支架模拟挂篮方法在某连续梁桥施工中的应用研究

焦明东 马学莉

(1.上海同济检测技术有限公司 上海 210002；2.沂沭河水利管理局郯城河道管理局 临沂 276100)

0 引言

随着我国社会交通的持续快速发展，公路建设进入到一个全新的时代，桥梁工程的数量也随之持续增加。对于大跨径预应力混凝土连续梁桥的施工，多采用挂篮悬臂分段浇筑的施工工艺。采用移动式挂篮作为施工设备，以桥墩为中心向两端对称施工，混凝土达到强度后张拉预应力束，重复上述施工过程直至最后合龙。受到现场环境、施工工期和施工成本的制约，有针对性的采用支架模拟挂篮施工会带来更好的施工便捷性。相比传统满堂支架浇筑施工，支架模拟挂篮将原悬臂浇筑节段的2～3个节段合为一个浇筑节段，在原桥位搭设支架，同时在支架上安装模板、绑扎钢筋、浇筑混凝土和张拉预应力，然后则是拆除支架[1-4]。依托于某连续梁桥支架模拟挂篮施工的项目，文章首先从上部结构的节段划分和纵向预应力优化方面进行了分析，然后对于支架模拟挂篮的施工工序和施工注意事项进行了介绍，然后从施工工期、施工安全、施工质量和施工成本等四个方面全面介绍了支架模拟挂篮施工的优势，文章系统分析了支架模拟挂篮施工方法在连续梁桥中的应用，对于未来类似项目提供了一定的工程经验。

1 工程概况

某连续梁桥，上部为预应力混凝土变截面结构，按全预应力体系控制。桥梁跨径布置为(57.0+95.0+57.0)m，箱梁为单箱双室截面，顶宽18.5m，底宽12.0m，两侧翼缘宽均为3.25m。连续箱梁中跨墩顶支点处梁高5.8m，跨中最小梁高为2.9m。桥梁立面图见图1。

图1 桥梁立面图(尺寸单位：cm)

2 上部结构优化

施工方案的改变可能会引起结构变化，需要设计上对箱梁结构进行重新设计复算，鉴于挂篮悬臂浇筑和支架模拟挂篮浇筑方法是在同一设计方案下的，桥梁结构的几何参数、材料参数和预应力筋布置(存在部分优化)是一致的，差别较大的则是施工节段的划分[4-7]。

2.1 节段划分优化

(1)原挂篮悬浇方案

根据原设计图纸，主梁0#块节段长5.0m，支架现浇；边跨现浇梁段长8.5m，采用支架现浇；主梁1#～5# 块梁段长3.5m，6#～11#块长4.0m，边、中跨合龙段均长2.0 m，1#～11#块均采用挂篮悬臂浇筑施工，梁段挂篮悬浇节段划分见图2。

图2 挂篮悬浇方案箱梁节段构造图(尺寸单位：cm)

(2)支架模拟挂篮现浇方案

采用支架模拟挂篮施工工艺，箱梁纵向分为边跨现浇段，墩顶现浇段，中跨现浇段以及两个后浇合拢段。其中原0#～1#块合并为1个节段，其他均2个节段合并成1个节段，合计1个边跨现浇阶段、边跨合龙、中跨合龙、墩顶现浇阶段和支架模拟挂篮现浇阶段，具体节段划分见图3。

图3 支架模拟挂篮方案箱梁节段构造图(尺寸单位：cm)

2.2 箱梁预应力体系优化

对比分析挂篮悬臂浇筑施工和支架模拟挂篮施工方法，对于悬臂T构形成过程，差别最大的则是墩顶完成后到合龙块施工前的施工过程。在悬臂T构形成过程中，挂篮悬臂浇筑施工过程中纵向预应力束不仅承担已浇筑节段的自重，同时还要承担新浇筑节段的湿重和挂篮荷载，因此需要配置较多的纵向预应力束来抵消墩顶位置截面的负弯矩[6-9]。相比挂篮悬臂浇筑施工，支架模拟挂篮施工过程中，由于施工节段的改变和施工工艺的改变，需要对原有纵向预应力进行优化分析，定性分析如下所示。

(1)顶板束优化

挂篮悬臂浇筑的T构形成过程中，承担T构远端荷载的主要是顶板束，其配束数量也是最多的。在支架模拟挂篮施工过程中，浇筑节段的荷载主要由支架承担，同时挂篮等施工荷载的作用也不用考虑，因此顶板束的数量可以进行较大程度的优化。对于合龙后的T构而言，跨中合龙段受力对于顶板束更为敏感，因此合龙段的顶板预应力束相应增加。

(2)腹板束优化

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对于连续梁桥的悬臂浇筑而言，腹板束一方面可以增强腹板的抗剪承载能力，另一方面能够减小或抵消成桥后的墩顶截面负弯矩，因此在方案调整为支架模拟挂篮后，在一定程度上可以减小墩顶截面负弯矩，因此对于腹板束可做一定程度的优化设计。

(3)底板束优化

对于悬臂浇筑施工而言，每个阶段均有腹板束在完成竖弯后锚固在腹板下部，同时在底板布置纵向预应力束；相对于挂篮悬臂浇筑施工，支架模拟挂篮施工则由于腹板束下穿底板后在梁端截面进行锚固，可以同时保证箱梁主应力和底板正应力满足承载能力要求，因此底板纵向预应力束存在一定的优化空间(图4)。

图4 挂篮悬臂浇筑梁段纵向预应力束示意图

3 支架模拟挂篮施工主要工序分析

相比挂篮悬臂分段浇筑和满堂支架现浇施工，支架模拟挂篮方法(节段满堂支架)具有二者之间的特点，关键施工工艺如下：

(1)节段满堂支架的搭设：与传统满堂支架相似，地基处理是支架模拟挂篮现浇施工安全的关键，因此支架的地基处理需要分层夯实、压实，避免支架在承载上部梁段湿重过程中发生不均匀沉降，甚至失稳。对于支架钢管的纵横向间距应严格按照设计和计算布置，确保支架模拟挂篮支架具有足够的强度、刚度和稳定性。

(2)节段满堂支架堆载预压：对于节段满堂支架而言，不可避免存在支架钢管、地基的弹性变形和非弹性变形，因此需要在上部梁段施工前对支架进行堆载预压，通过堆载前、堆载中和堆载后的监测数据分析，消除支架和地基的非弹性变形，计算得到支架和地基的弹性变形。

(3)模板安装：在节段满堂支架堆载完成后，可以得到支架钢管和地基的弹性变形，通过后续模板立模设置预抛高消除弹性变形，保证主梁线形满足设计要求。

(4)混凝土浇筑及预应力张拉：在模板安装完成后，下一步则是浇筑混凝土，应按照T构形成的方向从主墩中心向两端方向同时进行浇筑，为了保证浇筑的连续性，可采用分层浇筑。在混凝土强度达到设计强度的90%后，则可以进行纵向预应力束的穿束和张拉，横向预应力束和竖向精轧螺纹钢则滞后于纵向预应力束1个节段。

4 施工优势分析

4.1 施工工期

相比挂篮悬臂浇筑施工，支架模拟挂篮施工可以增大施工节段长度，从而达到缩短工期和提高施工精度的目的，从而有效降低连续梁桥的施工成本。以本项目为例，挂篮悬臂浇筑共分为12个施工节段，支架模拟挂篮则分为7个施工节段。具体施工工期对比分析见表1。

表1 传统挂篮施工与支架模拟挂篮施工工期对比分析表

根据表1可以发现，在支架搭设和对称浇筑可平行施工的条件下，支架模拟挂篮可以节省2个月的工期。

4.2 施工安全

对于传统挂篮悬臂浇筑施工，从受力传递上分析，新浇段荷载全部作用在挂篮上；已浇筑节段不仅承担新浇筑节段的湿重，同时承担挂篮等施工荷载，见图5(a)；对于支架模拟挂篮而言，浇筑过程中，则是支架承担新浇筑节段的湿重[图5(b)]，在预应力张拉和支架拆除后，才是处于完全T构状态[9-11]。

图5 桥梁施工阶段受力分析图

对于挂篮悬臂浇筑施工，挂篮作用在已浇筑梁段，虽然挂篮变形为弹性变形，但是挂篮受力相对满堂支架受力更为复杂，同时已浇筑节段的受力变形无法进行精确计算，因此梁底线形的控制精度要低于支架模拟挂篮的浇筑方法。

4.3 施工成本

对于挂篮悬臂浇筑施工和支架模拟挂篮方法，在T构同时施工的情况下，施工成本的对比分析见表2。

表2 传统挂篮施工与支架模拟挂篮施工方法费用对比分析表

根据表2可知，支架模拟挂篮施工比传统挂篮施工节约成本 31.5 万元。在桥墩高度不大于14m的情况下，跨越交通道路和季节性河流的地段的支架模拟挂篮方法优势更为明显。

5 结语

依托于某连续梁桥支架模拟挂篮施工项目，文章主要做了以下工作：

(1)针对预应力箱梁挂篮悬浇改支架模拟挂篮现浇的施工工艺，文章从节段划分和纵向预应力体系两方面进行了上部结构的优化分析，在保证结构安全的情况下保持了施工的便捷性。

(2)借鉴挂篮悬臂浇筑和满堂支架现浇施工工艺，文章详细分析了支架模拟挂篮施工的工艺，并对关键施工工艺优势进行了详细分析。

(3)最后从施工工期、施工安全和施工成本方面，全面对比分析了挂篮悬臂浇筑方法和支架模拟挂篮施工方法，结果显示无论在施工工期、施工安全和施工成本法方面，支架模拟挂篮施工方法均具有一定程度的优势。

文章从施工方式的改变，分析了结构设计方案的改变，然后对于支架模拟挂篮的施工工艺和施工优势进行了分析，缺少对于成桥结构受力和合理成桥状态的对比分析，未来可做更进一步研究。