预应力混凝土梁桥挂篮悬臂施工技术

预应力混凝土梁桥挂篮悬臂施工技术

张世明

中冶交通建设集团有限公司西南分公司 云南省昆明市 650000

摘要：以某市政桥梁工程案例，通过对0＃块施工、悬臂挂篮施工阶段采取一系列控制措施，包括0#块混凝竖向分批浇筑、混凝土多点振捣、托架预应力张拉预压、立模标高精度控制、竖向预应力钢束低回缩二次张拉、线形控制措施，通过规范施工流程，合理应用施工控制措施，可以提高预应力现浇箱梁挂篮悬臂施工质量。

关键词：挂篮施工、预应力张拉预压、线形控制

Abstract: Taking a municipal bridge project as a case study, a series of control measures were taken during the construction of the 0 # block and the cantilever basket construction stage, including vertical batch pouring of concrete for the 0 # block, multi-point vibration of concrete, prestressed tensioning and preloading of brackets, precision control of formwork elevation, low shrinkage secondary tensioning of vertical prestressed steel tendons, and linear control measures. By standardizing the construction process and applying construction control measures reasonably, the quality of prestressed cast-in-place box girder cantilever construction can be improved.

Keywords: basket construction, prestressing, tension and compression, linear control

引言

随着我国交通基础设施建设的进一步发展，跨河、跨线等多类型大跨径桥梁技术也随之发展起来，目前跨径超过50米桥梁的上部结构多采用预应力钢筋混凝土箱梁、钢箱梁或复合结构梁，其中现浇预应力箱梁占多数，多采以挂篮为主的悬臂浇筑的施工方法，其施工工艺复杂，涉及工序较多，其施工过程中涉及临时支架设计、挂篮施工及预压、预应力张拉及锚固、立模标高确定、线形监控、结构体系转换等多个施工关键工序和节点，每一道工序都会影响悬臂浇筑法的施工质量，本文针对悬臂浇筑法的部分施工技术进行研究，以期对类似工程的建设提供一定的参考。

1 工程概况

某市政桥梁左右幅分开设置，左右幅跨径组合均为（70+120+70+39）m预应力混凝土连续刚构，箱梁为单箱单室截面，箱梁顶宽为14.75m，底宽为8m。箱梁根部梁高为7.5m，跨中梁高为2.7m，腹板厚度分别为0.9m—0.7m-0.5m，底板厚度由中部的0.32m按二次抛物线变化至根部的0.9m。0#块梁段长度12m，采用托架进行浇筑施工，钢构悬臂段采用挂篮对称浇筑，现浇节段长3—5m，最大悬浇段重量192.5t。主梁采用三向预应力混凝土结构体系。

2挂篮悬臂施工技术及控制措施

2.1托架预应力张拉预压

0＃块托架斜撑和水平杆件采用I40b工字钢制作，通过与墩柱预埋钢板进行焊接形成型钢三角形托架，托架沿双薄壁墩身两侧左右对称布置，其上布设I40b的横向分配梁和I20b纵向分配梁。托架预压采用千斤顶张拉的方式进行，通过预压验证托架的可靠性和消除托架在制作和安装时残留的非弹性变形量，其方法是在托架横梁与承台之间通过精轧螺纹钢连接，在横梁上方安装千斤顶，通过对精轧螺纹钢进行张拉使压力传递给托架，如图1所示，托架预压加载总量按托架上方混凝土和模板重量之和的1.2倍考虑，分级加载，共5次，第一次为总荷载的20%，持荷2h；第二次为总荷载的60%，持荷2h；第三次加至总荷载的80%，持荷2h；第四次加至总荷载的100%，持荷2h；第五次加载至总荷载的120%，持荷时间为12小时，加载前测量各监测点数据作为预压沉降观测的初始数据值，每级加载完成后观测其沉降量，然后每间隔1小时观测一次，监测点沉降量平均值小于2mm时，进行下一级加载，预压1.2倍荷载后观测其沉降量，其后每间隔6小时观测一次，各监测点连续12小时沉降量平均值小于3mm，判定托架预压试验合格，卸载与加载级距相同，卸载按每2h卸载一级进行，预压完成后依据观测数据计算弹性变形量和非弹性变形量，为后续混凝土支架立模标高提供依据。

图1 托架预压立面图

2.2 0#块段施工

0#块既是悬臂浇筑的中心段，又是施工控制的前提及保障，0#块混凝土方量较大，且预应力管道、钢筋密集，为保证混凝土浇筑质量，采用竖向分二次浇筑混凝土方式施工，两次浇筑的分界线设置在顶板下侧内倒角处，凿除接缝表面松弱层并清理干净，采用人工凿毛混凝土强度不低于2.5MPa，采用机械凿毛混凝土强度不低于10MPa，露出不少于75%的新鲜混凝土面，同时钢筋和模板上黏附的水泥砂浆应清理干净，接缝面混凝土强度达到2.5MPa以上进行模板安装和混凝土浇筑，浇筑混凝土前，将接缝面混凝土充分润湿且不应有积水，两次浇筑混凝土龄期差异控制在7天内。底板浇筑时混凝土应在底板和腹板交接处下料，混凝土振捣密实是保证混凝土质量的关键，可通过在侧模设置振捣孔并提前安装半圆形PVC管槽，作为预置振捣通道，确保振捣棒插入通畅，混凝土浇筑振捣密实后拔除。

2.3 挂篮设计

挂篮是一种悬臂法浇筑混凝土梁体时，用于承受梁体自重及施工荷载，能逐段向前移动、经特殊设计的专用设备，主要组成部分有承重系统、锚固系统、悬吊系统、行走系统、模板及作业平台系统。挂篮作为模板支架和施工平台，钢筋、模板、浇筑砼、施加预应力等施工作业基本都是在挂篮中进行，实现了机械化循环重复作业。目前较常用的是菱形挂篮、三角挂篮，三角挂篮承重系统的相对优势是传力途径短、重量轻，安全性相对高，菱形挂篮相对优势是作业空间大。

挂篮设计倾向于结构简单化、轻型化、受力明确、变形小、行走安全、拆装方便、重复利用率高等。 ①自重限制：挂篮设计时，首先应满足桥梁设计图纸对挂篮自重（含模板）的限制要求，通常挂篮自重与最重悬臂梁段的结构自重比宜为0.3-0.5，梁体采用蒸汽养护时，养护设备应与挂篮同时设计并计入挂篮总重。②承载能力：通常挂篮设计在确定挂篮承重和悬挑长度时，应满足桥梁设计图纸的梁段划分设计要求，满足标准梁段、最长梁段、最重梁段的施工要求，同时挂篮的设计应满足全断面一次性浇筑的要求。③设计要点：挂篮的主桁结构的各轴线和轴线延长线应交于同一平面的一点上，一般布置在腹板位置；挂篮应设置走行设备（动力设备可采用穿心式千斤顶）和抗倾覆稳定设施， 锚固系统应结合竖向预应力筋布置综合考虑；挂篮应设置调控前吊杆高低设备和调控模板前端高程设备；确保挂篮刚度，消除非弹性变形，减少弹性变形；当梁体翼缘板较窄时，挂篮可设置后上横梁通过吊杆与后下横梁连接，进行挂篮前移，当翼缘宽度较宽时，挂篮后下横梁可通过吊杆与外导梁连接，无须设置后上横梁；设计考虑两侧混凝土浇筑的最大允许不平衡值。而挂篮除了结构的强度、刚度、稳定性需要满足规定外，还应满足：桥梁设计对于挂篮重量的限制要求；挂篮的浇筑砼、行走时的抗倾覆安全系数等安全系数不应小于 2；挂篮的最大变形不超过 20mm。

2.4 模板施工

立模标高是对最终成桥线形控制最为关键的指标，挂篮预压完成后依据观测数据计算弹性变形量和非弹性变形量，为立模标高提供依据，挂篮就位后首先进行底模中线和标高调整，然后再进行外测模板的位置和标高调整，可通过在合理设置顶推和牵拉装置等辅助设备进行模板定位，模板定位过程中测量人员需经过多次复核，模板调整到设计位置后顶紧千斤顶，由临时牵拉装置受力转为吊带受力，并保证各组吊带应均匀受力，再次对模板进行复核，如出现平偏差需重新调整，最终调整完成后将两侧翼缘板侧模通过拉杆型槽钢进行固定，防止浇筑混凝土过程中发生位移，在浇筑混凝土前应全面检查各部位纵、横向高程和并测核挂篮各部位变形量，符合设计立模高程方可浇筑梁段混凝土。

2.5 竖向预应力二次张拉

竖向预应力钢束低回缩二次张拉预应力锚固体系由固定端P锚、钢绞线和张拉端低回缩锚具组成。二次张拉锚固体系实现过程：第一次张拉采取与普通夹片锚具相同的张拉锚固方式，工作锚板与锚垫板接触，螺母不受力，荷载历程为0-0.1σcon →0.2σcon →1.03σcon →持荷2 min→锚固，实测伸长值与理论伸长值允许误差±6%；第二次张拉应在第一次张拉放张后2—16小时内进行，荷载历程为0-0.1σcon →0.2σcon →1.03σcon →持荷2 min→拧紧螺母→锚固，测伸长值与理论伸长值允许误差±10%，第一次张拉锚固回缩量≤6mm，第二次张拉锚固回缩量≤1mm。预应力张拉结束后的24小时内进行孔道压浆，水泥浆由底部压浆孔注入，从顶部出浆孔流出，冒浓浆为止。二次张拉低回缩竖向预应力锚固体系与传统精轧螺纹钢锚固系统相比具有锚具回缩量小、应力损失少、孔道压浆密实、饱满等优点，避免腹板斜裂缝的产生。图2所示为张拉端锚具。

图2 张拉端锚具大样图

2.6 悬臂桥梁线形控制

预应力混凝土悬臂桥梁施工，在施工全过程应对每一施工梁段的中线、高程及预拱度等，进行严格监测和控制，以保证成桥线形与内力状态符合设计要求。梁体悬臂浇筑施工前，应根据结构设计参数和每一梁段计划施工进度、施工时环境温度、混凝土龄期和所用挂篮的结构类型及重量等施工技术参数，进行悬臂浇筑梁段施工预拱度计算，作为每一梁段立模高程计算依据和全桥桥梁线形控制依据。确定施工预拱度时应考虑下列因素：①设计预拱度；②在荷载作用下已施工梁段的变形；③挂篮在荷载作用下的弹性变形；④由混凝土预施应力和收缩、徐变引起的挠度；⑤由施工时温度变化引起的挠度。在每一梁段悬臂浇筑施工过程中，应跟踪监测挂篮走行前后、混凝土浇筑前后和预应力筋张拉前后六种工况时已施工及在施工梁段的高程（挠度）变化情况，与理论计算值进行比较分析，合理调整确定下一施工梁段的施工立模高程。挂篮模板立模高程调整时，主要调整待施工梁段前端模板高程，模板后端须与已施工梁段紧密、牢固连接为一体。当已施工梁段前端高程偏差较大时，应分次逐步调整待施工梁段前端模板高程，以保持梁体顶面及底面平顺无明显凸凹变化。对于特大桥可建立专项的测量控制网，并将控制点引测到0号块顶面上用于梁段中线和高程测量，高程控制点可通过经过校定的钢尺和高精度水平仪把进行引测到，测量精度不低于四等水准测量的规定。同时要定期进行复测。每4个悬臂节段宜进行一次主梁轴线测量和各T构之间的高程联测，并应在合龙前进行一次高程联测。

2.7 混凝土质量控制

预应力锚板处因锚具后部有钢筋网、螺旋筋，此处宜出现振捣不密实情况，可采用棒头较小的振动棒，混凝土的振捣严格按振动棒的作用范围进行，严防漏捣、欠捣和过度振捣，波纹管处振捣禁止向波纹管上插捣，防止将波纹管振漏。在顶板混凝土浇筑完成后，用插入式振捣器对顶腹板接缝处进行充分的二次振捣，确保连接处密实、可靠。为防止合龙段混凝土出现裂缝可将合龙段的混凝土强度等级提高一级，也可采用早强、高强、低收缩或微膨胀的水泥拌制的混凝土。

结束语

影响预应力悬臂现浇箱梁成桥质量的因素较多，通过千斤顶张拉预压能更好地模拟0号块实际受力情况，预压设施少，施工速度快，费用相对较低，预压荷载可通过千斤顶控制，托架出现异常时，可快速卸载，安全性高。由于0#块浇筑混凝土方量大，钢筋及预应力管道密集，通过对混凝土分层浇筑、多点振捣可提高混凝土施工质量。通过对悬臂段立模标高精度控制可提高桥梁线形质量。以上技术措施确保了桥梁施工质量，为今后同类型工程施工提供了经验与借鉴。

参考文献

[1]张文超.桥梁预应力现浇箱梁挂篮悬臂施工技术的应用[J].科技创新与应用,2024,14(12):185-188.DOI:10.19981/j.CN23-1581/G3.2024.12.043.

[2]金宪应.大跨度连续刚构桥悬臂梁挂篮施工工艺优化与控制研究[J].运输经理世界,2024,(18):118-120.

[3]牟昌海.大跨度预应力混凝土连续梁悬臂浇筑施工技术[J].科学技术创新,2024,(13):125-128.

[4]陶超.低回缩竖向预应力二次张拉控制技术[J].工程技术研究,2018,(08):101-102.DOI:10.19537/j.cnki.2096-2789.2018.08.045.

[5]吴建刚.悬臂挂篮桥梁施工技术的应用[J].交通科技与管理,2024,5(11):147-149.