连续梁悬臂施工工艺及施工方法

姚会涛

(中铁十八局集团第一工程有限公司，河北涿州072750)

1 工程简介

石武客专铁路SWQZ-8标的确山特大桥位于驻马店境内，全桥长3 421.055 m，中心里程为DK934+653.10，其中DK934+272.700～DK934+410.220段(40#墩～43#墩)之间为(40+56+40)m连续梁，跨越三里河，河与线路夹角为90°，河宽100 m。

本桥为双线客运专线铁路桥，设计最高运行速度350 km/m，正线线间距为5.0 m，梁全长137.5 m，计算跨度为(40+56+40)m，中支点处梁高4.35 m。梁体为单箱单室、变高度、变截面结构，主桥截面为预应力混凝土变截面连续箱梁截面，箱梁顶宽12.0 m，箱梁底宽6.7 m。

2 适用范围和特点

悬臂浇筑法适用于高墩、大跨径的连续梁、连续刚构，孔下不受通航、通行的限制，其特点是无须建立落地支架，无须大型起重及运输机具，主要施工设备是挂篮。

挂篮是悬浇施工的主要设备，可在已经张拉锚固并与墩身连成整体的梁体上移动，每段绑扎钢筋、立模、浇筑混凝土、纵向预应力张拉都在挂篮内进行。完成本段施工后，挂篮对称向前各移动一节段。

3 挂篮分类和组成

挂篮是悬浇箱梁的主要设备，它是沿着轨道行走的活动脚手架及模板支架。就国内外现有的挂篮按结构形式可分为桁架式、三角斜拉带式、预应力束斜拉式、斜拉自锚式；按行走方式可分为滑移式和滚动式；按平衡方式可分为压重式和自锚式。

挂篮由承重系统、底模系统、侧模系统、走行系统和锚固系统五大部分组成(见表1、图1)。

4 施工工艺流程

悬臂浇筑施工工艺流程：养生、等强→预应力束制作→穿预应力束→张拉机具检验→张拉→压浆→挂篮滑移→模板测量控制→绑扎底板钢筋和安装预应力管道→绑扎腹板钢筋和预应力管道→立内模、端模→标高控制→绑扎顶板钢筋及预应力管道→挂篮预留孔→灌注梁段混凝土并制作试验块→线型控制→墩顶梁段施工完毕→循环N次

表1 挂篮组成

4.1 0#梁段施工

根据箱梁截面的情况确定混凝土是一次浇筑还是分次浇筑，一次浇筑时，应在顶板中部留一窗口，使混凝土由窗口进入箱内，分布到底模上。当箱梁较高时，应用减速漏斗向下传送混凝土，采用二次浇筑时，先安装底模、侧模及底板、侧板的普通钢筋、预应力筋，待浇筑第一次混凝土后，再安装内模及顶板普通钢筋及预应力筋。

由于0#块结构复杂，预埋件、钢筋、各向预应力钢束及其孔道、锚具密集交错，梁面有横坡度，根据本桥结构形式及高度，混凝土分两次浇筑，施工程序为：

0#梁段的施工顺序为：托架安装→安装支座(施工临时锚固支座)→安装底模→预压→分片吊装0#段外模、安装底板和腹板钢筋→安装腹板预应力波纹管及竖向预应力钢筋→安装内模板→绑扎顶板钢筋和横向预应力筋→安装纵向预应力管道→搭设混凝土灌注工作平台→灌注混凝土→混凝土养生→拆模→预应力筋张拉及孔道压浆→底模拆除

4.2 支架布置

支架施工满足以下要求：

支架有足够的强度、刚度和稳定性的要求；有简便可行的脱模措施；预压重量大于浇筑混凝土的重量；支架地基承载力必须满足要求，基础可采用明挖扩大基础、钢管桩基础或钻孔桩基础；根据混凝土及支架产生的弹性和非弹性变形，设置预留量；支架底有完好的排水系统。

图1 挂篮安装示意

(1)0#梁段的支架布置：主要由外侧钢管支架和内侧焊接在主墩、临时支墩的刚性牛腿组成。钢管根部焊接在承台顶部的预埋件上，并采用剪刀撑进行整体加固。

(2)设置墩顶梁段与桥墩临时固结装置(临时支座)。

临时固结目的：保证连续梁施工过程中永久支座不承受荷载的压力；抵消在连续梁浇筑过程中两侧的不平衡重，保证合龙前连续梁T构的整体安全；确保连续梁在温度徐变及预应力张拉时自由变形。对于连续箱梁，梁与墩未固结在一起，施工时，两侧悬浇施工难以保持绝对平衡，必须在施工中采取临时固结措施，使梁具有抗弯能力。

临时固结一般采用在支座两侧临时加预应力筋，梁和墩顶之间浇筑临时混凝土垫块。将梁固结在桥墩上，使梁具有一定的抗弯能力。在条件成熟时，再采用静态破碎方法，解除固结。

对准支座中心线与垫石中心线，用专用钢楔块楔入支座四角，找平支座底面调整到设计标高。用钢楔块楔入支座四角，找平支座，并将支座底面调整到设计标高，在支座底面与支承垫石之间应留有20～30 mm空隙，安装灌注用的模板。仔细检查支座中心位置及标高后，用无收缩高强度灌注材料灌浆。

(3)为保证支架结构的安全，采用大型有限元程序对支架结构进行计算，完成支架的检算。

(4)支架的预压。试验方法就是模拟该孔混凝土梁的现浇过程，进行实际加载，以验证并得出其承载能力。因为其荷载是顺序逐加的，且观测时间(或卸载时间)长达24 h，所以当完成120%荷载加载时，4 h之后需要观测一次，12 h之后需要观测一次。

4.3 安装模板

(1)挂篮模板作为0#梁梁段的外模板，外模采用定型钢模板，模板加工完成后，运输至现场。根据现场实际情况，该桥采用的模板纵向按三段进行划分，在施工场地内拼装成4.4 m+5 m+4.4 m的整体形式，后在箱梁浇筑过程中周转使用。

(2)钢筋绑扎以及预应力管道的安装。

每个0#梁段非预应力钢筋，在地面进行加工，并由塔吊吊装至模板顶部的施工操作平台，人工进行现场绑扎。搭设脚手架并按程序绑扎钢筋，纵向预应力管道用定位置网片进行固定。

定位网片安装与钢筋绑扎顺序：加工钢筋吊装骨架→制作钢筋堆放平台→墩顶测量放线→吊装钢筋→顺序绑扎底板钢筋→绑横隔板钢筋→绑扎腹板钢筋→安装竖向波纹管和预应力筋、安装纵向波纹管→立内模板→绑扎顶板底层钢筋→安装纵向、横向波纹管→绑扎顶板顶层钢筋

4.4 挂篮施工工作程序

(1)混凝土养护达到设计强度的90%后，拆除内模板，进行纵向、竖向预应力筋的张拉；每个梁段竖向预应力筋张拉完毕后，开始安装挂篮走行滑道，安装完毕按实测表的要求的检查项目进行逐一对照检查。

(2)脱模时先解除挂篮后锚装置，模板的前后吊杆(带)每次下放的高度要控制在3 cm左右，以免落模时对挂篮的冲击过大带来不安全因素；然后放松挂篮后锚及模板的前后吊杆(带)落模。

(3)倒链将底模后横梁挂于外模走行梁上，并拆除底模后吊带。

(4)安装挂篮走行牵引倒链或千斤顶，在滑道侧面画出每格10 cm的刻度线，画线长度等于挂篮下一施工梁段的长度，用以控制同侧左、右两只挂篮和T构前后两对挂篮的走行速度。

(5)对称牵引挂篮向前走行至设计预定位置。

(6)锁定挂篮主桁架后锚，然后锁定后底横梁吊带。

(7)底模和外模板初步定位，此次定位底模中心位置须准确，底模标高宜略低于设计高程，混凝土施工前再按照监控单位提供的控制标高进行调整。

(8)模板打磨，清除水泥浆等杂物，涂脱模剂。

5 合龙段的施工

(1)中间合龙段混凝土一段采用吊架最后浇筑，合龙浇筑前应及早调整两端悬浇梁段的中线及标高。合龙混凝土浇筑前要安装合龙段的劲性骨架和张拉临时束，确保合龙段混凝土强度未达到设计强度前不变形。并在合龙段两侧加压，随着合龙段混凝土的浇筑逐步减压，保持合龙段混凝土浇筑过程中荷载平衡。

(2)为减少温度变化对合龙段混凝土产生拉应力，混凝土浇筑时间应选择一天最低气温时浇筑，混凝土强度达到设计要求强度后，按顺序对称的进行张拉、压浆。

(3)在张拉压浆完成后及时的解除临时固结措施，使梁体落于永久支座上，将各墩临时支座反力转移到永久支座上，将梁体转换成连续梁体系。

5.1 合龙段施工方法

(1)边跨合龙段采用支架或吊架施工：靠近桥台部位的梁段混凝土，一般采用支架现浇或采用在墩台旁设临时支柱，安装吊篮并进行浇筑。当这一部分较短时，也可用吊架浇筑。

(2)跨中合龙段可利用挂篮进行施工或吊架施工，支架施工要求可参照前相关内容。

(3)合龙顺序必须满足设计要求。合龙前要调整中线和高程，连续梁将合龙一侧的临时固定支座释放，同时将两悬臂端间距离按设计合龙温度及预施应力后弹性压缩换算后进行约束锁定。

(4)混凝土浇筑前合龙口两端悬臂预加压重符合设计要求，同时符合线性控制流程并于混凝土浇筑过程中逐步撤除。

(5)合龙段混凝土施工选择在一天中温度最低的时间进行。混凝土强度宜提高一级。混凝土加强养护，将合龙梁段及两悬臂端部进行覆盖降低日照温差影响。

(6)混凝土浇筑前将合龙口单侧梁墩的临时固结约束解除，合龙梁段混凝土强度达到设计要求时及时进行预应力筋张拉。

(7)支座反力调整满足设计要求。

5.2 合龙程序

5.2.1 次边跨合龙程序

次边跨合龙施工顺序：前移次边跨挂篮在距合龙相邻段梁端1 m各配置1/2合龙段混凝土重量的配重(水箱或沙袋)，同时T构另一端配置平衡配重按设计要求设置体外支撑与体内约束，锁定相邻梁段。边拆除中墩临时支座边浇筑次边跨合龙段混凝土，同时边卸载同等重量的平衡重混凝土等强张拉次边跨第一批合龙钢束拆除中墩墩旁支架继续浇筑边跨节段并张拉预应力筋。

5.2.2 边跨合龙程序

边跨合龙施工顺序：前移边跨挂篮在距合龙相邻段梁端1 m各配置1/2合龙段混凝土重量的配重(水箱或沙袋)，同时T构另一端配置平衡配重按设计要求设置体外支撑与体内约束，锁定相邻梁段，边浇筑边跨合龙段混凝土，同时边卸载同等重量的平衡重混凝土等强张拉边跨第一批合龙钢束张拉边跨第二批合龙钢束拆除边跨、次边跨挂篮、配重、现浇支架。

5.2.3 中跨合龙程序

中跨合龙施工顺序：拆除一个中跨挂篮，前移另一个中跨挂篮在距合龙相邻段梁端1 m各配置1/2合龙段混凝土重量的配重水箱，同时T构另一端配置平衡配重水箱按设计要求设置体外支撑与体内约束，并按设计要求进行预顶开梁后锁定边浇筑中跨合龙段混凝土，边卸载同等重量的平衡重-混凝土等强张拉中跨第一批钢束对称张拉次边跨第三批钢束和中跨第二批钢束拆除中跨挂篮、配重。

5.3 合龙段施工注意事项

合龙段施工是连续刚构施工的关键。为确保合龙段的施工质量拟采取以下特殊措施。

(1)为保证灌注质量，选择在一天中温度最低的时间段内灌注混凝土。

(2)灌注混凝土前在合龙段相邻梁上设置刚性支撑并先期张拉四束临时钢绞线将合龙段锁定，防止由于温度变化引起的梁体伸缩而压坏或拉裂新浇混凝土。支撑的设置和预应力张拉值根据当时的温度经计算确定。合龙段混凝土达90%强度、混凝土龄期不少于6 d后，拆除临时支座，放松临时钢绞线重新张拉至设计张拉力。

(3)为防止出现由于新浇混凝土自身收缩而引起的裂纹，应在混凝土中加入适量的铝粉做微膨胀剂。

(4)为尽快提高合龙段混凝土早期强度，除加入适量早强剂外，将合龙段混凝土强度提高一个等级。

(5)加强养护。在合龙段所在的全跨范围内的顶板上铺草袋洒水降温。

6 施工挠度的控制及观测

(1)悬浇施工梁体由于受自重、温度、外荷载等因素影响会产生挠度，混凝土自身的收缩、徐变等因素也会使箱梁产生标高变化，这种变化随着跨度的加大而增加。为了使成桥后的桥面线型达到或接近设计曲线，必须在悬臂浇筑时进行 标高控制，在施工中对已浇或准备浇筑的箱梁各工序进行挠度、温度等观察，并以此随时调整悬浇段的立模标高。

(2)立模标高控制值=箱梁顶面设计标高+设计施工预拱度+挂篮自重及浇筑混凝土后的变形值±日照温差修正值。设计施工预拱值需进行修正，由于设计状态和实际施工状态的差异，为了达到设计的理论线型，必须通过实际测量资料的积累和分析，找出各阶段的挠度变化规律，以修正各项计算参数，使计算状态基本吻合实际。挂篮的变形值也要通过挂篮试压以及施工前几段产生的实际挠度数据进行修正。混凝土的收缩可用折合降低温度的方法处理。对于张拉值的修理，通过锚下应力损失理论公式以及实际观测值比较后决定。为尽量减小日照温差的影响，宜选择温度梯度较小的时候进行观察。另外，平衡力矩、施工荷载对混凝土标高也有影响，若两端荷载不一样，必然会产生一头低一头高的现象。施工中力求平衡施工，消除该项影响。同时在计算控制也考虑该项内容。

(3)测点布置：在桥轴线及上、下腹板的中心轴线组成三条纵轴线，每段的前沿和三条纵轴的交叉点设置为测点。在0#块上设置临时水准点，观测时间在挂篮就位、混凝土浇筑前、混凝土浇筑后、张拉后几个阶段都进行观察，对温度观测及应力的观测根据需要进行。

7 结束语

在石武客运专线铁路的确山特大桥施工中，连续梁悬臂施工取得了很好的效果，由于施工工序多，质量控制难度大，因此，连续梁悬臂施工质量检测就显得格外重要。经过施工单位的精心组织、操作和管理，以及监理的严格把关，连续梁悬臂施工工艺取得了很好的效果，对今后大跨度连续梁的施工具有广泛的应用价值和具有一定的指导意义。

[1] 向中富.桥梁施工控制技术[M].北京：人民交通出版社,2001

[2] 刘吉士,阎洪河,李文琪.公路桥涵施工技术规范实施手册[M].北京：人民交通出版社,2001