箱形连续梁悬臂灌筑法施工技术及其发展.doc

箱形连续梁悬臂灌筑法施工技术及其发展箱形连续梁悬臂灌筑法施工技术及其发展郭 群（江西交通工程咨询监理中心 南昌 330008）摘 要：本文介绍了二座较为典型的大跨度预应力混凝土箱形梁桥应用悬臂灌筑施工的情况，并对其特点、要点和发展趋势作了分析，对发展中存在的一些问题提出了自己的见解。关键词：桥梁工程；大跨度预应力砼梁；悬臂灌筑；发展趋势 0 前言随着桥梁建设的快速发展，悬臂灌筑法已成为大跨度预应力混凝土箱形连续梁广泛采用的施工方法。挂篮是悬臂灌注法施工的主要设备，其技术性能及通用情况直接关系到施工质量、操作安全、梁段作业循环周期和工程造价；在施工过程中，由于受混凝土灌筑、挂篮移动、施工荷载、预应力张拉、混凝土收缩及徐变，温度、湿度及体系转换等诸多因素的影响，梁体挠度变化量大，如何控制以上因素对梁体挠度的影响，使悬灌梁段的合拢精度和成桥后的线形与设计要求相吻合，又是施工中必须认真解决的关键技术问题。笔者详细调查了解、分析研究江西省鹰潭夏埠大桥和南昆铁路喜旧溪大桥所采用挂篮不同，施工各有特点。现提出自己的见解。1 悬灌技术的应用情况1.1鹰潭夏埠大桥 夏埠大桥位于鹰潭市北面，横跨信江，全长634m，主桥为40m+70m+70m+40m四跨一联的预应力混凝土箱形连续梁，梁体断面采用单箱双室，直立式箱壁，顶板宽11m，底板宽8.36m，肋宽0.28m；跨中和边跨梁端部的梁高为1.8m，墩顶部的梁高为4.0m，梁顶面纵向为R=4583m的圆曲线，底面纵向为二次抛物线型曲面。施工时将全梁分为73段，其中墩顶0段长7m，采用托架现场灌筑，边跨端部12梁段采用落地支架现浇，其余梁段全部使用挂篮悬臂灌筑。悬臂灌筑的梁段有2.5m和3.0m两种，合拢段长2.0m。 该桥采用的是平行弦式万能杆件桁架挂篮，主要由桁架梁，悬吊锚固系统，模板系统组成，自重47t（不含配重）。桁架梁是挂篮的主要承重结构，采用乙型万能杆件拼装，4片主桁长12m，前后支点间距为4m，桁架前端悬出6m，桁架前端的上方设置了4根“六五”式军用墩的C13垫梁来承受吊重，桁架后端设置了12t平衡重，以保证挂篮前移时稳定。在前支点处通过支垫作用于C13垫梁组成的2道下横梁上，下横梁通过滑道支垫、滑板支承在钢轨上，故挂篮可以在钢轨上拖拉滑行。4根前吊带由单、双16锰钢板栓销连接而成，可随梁段灌注长度的变化而调整，吊带的下端绞接于底模架前托梁上，上端用销轴卡在垫梁上，再由千斤顶支承在桁架的横梁上，千斤顶的作用是调整施工过程中挂篮的挠度。后吊带用倒链滑车悬挂于主桁的下横梁上。张拉平台用倒链滑车悬挂于托架的前端；底模架后锚采用4根M48螺杆锚于已灌梁段的底板上，主桁的后锚用4根M42的螺杆锚于箱梁顶板上。其受力简图如图1：外侧摸采用大块桁架式钢模板，模板两端有2块三角支垫支承于底模架的前后横梁上，模板桁架内穿有工字钢托梁，起到定位模板的作用。内模板采用组合钢模板，设计为开启结构，支承框架在上埂肋角处绞接，以斜支撑固定，拆模时可用斜支撑螺杆，使内模的两侧模内收，内模整体通过带有滚轮的垫梁坐在内模滑道上，其移动则通过此滑道进行。底模架由前后托架、纵梁、木模面板组成。挂篮的拼装顺序为：走行装置纵向主桁主横梁平衡装置锚固系底篮张拉平台。挂篮前移时先分别收紧前后横梁两侧的临时吊点，使吊带和螺母不受力，然后放松螺母，这时模板在横梁和底模自重的作用下脱离混凝土面，同时，在新灌梁段上接长轨道，再拆除锚固系，整个挂篮即可前移到前一个待灌梁段的位置上，准确就位后，先将前支点基础支垫牢固，再将锚固系移至新位置锚定，然后调节前后临时吊点，收紧螺母，再次检查其位置及标高，确认无误后即可开始新梁段的灌筑。 桁架式挂篮的主要特点是：主桁采用万能杆件拼装，挂篮用完后杆件仍可作它用，故降低了工程投资；加工件少，储备、运输方便，拼装不需大型起重设备，方便施工，通用性强，适用于不同跨度、不同宽度的桥梁施工。缺点是挂篮重量大，挂篮重量与梁段重量之比1.30，并设有平衡重。1.2喜旧溪大桥喜旧溪大桥位于南昆铁路云、贵两省交界处的喜旧溪上，中心里程为DK547+278，桥跨布置为32m+56.6m+88m+56.6m+332m，全长344.45m，其中56.6m+88m+56.6m为三跨一联连续刚构，全长201.2m。梁体为变高度，主墩处梁高5.8m，跨中有10m直线段（边跨为17.5m直线段），该处梁高为3.3m，墩顶至直线段间的过渡段梁底线型为Y=3.3+X2/469，梁的中、下部宽为4.0m，顶板厚度除两支座处外均为33cm，底板厚33-60cm（其间按Y=0.33+X2/4344线型变化），腹板厚30-50cm（成直线变化）。全联在端支座、跨中、双壁主墩支承处共设7个横隔板。该桥采用的是轻型三角形挂篮，该挂篮主要由三角架系统、走行系统、悬吊系统、后部临时锚固系统，模板系统及张拉平台组成。走行系统由下扁担梁、滑道、聚四氟乙烯滑板、船形板、前支垫、后支垫组成。主桁后锚系统通过上下扁担梁及其锚杆的共同作用，使滑道与桁架主梁之间临时固结，将施工产生的上拔力传递给预埋件和梁部，维持整个挂篮的稳定。前顶横梁位于主梁前端，由2片I32b工字钢焊接而成，顶横梁通过4组前吊杆连接底篮前横梁，与4组副吊杆连接内外纵梁，前后吊杆采用25高强度钢筋，每组2根，下端为滚扎螺纹，配45钢螺母，以调整悬挂高度。前吊杆挂在前顶横梁上，下部连接前底横梁。杆上部后吊挂在已灌梁段上，下部连接底横梁。底篮由前后底横梁和底篮纵梁组成，底篮横梁每组由2片I32b工字钢组成，底篮纵梁系由10槽钢焊成的桁梁，共3组。底横梁与底篮纵梁采用销接，底篮采用钢模板作模板，挂篮外模采用大块整体式钢模，挂篮内模采用分块式钢模，截面高度通过木条及三角形木板调整；内模四角采用特制的拐角钢模；内肋框架采用10槽钢制作。其受力简图如图2：挂篮拼装程序为：走行系统三角形主桁梁顶部后锚系统固结前顶横梁前后吊杆系统底篮模板系统吊挂篮模板的内外纵梁系统张拉平台。挂篮前移的程序为：先收紧前横梁与前底横梁间的临时倒链滑车的吊点，拧松悬吊杆顶部螺母，放松倒链滑车使吊杆下移，底模在自重作用下与梁底混凝土脱离；再收紧设在底横梁两侧的临时吊点处的倒链滑车，拆除后吊杆螺母及垫枕，将该装置移至下一梁段的锚固孔，然后松开横梁临时吊点，使底模完全脱离梁底；在新灌筑梁段上铺设枕木并接长滑道，整个挂篮借助接长的滑道及其前方的2个预埋点，以2台倒链滑车同时牵引主桁，内外纵梁及底篮向前滑行。在滑行过程中，要防止中线偏离和主桁受扭失稳。三角形挂篮的主要特点是：主桁成三角形结构，设后锚固系统，不设平衡压重，故受力明确、简单、刚度较大；各杆件联结点采用栓接和销接，装拆方便；通过改变主桁横向联系可适应不同宽度的箱梁施工，故可重复使用。存在问题是前后顶横梁尚需改进，使之更适用，更方便梁部施工。2 悬臂灌筑技术的发展趋势随着悬臂灌筑技术的进一步发展和完善，用此法建造大跨度预应力混凝土梁桥将日益增多，它取消了桥下支架，桥下通航净空在施工期不受限制，主要施工作业限制在挂篮内进行，挂篮内又可设顶棚，养生设备等，施工可不受气候条件影响，能确保施工质量和施工程序不受干扰，同时模板安装，混凝土浇灌及预应力等操作系重复作业，故能够在施工人员较少的情况下施工，且施工人员技术熟练快，能提高生产效率。因此，对这项施工技术有必要作进一步的研究和探讨。笔者根据应用这项技术的实际情况，对其发展趋势以及需要注意的技术问题，进行分析和探讨。2.1挂篮的定型化、标准化、系列化我国目前所用的挂篮，基本上都是施工单位根据所承建工程的需要，结合自己拥有的器材自行设计制造的，大部分都处于“笨、重、粗”的状态，利用系数普遍偏低。从国外挂篮的发展趋势来看，都是从研究改进结构形式，受力体系和使用材料入手，进一步减少影响悬挂灌注经济指标的悬臂根部的负弯矩，提高利用系数。国外近几年出现的新型挂篮（如横梁式、自承式等），其结构原理已不同于以往的桁架式挂篮，其特点是使用了预应力技术，将挂篮模板用预应力筋固定在已浇筑的梁段上，使它不仅起到模板作用，而且是承力体系的一部分；由于施加了预应力，消除了新旧混凝土接茬处因挂篮变形而可能发生的开裂；测量控制和调整梁段几何位置都比较容易；构造简单，构件少，组拼，移动都非常方便，因此，今后挂篮的发展方向应是逐步趋于定型化、标准化和系列化。2.2采用轻质混凝土随着预应力混凝土连续梁跨度的不断增大，梁部结构采用轻质混凝土便成为未来发展的趋势之一。轻质混凝土又叫轻集料混凝土，系使用膨胀粘土、页岩、板岩或炉渣之类的轻质集料配制而成，同普遍混凝土相比，它可减轻结构的重量，减小箱梁顶部和底板的厚度，增加结构柔度，对钢筋有较好的保护作用，有较高的抗疲劳，抗微裂及抗收缩裂缝的能力。2.3整体、分片预制吊装钢筋骨架目前，大跨度预应力混凝土连续梁多为单室单箱和单箱双室，其体积大，钢筋复杂，纵、横、竖向应力管道密集。对这样的结构，在挂篮内绑扎安设钢筋骨架，不仅费工费时，而且钢筋骨架的质量也难以保证，因此，梁段钢筋应采取整体或分网片预制和安装，笔者认为，这是保证施工进度和施工质量的有效措施。采用整体、分片预制吊装时，选择起吊设备应经过仔细计算，起吊高度、起吊重量等要留有足够的安全系数。2.4梁体线型控制在梁体施工过程中，影响其挠度的因素比较多，应及时做好施工监测和线型控制，以保证梁体纵向平顺，受力均匀和结构尺寸准确。梁体线型控制应从以下两个方面入手：一是采用计算机跟踪监控梁段的挠度变化。在施工过程中，由于受梁段混凝土自重，挂篮、施工人员、机具、预应力张拉、温差变化很大，给立模带来很大困难。对于这样的情况，用计算机自动跟踪监控梁体挠度变化情况，是比较好的方法，其做法是：先在各梁段混凝土中预埋钢质测点桩，从0梁段开始，在每一梁段灌注混凝土前后，张拉前后，移动挂篮前后，都要测量梁顶全部测点的高程，准确掌握其变化情况，在梁段养生期间，对梁顶标高进行24h测量，给出实际的温度挠度关系曲线，根据现场实测数据和技术参数，使用专门的软件计算出预留拱度值，再结合现场实测梁段的挠度变化，确定实际点模高程；在挂篮内模、外模、侧模、底模上布置测点，按照各测点的计算标高，通过挂篮悬吊系统调整模板标高。二是加强对混凝土等级、强度、弹性模量控制。混凝土的强度对于大跨长联连续梁的收缩变形有很大影响，如果施工中混凝土的等级、强度达不到设计要求，梁体将出现明显的变形，甚至开裂。混凝土的弹性模量也是一项不可勿视的指标，必须严格控制。2.5预应力长束的张拉技术预应力束张拉时，纵向长束的伸长量往往很大，由于千斤顶的顶程不足，长束需采取倒顶分次张拉。因此，在选择钢绞线和张拉设备时应注意：一是钢绞线应选用张拉强度高，屈服强度高，弹性模量大的低松弛的品种，可以有效地减小张拉伸长量。这类钢绞线受力产生的永久变形小，对于相同的设计终应力，其初应力可以降低，混凝土的弹性压缩损失和徐度损失可以减小，总应力损失随之下降，从而使结构更加合理。二是张拉设备选用大吨位，长行程（400mm以上）的三作用千斤顶，以减少倒顶次数。例如YC-120、YC-300和YCF-300型千斤顶，其张拉行程分别为300mm、400mm，YD-200型千斤顶的张拉行程为400-500mm，Y2-85型三作用千斤顶的张拉行程为250-600mm。无论使用哪种千斤顶，其最后一次的张拉伸长量都小于千斤顶的行程。3 结语悬臂灌筑箱形连续梁的施工质量是一项系统工程。从施工角度讲稍有管理不够到位，就会出现质量通病。如：预应力管道堵塞，箱梁局部出现裂纹（缝），顶底板混凝土的厚度及平整度超标，箱梁混凝土外观质量差，预应力张拉误差等常有发生。主因分析除质量意识薄弱外，还有操作工艺不到位，规范施工欠缺所致。只要第一操作者思想重视，按规范施工，认真履行岗位职责，质量通病是可以避免的。同时在设计上考虑施工