超宽PC 箱梁大节段悬浇施工技术研究

屈振学

(中铁十九局集团第七工程有限公司 广东珠海 519020)

1 工程概况

崇左大桥项目位于崇左市城西片区，为城市独立特大桥项目，全桥长533 m。 其主桥设计为(105 ＋190 ＋105)m 矮塔斜拉桥[1]，边中跨跨径比为0.55，该桥设计为墩塔梁固结，上部结构为纵向连续刚构[2]体系，主塔墩采用曲Y 型立面，高耸的弧形塔柱外倾[3]，整体呈敞开状。 桥梁造型立意新颖。

主梁根部无索区长度为33 m，跨中无索区为17 m。主桥箱梁为三向预应力结构，采用单箱四室截面，箱梁顶板宽39 m，箱底板宽从0 号段截面的28.57 m 变化到跨中截面的33.07 m，外腹板斜率为2∶1，外翼板悬臂长1.5 m。 箱梁跨中及边跨支架现浇段梁高3.5 m，墩顶0 号梁段梁高为8 m。 从中跨跨中至箱梁根部，梁高以1.8 次抛物线变化。 主桥箱梁0 号梁段长8 m，每个“T”构纵桥向划分为19 个对称梁段，0 号、1 号梁段采用支架现浇施工[4]，2 号～19 号梁段采用挂篮悬臂浇筑施工[5]，主桥箱梁现浇C60 混凝土共计25 240 m3。 本桥共有边、中跨3 个合龙段，合龙段均为2 m，边跨现浇段长8.9 m。 主桥箱梁在斜拉索处设有与梁同高的0.45 m 厚的横隔板，各横隔板均设置了人洞以便施工和成桥后供桥梁检查使用。

2 施工难点分析

(1)主梁桥面宽度大、悬浇节段大。 崇左大桥采用双塔空间双索面矮塔斜拉桥，结构特殊，主梁整幅宽度达39 m，最大悬浇节段长6 m，最重悬浇节段889 t，远大于国内已有悬浇桥梁节段重量，梁宽、悬浇节段长度和重量均达世界同类桥型之最。 对后支点施工挂篮的设计提出非常高的要求，对悬浇的安全性带来了巨大挑战。 因此本工程具有挂篮设计制造难和悬浇施工安全风险高的特点。

(2)矮塔斜拉桥有索区悬浇段设计采用“先拉索[6]后移挂篮”施工工序。 一是斜拉索张拉后与挂篮行走前移形成干扰，需拆除挂篮两侧吊挂系统才能前移就位；二是斜拉索穿张拉期间，挂篮处于停工待施工状态，出现窝工。 无法实现梁索同步组织施工，降低了工效。

(3)全桥有索箱梁节段均设厚45 cm 横隔板，增设横隔板后将单箱四室在纵桥向分成六面封闭独立箱室，室与室之间只在横隔板中间设过人孔便于检修作用，因此挂篮施工的箱体顶模无法正常通过滑梁前移，需要通过优化设计才能保证工程质量和工期。

3 总体施工方案

矮塔斜拉桥超宽变截面PC 箱梁大节段悬浇施工[7]是以超宽五桁后支点菱形挂篮做箱梁现浇承力平台，并结合设横隔板有挂索节段在挂篮上增设吊挂点的顶板吊模系统，一次整体悬臂浇筑箱梁和横隔板，当新浇筑梁段等强度和完成体内预应力束张拉锚固后，使用液压千斤顶同步[8]自动控制系统前移挂篮到位，然后进行斜拉索挂索并张拉至梁端不上抬稳定后，即可调整挂篮标高和实施下一节段箱梁钢筋混凝土施工，即对有索节段施工工序进行优化调整为“先移挂篮后挂索”的施工工艺，这样循环施工下一节段悬浇梁直至整个主梁悬浇完成。 达到了超宽变截面PC 箱梁大节段整体悬浇而横隔板不用预留任何施工接缝，确保了工程质量；由于工序调整后挂索施工时间变成了非关键工作，因此缩短了总工期。

4 挂篮设计关键技术研究

4.1 五桁超大后支点挂篮设计

要设计最大承重达889 t，同时具备浇筑桥面宽39 m、长6 m 节段悬浇梁后支点挂篮，其中重点考虑之一是挂篮长宽高整体尺寸大、承重要求高，挂篮各部件如何选型；另一个要重点考虑的是长大超宽挂篮如何保证施工中的行走安全。 由于目前还没有成功案例可供借鉴，针对此类技术难题，在专家指导下课题组反复研讨，经比选后确定为五桁后支点棱形挂篮[9]，主桁构件采用强度高的Q345 钢板替代普通Q235 钢板，减轻了挂篮自重，同时降低了安全风险；在主桁节点处采用钢箱结构实现杆件间栓接，此种铰接设计比主桁杆件采用焊接刚性连接受力要好，规避了焊接节点承受超大荷载时产生应力集中极易拉裂的风险。

崇左大桥挂篮主要由桁架、行走机构、支撑座、锚杆系统、吊杆系统、模板等部分组成，主要受力构件材料采用Q345C，型钢材料为Q235B，连接销轴采用40Cr，锚杆、吊杆系统采用PSB830 精轧螺纹钢筋。 桁架由箱体、杆件、横梁、顶部联系、横向联系、纵向联系等通过销轴连接而形成的组合结构，其功能是承受浇筑与挂篮空载时的荷载并传至支撑架和已浇筑箱梁。 箱梁施工挂篮结构见图1。

图1 箱梁施工挂篮结构纵断面示意(单位:mm)

根据主梁施工挂篮的特点，采用桥梁专业有限元软件建立了包括主纵梁、横梁、吊杆和立柱在内的有限元模型，共1 262 个单元。 挂篮装配采用共节点、弹性连接和刚性连接等方式模拟。 各锚固点约束X、Y、Z 三个方向的自由度。 挂篮有限元计算模型如图2 所示。

图2 主梁施工挂篮有限元分析模型

刚度：由计算可知，最大承重工况下最大变形为34.41 mm，大于允许值20 mm，发生在底模主纵梁上，刚度不满足规范规定。 考虑到本桥施工挂篮宽度非常大，达到规范规定刚度要求的成本非常高，采取对前托梁和纵梁设置预抬高，同时控制箱梁底板早期裂缝的产生。

强度：通过计算吊杆最大正应力为376.45 MPa，发生在后托梁锚固位置，其安全系数为1.6，满足规范要求；主梁挂篮剪应力最大为99.28 MPa，小于允许应力101 MPa，满足规范要求。

主梁挂篮主纵梁最大正应力为165.46 MPa，小于允许应力175 MPa，发生在三个中腹板底纵梁上，满足规范要求。

稳定性：主梁施工挂篮受压构件浇筑时稳定性满足规范要求，其支撑座和精轧螺纹钢锚固点均是安全的。

抗倾覆性：主梁挂篮浇筑和行走时抗倾覆性能满足要求。

4.2 箱梁顶板吊模设计

全桥有索箱梁节段均设厚45 cm 横隔板，横隔板与顶板和底板连成整体，并在横隔板内上下设2 束预应力钢束，横隔板横桥向两端分别与斜拉索锚固点的预埋导管联结，加强箱梁横向刚度。 增设横隔板后将单箱四室在纵桥向分成六面封闭独立箱室，室与室之间只在横隔板中间设过人孔便于检修作用，因此必须对挂篮施工的箱体顶模进行优化设计。 常规的解决方案有两种：一种是在顶板往下1.5 m高度内预留二次浇筑横隔板条件，保证挂篮顶模和滑梁通过内箱前移，待顶模滑梁全部移出后即滞后两个节段再按施工缝处理，接长横隔板钢筋和预埋上层预应筋束管道，立模浇筑混凝土。 这样会造成箱梁整体性差，在斜拉索张拉锚固后才能进行横隔板上层预应力束张拉压浆，给梁体留下结构安全隐患。 另一种是拆除挂篮顶板及滑梁，在箱体内搭设顶板支架配合挂篮整体浇筑箱梁和横隔板，问题可以解决，但施工占用时间长，顶板支撑落地钢管架占用内箱空间不利于箱内混凝土作业，且支架往下一节段倒运只能通过人孔人工运送，施工时间较长。 针对此类问题，经过研讨和论证，设横隔板梁段创新采用吊模同步施工顶板和横隔板的整体浇筑方案。

设横隔板挂索节段采用顶板吊模，即在已浇箱梁顶板预留孔洞用于顶板吊模后端锚固，前端吊模吊杆通过在挂篮主桁前斜杆对应位置增设横向承重梁用于吊杆上部锚固和吊挂。 顶模利用制作专用型钢骨架和方木组成支架受力平台，方木上铺设竹胶板构成箱梁顶板模板。 成功解决了有索节段设横隔板箱梁一次整体浇筑的技术难题，节约了工期，同时确保了箱梁工程质量。

5 施工技术要点

5.1 挂篮预压

挂篮按图在箱梁已完成的0、1 号块位拼装好后，对关键部位全部进行检查验收，符合设计要求后开始进行预压。 预压荷载采用砂袋配重进行加载预压方案，预压重量按照889 t 节段现浇钢筋砼和施工荷载之和的1.2 倍分三级进行加压(见图3)。

加载时按照预压总重的60%、100%、120%分三级加载，测出各测点在加载前后的高程。加载120%后持压并每天对其进行沉降观测，直到所测数据24 h 挂篮沉降量小于2.0 mm(不含测量误差)时，表明挂篮已基本沉降稳定，可进行卸载，卸载时按加载级别进行，并分别测出每级卸载后各测点的高程值。为调整立模标高[10]提供理论依据。

5.2 钢筋、预应力管道、预埋件安装

图3 主梁挂篮预压分区加载

钢筋制作前要对钢筋表面清理干净，无油渍、漆皮、鳞锈等，认真核对钢筋大样图，综合考虑安装顺序、施工难度、钢筋接头设置部位等，准确无误后方可下料，下料严格按照设计和验标要求，确保钢筋骨架的尺寸满足要求。

预应力管道、挂篮锚固预留孔和预埋锚杆数量、位置符合设计要求，误差必须保证在允许偏差范围内。 所有预留孔、预应力管道、钢筋和预埋件安装完成经自检合格后报监理工程师验收，通过验收后方可进行下道工序混凝土浇筑施工。

5.3 混凝土浇筑

箱梁混凝土一次性整体浇筑，每节段浇筑工期10 ～12 d。 现浇C60 混凝土的配合比是：水泥∶粉煤炭∶砂∶碎石∶水∶减少剂＝408∶102∶682∶1 113∶142∶6.63，由于当地白天气温较高，浇筑时间选择在早上或傍晚温度相对较低时进行，对模板以及骨料预先洒水降温等。 混凝土采用拌和站集中拌和，混凝土运输罐车运输至施工现场，严格控制坍落度，采用汽车泵和车载拖泵两端同步泵送入模方案。 钢筋密集处，由于钢筋净距小，且钢筋层数多，振动棒插不下去，混凝土的密实度不易保证，因此，在绑扎钢筋时，有意移开某些钢筋从上至下留2 ～3 个通道，保证混凝土容易振捣，或者在混凝土浇筑前采用60 mm等边角铁插入钢筋比较密集部位，用以引导振捣棒抽拔；对每个振捣部位必须振捣至混凝土停止下沉，不再冒出气泡，表面呈现平坦、泛浆为止。混凝土浇筑过程中安排专人看模，当模板出现变形或螺栓松动时立即处理。

5.4 养生

混凝土终凝后，及时对混凝土表面进行土工布覆盖，并洒水养护，确保混凝土表面湿润。 砼强度达到2.5 MPa 前，不得使其承受行人、运输工具、模板、托架及脚手架等荷载。

5.5 梁体内预应力张拉和锚固

当箱梁混凝土强度达到设计强度90%以上，且龄期不少于7 d 方可张拉预应力，预应力张拉时采用伸长量与张拉力双控，并以张拉力为主，实测伸长量与计算伸长量容许误差控制在±5%以内。 各预应力钢束和钢筋、张拉锚固顺序应严格按有关图纸规定进行。 张拉时应在初张力0.1σcom状态下注出标记，以便直接测定各钢绞线的引伸量，对引伸量不足的应查明原因并采取补张拉等措施。 预应力筋张拉锚固后及时封端，且应在48 h 内压浆完成，否则要采取避免预应力筋锈蚀的措施。

5.6 挂篮前移就位

超宽PC 箱梁悬浇法施工中挂篮是其主要设备，往往宽体箱梁挂篮悬浇法施工中移动走行非常困难。 传统的超宽幅挂篮多桁片走行多采用轨道上标尺人工指挥控制[11]或每桁采用一套独立系统的液压千斤顶推拉移位走行，这些方法极易造成宽幅挂篮走行中产生扭曲、错位，走行极缓慢等现象，由于不同步走行造成的错位直接影响到桥梁纵向轴线施工精度，还将导致挂篮的构件发生变形，存在较大安全隐患。

针对超宽五桁后支点挂篮前移技术难题，通过研发设计了专用于挂篮行走的一拖五同步行走自动控制装置(见图4)，该系统是通过采用集成控制装置同时收集五台液压千斤顶的压力、位移信息，经处理后分别给各个液压千斤顶发出牵引指令，当所有液压千斤顶走行距离不同步差达到设定的误差范围内时即整体同步移动，一旦出现超差情况，系统自动按设定误差调整修正同步差，可将超宽五桁挂篮前移走行时同步相对误差精度控制在2 mm 以内。

挂篮行走是采用穿心千斤顶同步拖拉进行，要保证5 个桁架片的同步性，行走前将轨道顶面清理干净，并涂润滑脂。 外模和底篮整体下放，一起往前牵引，下放时，确保外模调节丝杆与底篮连接牢固，防止外模在行走过程中侧翻。 底篮应重点注意活动主纵梁，应确保与前后托梁连接可靠，现场要临时固结。

图4 五主桁自动化 同步行走系统

6 结束语

结合崇左大桥施工技术重难点，通过总结类似工程施工的基础上，研究出了一种适合矮塔斜拉桥超宽变截面PC 箱梁悬浇的施工技术，即采用超宽五桁后支点菱形挂篮、结合有横隔板挂索节段配备顶板吊模悬浇和有索节段先移挂篮后挂索等施工关键技术，并研发了一拖五同步行走自动控制装置前移挂篮就位。 较好地解决了超宽变截面PC 箱梁大节段悬浇[12]的诸多技术难题，确保了质量和安全。 取得的研究成果推动了矮塔斜拉桥建造技术的进步，为类似桥梁施工提供了借鉴。