預(yù)應(yīng)力混凝土主梁前支點(diǎn)掛籃與支架組合施工技術(shù)
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崔占奎，易 達(dá)，張子俊
（中交一公局第三工程有限公司，北京 101102）
[摘要]以秦淮新河大橋工程為依托，簡(jiǎn)要介紹了前支點(diǎn)掛籃與支架組合施工技術(shù)的工藝原理和關(guān)鍵技術(shù)，相對(duì)于傳統(tǒng)斜拉橋混凝土主梁?jiǎn)我坏那爸c(diǎn)或后支點(diǎn)掛籃施工，該施工方法施工進(jìn)度更快，縮短了工期，確保了工程質(zhì)量，同時(shí)降低了施T成本。
[關(guān)鍵詞]橋梁_T程；斜拉橋；預(yù)應(yīng)力混凝土梁；掛籃；支架；施工技術(shù)
[中圖分類號(hào)]U448. 27；U445.4 [文章編號(hào)]1002-8498(2016)05-0044-04
1工程概況
本文依托南京市濱江大道跨秦淮新河大橋工程，主橋?yàn)?跨雙塔雙索面混凝土斜拉橋，主塔為柱腳略向外趴的H形混凝土結(jié)構(gòu)，肋板式1T形預(yù)應(yīng)力混凝土主梁結(jié)構(gòu)，主肋截面高2. 5m，寬2~2.Sm，兩主肋間距27m，0.28m厚橫梁順橋向間距為6m，橋面板厚0. 28m，全漂浮體系。主橋總長(zhǎng)490. 0m，跨徑組合為110m +270m+110m，邊跨分為4個(gè)節(jié)段(21.5m +24m×3)，中跨分為19個(gè)節(jié)段(6.0m×19)，主梁施工采用邊跨支架現(xiàn)澆、中跨前支點(diǎn)掛籃懸澆工藝。主橋上部結(jié)構(gòu)布置如圖1所示。
2施工方案比選和優(yōu)化
2.1 傳統(tǒng)后支點(diǎn)掛籃或前支點(diǎn)掛籃施工技術(shù)
傳統(tǒng)后支點(diǎn)掛籃受力體系為懸臂結(jié)構(gòu)受力，僅通過后端錨固，將施工荷載全部傳遞到已澆筑懸臂梁端。前支點(diǎn)掛籃受力體系為簡(jiǎn)支結(jié)構(gòu)受力，將掛籃后端錨固在已澆筑懸臂梁端上，并將待澆梁段的斜拉索錨固在掛籃前端，充分發(fā)揮斜拉索的效用，由斜拉索和已澆梁段共同承擔(dān)待澆節(jié)段的混凝土重力，從而降低施工中主梁的臨時(shí)應(yīng)力值。待已澆梁段混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)要求強(qiáng)度后，張拉預(yù)應(yīng)力筋、進(jìn)行索力轉(zhuǎn)換：將斜拉索對(duì)掛籃前支點(diǎn)的拉力轉(zhuǎn)換到預(yù)應(yīng)力混凝土主梁的斜拉索錨墊板上，前移掛籃，進(jìn)行下一節(jié)段施工�？梢娤鄬�(duì)于后支點(diǎn)掛籃，前支點(diǎn)掛籃施工工藝使節(jié)段懸澆長(zhǎng)度及自重均大大提高，加快了整體施工進(jìn)度。
2.2本橋采用的前支點(diǎn)掛籃與支架組合施工技術(shù)
1)本橋主梁0號(hào)塊長(zhǎng)33. 0m，采用支架現(xiàn)澆施工完成且塔梁臨時(shí)剛接后，優(yōu)先采用支架現(xiàn)澆施工邊跨24m(6m x4)長(zhǎng)1號(hào)塊，同時(shí)可進(jìn)行中跨前支點(diǎn)掛籃的試拼工作。
2)待邊跨1號(hào)塊完成預(yù)應(yīng)力張拉、壓漿后，方可進(jìn)行中跨前支點(diǎn)掛籃的吊裝上橋、掛籃預(yù)壓及中跨1號(hào)塊鋼筋、模板施工。
3)中跨4號(hào)塊施工完成前，采用支架現(xiàn)澆完成邊跨24m長(zhǎng)2號(hào)塊施工（含預(yù)應(yīng)力張拉、壓漿）；中跨8號(hào)塊施工完成前，采用支架現(xiàn)澆完成邊跨24m長(zhǎng)3號(hào)塊施工（含預(yù)應(yīng)力張拉、壓漿）；中跨12號(hào)塊施工完成前，采用支架現(xiàn)澆完成邊跨21. 5m長(zhǎng)4號(hào)塊施工（含預(yù)應(yīng)力張拉、壓漿）并增加相應(yīng)配重。
該施工技術(shù)中，邊跨采用滿堂支架現(xiàn)澆施工大節(jié)段，中跨采用前支點(diǎn)掛籃施工小節(jié)段，且確保邊跨混凝土自重加配重大于中跨已完成節(jié)段，施工過程中邊跨荷載傳至支架來平衡中跨荷載以控制主塔彎矩，且邊跨與中跨的斜拉索必須同時(shí)安裝、對(duì)稱張拉，保證主塔兩側(cè)的受力相對(duì)平衡，確保位移控制在10mm以內(nèi)。
3 前支點(diǎn)掛籃與支架組合關(guān)鍵施工技術(shù)
3.1 主橋整體施工流程
主橋主要施工流程如圖2所示。
3.2 主要施工工藝方法
3.2.1 塔梁剛接施工
本橋?yàn)槿◇w系，為控制施工過程中施工荷載對(duì)主塔產(chǎn)生的不平衡彎矩，在0號(hào)塊下方設(shè)置4個(gè)截面尺寸為1. 2m×1.2m的鋼筋混凝土臨時(shí)鎖定柱，每根柱內(nèi)預(yù)埋8根ɸ32豎向精軋螺紋鋼對(duì)0號(hào)塊進(jìn)行鎖定，精軋螺紋鋼一端錨入承臺(tái)2m，另一端錨入0號(hào)塊主肋，0號(hào)塊施工完畢強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)值90%后對(duì)精軋螺紋鋼進(jìn)行張拉，每根精軋螺紋鋼張拉力控制在400kN，待主橋合龍后拆除臨時(shí)剛接（見圖3）。
3.2.2邊跨支架施工
邊跨主要分成4個(gè)大塊施工，每個(gè)大塊包含4個(gè)6m長(zhǎng)的節(jié)段，總計(jì)24m長(zhǎng)，邊跨現(xiàn)澆段為21. 5m長(zhǎng)。邊跨主要采用滿堂碗扣支架施工，主肋荷載較大，其下采用2排ɸ630 x10螺旋鋼管支撐，強(qiáng)度和穩(wěn)定性均滿足施工要求。
3.2.3 中跨前支點(diǎn)掛籃施工
3.2.3.1前支點(diǎn)掛籃設(shè)計(jì)
本橋用掛籃由承載平臺(tái)、牽索系統(tǒng)、行走系統(tǒng)、定位系統(tǒng)、錨固系統(tǒng)、模板系統(tǒng)、操作平臺(tái)及預(yù)埋件系統(tǒng)等組成。設(shè)計(jì)充分考慮了結(jié)構(gòu)的安全性和實(shí)用性，掛籃、模板自重約為130t，采用Q235鋼材設(shè)計(jì)，強(qiáng)度和剛度設(shè)計(jì)按最重節(jié)段310t考慮。
承載平臺(tái)核心部分為一鋼箱截面的平面剛架及鋼拱架，包括順橋向兩主縱梁(截面尺寸
1 804mm x1800mm×12mm×16mm)、橫橋向前橫梁（截面尺寸2 500mm×1 000mm×14mm×16mm）及中、后橫梁(截面尺寸1 000mm×800mm×8mm×10mm)，主要起到連接兩主縱梁的作用，鋼管肋拱架承擔(dān)頂板荷載。
牽索系統(tǒng)的功能是在掛籃懸澆施工時(shí)將斜拉索與掛籃連接起來形成前支點(diǎn)；在懸澆完成后，將斜拉索與掛籃分離，實(shí)現(xiàn)索力轉(zhuǎn)換。牽索系統(tǒng)由張拉機(jī)構(gòu)、斜拉索冷鑄錨和連接器組成。張拉機(jī)構(gòu)中的張拉千斤頂通過撐腳固定在墊塊總成上。墊塊總成可沿主縱梁頭部導(dǎo)軌上下滑動(dòng)并鎖定，因而前支點(diǎn)空間位置可調(diào)整。
行走系統(tǒng)采用2臺(tái)YC70×150千斤頂及精軋螺紋鋼牽引，同步牽引掛腿下部行走滑靴帶動(dòng)掛籃前移，行走滑靴在主梁頂面鋪設(shè)的滑軌上滑動(dòng)。掛籃行走時(shí)由行走反滾輪平衡前傾力。
定位系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)掛籃澆筑前的定位，由前錨桿組、止推機(jī)構(gòu)及頂升機(jī)構(gòu)組成。掛籃由前錨桿組提升到位，放置在主縱梁尾部的頂升機(jī)構(gòu)調(diào)整掛籃前端的豎向標(biāo)高，止推機(jī)構(gòu)承受斜拉索張拉力中的水平分力。
錨固系統(tǒng)包括4組前錨桿組和2組后錨桿組。前錨桿組設(shè)在主縱梁上面，其作用是將承載平臺(tái)承受的施工荷載傳遞到已澆梁段上，后錨桿組設(shè)在主縱梁尾部，其作用是平衡掛籃斜拉索初張拉時(shí)產(chǎn)生的后傾力，同時(shí)，4組錨桿組也作為抗風(fēng)安全錨固點(diǎn)。
掛籃設(shè)計(jì)采用Midas/Civil有限元軟件建模整體分析，掛籃主縱梁、前中后橫梁均采用梁?jiǎn)卧�；拱架除吊桿采用只受拉桁架單元建立外其他均采用梁?jiǎn)卧�，部分桿件釋放梁端約束；結(jié)構(gòu)邊界條件一般支撐為鉸接（見圖4）。
風(fēng)速按22 m/s考慮，計(jì)算風(fēng)荷載，混凝土重按26kN/m3考慮，分澆筑和移動(dòng)兩種工況考慮：①澆筑工況下，主縱梁最大應(yīng)力52. 6MPa，前橫梁最大應(yīng)力93. 4MPa，中后橫梁最大應(yīng)力46MPa，鋼管拱圈最大應(yīng)力106MPa，橫桿最大應(yīng)力45MPa，立柱及斜撐最大應(yīng)力187MPa<205MPa。剛架最大位移為19 mm<<1/400= 67.5 mm，拱架最大位移8mm。②移動(dòng)工況下，C型掛鉤最大應(yīng)力61MPa<205MPa，剛架按澆筑工況考慮。最大位移為7. 7mm<<1/400�？梢�，兩種工況下此掛籃強(qiáng)度和剛度均可滿足施工要求。
為保證箱形截面局部穩(wěn)定，設(shè)計(jì)配置了縱向、橫向加勁肋和支承加勁肋。根據(jù)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50017-2003，對(duì)于兩縱梁和前橫梁，均有h0/t w>150
，在此不再對(duì)縱橫向加勁肋等進(jìn)行詳細(xì)計(jì)算。
3.2.3.2前支點(diǎn)掛籃施工
3.2.3. 2.1前支點(diǎn)掛籃預(yù)壓
掛籃拼裝完成后采用體內(nèi)預(yù)壓方式對(duì)掛籃進(jìn)行預(yù)壓，即可在0號(hào)塊主肋處設(shè)置預(yù)埋件，安裝反力支撐用三角托架，對(duì)掛籃主剛架采用4臺(tái)千斤頂同時(shí)分級(jí)施加模擬荷載預(yù)壓。鋼管拱架采用鋼筋堆載預(yù)壓。預(yù)壓主要步驟為：掛籃安裝，安裝對(duì)應(yīng)斜拉索并第1次張拉至500kN→掛籃上加載最重階段的40%→第2次張拉S2號(hào)、M2號(hào)斜拉索至1250kN→掛籃上加載最重階段的80%，100%→持荷48h后卸載60%→S2號(hào)斜拉索張拉力調(diào)整至500kN，M2號(hào)斜拉索張拉力調(diào)整至550kN；卸載100%。
3.2.3.2.2前支點(diǎn)掛籃施工工藝流程
節(jié)段混凝土澆筑完成→養(yǎng)護(hù)待強(qiáng)→梁體預(yù)應(yīng)力張拉壓漿→掛籃側(cè)模拆除→掛籃拱架下落→掛籃體系轉(zhuǎn)換→掛籃下降30cm到軌道板→行走掛籃到位→掛籃提升、拱架組拼、立模校正到位→掛籃前支點(diǎn)拉索掛設(shè)一斜拉索初張拉-b鋼筋及預(yù)應(yīng)力構(gòu)件制作與安裝→混凝土澆筑到50%進(jìn)行拉索第2次張拉→直至混凝土澆筑完成（見圖5）。
1)掛籃預(yù)埋件定位控制：前支點(diǎn)掛籃預(yù)埋件主要包括錨桿組預(yù)留孔、止推機(jī)構(gòu)預(yù)埋件。鋼筋骨架綁扎基本結(jié)束時(shí)，及時(shí)定位錨桿組預(yù)留孔、止推機(jī)構(gòu)預(yù)埋件，并準(zhǔn)確固定；混凝土澆筑前進(jìn)行預(yù)埋件的復(fù)測(cè)工作，確保位置準(zhǔn)確。
2)掛籃下降以5cm為1個(gè)控制單位，確保掛籃整體平衡下降。接長(zhǎng)行走滑梁，拆除止推機(jī)構(gòu)，安裝牽引機(jī)構(gòu)。掛籃前移時(shí)，以千斤頂為動(dòng)力，以15cm為1個(gè)控制單位，確保掛籃前移過程中軸線偏差在合理范圍內(nèi)。
3)掛籃標(biāo)高定位：根據(jù)測(cè)量監(jiān)控標(biāo)高及掛籃的彈性變形量確定掛籃的定位標(biāo)高，并在混凝土澆筑前保持此標(biāo)高無變化。
4)斜拉索索力須進(jìn)行監(jiān)控，并保證初張力、二次張力及三次張力等的誤差控制在±3%以內(nèi)。
5)主橋主梁寬度為36m，其中翼緣板懸臂寬度為3. 5m。主梁施工若采用一次澆筑成型工藝，則前支點(diǎn)掛籃行走懸掛系統(tǒng)橫向內(nèi)伸較多，同時(shí)底梁和C型掛鉤自重將大大增加，本橋采用分段澆筑工藝，即翼緣板滯后于1個(gè)節(jié)段澆筑，掛籃減重效果明顯。
3.2.3.3合龍段施工
索區(qū)梁段及合龍段(3.5m +2.0m +3.5m)采用貝雷吊架法進(jìn)行施工。即在中跨主梁19號(hào)節(jié)段完成后，在梁頂面搭設(shè)貝雷片，安裝吊點(diǎn)，下面鋪設(shè)由工字鋼等結(jié)構(gòu)組成的模板系統(tǒng)，然后同時(shí)進(jìn)行兩側(cè)3. 5m無索區(qū)梁段的施工，兩側(cè)對(duì)稱澆筑，施工完畢后再進(jìn)行合龍段(2.0m)施工。
根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際測(cè)量，合龍段混凝土澆筑前后標(biāo)高及軸線對(duì)比分析如表1所示。
根據(jù)主梁合龍前測(cè)量軸線的對(duì)比，右幅南北主肋相對(duì)偏差為-1.4cm，左幅南北主肋相對(duì)偏差為1. 1cm。
合龍前，測(cè)量?jī)珊淆埩憾藰?biāo)高、軸線偏位，及時(shí)調(diào)整部分斜拉索索力，以標(biāo)高控制為主、索力控制為輔；解除南北主塔與主梁之間的臨時(shí)剛接；在最低溫度條件下焊接勁性骨架，進(jìn)行合龍鎖定；澆筑合龍段混凝土，同時(shí)分級(jí)拆除平衡重；張拉合龍段預(yù)應(yīng)力鋼束。
合龍段混凝土澆筑前的預(yù)壓平衡重采用水袋預(yù)壓，預(yù)壓位置設(shè)置在中跨20號(hào)節(jié)段上，其預(yù)壓重與位置的關(guān)系通過監(jiān)控單位的模型計(jì)算確定，并嚴(yán)格按照監(jiān)控指令施工。
3.2.4前支點(diǎn)掛籃與支架組合施工控制
1)邊跨先于中跨對(duì)應(yīng)節(jié)段施工，斜拉索同時(shí)安裝及張拉，確保主塔受力基本保持平衡。
2)因邊跨先于中跨施工，故造成邊跨整體重于中跨，使主塔受力不均衡，須通過有限元分析軟件提前模擬各施工階段，并通過索力調(diào)整使主塔受力均衡。
3)邊跨施工完成后，其支架系統(tǒng)暫不能拆除，使其承受一部分梁體自重，確保主塔受力均衡，待全橋合龍后方可拆除支架系統(tǒng)。
4)根據(jù)主梁設(shè)計(jì)方案，邊跨的配重恒載須在中跨對(duì)應(yīng)節(jié)段施工前完成總配重的50%，確保主塔兩側(cè)受力均衡。
3.3施工測(cè)量監(jiān)控
混凝土澆筑前，預(yù)埋電子傳感元件，每施工完成1個(gè)節(jié)段，張拉l根斜拉索，進(jìn)行全橋主梁的標(biāo)高、軸線通測(cè)，對(duì)塔頂位移進(jìn)行監(jiān)測(cè)。同時(shí)，進(jìn)行全橋主梁應(yīng)力通測(cè)，為下一斜拉索的張拉力計(jì)算提供依據(jù)，并對(duì)主塔、臨時(shí)鎖定柱進(jìn)行內(nèi)力檢測(cè)。通過施工測(cè)量，確保主梁的軸線、標(biāo)高等誤差在合理范圍內(nèi)；監(jiān)控主塔位移，為斜拉索的索力計(jì)算提供必要依據(jù)；通過內(nèi)力監(jiān)測(cè)分析，為斜拉索、主梁施工提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支撐（見表2，3）。
4施工效果
采用前支點(diǎn)掛籃與支架組合施工技術(shù)，取得了如下效果：①人力成本 中跨節(jié)段混凝土養(yǎng)護(hù)期可調(diào)配人員施工邊跨支架現(xiàn)澆段；②設(shè)備投入減少2套前支點(diǎn)掛籃的投入，有效降低了成本；③工期節(jié)約無須進(jìn)行邊跨合龍段施工，有效加快了施工進(jìn)度；邊跨支架現(xiàn)澆為大節(jié)段施工，一次澆筑4個(gè)6m長(zhǎng)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段，且不受掛籃對(duì)稱、同步施工的影響。
采用該組合工藝施工斜拉橋混凝土主梁，可有效加快施工進(jìn)度，降低施工人員、機(jī)械設(shè)備的投入。根據(jù)經(jīng)營(yíng)效益分析，本組合施工技術(shù)較全采用前支點(diǎn)掛籃施工技術(shù)可節(jié)約成本83. 58萬元，縮短工期20d。
5 結(jié)語
該組合施工技術(shù)適用于邊跨位于陸地、中跨位于水上的斜拉橋混凝土主梁施工。濱江大道跨秦淮新河大橋主橋主梁采用邊跨支架現(xiàn)澆、中跨前支點(diǎn)掛籃施工工藝，加快了工期進(jìn)度，質(zhì)量滿足相關(guān)設(shè)計(jì)、規(guī)范要求，同時(shí)降低了施工成本。
