桥梁悬臂挂篮施工技术控制

■黄 伟

（宁德沈海复线双福高速公路有限责任公司，宁德 352100）

1 悬臂挂篮施工基本原理

桥梁悬臂挂篮施工遵从线型控制基本原理:根据设计建模计算出的梁体各截面最终挠度变化值设置施工时的预留拱度,据此调整各节段段模板安装时的前缘标高。施工中影响桥梁挠度的主要因素包括：①梁段混凝土自重；②挂篮及梁上其他施工荷载；③已张拉的预应力筋的预应力；④合拢时释放的临时锚固支座的力；⑤混凝土弹性压缩、收缩、徐变、预应力筋松弛、孔道摩阻应力损失等因素；⑥自然环境的温度、湿度及风荷载等因素的作用引起的变形；⑦桥墩变形、基础沉降、施工误差等。由于影响因素众多且复杂,施工时应动态监控量测，并进行相应的调整。

2 悬臂挂篮施工工艺

悬臂挂篮施工是在桥墩两侧对称、 逐段浇筑混凝土,待混凝土达到规定强度后,张拉预应力束,移动挂篮,继续浇筑下一梁段(如图1)。梁节段长度与梁段自重、挂篮重、平衡配重及施工恒载密切相关,一般每个节段的长度为3～4m。悬臂浇筑施工中的主要设备是挂篮,因桥墩根部块的重量较大,且为了满足拼装和支承挂篮要求的起步长度,经常先用托架浇筑第一梁段 （即0#块）。

图1 悬臂挂篮浇筑示意图

2.1 托架

依据墩身高度、承台形式和地形条件,分别利用墩身、承台或地面设立支承托架。托架可采用万能杆件拼制,它的高度和长度应视挂篮施工的需要和现浇段的长度而定,横桥向的宽度一般比箱梁底宽出1.5～2.0m,以便于设立箱梁腹板的外侧模板。托架顶面与箱梁底面在桥纵向的线形应保持一致。常用的施工托架有两种:一是斜撑式；二是斜拉式。为了消除托架在浇注梁段混凝土产生的变形,常用千斤顶法、水箱法对托架进行预压。

2.2 挂篮

托架上施工的梁段达到规定强度值并张拉压浆后,对接拼装挂篮,待挂篮预压验收合格之后,再将对接挂篮分开,形成两个独立的挂篮向跨中逐段推进,新浇梁段达到设计强度后张拉预应力束与前一梁段连成一体。挂篮的构造一般由主桁、悬吊系统、平衡重及锚固系统、行走系统、张拉平台及底模架组成。挂篮按构造形式可分为桁架式(包括平弦无平衡式、 菱形、 弓弦式等)、 斜拉式(包括三角斜拉式和预应力斜拉式)、 型钢式及混合式四种；按抗倾覆平衡方式可分为压重式、锚固式和半压重半锚固式三种。

2.3 悬臂浇注

用挂篮悬臂浇筑施工,除0 号块及边跨直线段等少数梁段用托架施工外,其余利用挂篮施工。每个梁段的混凝土宜一次浇筑,其循环作业工序为:挂篮前移、模板就位加固、钢筋绑扎及管道安装、混凝土浇筑、混凝土养生、张拉压浆,施工周期一般为9 天左右,其施工工艺流程见图2。

图2 悬臂浇筑施工工艺流程图

3 悬臂挂篮施工中的挠度控制

3.1 预拱度设置

连续梁施工最终目标是桥梁经过施工和多年运营两个阶段后，该桥梁线形能达到设计线形，因此，在施工中需要设置预拱度，它包括施工预拱度和运营预拱度。

施工预拱度等于本阶段至全桥合龙完成，各阶段施工对本悬浇梁段立模前端所产生的挠度之和的反号值。主要考虑砼浇筑、预应力筋的张拉所产生的挠度,还要考虑预应力损失、收缩徐变和温度的影响。运营预拱度理论上等于悬浇梁段立模前端处二期恒载挠度、活载挠度(最大挠度与最小挠度之和的平均值)和成桥后多年收缩徐变所产生的挠度之和的反号值。 由于理论上计算困难，实际施工中,一般取跨中处确定的运营预拱度作为最大值,跨内其余各点处按抛物线形式分配。

因此,在施工前应建模计算， 校核计算数据并与设计数据相比较，施工中,则应据实测的标高数据动态修正参数。

3.2 预拱度测量

为正确反映悬浇梁施工的变位,把梁底标高作为施工控制的目标。 每节段变位监测点从梁底测点经腹板引到桥面。 挂篮定位标高按梁底待浇节段的最前沿横截面上的测点定位,浇筑完混凝土后,通过测量梁顶预埋的钢筋头的标高与此时对应的梁底标高,建立梁底与梁顶测点的标高关系,这样已浇梁段的梁底标高便可通过梁顶标高的测量值反馈出来。

3.3 挠度控制

悬臂浇筑每节段施工的标高控制包括四个关键工况：挂篮前移定位标高、立模标高确定、混凝土浇筑后控制标高、预应力张拉后标高。

3.3.1 挂篮前移定位标高

挂篮前移定位标高由四项内容组成:①结构成型的设计标高；②结构施工期的预变位,可根据结构成型线形反馈计算求得；③活载引起的预抛高；④挂篮体系在节段混凝土浇筑过程中的变形预抛高。定位标高是控制结构线形的关键内容,故在挂篮前移的过程中,应保证前吊带的均匀受力、后吊带与后锚收紧、控制点定位标高的正确。

3.3.2 立模标高的确定

在连续梁的悬臂施工控制中,最直接反映施工控制成果的就是对于梁段立模预留标高的准确定位。而立模预留标高的准确定位取决于分阶段施工累积挠度的计算值,以及挂篮变形值。在桥梁悬臂施工中,挂篮在承受混凝土梁段重量时会发生弹性变形。由于挂篮变形使底模板前端的标高发生的变形在挂篮拆除后不能得到恢复,需要在确定主梁梁段的立模标高中预先考虑其变形,以确保主梁线型的正确。在实际应用中,当前施工阶段的立模标高按下式计算。

式中，Hi——当前节段待浇筑主梁的底模板前端的立模标高；

Ho——当前第i 段待浇筑主梁的底模板前端的成桥设计标高；

Fi——第i 段及后续所有施工梁段对该点产生的挠度影响值之和,即施工预拱度；

Fg——由于挂篮变形引起的底模板前端的挠度值；

Ft——二期恒载及成桥t 年后由收缩徐变和运营所产生的挠度,即运营预拱度。

3.3.3 混凝土浇筑后控制标高

混凝土浇筑后各控制点的标高,主要用于已建结构状态的校核,以便修正已建结构标高的计算值和预测待浇节段的计算参数，调整与优化成桥线形,控制待浇节段的施工标高。

3.3.4 预应力张拉后标高

预应力张拉后，应测量结构的标高,并与理论计算值进行比较,从而了解预加力值是否发生偏差、 预应力的线形模拟是否恰当、预应力损失是否估计正确，以及决定是否修改预加力的理论值等。

4 悬臂浇筑过程监测

4.1 线形测量

4.1.1 挠度测量

(1) 挠度测点布置:箱梁浇筑前,在每个悬浇段距接缝10cm 处箱梁顶面布置3 个高程测点。测点采用短钢筋制作,底部焊于顶板钢筋网上,顶部磨圆露出混凝土顶面1.5～2.5cm,采用红油漆标记 （如图3）。

图3 节段挠度、应力测点布置图

(2)基准点的建立与校核:利用水准仪及全站仪把高程控制点引至墩顶梁段顶面上,标上明显标记并保护好。以后的施工均以此点为基准,作为其它水准测量的后视点,得到所测梁顶的高程。每一墩顶至少布置两个基准点,每次测量时应先进行基准点间的相互校核。无异常情况， 每个月应与项目测量组一起对这些基准点进行校核。

(3)测量时间:挠度测量在温度相对稳定、没有日照影响的情况下进行(一般在夜间20：00～清晨7：00 之间,随季节调整)。

4.1.2 主梁轴线偏移测量

用钢尺找出前端梁段的中线并做标记,采用坐标计算出节段端部偏移量：将全站仪架在墩顶梁面中心,后视另一墩顶梁面中心,测出节段中心所作标记处坐标,用所测坐标计算节段中心偏位。

4.1.3 墩顶沉降测量

墩顶沉降测量采用全站仪在一侧岸边设置两个测站,在每个墩的顶部中间设置一个固定测点,测出墩顶测点的三维坐标,以便得到墩顶标高值。每一测量工况下的沉降为测读值与初始值的差。 初始值为桥墩刚建成后在气温稳定、无日照影响时自由状态下的测读值。

4.2 应力测量

4.2.1 仪器设备

埋设钢弦式传感器进行应力测量。钢弦传感器是一种间接测量仪器,其测试原理是通过测试两端固定钢弦的频率,通过事先标定的钢弦频率与其应变的关系值得到混凝土的应变,再根据混凝土弹性模量换算出混凝土应力。

4.2.2 测点布设

对于主梁,以测量主梁沿桥纵向应变为主,再测量截面的顶、底板布置应力测点(见图3)。

5 注意事项

(1)由于挂篮变形使主梁的标高发生的变形在挂篮拆除后不能恢复,因此必须先做荷载试验,取挂篮加荷的试验曲线以进行准确预测。

(2)在预拱度的设置和立模标高的确定上,将施工预拱度、运营预拱度和挂篮变形分开计算,概念清晰,使用方便。

(3)悬臂浇筑连续梁桥施工中已完成梁段的误差几乎无法调整,必须合理制定施工步骤,使每个步骤的变形量减小,这样即使某个施工步骤产生误差,该误差在总体变形中所占比例就较小，不至于影响全局。

6 结语

在桥梁悬臂挂篮施工中,应确保桥梁成桥的线形状态满足桥梁设计线形的要求,保证桥梁处于合理的受力状态。因此,要对结构的各施工阶段的结构变形和受力状态进行合理的计算分析,为施工预拱度的准确预留提供理论依据。同时在施工过程中,通过挠度、 偏移、 沉降、应力等监测，精确控制桥梁线形和受力。

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[5]杨文渊,徐犇.桥梁施工工程师手册.