(yōu)化棱形鋼桁架結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)具有更強的剛度和穩(wěn)定性，迎風面積很小，能夠充分滿足在大風天氣下的施工。掛籃總長11.5m，懸臂長5.2m，模板采用定型鋼模，掛籃主要結(jié)構(gòu)見圖1所示。

掛籃成功結(jié)構(gòu)形式包括平行桁架式掛籃、平弦無平衡掛籃以及菱形掛籃等，在本工程施工中，主承重桁架由大剛度菱形桁架組合組成，結(jié)構(gòu)簡單，能夠大大減輕自重，是近些年常使用的掛籃形式。整體結(jié)構(gòu)由桁架橫向連接和前后橫梁組成，在施工中為方便作業(yè)，適當降低了前橫梁的高度。桁架主要由2根槽鋼組成，前后橫梁則是由槽鋼焊接組成，桁架和前后橫梁作為后錨反扣壓梁和底平臺系統(tǒng)吊梁。懸掛系統(tǒng)由精軋紋粗鋼筋和鋼吊帶組成，底平臺與鋼吊帶的連接采用雙相鉸接方式，每幅掛籃橫梁配置螺旋式千斤頂和49000kN手拉葫蘆，采用螺紋鋼筋固定。錨固系統(tǒng)由模板系統(tǒng)、軌道錨固系統(tǒng)組成，主縱梁桁架采用反扣壓型式。承重系統(tǒng)是掛籃主要受力構(gòu)件，承擔施工全部質(zhì)量。行走系統(tǒng)由行走軌道系統(tǒng)、鋼軌以及內(nèi)外滑梁構(gòu)成，掛籃每澆筑完成階段，待混凝土強度達到設(shè)計強度90%后進行預(yù)應(yīng)力張拉。放松錨固系統(tǒng)，掛籃采用手拉葫蘆拉動。模板系統(tǒng)有內(nèi)模、外模等組成，根據(jù)實際情況自行制作封頭模板，其余均為定制鋼模。

2.2掛籃安裝

掛籃單片主桁運到橋墩下，準備吊裝，掛籃吊裝在0號段縱向預(yù)應(yīng)力鋼鉸線和豎向預(yù)應(yīng)力粗鋼筋張拉完畢后進行，（1）將O號段軌道所在位置頂面清理干凈，鑿出接茬面，測量放樣，定出軌道所在位置，鋪設(shè)軌道，并用連接器、精軋螺紋鋼、錨具將軌道固定在已張拉的豎向預(yù)應(yīng)力粗鋼筋上，在已安裝完畢的軌道上標出主桁前支座在位置。（2）單片吊裝主桁。將前支座對準軌道安裝標記，并臨時支撐牢固，用同樣方法安裝另一片主桁，調(diào)整兩片主桁的間距、位置后，安裝自錨車輪組和中橫聯(lián)、后橫聯(lián)。（3）安裝前橫梁、后挑梁及懸吊裝置。（4）利用0號段托架的平臺安裝掛籃底模、外模，并將其于懸掛裝置聯(lián)結(jié)，同時安裝工作平臺、底模后錨。（5）調(diào)整底模高程。（6）安裝1號段底板、腹板鋼筋及預(yù)應(yīng)力孔道。（7）檢查1號段底板、腹板鋼筋后，安裝1號段內(nèi)模，將內(nèi)模后錨于O號段頂板，前端懸吊于主桁前橫梁，校準、加固，完成掛籃的安裝。（8）同一“T”構(gòu)的兩個掛籃應(yīng)一起安裝。

掛籃完拼裝后，要對掛籃進行試壓，預(yù)壓荷載建議采用1.2倍最大梁段重量；掛籃總變形不能超過20mm（包括吊帶、桁架、后錨等引起的變形）。

2.3掛藍前移

掛籃前移在張拉完本段縱向預(yù)應(yīng)力鋼鉸線以后進行，包括安裝軌道、松開底模、松開側(cè)模、松開內(nèi)模、前移等工作。

2.3.1鋪設(shè)軌道

在新澆筑節(jié)段混凝土強度達到設(shè)計強度的50%后，安裝并錨固軌道。先清理軌道所在位置箱梁頂面的雜物、放樣、錨固軌道，然后安裝縱移動力倒鏈，倒鏈前端掛在軌道上，后端掛在掛籃前支座拉環(huán)上。在鋪設(shè)軌道時，應(yīng)使軌道頂順直，其頂面應(yīng)控制在同一高程上，以防移動掛籃時爬坡或溜坡，應(yīng)使固定軌道的錨桿及豎向預(yù)應(yīng)力粗鋼筋旋入聯(lián)結(jié)器的長度相同。

2.3.2松開模板

張拉完縱向預(yù)應(yīng)力鋼絞線后，先松開側(cè)模頂緊絲桿和內(nèi)、外模間拉桿，再松開內(nèi)、外?；屏旱鯒U。然后拆除底模后錨，放松底模前吊桿，使底模、側(cè)模離開梁體10cm左右，利用內(nèi)膜架上的絲桿拉緊內(nèi)側(cè)模，使內(nèi)模離開梁體。

2.3.3掛籃前移

解除掛籃后錨，使自錨車輪卡在走行軌道上，拉動前移倒鏈，通過車輪的滾動及前支座下的四氟板滑動，達到掛籃前移的目的。掛籃前移時，底模后部掛在后挑梁上，前端掛在主桁前橫梁上，外側(cè)模、內(nèi)側(cè)模前端通過滑移梁掛在主桁前橫梁上，后端直接掛在滑移梁上。在掛籃縱移過程中，為防止掛籃由于慣性作用發(fā)生傾覆，防止自錨車輪失靈，在后挑梁上安裝鋼絲繩，后端固定在已張拉的豎向預(yù)應(yīng)力鋼筋錨具上。同一“T”構(gòu)的兩個掛籃應(yīng)對稱前移，以防橋梁承受過大的不對稱荷載。

2.4合攏段施工

2.4.1合攏順序

本橋為三跨連續(xù)梁，設(shè)計規(guī)定合攏時先邊跨，后次跨，再中跨。在施工過程中必須按設(shè)計規(guī)定的合攏順序進行合攏。

2.4.2合攏臨時固結(jié)

在澆筑合攏段混凝土前，應(yīng)將相鄰的邊跨現(xiàn)澆段和“T”構(gòu)懸臂端或兩相鄰“T”構(gòu)懸臂端通過勁性骨架、臨時預(yù)應(yīng)力束連接在一起，形成剛性連接。在外界溫度變化時，由剛性連接承受拉力或壓力，盡量減小合攏段混凝土在外界溫度變化時的內(nèi)力。

2.4.3合攏施工中注意的問題

合攏段施工要求低溫下合攏，設(shè)置足夠臨時支撐，盡快澆筑混凝土，加強合攏段混凝土的養(yǎng)護。合攏段施工要求在當天低溫下進行，這與混凝干受力特性有關(guān)?；炷恋目箟簭姸容^高，而抗拉強度較低，在低溫下澆筑完成合攏段混凝土后，隨時間延長其強度也在提高，而隨溫度升高，“T”構(gòu)將伸長，將對合攏段混凝土產(chǎn)生壓力，大部分壓力將被臨時支撐承受。這樣，隨著溫度升高，合攏段混凝土受到的是壓力而不是拉力，這和混凝土抗壓強度高的受力特性相適應(yīng)。合攏段形成臨時固定后，應(yīng)盡快進行合攏段混凝土的施工，張拉永久束，使結(jié)構(gòu)能盡快形成整體。放置時間過長型鋼連接處焊縫、鋼板下混凝土會承受多拉壓作用，有可能造成此處出現(xiàn)裂縫。

3.懸臂澆筑質(zhì)量及安全控制措施

3.1 O號塊支架

對于墩梁支架、滿堂支架，應(yīng)注意驗算支架基礎(chǔ)承載能力、梁的變形。對于橋墩較高的情況，常采用在橋墩上設(shè)置預(yù)埋螺栓，將多片三角形支架固定在橋墩上，形成由多片三角形支架形成的桁架。在設(shè)計時，應(yīng)分別驗算螺栓在正應(yīng)力、剪應(yīng)力作用下的受力性能及抗拉拔能力。

3.2掛籃設(shè)計及施工

掛籃與懸臂澆筑混凝土的重量的重量比不宜大于0.5，且掛籃的總重應(yīng)控制在設(shè)計規(guī)定的限重之內(nèi)，包括吊帶變形的掛籃最大變形總和應(yīng)不大于20mm。掛籃在澆筑混凝土狀態(tài)、行走時的抗傾覆安全系數(shù)、自錨固系統(tǒng)的安全系數(shù)均不應(yīng)小于2。在掛籃前移過程和混凝土澆筑過程呈，如果錨固系統(tǒng)出現(xiàn)異常，后果極其嚴重，國內(nèi)曾發(fā)生過掛籃前移過程、澆筑混凝土埋掛籃傾覆、墜落事故，主要原因是錨固系統(tǒng)細節(jié)處理不當造成的，為避免此類事故的發(fā)生除在設(shè)計時考慮足夠的安全系數(shù)外，在施工過程中應(yīng)有專人負責錨固裝置安裝細節(jié)。

3.3混凝土澆筑

懸臂澆筑施工是分段對稱澆筑混凝土，節(jié)段之間混凝土的抗拉強度相對較低，為保證相臨段混凝土可靠的連接，在拆除端模后，應(yīng)將端面混凝土表面浮漿鑿出，且在澆筑下段混凝土時，應(yīng)將端面混土清理干凈、用水濕潤。由于是在兩端掛籃上澆筑混凝土，兩端混凝土的澆筑速度不同將引起“T”構(gòu)的不平衡彎矩。如施工不當將引起嚴重后果，國內(nèi)某懸臂澆筑連續(xù)梁采用鋼管樁作為臨時墩，在即將合攏時由于“T”構(gòu)兩端澆筑速度差異較大，在傾覆彎矩作用下使鋼管失穩(wěn)，整個“T”構(gòu)墜落。

3.4預(yù)應(yīng)力張拉壓漿控制

張拉時混凝土強度應(yīng)符合設(shè)計及規(guī)范要求，設(shè)計無規(guī)定時，不得低于設(shè)計的混凝土強度等級的80%，本橋設(shè)計為90%時張拉。張拉順序宜先張拉中部，后張拉上下或兩側(cè)，左右對稱張拉。壓漿過程中及壓漿后48h內(nèi)，結(jié)構(gòu)混凝土的溫度不得低于5℃，否則應(yīng)采取保溫措施，當溫度高于35℃時，壓漿應(yīng)在夜間進行。

3.5線形控制

懸臂澆筑連續(xù)梁線形控制是保證橋梁順利合攏，確保橋梁線形的關(guān)鍵工作之一。由于續(xù)施工節(jié)段對于先期施工節(jié)段影響、混凝土徐變、預(yù)應(yīng)力松弛、合攏順序、結(jié)構(gòu)尺寸偏差、掛籃自身變形等因素，在施工各節(jié)段混凝土時，需要設(shè)置預(yù)拱度。在節(jié)段立模時，應(yīng)將掛籃自身變形和監(jiān)控單位提供的預(yù)拱度一起考慮，并及時測量各節(jié)段的澆筑混凝土、張拉和掛籃前移等工序的變形，及時反饋給監(jiān)控單位，作為監(jiān)控單位調(diào)整高程的依據(jù)。在測量節(jié)段變形、設(shè)立節(jié)段高程時，應(yīng)盡量在每天早上日出前進行，以避免日照、溫度變化對測量的影響。

4.結(jié)束語

綜上所述，懸臂澆筑施工和線形控制是橋梁施工中的一個難點，控制不好，兩端懸臂澆注至合攏時，梁底高程誤差會大大超出允許范圍，既對結(jié)構(gòu)受力不利，且因梁底曲線產(chǎn)生轉(zhuǎn)折點而影響美觀，形成永久性缺陷。底板預(yù)應(yīng)力防崩鋼筋設(shè)置應(yīng)重點檢查，以免張拉時造成底板混凝土的剝離。合攏段澆筑混凝土時的溫度控制和節(jié)段變形測量時間先擇都要認真做好規(guī)劃，以免出現(xiàn)工程質(zhì)量問題。