娄江大桥悬臂节段箱梁挂篮施工技术

娄江大桥悬臂节段箱梁挂篮施工技术
一、工程概况
娄江大桥位于312国道改线段陆家~正仪一级公路新建工程中的一座大桥，上跨娄江。该工程于2002年10月开工，2004年8月竣工。主桥为三跨预应力混凝土连续梁桥，跨径组合为：30m+50m+30m，并以道路中心线为对称布置分离式上、下行二座桥。连续箱梁为单箱单室，箱宽6.8m，翼板悬臂3.35m。一侧桥面分5个节段（不包括0＃块和跨中合拢段6#块），采用无压重自锚式挂篮法悬臂对称浇筑。娄江大桥立面、箱梁断面如图一所示。
二、支架、锁定柱及挂篮
（一）、0＃块支架
由于本工程的主墩均在水中，为保证0＃施工过程中的变形得以控制，0＃块支架将主要利用主承台布置扇形支架，在浇注承台混凝土前先在承台表面预埋40cm×40cm×2cm钢板若干块，作为扇形支架的支点。每只承台布置5片扇形支架。为防止扇形排架失稳，扇形排架上横向用双拼30＃槽钢焊接联接，使5片扇形支架相互联结成整体。扇形支架采用双拼30＃槽钢作为骨架材料，所有联结点均采用电焊焊接，根据所处位置不同分为A、B两种型号，A型位于立柱两端，为整体式扇形支架，自重3t，每个0#块设2片；B型位于立柱范围内，为两片分离式结构，两片之间用4根Φ25冷拉IV级钢筋锚固，每片自重1.5×2=3t，每个0#块设3片。
1、扇形支架施工验算：
本工程0#块共有钢筋混凝土122.08m3，按比重2.6计，0#块总重317.408t，底模、侧模、内模等其它施工荷载按30t计，荷载总计347.408t；验算荷载A型为150t、B型为130t，总计为150×2+130×3＝690t；保险系数为690÷347.408＝1.986。验算采用BSACS桥梁结构分析系统进行，应力验算结果：A型支架的最大应力为143Mpa，B型支架的最大应力为129Mpa，无论A型还是B型支架的最大应力均小于允许应力170Mpa，验算通过。根据验算结果支架的最大变形均小于1cm。
2、B型支架对拉Φ25冷拉IV级钢筋验算：同样根据BSACS计算结果得知每片B型支架在对拉接头处的拉力为12.589t，每根Φ25冷拉IV级钢筋的允许拉力为33t，从理论上分析一根Φ25冷拉IV级钢筋就能满足要求，为了确保安全采用2根Φ25冷拉IV级钢筋作为一个锚固点。
（二）、抗倾覆锁定柱
为防止悬臂施工中不平衡因素造成大T构件倾覆，必须在0＃块根部设置抗倾覆锁定柱。抗倾覆锁定柱采用600mm×600mm的钢筋混凝土柱，标号C50，每个0＃块设四根。每根锁定柱内布置1束6孔钢铰线，通过波纹管穿过0#块腹板张拉锚固于0#块顶面。锁定柱顶紧贴0#块底板，通过张拉钢铰线使锁定柱与箱梁结构联成整体，锁定柱与箱梁无直接连接构造。
1、锁定柱施工荷载验算：
1/4桥恒载自重为2132.52÷4×2.6＝533.13×2.6＝1386.138t
每根锁定柱承受压应力为：
1386.138÷4÷（0.6×0.6）＝962.6t/m2＝9.626Mpa。
允许压应力为50Mpa>9.626Mpa，验算通过。
2、锁定柱抗倾覆验算：
假定最不利状态为悬臂长度最大时的不平衡施工，即进行5和5'＃块施工时5'＃块节段混凝土已经浇注完毕而5＃节段还未进行混凝土浇注施工。设定立柱两侧锁定柱分别为X和Y，根据不平衡节段重量、悬臂长度值（略）和力矩平衡ΣY＝0原理，计算得
X＝236.43t，2根锁定柱分别承受X/2=118.215t
Y＝899.58t，2根锁定柱分别承受Y/2=449.79t
在最不利状态下4根锁定柱所受均为压应力，没有出现拉应力，最大压应力为449.79÷（0.6×0.6）＝1249 t/m2＝12.49Mpa，小于允许应力。因此，锁定柱能够满足抗倾覆要求。
3、锁定柱稳定性验算：
失稳临界力Pij＝(π2EI)/(2L)2=(3.142×3.5×106×1.08×10-2)/（2×5）2＝3726.93t > 449.79t
故锁定柱不会失稳。
（三）、挂篮
1. 挂篮设计、制作及安装：
（1）本工程采用无压重式挂篮。挂篮后部份与桥体锚固，解决倾覆问题。挂篮自重约40t，挂篮重量与块体之比约为0.4左右。
（2） 挂篮由以下几个部份组成：主桁架、悬吊系统、锚固系统、 行走系统、底模板平台。主桁架中主梁由两根双拼1m工字钢组成，后下横梁、后上横梁以及前上横梁均由双拼56#工字钢组成，前下横梁由双拼45#工字钢组成。悬吊系统采用钢制吊带和Φ32冷拉钢筋。锚固系统采用在箱梁腹板内预埋冷拉钢筋形式，冷拉钢筋将后锚座固定在箱梁顶面，而后锚座与挂篮之间通过吊带锚固。挂篮的整体纵移采用滑移方式，其动力用卷扬机，使挂篮与滑道相对滑移行走。 挂篮底平台由下横梁、底平台小纵梁（30#双拼槽钢）、方木等组成。挂篮及挂篮配件表见示意图二。
（3） 挂篮主桁架与前上横梁以及后上横梁电焊连结，形成类似井字型整体结构。
（4） 根据现场条件及设计要求，精加工部件由工厂制作，部份较长构件在现场制作。每只0#块上一组两只挂篮分别在现场拼装就位。
（5） 由于本工程0＃块在水面上，给挂篮安装带来一定的困难。挂篮主梁以及上部结构采用履带吊进行吊装，下部结构采取在驳船上拼装组合，整体起吊就位。挂篮行走系中滑槽下设置了水泥混凝土滑道，消除桥面横坡对挂篮行走时产生横向力的影响，防止挂篮行走过程中偏移纵轴线。
2、挂篮构件验算
采用BSACS桥梁结构分析系统。验算荷载包括箱梁节段自重和施工荷载，最大节段重量100t，施工荷载取20t，故验算荷载为120t。计算结果如下：
主梁应力：最大应力为119Mpa<170Mpa。
前上横梁应力：最大应力为73Mpa<170Mpa。
后上横梁应力：最大应力为84Mpa<170Mpa。
主梁变形：最大变形点位于主梁与前上横梁连接处，变形3.4cm。
前上横梁变形：最大变形点位于两个端点处，变形1.2cm
挂篮施工变形＝3.4+1.2＝4.6cm。
主梁支点反力为77.88t
主梁后锚拉力为30t

三、节段浇筑
（一）、0＃块施工
根据经验，在上部结构悬臂施工当中主墩支座是承受部分荷载的，为了保证在全桥合拢前支座不受偏心荷载，在主墩顶部设置砂箱，这样既能保证支座不受力，又能利用主墩承受部分竖向荷载，减轻四根锁定柱负担，再者在体系转换时也可使上部结构平稳下落。
按照挂篮施工的具体要求，我们在0#块箱梁浇注前予埋挂篮后锚予埋件，卷扬机固定件等予埋件。
（二）、连续梁悬臂浇筑
第一块箱梁浇注前，对挂篮进行予压，即西半桥北主墩南1#块进行等载予压，并选择所有节段中最重的节段作为予压荷载，即3'#块，92吨。测得其弹性变形和非弹性变形数值，以后，每浇注一个节段，不再进行予压，就以此数据为依据，结合设计院提供的数据，进行模板标高的微量调整。
本工程连续梁浇筑采用全挂篮对称浇筑。施工流程图为：浇筑锁定墩=>搭设支架浇筑0＃块=>加工并安装挂篮=>悬臂浇筑1＃~5＃块（1'＃~5'＃块）=>搭设支架浇筑边跨直线段==>浇筑边孔合拢段==>拆除锁定装置进行体系转换==>浇筑跨中合拢段。挂篮的稳定性对于连续梁浇筑施工十分重要。本工程抓住了以下施工关键技术，确保了工程质量。
1．检查挂篮上千斤顶等设备的状况，如完好无损时，放松吊带，先松后吊带，再松前吊带。前后吊带放松时注意均衡同步。
2．挂篮后锚固解除时，两根主桁架后锚注意均衡同步进行。
3．挂篮移动时，注意同步前进，前进50cm作一次观察，防止挂篮有转角引起误差，同时也防止挂篮受扭变形。
4．挂篮移动就位后收紧吊带，吊带收紧时，先观察横梁上4根吊带是否均衡同步收紧。挂篮前横梁吊带的收紧工作和测量同步进行。
5．混凝土浇筑前，复测标高。混凝土浇筑后，作标高观察，每浇筑一次箱梁块件，应作４次标高观测。注意混凝土应从外到里进行浇筑，以避免箱梁根部新老混凝土之间产生裂缝。箱梁混凝土强度达到设计强度的80%后，进行预应力的张拉工作。
（三）、边跨合拢段浇筑
娄江大桥共有4个边跨合拢块，对其中的1个边跨合拢块进行等载予压，其变形数值作为后3个合拢块浇注立模的依据，目的使理论更符合实际，梁的变形得以控制，线形更完美。模板的高程将严格按图纸尺寸并预抛一定的数值，预抛值将根据现场的支架情况、以往的施工经验及设计院提供的数值（1、挂篮的自重引起的变形；2、节段的自重引起的变形；3、予应力张拉引起的变形；4、砼的徐变引起的变形）来确定。
边跨合拢后预应力束的张拉在混凝土强度达到100％后进行。
（四）、中跨合拢段浇筑及体系转换
中孔的合拢是梁体从单悬臂向连续梁的转换，是梁体从静定结构向超静定结构的转换。施工流程如下：边跨合拢段施工完毕并拆除支架——拆除0＃块下锚固束及0＃块抗倾覆临时固定柱——打开砂箱慢慢放砂让单悬臂的0#块处支座受力——安装中孔合拢段吊架——在合拢段内焊接内外刚性支撑(水平支撑)——按设计要求张拉部分顶板和底板合拢束——合拢段吊架与模板锁定——合拢段钢筋安装——浇注合拢段混凝土——张拉预应力钢束及孔道压浆——拆除吊架及外支撑。
为防止中孔合拢段浇筑后产生收缩裂缝，在施工中采取两项措施。第一，按设计的位置和数量焊接型钢支撑(水平支撑)，并张拉部分顶板和底板合拢束，以限制混凝土的自由收缩；第二，混凝土浇筑时间为当天气温最低的时候，减少混凝土收缩徐变的影响，防止裂缝的产生。中孔合拢段混凝土强度至设计要求以后，进行连续梁连续束的张拉，张拉从底板正弯矩束开始，完成体系最终的转换。

四、预应力张拉
对于用挂篮施工的节段箱梁，预应力施工的质量对工程结构的安全性和可靠性显的尤为重要。本工程主体结构预应力连续箱梁采用三向预应力体系。纵、横、竖向预应力钢束的张拉顺序：张拉n节段纵向预应力钢束，张拉(n-3)节段横、竖向预应力钢束。
（一）纵向张拉作业，按照两端张拉并锚固结的方法进行。以"左右对称、两端同时"为原则。操作顺序为：初试张拉力（控制张拉力的10％）——控制张拉力张拉（持荷2分钟）——自锚固，钢铰线束张拉采用张拉力与伸长值双控法，即在张拉力达到设计要求时伸长值与理论伸长值之间的误差控制在±6％之间。
（二）竖向预应力张拉：采取同一梁段两端对称张拉的方案。张拉力以双控法控制。并在24h内完成压浆。
（三）面板横向预应力张拉：钢铰线束张拉采用张拉力与伸长值双控法，以控制张拉力为主，控制伸长值为辅。

五、结束语
312国道娄江大桥主桥施工采用无压重自锚式挂篮进行，取得了显著的效果。有成本低、操作简单、质量优的特点。
1、 无压重自锚式挂篮用竖向锚固索替代压重，大大降低了挂篮自重，克服了传统挂篮大而笨重的缺点。
2、 中孔的合拢是梁体从单悬臂向连续梁的转换，是梁体从静定结构向超静定结构的转换，所以只有正确的体系转换，才能够保证桥梁的应力状态与设计相符。准确而科学的体系转换对挂篮法施工非常重要。
3、 对于用挂篮法施工的节段箱梁，轴线与标高测量十分重要，只有准确的测量，才能使梁的位置和变形得以控制，桥的线形才更符合设计。

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