桥梁工程悬臂浇筑施工工艺及质量控制要点

桥梁工程悬臂浇筑施工工艺及质量控制要点

孙士卓

关键词：桥梁工程；悬臂浇筑；控制要点

前言

随着我国交通事业的蓬勃发展，桥梁悬臂浇筑施工技术也得到了广泛的应用，有效推动了我国交通事业的发展。挂篮悬臂浇筑法是指在桥墩两侧设置一个工作平台，利用平台分段向悬臂浇筑混凝土和水泥等梁体。在此施工工艺里边，重要的设备是移动的挂篮，通过挂篮在梁段上移动施工者逐步向里浇筑混凝土，绑钢筋、建模等一系列工作，完成一段再进行下一段的施工，这样循序渐进，直到完成整座桥的施工。

一、工程案例

某桥梁工程为斜拉式桥，桥面宽度为27m，全长1733m。该混凝土桥梁上部为变截面连续箱梁结构，应用挂篮悬臂浇筑施工技术对梁体进行施工。其混凝土桥梁挂篮悬臂的主要形式见图1。

二、挂篮的分类及组成

（1）按构造形式，挂篮可分为四种，分别是混合式、型钢式、斜拉式、桁架式（包括平弦无平衡重式、菱形、三角形、弓弦式）；按抗倾覆平衡式，挂篮可分为三种，分别是半压重锚固式、锚固式、压重式；按挂篮走行方法，可将其分为两种，即一次走行到位和两次走行到位；按其移动方式可分为三种，分别是组合式、滑动式、滚动式。

（2）挂篮组成

挂篮由悬吊系统、内外模板、底模平台、三角形主构架、锚固系统及走行系统六大部分组成。

①主构架

主构架由两片三角形桁架及联结系和门架组成，为三角形桁架式结构，是挂篮的主要受力结构，桁架杆件采用2[32c和2[28b，节点采用承压型高强螺栓联结。

②底模平台

底模平台主要三部分组成，即底模板、底模纵梁和底前后横梁，直接承受梁段混凝土重，并为多项工序提供操作场地，比如混凝土灌筑、钢筋绑扎、立模、养生，钢束张拉及压浆等。

③内外模板

外模板采用大块钢模板，在长度方向分成两块，长度分别为1.5m、3.0m。内模板为抽屉式结构，可由人工从前一梁段整体推拉就位。采用组合钢模板并辅以部分木板拼组而成，并设有调宽装置，以适应连续梁腹板宽度的变化。

④悬吊系统

其作用是将底模平台自重及梁段重量及其上的其它施工荷载传递到主构架和已成梁段的底板上。悬吊系统又分为前悬吊杆、后吊杆。前悬吊杆采用4根Φ32精轧螺纹钢筋，由YGM锚分别锚于底模平台前横梁和挂篮前上横梁上，在上横梁上设扁担梁和LQ30型手动螺旋千斤顶，可任意调整底模板标高。后吊杆采用两组Φ32精轧螺纹钢筋，每组两根，下端锚于底模平台后横梁，上端锚于已成梁段的底板上。在梁段灌筑过程中调整标高时，只需由千斤顶顶起扁担梁，然后旋紧YGM锚即可。

⑤锚固系统

该系统能够通过平衡灌注混凝土时产生的倾覆力矩，保证挂篮施工安全。挂篮可采用Φ32精轧螺纹钢筋和后锚扁担梁将主构架后节点连同挂篮走行轨道直接锚于已浇筑梁段梁体竖向预应力钢筋上。

⑥走行系统

走行系统包括四部分，即轨道、前支座、后支座和牵引设备。轨道采用2[32工字钢，挂篮走行时前支座在轨道顶面滑行，联结于后节点的反扣轮扣在工字钢翼缘并沿翼缘行走。挂篮走行由2台10t手拉葫芦牵引挂篮前移，并带动底模平台和外侧模一同前移就位。挂篮移动过程中的抗倾覆力由反扣轮传至轨道再传至连续梁竖向预应力筋上。

三、悬臂浇筑施工工艺

（1）挂篮的移动

在每一梁段混凝土浇注及预应力张拉完毕后，将挂篮沿行走轨道移至下一梁段位置进行施工，直到悬浇梁段施工完毕。

（2）挂篮拆除

箱梁悬浇梁段施工完毕后，进行挂篮结构拆除。拆除顺序为：箱内拱顶支架→侧模系统→底模系统→主桁架，吊带系统及行走锚固系统在其过程中交叉操作。箱内拱顶支架采取拆零取出，侧模、底模系统采用卷扬机整体吊放，主桁架采取先退至墩位附近再利用吊机进行拆零。

（3）悬臂浇注施工

悬臂灌注施工主要包括挂篮前移、挂篮调整及锚固、模板钢筋及孔道安装、混凝土灌注及养护、预应力施加、孔道压浆六个工序循环进行。悬浇梁段施工长度3-3.5米，当混凝土强度和弹性模量达到设计要求后进行预应力张拉。

①挂篮前移：在前一梁段施工完毕后，解除放松各吊点，使模板脱离梁体，将挂篮前后上横梁连同底模平台一起后移，确保挂篮重心置于两支腿之间，解除梁上后锚点，通过手拉葫芦拖拉主桁使整个挂篮前移动至下一梁段位置。

②挂篮调整及锚固：挂篮就位后，先利用预埋粗钢筋进行挂篮后锚固施工，再将前后上横梁及底模系统前移至设计位置，经过检查确定合格后，最后进行全面锚固。

③模板模板钢筋及孔道安装

模板安装按下列顺序进行：外模安装→底腹板堵头→（梁体底腹板钢筋安装、底板纵向预应力管道、竖向预应力筋等安装完毕）→内侧模板安装→内顶模支架→内顶板安装→顶板堵头（梁体顶板钢筋安装、顶板预应力管道）。

④混凝土灌注及养护

梁段混凝土浇注基本顺序为底板→隔板、腹板→顶板→养护。

⑤预应力张拉

梁段混凝土达到设计强度等级的90%以上，弹性模量达到设计弹模的90%以上，且混凝土龄期不少于5天，方能张拉T构预应力钢束，张拉后及时进行压浆处理；合龙段混凝土达到设计强度等级的95%以上，弹性模量达到设计弹模的95%以上，且混凝土龄期不少于7天以上时，方能张拉顶、底板连续钢束。张拉顺序为：先腹板束、后顶板束，从外到内左右对称进行。

纵向预应力钢束均采用双端张拉，伸长量及张拉力双控。

⑥孔道压浆

a.孔道压浆采用水泥浆，水泥品种、标号与梁体一致，水灰比不超过0.4。稠度控制在14～18s之间，水泥浆标号为C50。

b.压浆前须切除锚具外的超长钢绞线，宜用切割机切除。锚板外应留置3～4cm长钢绞线。

c.以压力水冲洗管道，并用压缩空气清除孔道内积水及污物。

d.采用一次压浆方法。纵向孔道压浆压力宜为0.5～0.7MPa，竖向孔道压力控制在0.3～0.4MPa，压浆时，应使另一端冒出浓浆持压2min，待水泥浆凝团后，拆卸压力阀。

e.同一孔道的压浆工作应一次完成，不得中途停断。中断时间超过40min时，应及时清洗该孔道的水泥浆，准备重新压浆。

f.孔道压浆时应注意观察相邻孔道的串浆情况，若有发生应及时采取可靠措施处理。

g.孔道压浆完毕后及时封端。竖向粗钢筋应切除多余部分，并保证外露锚具20mm。

（4）边跨合龙施工

①施工准备

为使合龙段混凝土在浇筑过程中始终处于稳定状态，同时保证T构的平衡，减少梁体变形对合龙段产生的负面影响，合龙段临时锁定后，张拉临时钢束。临时钢束的张拉利用永久钢束孔道。在混凝土达到95%的设计强度及弹性模量以上，方可张拉其他合龙钢束，拆除临时钢束，换成相应永久钢束张拉。

②边跨合龙段骨架及模板

悬臂梁段浇注完毕，安装合龙骨架及底、侧模。内模用竹胶板分块加工，现场安装，钢管支撑。

③普通钢筋及预应力管道安装

普通钢筋在地面集中加工成型，运至合龙段绑扎安装。底板束管道安装前，应试穿所有底板束，发现问题及时处理。

④合龙锁定

合龙前使悬臂端与边跨等高度现浇段临时连接，尽可能保持相对固定，以防止合龙段混凝土在浇注及早期硬化过程中发生明显的体积改变，锁定时间按合龙段锁定设计执行，临时“锁定”是合龙的关键，合龙“锁定”遵循又拉又撑的原则，即“锁定”包括焊接劲性骨架和张拉临时预应力束。支撑劲性骨架采用“预埋槽钢+连接槽钢+预埋槽钢”三段式结构，其断面面积及支承位置根据锁定设计确定。

⑤浇注合龙段混凝土

合龙段混凝土浇注选择在一天中气温较低时进行浇注，可保证合龙段新浇注混凝土处于气温上升的环境中，在受压的状态下达到终凝，以防混凝土开裂，混凝土的浇注速度每小时10m3左右，3-4小时浇完。合龙段混凝土一次浇筑成型。

（5）中跨合龙

①合龙施工

中跨合龙梁段采用挂篮施工，合龙前临时锁定。步骤为：

a.将一侧挂篮退后，一侧挂篮前行至合龙段；

b.钢筋绑扎，预应力管道安装，合龙锁定，张拉临时钢束；

c.选择当天最低温度时间浇注混凝土，合龙段预应力张拉及锚固完毕，合龙段施工挂篮退至0#块位置，挂篮拆除。

②普通钢筋及预应力管道安装与边跨合龙段相同。

③对临时支座通电，拆除临时支座，完成体系转换。

④合龙锁定

合龙前使合龙段两共轭悬臂端临时锁定，并张拉临时钢束，尽可能保持相对固定，以防止合龙段混凝土在浇注及早期硬化过程中发生明显的体积改变。如施工控制有要求时还将对合龙段处采取调整措施。

⑤浇注合龙段混凝土

中跨合龙段混凝土浇注与边跨合龙段施工相同。

⑥预应力施工

中跨合龙完成后，张拉中跨预应力束，再张拉边跨底板第二批预应力束，合龙段施工完毕后，拆除临时预应力束并进行管道压浆。

⑦挂篮退至0#块、拆除。

四、挂篮悬臂浇筑施工的基本控制要点

（1）应力的控制要点

建设钢筋混凝土拱桥的过程中，桥体成型后的主拱圈线型会直接受到主拱圈内部的各受力的影响，所以，在建设大跨度钢筋混凝土拱桥的时候通常以控制拱圈的线型为主，而应力控制则为辅，而桥梁的实际高度直接由主拱圈来确定。在进行拱圈结构的控制时，应保持拱圈的线形结构，且合拱主拱圈应在计入预拱度后实施。在进行过悬臂浇筑的拱圈混凝土中，已经成型的拱圈截面应力和结构会受到扣索拉力的影响，且无法通过变更扣索拉力进行桥梁拱圈结构的控制，主要原因是钢筋混凝土桥梁无法承受较大的拉力，较大的拉力会直接改变桥梁的结构，进而改变桥梁拱圈的截面应力，可能导致桥梁拱圈截面出现裂隙。

在混凝土拱桥的工程中，挂篮悬臂浇筑施工要能保证工程的质量、安全和受力结构负荷设计要求。对于拱桥而言，其恒载受力状态是在施工的过程中逐步形成的。施工中的扣索拉力将直接决定桥体成型后的受力状态，但是，在桥梁建设过程中，使用桁架浇筑方法或扣挂悬臂浇筑方法，出现的拉力并不小，给工程留下隐患。针对挂篮悬臂浇筑技术的特点，施工人员在进行悬浇拱桥时会控制节段的重量，通过增加桥梁拱圈预应力来维持桥梁整体结构的稳定性。建设钢筋混凝土桥梁时，扣索力直接控制拱桥的悬空状态，而在工程中需要多次拉张扣索才能保证施工的安全性，在拉张的同时不断地调整索力，将施工中的最大应力值不断减小。

（2）挂篮施工的主要控制要点

①在具体的挂篮使用过程中，为了不使挂篮出现走偏等现象，需要对两侧的千斤顶顶速进行测量，要使速度一致。

②在混凝土浇筑施工过程中，两侧应同时对称进行混凝土的浇筑，这样可以有效避免出现偏载过大的问题，同时浇筑过程中还需要对挂篮的变形情况进行观测。

③止退钢销的悬臂长度应控制在15cm左右，最大不得超过18cm，以防止钢销在弯矩的作用下出现破坏。

（3）混凝土浇筑的控制要点

在具体的施工中要注意以下四个方面：①在腹板混凝土浇筑施工时，应由顶板下料。进料口要使用卸料板进行覆盖，防止顶板上的混凝土初凝。在腹板和底板相接的倒角部分混凝土，由于在进行振捣作业时，可能会出现翻浆的问题，因此对于该处，应加强混凝土的振捣。②在进行混凝土的倾倒时，不可以直接倒在钢筋网上，这样是为了减少给钢筋和波纹管造成冲击。③考虑到混凝土灌注和振捣施工的便利性，必要的时候可以在顶板和腹板的合适位置处设置“天窗”。当腹板穿入布袋时，在腹板上合适位置安装漏斗，一般漏斗的间距控制在1.2～1.5m之间。这样可以对腹板分层振捣处理。④在进行混凝土的振捣施工时，振动棒不可以与波纹管接触，以防对波纹管造成破坏或者移位。当混凝土振捣施工完成之后，应及时对管道进行检查，将渗入管道内的灰浆全部清除干净。当箱梁混凝土浇筑施工完成之后，需要对箱梁的施工质量进行检查。

（4）拱圈构造和控制要点

悬臂浇筑混凝土拱桥，其主拱构造尺寸会随着主拱圈跨度的增大而增大，需要更为精湛的施工技术。相关研究表明，较大横跨长度的主拱圈，其对应的扣挂设施所产生的扣索力较大，且每增加一个单位的长度，其扣索力则成倍变大。建造钢拱桥和混凝土拱桥过程中，两者分别使用扣拉方式与悬臂浇筑的方法进行施工，这两种方法比较相似，但是在混凝土桥梁的施工中，使用悬臂浇筑技术浇筑的拱圈断面是具有整体性，且每段均有较大的重量，花费的时间较多，而混凝土无法承受较大的拉力。施工人员进行拱顶区段的建造时，整个区段会由于主拱圈受力变形或者斜拉扣索伸长而发生变化，进而在已浇筑完成的拱圈内部产生张拉应力。所以，在进行悬臂施工的时候，要严格控制主拱圈的变形和应力的变化，在施工的时候，建议在拱圈阶段中设置较粗的钢筋，增加纵向的预应力，以对抗在悬臂施工时主拱圈产生的负弯矩。

五、安全控制要点

（1）设置上下扶梯及周围挂安全网，进入现场的人员必须戴安全帽，并严格要求高空作人员必须穿防滑鞋。

（2）支架外侧设置安全防护栏并挂安全网，两侧设置工作平台。梁翼缘下的支架上应铺脚手板，并与支架连成整体，不得留有空头板。

（3）根据桥梁现场实际情况设置隔离栏杆和醒目的标志牌、限速牌以及夜间指示灯，支架中间设置行车道，并挂设防护屏，防止施工材料机具掉落砸到行车道上，两头必须有人指挥交通，并设置防撞设施，确保行车安全。

六、结束语

总而言之，我国的交通运输行业的发展很大程度上受到桥梁工程施工质量的影响，在桥梁建设过程中，使用挂篮悬臂浇筑技术能够消除许多以往存在的隐患，为提高桥梁质量奠定了基础，并推动了桥梁技术的发展。

参考文献：

[1]徐会超.桥梁挂篮悬臂浇筑法施工技术分析[J].中国高新技术企业，2010，01：145-146.

[2]马超.挂篮悬臂浇筑钢筋混凝土拱桥施工控制研究[D].重庆交通大学，2014.

作者简介：

孙士卓（1985年11月），男，河北石家庄，研究方向：桥梁工程悬臂浇筑施工工艺及质量控制要点。