湖北郧十头堰大桥连续刚构悬臂施工技术

武新占

（中铁十四局集团第二工程有限公司，山东 泰安 271000）

1 工程概述

湖北郧十头堰大桥位于湖北郧县头堰村附近，跨越深沟。梁跨径组成为5×40+（65+120+65）+3×40m连续刚构、预应力混凝土结构连续T梁，桥梁全长579m。主墩6#、7#墩为双薄壁墩，其中6#墩高45.56m，7#墩高69.37m，跨越深沟，跨中距沟底约100m。主桥上部采用三向预应力混凝土连续刚构，箱梁断面采用单箱单室直腹板断面，顶板宽度12m，箱梁根部梁高7.2m，跨中及边跨合拢段梁高3m，箱梁底板下缘按1.8次抛物线变化。0号块箱梁底板厚度为110cm，各梁段底板厚从悬臂根部至悬臂结束处由85cm~32cm，其间按1.8次抛物线变化。

2 0#块施工

2.1 0#段施工顺序

在托架上安装0#块段底模板→安装外模板→安装底板、腹板、隔墙钢筋→竖向预应力管道、腹板纵向预应力管道、堵头模板安装→内模安装→第一次灌注混凝土→凿毛→→顶板内模安装→绑扎顶板钢筋、顶板纵向预应力管道及横向预应力管道安装→第二次灌注混凝土→养生→拆模→穿束→张拉箱梁预应力筋→压浆→封锚。

2.2 托架施工

托架设计为预埋牛腿桁架式，每个0#块托架共有20片桁梁，分别组合为4个桁梁组，在每根墩柱两侧（一个0#块坐落在两个墩柱上）分别各设置1组。其中，每个桁梁组有5片桁梁，均沿横桥向布置，间距为100cm+185cm+185cm+100cm，外侧桁梁距。墩身外边缘40cm。每片桁梁各预埋上牛腿1个，下牛腿1个，桁梁组五片桁梁间可设4道横联，以加强稳定性。该设置由有资质机构得出的托架受力计算书结果显示，满足受力要求。

墩身施工完毕后，进行0#块托架施工，先安装预埋部分，然后焊接连接板，再连接桁梁。

2.3 0#块预压

铺设横、纵垫梁前须对其进行预压以消除托架非弹性变形并测出托架在0#块施工时的弹性变形为立模高度提供依据。承台施工时，在承台上预埋钢绞线束，每束8根（钢绞线选用15.24mm），其平面位置为0#块施工托架节点在承台上的投影点，预埋固定端为H型锚轧花自锚式固定端，钢束在承台上预埋深度为2m。托架安装好后，在其节点上吊装I30工字钢，中部每节点处铺放2根12m工字钢，两工字钢关于对应节点中心轴对称。在每个节点两侧两工字钢上放置挂篮吊带扁担梁，其中心距节点中心沿桥横向距离为35cm并关于两工字钢中心轴对称，将YJBM15-3锚环放于扁担梁上作为托架预压钢束张拉端。节点张拉顺序为先中后边，最后对中部节点进行补张；对每个节点处钢束进行张拉时应节点两边钢束同时对称张拉避免局部偏压造成托架扭曲。

2.4 模板安装

预压完成后，首先根据预压得到的支架弹性变形量，预留和支架弹性变形值相当的上拱度，确定0#块底模板标高。底模标高调整好以后再安装外侧模。由于0#块采用两次浇筑，因此在立模时先立底模、外侧模，将底板、腹板和横隔板的钢筋绑扎完以后再立腹板内模及横隔板浇筑段内模、端模，立腹板、隔板和内模顶模并加固，再绑扎完顶板钢筋，安放预应力筋管道。立模板时，按设计标高准确确定砼浇注的顶标高。

2.5 混凝土施工

为保证0#段托架的稳定性和施工的安全性，0#梁段施工采用混凝土二次灌注完成的施工方法，第一次浇筑至腹板顶，第二次浇筑顶板。0#块混凝土浇筑时，须采用PVC管预埋挂篮悬吊系统孔。混凝土采用混凝土输送泵，混凝土搅拌运输车运输。

3 悬臂施工工艺

头堰大桥主桥跨径组成为5×40+（65+120+65）+3×40m连续刚构。主墩6#、7#墩为双薄壁墩，其中6#墩高45.56m，7#墩高69.37m，跨越深沟，跨中距沟底约100m。根据主梁类型和地理条件，主桥上部结构施工采用悬臂施工法。

悬臂浇筑施工法采用挂篮在墩柱两侧对称平衡地浇筑混凝土，每节段施工3.5m~4m，待梁段强度达到设计值后张拉、压浆，然后挂篮对称前行，进行下一阶段施工，最后合龙完成桥梁施工。该桥先边跨合拢，后中跨合龙。

3.1 挂篮系统介绍

该桥采用菱形挂篮施工。挂篮设计自重57t，挂篮设置两排菱形支架，间距6.5m，挂篮用精轧螺纹通过扁担梁锚固在箱梁上，轨道通过竖向预应力筋锚固在箱梁上。菱形支架杆件采用2[36b，9根吊带，2个吊外侧模，2个吊内模，5个吊底模，底模用14根I32a铺在前、后底横梁2[40c上，顶横梁采用2I45。挂篮使用前须对各杆件进行受力验算。挂篮结构形式如图1所示。

图1 挂篮结构形式

挂篮结构简单，受力明确，整体刚度较大；挂篮前端及中部工作面开阔，便于挂篮轨道、腹板和底板钢筋、竖向预应力筋的安装，加快施工速度。还可从挂篮中部运送砼；走行装置构造简单，外侧模、底模可一次到位，内模也能整体抽拉就位；利用箱梁竖预应力筋锚固轨道及挂篮，挂篮自重轻。

主桁系统为整个挂篮中的承重系统，由2片承重桁架和连接角钢组成；承重桁架由前后拉杆、垂直杆和各节点组成，采用A级M30螺栓连接成菱形。顶横梁2I45架设在两榀桁架上；底横梁分为前底横梁2[40c和后底横梁2[40c，横梁间铺设I32a工字钢，设置于箱梁底板以下，悬吊于顶横梁和箱梁底板上；外模走行梁2[36b设置于箱梁外侧翼缘板下，悬吊于顶横梁和翼缘板上；内模走行梁2[32b设置于箱梁内侧，悬吊于箱梁顶板上。

主桁架后锚采用精轧螺纹通过扁担梁直接锚固于箱梁顶板上，轨道通过接长的竖向预应力筋锚固。模板、底篮的锚固通过千斤顶或手拉葫芦调节后用螺帽锁紧。

挂篮行走前，先铺设钢枕及轨道，解除主桁架后锚和底模架后锚系统，底模架和内外模后吊杆下锚固更换为滑车上，通过手拉葫芦下放前吊系统，挂篮所有质量锚固于轨道上，使挂篮处于活动悬吊状态。行走时，通过千斤顶对称顶推主桁架前支座位置完成行走，行走同时，用手拉葫芦牵引外模板的滑梁，并检查底模，使外模板、底模连同主桁一起行走，行走完成后及时锚固各支点。

底模架悬吊系统采用在顶横梁上中间设置3个主吊带（Q345的扁钢截面180mm×36mm）作为底模架的前悬吊系统，底模架的后悬吊系统采用3个吊带（Q345的扁钢截面180mm×36mm）锚固于箱梁底板内侧，后底横梁两端采用钢丝绳和手拉葫芦悬吊于外模行走梁上；外模滑道悬吊系统采用顶横梁两边各设置一个吊杆（32mm精轧螺纹钢）作为外模滑道前悬吊系统，后悬吊系统采用各设置一个吊杆（32mm精轧螺纹钢）锚固于箱梁翼缘板上；内模滑道悬吊系统采用在顶横梁上中间设置2个吊杆（32mm精轧螺纹钢）作为前悬吊系统，后悬吊系统采用2个吊杆（32mm精轧螺纹钢）锚固于箱梁顶板上。挂篮每个前吊杆处设置一个手拉葫芦用于系统升降。

模板材质采用Q235，面板6mm、边框12×80mm扁钢和80×8mm角钢、主肋8#槽钢、副肋6×80mm扁钢、支撑架80mm双槽钢和80mm双角钢。模板与支撑架采用m16*45mm螺栓连接固定。根据施工梁段长度，每节段长为3.5m~4m，模板长度加工为4.7m，多出长度便于与上一节段搭接严实和提供施工平台，主要包括内模、外模、底模、端模。

内模分为内顶模和侧边模，内顶模中部可拆分，适应于梁段腹板厚度变化，内顶模和侧边摸间用上转角模通过螺栓连接，内模可通过转角模自由收放侧边摸，以便于施工。

外模将腹板和翼缘板模板制作成一整体，腹板由2m宽模板螺栓连接，0#块时为最长，施工前行梁段高度变小后，可对腹板进行拆卸以减少挂篮自重。

底模系统采用面板6mm钢板作为面板，底模纵梁采用I32工字钢30cm间距架设在底横梁上。

端模采用5mm薄钢板制作，根据每梁段的截面尺寸加工，加工时预留纵向主筋、预应力管道、张拉锚垫板的位置。

3.2 挂篮预压

将挂篮主桁架背靠背对称作为反力架，采用精轧螺纹钢作为对拉杆件，对两片主桁架对拉，采用1组[24槽钢作为支撑横梁，采用YDC-250T型穿心式千斤顶张拉，油泵为ZB2-2/50A型油泵。

得出挂篮变形值=（千斤顶活塞伸长量—精轧螺纹钢的伸长量）/2，计算挂篮的弹性和非弹性变形量，为挂篮施工预抬值提供依据。

3.3 挂篮安装

在0#块施工完成后才可以进行挂篮安装。安装顺序：铺设钢枕及轨道并用接长竖向预应力筋锚固→采用塔吊安装主桁架→安装顶横梁、吊带及吊杆→安装后底横梁后锚和后悬吊并安装底模架系统→安装外模行走梁后悬吊、行走梁及外模→安装内模行走梁后悬吊、内模行走梁及内模→挂篮安装完成。

3.4 悬臂梁施工

悬臂梁施工工艺流程如下：上一梁段张拉压浆完成→挂篮后锚解除及前吊系统拆松→通过手拉葫芦下放内模、外模、底模→系统前移→测量定位→锚固系统锚固→钢筋绑扎→测量复测→浇筑混凝土→张拉、压浆→测量复测。

先进行底板普通钢筋绑扎及竖向预应力钢筋梁底锚固端（包括垫板、锚固螺母及锚下螺旋筋）的安装，再绑扎腹板钢筋、竖向波纹管及预应力钢筋的接长，安装腹板内纵向波纹管，最后绑扎顶板普通钢筋，安装顶板内纵向波纹管、横向钢绞线以及波纹管。

混凝土采用泵送，两对称块对称浇筑，采用输送管三通分流同时浇筑两对称块时，由于桥存在纵坡，施工梁段越远，两输送管类压力差越大，两边出混凝土速率不一致，甚至一端不出混凝土，因此采用多次捣管施工，顺序如下：大里程梁段底板→小里程底板→大里程腹板→小里程腹板→大里程顶板→小里程顶板。

主桥采用三向预应力体系，在施工时，按照先纵向后竖向再横向的顺序进行，为消除悬臂端边界效应，横向预应力滞后悬臂3个节段张拉。纵向预应力张拉压浆完后可进行下一梁段施工，横向预应力张拉完后及时压浆，竖向预应力全桥合拢后复拉再压浆。

4 合龙段施工

该桥采用菱形挂篮，梁端中间和两边均存在前吊杆件，无法采用吊架支模施工法将模板直接前移，边跨合龙段采用以挂篮和边跨现浇段支架作平台，中跨合龙采用两挂篮作平台。先边跨合龙，后中跨合龙。

4.1 边跨现浇段

安装托架：根据预埋牛腿位置，组装托架；托架预压：预压值须考虑合拢段的施工荷载；调整底模标高：采用横垫40工字钢、10cm槽钢和10cm方木调节标高；立设模板：底模及外模采用钢模板，内模采用竹胶板；绑扎钢筋：钢筋绑扎、波纹管定位；浇筑混凝土：吊车或塔吊吊运混凝土。

4.2 合龙施工

平台搭设时，边跨合龙利用现浇段托架和挂篮前下横梁搭设，中跨合龙利用两挂篮前下横梁搭设。采用横垫40工字钢、10cm槽钢和10cm方木调节标高。底模、外模以及内模均采用竹胶板，安装模板时，用PVC管封套挂篮前悬吊杆件，便于拆除挂篮。

钢筋及预应力管道安装同悬臂梁段施工。

合拢段混凝土施工选取一天中温度最低的时刻，该桥另规定合拢温度应为（18±3）℃。

合龙前，须在合龙混凝土浇筑砼温度下进行梁段顶推，并及时安装劲性骨架完成临时锁定。合龙段混凝土强度达到设计强度90%后张拉前，解除临时锁定。

在安装边跨合龙段平台模板系统，同步在跨中悬臂端部施加边跨合龙段配重，按边跨合龙段平台模板系统质量的一半施加；之后在单T悬臂两端施加配重，为边跨合龙段质量的一半；安装中跨平台模板系统时，卸载平衡配重，在跨中两悬臂端施加中跨合龙段配重，取中跨混凝土质量的一半。采用在悬臂端加载沙袋的方法设平衡重（每个沙袋重1t），浇筑合龙段混凝土时塔吊卸载沙袋同步等量减少配重。

合拢段强度达到设计强度90%后，才可以张拉剩余预应力。该桥引桥部分为预制T梁，在现浇段施工前已架设完成，架设后，预制梁段和现浇梁段设计空间为24cm，现浇梁张拉时设计要求为两端对称张拉，因空间狭小，无法施工，如图2所示。

图2 现浇梁与预制梁张拉影响示意图（单位：cm）

针对以上情况，及时联系设计单位，经专家论证通过后，方案定为预制梁端封锚24cm先不施工；T梁架设向大里程移10cm，并相应挪动梁底支座垫石；现浇梁段向小里程少施工10cm；定制总长度23cm，顶行程为10cm的YCW450C-50型千斤顶。现浇梁端与T梁端空间为24cm+24cm+10cm+10cm=68cm，采用定制千斤顶张拉时，满足张拉空间。张拉完成后，及时进行压浆，封锚T梁端并补齐减少的梁端部分。

4.3 挂篮及模板拆除

拆除顺序为拆除外模行走梁后悬吊、行走梁及外模→拆除后底横梁后锚和后悬吊并拆除底模架系统→拆除主桁架→拆除钢枕及轨道（内模在合龙前拆除）。

拆外模时，用千斤顶同时下调外滑梁的吊杆，松开外模，调整吊杆高度，是外模全部脱开混凝土面，拆模过程中，始终保证吊杆有效提吊外模滑梁吊点。

拆底模时，用千斤顶同时下调前吊带、后锚杆，底模脱离混凝土表面约5cm，抽出锚在箱室内的后锚杆，过程中始终保证前横梁吊带、后横梁两侧锚杆有效提吊底蓝，且始终保证吊杆有效提吊外模滑梁吊点。

模板拆除后，直接下放至桥底。因边中跨合龙处跨度大，距离远，不在塔吊的有效作用半径内，无法利用塔吊完成下放。边中跨合龙处的模板下放，可在已施工好的引桥上架设汽车吊完成下放，利用桥底施工便道直接拉运。下放中跨合龙处的模板时，因该桥跨中位置为沟谷，无施工便道，直接下放后无法拉运，因此采用两卷扬机斜拉下放模板至塔吊有效作用半径内，利用塔吊实现转运，中跨合龙段模板下放示意图如图3所示。

图3 中跨合拢段模板下放示意图

4.4 体系转换

边跨先合龙，释放墩梁锚固，结构由双悬臂状态变成单悬臂状态，最后跨中合龙，形成连续梁受力状态。

5 监控量测

施工监控主要包括施工仿真计算和施工监测，主要监控施工过程中结构的安全、施工过程中和竣工后结构内力状况、成桥线形、主梁合龙前两端标高误差、轴线偏差、结构基础沉降。

5.1 线形控制

线形是大跨度桥梁施工控制的最直接控制指标。通过对桥梁进行线形控制，使其结构在施工过程中的实际位置（平面位置、立面位置）与预期状态之间的误差在规范允许范围内，保证桥梁顺利精确合龙、成桥线形最大程度地符合设计要求。每梁段线行数据须根据上一梁段实测结果进行修正，施工过程中加强联测。

5.2 应力控制

通过对主梁和主墩墩柱主要截面的应力监控，实时了解结构的实际应力状态，使其在允许范围内变化，避免发生工程施工事故。在部分梁段预埋应力感件，实时了解结构内力状况。

6 结语

总体来说，头堰大桥0#块、悬臂施工法、合拢段等施工方案合理，技术先进，工艺成熟，采用菱形挂篮施工效果良好，合拢段采用直接利用挂篮方案构思巧妙；施工质量优，全桥实测线型和理论线相差最大2cm，全桥联测标高和设计高程相差最大2cm，监控结构内力符合设计要求，结构尺寸符合设计要求，混凝土施工质量优，表面光亮，无结构裂缝等，可为同类工程施工提供借鉴。