变截面连续箱梁悬臂浇筑施工工艺
一、前言
预应力混凝土变截面连续梁桥开始于年，距今已过60余年，目前世界最大跨径达m，跨越性能力和经济比突出，适合各种跨既有公路和铁路、峡谷、河流。施工无需搭设支架、不中断既有线交通、依靠挂篮的移动逐段悬浇完成桥梁的施工方法具有广泛的适用性。某特大桥主跨为55+90+90+55m变截面现浇连续梁，主跨上跨南昌至九江城际高速铁路和南浔货运铁路，斜交角仅为22°，左右幅覆盖铁路长度达m。施工单位采用了三角斜拉式挂篮悬臂浇筑法施工，成功解决了此项工程的难题，并形成了成熟工法，对类似工程起到指导借鉴作用。
二、工法特点
2.1梁体采用挂篮施工，无需搭设支架，既不影响桥下既有线交通，又可同步进行桥梁施工。
2.2三角斜拉式挂篮结构轻便，易于在梁面行走，刚度大，变形小，底模调整方便，能使用不同梁高。
2.3施工场地相对集中，管理方便，对周边环境影响较小。
2.4梁体逐节段施工，作业程序相对固定，工人容易上手，有利于施工质量的控制，特别是对桥梁标高及线型的控制。
三、适用范围
适用于公路、铁路预应力混凝土变截面连续梁桥、连续刚构桥、T型刚构桥悬臂浇筑施工，尤其是对跨越江河、既有线的桥梁，更体现本工法的优越性。
四、工艺原理
4.1墩身施工完成后，墩顶施作临时支座和临时锚固，支架或托架施工0#块，挂篮对称逐节段悬浇施工其它号块，直至合龙，进行体系转换，拆除临时支座和锚固成桥。
4.20#块一般采用搭设墩旁支架或托架现浇完成，浇筑临时支座、安装永久支座、安装墩梁临时锚固，以抵抗施工过程中两悬臂端的不平衡弯矩。
图4.20#块支架示意图
4.3完成0#块的张拉压浆工作之后，拼装挂篮，从1#块开始沿桥跨方向对称向两头施工直至合龙段前一个号块，施工合龙段前一号块的同时，支架现浇完成边跨直线段，然后先边跨后中跨合拢。
图4.3挂篮施工示意图
五、施工工艺流程及操作要点
5.1总体施工方法
连续箱梁的0、1#块及边跨直线段均采用落地式支架施工（0#块长度偏小为满足挂蓝施工的长度要求，1#块也要在支架上完成施工），桥墩施工完成后，拼装墩旁支架施工0、1#块，0、1#块施工完成后，拼装挂篮，对称施工2#块及后续节段施工。在施工完成11#块之前完成边跨直线段，先合拢边跨合拢段，然后进行中跨合拢段施工。
5.2操作要点
5.2.10#块施工
本连续梁0#块长9.6米，1#块长3米，根据挂蓝的实际长度与0#块的长度不相适应，因此0、1#块采用墩旁支架施工，分节段浇筑成型，其中0#块的施工流程为：支架拼装(浇注临时支座)→安装支座→安装底模→安装外模及腹底板端模→安装底、腹板钢筋及预应力管道、竖向精轧螺纹钢→安装隔墙钢筋、隔墙精轧螺纹→安装腹板剩余钢筋→安装横隔墙侧模及人洞模板→拼装内模托架→上内侧模及顶板模板、端模→绑扎顶板钢筋→顶板预应力管道及预埋件→检查签证→浇筑砼→养护→张拉、压浆。
1、0#块支架拼装
0#块支架采用在墩旁承台上设置钢管桩立柱，钢管桩上安装型钢平台的结构体系。桥墩顺桥向两侧各设置2排Φ×8mm钢管桩，每排3根，受承台尺寸限制，内侧一排垂直布置，外侧一排为斜撑形式，底端分别与承台连接、顶端与底模平台分配梁连接，钢管桩之间设置Φ×6mm钢管联结系，内侧钢管桩与墩身上利用拉杆孔设置的抱箍连接。（见上图4.2）
钢管桩支架的高度较高，横向及纵向尺寸均较大，为运输、捣用方便，将支架立柱及连接系均设计成法兰连接的形式。
2、荷载试验
采用相当于0#块梁重及施工荷载总重1.2倍的重量对支架进行预压，选用灌水砂袋作为压重荷载。预压前计算出不同单位横断面上荷载分布情况，砂袋堆放时按照单位横断面荷载分布情况进行堆放。
图5.2.1-1荷载试验示意图
图5.3.1-2荷载试验示意图
施加荷载前在支架底设沉降观测点，测量标高。预压按0-30%-50%-%-%四级分级加载。满载（%）后，仔细检查支架各个受力部位，并静置24小时，观测各点标高，累计变形值不大于2mm，即可认为稳定，此时再加载至%，静置1小时后，就可以卸载。在堆载过程中和卸载后跟踪测量，并随时观察支架、底平台各部位有无异常变形。最后分析计算数据，根据计算结果，对底模标高进行调整，使预留拱度值更加准确，同时也是对支架强度、刚度及稳定性的检验。
3、支座安装
1）固定支座
安装前再次核对支座型号及支座在各桥墩的布置，确保各固定支座、活动支座的位置和方向符合设计要求。安装时保证支座上、下座板与梁底及支承垫石之间、支座各层部件之间密贴无缝隙；所有支座受力均匀，无“三条腿”现象；支座配件齐全无损伤，螺栓螺母拧紧无松动；支座锚栓的规格、质量、埋置深度和外露长度，均符合设计要求和相关标准；在支座及锚栓位置调整准确后及时进行锚栓固结；墩台锚栓孔填料种类及质量均符合设计要求，做到锚栓孔口平整，无裂缝及积水。支座安装允许偏差及检验方法见表5.3.1-1：
表5.3.1-1支座安装允许偏差及检验方法
2）临时支座
为平衡连续梁在节段悬臂浇筑过程中的不平衡力矩，在各连续梁主墩设置临时支座（见图5.2.3.2-1）。临时支座采用C55混凝土浇筑，与永久支座同高，在临时支座中央设置两层5cm厚55号硫磺砼，硫磺砼层中夹电阻丝，便于临时支座的拆除。按设计要求，临时锚固采用HRBφ32螺纹钢筋（施工墩身顶帽时注意钢筋预埋），施工0#块时，预埋钢筋伸入梁体与主墩临时固结。
图5.3.1-3主跨临时锚固构造平面图
4、模板工程
0#块外侧模直接采用挂篮悬浇用钢模板体系，安装前除锈、涂刷模板漆。内模采用钢木组合模板，面板采用竹胶模板，背面采用方木加紧，方木下设置型钢背带。内侧模原则上以拉为主、以撑为辅，撑杆可用断面为5×5cm、长度为内外模间垂直距离的C55砼杆，杆内预埋1Φ12钢筋以防振断，梅花型布置，间距约为80cm，位置要尽量置于外模加劲和内模横带处，内侧模板与外侧模板开洞穿PVC管，设Ф20钢筋拉杆，内侧模底部采用C55砼杆进行承托。内侧模在支座钢筋网片处距底板砼顶面1m处开洞，以便振捣。
端模：端模用自行加工的木模板，与内外模及其骨架连接牢固。
5、钢筋加工、绑扎及预应力管道安装
1）普通钢筋安装
每批到达工地的钢材，均向监理工程师提供试验报告和出厂质量证明书，并按不同钢种、等级、牌号及生产厂家，分类堆放，挂牌以识别。钢筋在使用前，进行调直和除锈，保证钢筋表面洁净、平直，无局部弯折；钢筋的加工制作在加工车间严格按设计图进行，成品编号堆码，以便使用。
将加工好的钢筋运至模板内，按设计图放样绑扎，在交叉点处用扎丝绑牢，必要时采取点焊，以确保钢筋骨架的刚度和稳定性。
钢筋绑扎按设计及施工规范要求进行，先绑扎底板钢筋，再绑扎横隔板和腹板钢筋，同时安装定位网及预应力波纹管道，波纹管接头缠绕严密以防漏浆，再安装内模，最后绑扎顶板钢筋。钢筋绑扎时注意各种预埋件的安装。
2）预应力管道安装
钢束管道位置用定位钢筋固定，直线段定位网钢筋间距为cm，曲线段按50cm布置，在管道转折控制点处定位钢筋应加密，定位钢筋与梁体主筋牢固焊接，确保预应力钢束定位准确，同时，应采取措施防止灌注混凝土时波纹管上浮。
如管道位置与骨架钢筋发生冲突，应保证端到位置不变，将钢筋适当移动。
波纹管成孔质量是保证预应力质量的重要基础，如果发生堵塞而进行处理，将直接影响施工进度和桥梁寿命。因此，必须严格施工控制，保证灌注混凝土后波纹管不漏、不堵、不偏、不变形。
3）预埋件安装
钢筋安装过程中,注意不得遗漏梁体预埋件及预留孔洞，包括泄水孔、通风孔、翼缘板下方滴水槽、防撞墙预埋钢筋，施工过程中，必须采取措施确保预埋件位置准确。
6、混凝土施工
所有悬灌梁段均一次灌注成型，为确保梁体质量，需注意如下事项：
①混凝土灌注顺序为：底板→腹板→顶板。灌注时同一挂篮的两边基本对称。混凝土由挂篮前端向后端浇注，顶板混凝土从两侧向中央推进，以防发生裂纹。同一T构两侧的混凝土灌注量之差不超过设计规定值，T构两侧重量偏差不超过10t。
②腹板混凝土振捣，当梁段高度大于4m时，在腹板内侧预留窗口，以便插入振捣器振捣混凝土。当梁段高度小于4m时，不预留天窗，直接将振动棒放入腹板内振捣。
③振捣时插入点均匀，并保证波纹管和压浆管不受损伤，对角隅和锯齿板等钢筋密集处用小直径振动棒加强振捣，并加强振捣效果检查。
④灌注混凝土前，仔细检查模板的尺寸和牢固程度；灌注过程中设专人看护和加固模板，以防漏浆和跑模。
⑤在顶板混凝土浇筑完成后，用插入式振捣器对顶腹板和新旧梁段接缝处进行充分的二次振捣，确保连接处密实、可靠。
⑥混凝土灌注结束后，加强养护。悬灌段施工在夏秋季时采取覆盖麻袋或海绵后撒水的养护方法。
⑦底板混凝土在初凝前抹平，顶板混凝土在初凝前拉毛。
7、预应力施工
梁体按三向预应力设计，纵向、横向、竖向均设预应力。
纵向：梁体纵向腹板束采用15.2-24高强度低松弛钢绞线，纵向顶板束采用15.2-15高强度低松弛钢绞线（其中t0、t1为15.2-24），纵向底板束边跨采用15.2-12高强度低松弛钢绞线，纵向底板束中跨采用15.2-15高强度低松弛钢绞线。
横向：梁体顶板横向预应力筋采用15.2-3高强度低松弛钢绞线，BM15-3及BM15P-3扁形锚具锚固。
竖向：梁体腹板竖向预应力采用公称直径25mm的PSB预应力混凝土用螺纹钢筋，在腹板内双排布置，YGM-25型锚具锚固。各梁段钢束张拉须在该梁段混凝土达到设计强度的90%、并达到相应的弹性模量，且龄期不小于7天后进行。纵向预应力张拉时，先张拉腹板束后张拉顶板束，再张拉横向预应力钢束，最后张拉竖向预应力螺纹钢，三向预应力张拉过程中，均应两侧对称进行。采用张拉应力与伸长量双控措施，以保证达到设计要求的钢束应力。
张拉施工注意事项：
①千斤顶加载和卸载时做到平稳、均匀、缓慢、无冲击。
②张拉时混凝土强度和龄期达到设计图纸要求。
③张拉顺序按设计图纸要求进行。
④张拉作业中，对钢绞线束的两端同步施加预应力，保证两端张拉伸长量基本相等。若两端伸长量相差较大时，查找原因，进行纠正。
⑤当气温下降到5℃以下时，停止张拉作业，以免钢绞线发生脆断。
⑥张拉过程中不敲击和碰撞张拉设备和油管。
⑦张拉完毕后，未压浆或压浆后水泥浆未凝固时，不敲击锚具和剧烈震动
梁体。多余的钢绞线用切割机切割，切割后留下的长度不少于3cm。
⑧在高压油管的接头加防护套，以防喷油伤人。
⑨在测量伸长量时，停止开动油泵。
⑩转移油泵时将油压表拆卸下来另行携带转送，在有压情况下不拧动油泵或千斤顶的接头。
8、预应力管道压浆
预应力束张拉完毕后，应及时对孔道进行压浆，孔道压浆是确保预应力工程质量和箱梁质量的一个重要因素。压浆最大压力控制在0.5~0.7MPa，施工时在监理工程师的指导监督下使每束预应力管道均压浆饱满、密实。压浆完成后及时进行封锚，采用与梁体同等级别混凝土进行。
5.3.2挂篮悬浇施工
1、挂篮结构
图5.3.2-1挂篮构造断面图
本连续梁悬臂浇注采用三角挂篮施工，挂篮总重约60t，包括三角架、走道梁、前后上横梁、前后下横梁、吊挂系统(前、后主吊带、后副吊带、外模吊杆)及相应的锚固、紧缩装置和底平台等部分组成。
主要构造组成：
三角架：立柱、拉板、横撑、斜撑、纵梁；
横梁：前上横梁、后上横梁、前下横梁、后下横梁；
底篮：底平台纵梁、横梁、底模
吊挂：前吊带（4）、后主吊带（2）、后幅吊带（2）、收放装置；
走行：走道梁及锚固、千斤顶；
支点锚固：锚梁、锚筋、垫块、前后支点；
模板系统：外模（钢）、内模（木）、外模挑梁、内模托梁、模板吊梁、外模吊点（2）、内模吊点（4）
2、挂篮拼装
0、1#块施工完成后即进行挂篮拼装。总体拼装顺序为：走道梁锚固与调平→前后支点→纵梁→后上横梁→后锚系统→立柱组件→三角拉板→前上横梁→前吊带→后吊带→底篮和前后下横梁安装→底篮与前后吊带吊挂→外模系统→内模系统，最后对整个挂篮系统进行调整。
1）挂篮安装允许误差
（1）走道梁：
①桥轴线两侧走道梁位置允许偏差≤±3mm；
②顺直度，每2m侧向弯曲≤±2mm；
③滑动面应光洁，无锈碴、焊碴，接缝圆顺，每2m不平整度≤±2mm，接缝高差≤±1mm。
（2）前后支点
①顺桥向与设计位置偏差≤20mm；
②两主梁前支点顺桥向位置相差≤±10mm；
③桥轴线至两侧前支点距离误差≤±5mm；
④支点中心线与滑道梁中心线对中误差≤±2mm。
（3）底平台中心线与梁体中心线误差≤±10mm。
2）挂篮拼装注意事项：
（1）拼装前，应对挂篮各构件（或组合件）进行尺寸、型号、缺陷（主要是焊缝尺寸及其饱满度等）检查验收，是否符合设计要求。发现不合格者，应及时处理；在运输、吊装时，不得损伤构件，特别是吊带、前后支点及主梁等构件堆放时应整齐、稳固，防止变形；
（2）按拼装顺序，将各主要构件（或组合件）分类堆码，以备吊装；作业前应对吊装机械及机具进行安全检查，在操作过程中地上、空中应有专人进行指挥及指导；
（3）挂篮拼装应保持两端基本对称同时进行；
（4）在对构件进行吊装时，吊点应稳固可靠，构件不受损伤、不变形；
（5）各构件拼装位置应准确，螺栓应%上足上紧，并不得随意扩孔，连接销子安装牢固、有效，焊缝尺寸准确、饱满无缺陷；
（6）安装Φ32精轧螺纹钢筋等冷拉件时，应先进行绝缘处理（包缠绝缘胶布），螺母均采用双螺帽锚固。安装连接器时，除检查螺纹长度、直径、螺纹质量外，螺纹上应画线以保证连接器与螺纹的连接长度；
（7）挂篮就位后，后下横梁锚点（即后主吊带主其紧缩装置）其预紧力应大于浇筑砼后的锚固点拉力，以保证节段间接缝平顺，同时，达到检查锚固点受力强度的目的。
3、荷载试验
挂篮拼装完成后，对结构螺栓、焊缝、杆件数量、规格等进行仔细检查，合格后进行荷载试验。荷载试验的目的是检验挂篮的承载力和消除结构的非弹性变形，测定挂篮弹性变形，并与计算相比较。采用固定在挂篮前上横梁用千斤顶加压或在挂篮前端吊重的方式,按要求分级加载，并监测结构变形，测得数据与计算值进行比较，然后逐渐卸载，并测量结构回弹变形量，根据实测变形值确定挂篮底模的预拱度。挂篮拼装完毕后，进行荷载试验以测定挂篮的实际承载能力和梁段荷载作用下的变形情况。
本次挂蓝荷载试验拟采用在挂蓝的前端吊重的方式进行。首先采用最重的2#块箱梁重量（t）作为压重荷载的重量标准。在正对挂蓝前下横梁的地面上组拼重物平台，上面堆放钢筋，其重量按照满载重量的1.2倍堆放(约90t)，重物通过钢丝绳吊于挂蓝的前下横梁上，然后在挂蓝前上横梁的主吊带位置处设置千斤顶，通过千斤顶分级加载和卸载来实现挂蓝的压重试验，分级荷载为0→30%→50%→%→%→%→50%→30%→0。
荷载试验时，加载按施工中挂篮受力最不利的梁段荷载进行等效加载，测定各级荷载作用下产生的挠度和最大荷载作用下挂篮控制杆件内力。
根据各级荷载作用下挂篮产生的挠度，绘出挂篮荷载的挠度曲线，为悬臂施工的线性控制提供可靠的依据。根据最大荷载作用下挂篮控制杆件的内力，可以计算挂篮的实际承载能力，了解挂篮使用中的实际安全系数，确保安全可靠。
4、挂篮前移
挂篮前移在梁体纵向预应力钢束张拉完成后进行，挂篮前移操作步骤如下:
铺设垫梁及走道梁→释放底模前中吊带及后主吊带，释放后副吊带，使底模与梁体分离→解除后锚系统→同步启动两侧长行程千斤顶使挂篮前移。挂篮走行注意事项：①挂篮走道安放位置要准确，接头处要平齐无台阶，走道与竖向筋锚固；②挂篮前移利用其所配备的千斤顶顶推，两侧要保持同步，两悬臂挂篮要基本上对称前移，走行过程中要注意挂篮中线及走道方向的观测，发现偏位后及时纠正，确保挂篮到位时偏移值不超过规范要求；③挂篮走行前，前后支点与滑到接触处均应涂抹黄油以减小摩阻力；④遇有6级以上大风天气时，不得进行挂篮的走行作业，应采取措施确保挂篮安全；⑤移动挂篮时避免损伤精轧螺纹粗钢筋，避免碰撞、弯折粗钢筋；⑥挂篮移动过程中用倒链拉住挂篮尾部，防止挂篮溜滑。
5、挂篮悬臂浇筑施工
①检查挂篮中线是否正确，并将底模标高初调到位，检查外侧模与已浇梁段是否夹紧；
②绑扎底板及腹板构造钢筋并安放预应力管道；
③将底模上杂物清理干净，安装调整内模；
④根据监控数据调整底模标高，绑扎顶板钢筋，安放预应力管道；
⑤顶板及腹板预留孔洞，以便混凝土浇筑；
⑥将各模板拼缝及模板与已浇梁段接缝堵塞严实；
⑦对称灌注混凝土，并测量标高值；
⑧养护、脱内外模；
⑨预应力张拉、压浆；
⑩挂篮行走至下一节段，循环进行前述操作。
5.3.3主梁线型控制
①施工前，应对设计图提供的各节段控制高程进行复核；
②悬浇线型控制，应综合考虑悬臂长度与重量、挂篮重量等施工荷载，预加应力、温度及施工调整等因素；
③梁段悬浇时，中线里程应勤测量、勤复核，对预施应力前后及温度影响应及早找到变化规律并加以修正；
④测量放样时，应注意对同孔同节段的高程、中线偏位及里程保持一致，以确保顺利合拢及成桥线型；
⑤施工控制应考虑以下几方面因素：
1）根据监控单位提供的数值设置预拱度；
2）浇筑梁段时，应随时观测实际预拱度，并与理论值进行对比，以便在下一节段施工时进行调整；
3）在梁段顶面中心及两侧埋设水平观测点随时观测各截面标高在整个梁体施工中的变化，以及时掌握调整预拱标高。
5.3.4合拢段施工
按设计要求先进行边跨合拢，再进行中跨合拢。
连续梁合拢遵循“低温灌注，既拉又撑还抗剪”的原则。为防止因温差、混凝土收缩等造成合拢段开裂，合拢前在适当的温度条件下将合拢段两边梁体利用型钢骨架锁定，保持相对固定，同时选择在日最低温度时灌注混凝土，保证合拢段混凝土处于气温上升的环境中、在受压的状态下达到终凝，避免混凝土开裂。
本连续梁中跨合拢段利用吊篮做合拢支架，挂篮悬臂浇注完2#~11#节段后进行拆除，在边跨合拢段处安装吊篮，进行边跨砼浇筑的同时在中跨合拢段位置进行配重，边跨合拢后移动吊篮至中跨合拢段处，同样在浇筑中跨合拢段砼时在边跨合拢段处配重。
合拢段两端悬臂标高及轴线允许偏差应符合设计或规范要求，合拢段支撑结构采用型钢制作的轻型结构，以减少合拢段施工时的施工荷载。
注意事项：
①掌握合拢期间的天气情况，测试分析气温与梁温相互关系以及梁体温度变化规律；
②根据结构情况及梁温的变化情况，在温度较低时锁定合拢口；
③选择日气温较低，温度变化幅度较小时浇筑合拢段混凝土；
④为保证浇筑混凝土过程中，合拢口处于稳定状态，在两个悬臂端各加载合拢段混凝土重量一半的配重，并与混凝土浇筑同步卸载。
5.3.5体系转换
体系转换是连续梁施工的一个重要环节。“T”构在悬浇施工时，梁体处于负弯矩受力状态，体系转换后梁体处于正负弯矩交替分布受力状态，体系转换也就是梁体应力转换的过程。体系转换时，依次张拉预应力筋，适时解除临时固结，使梁体转换成连续状态。
体系转换过程中注意事项：
①体系转换影响因素多，涉及技术问题广，必须组织层层技术交底；
②详细记录合拢和体系转换全过程中的温度、气象等变化情况；
③连续预应力筋的张拉顺序按照设计进行，对称实施张拉；
④正弯矩钢束张拉过程中，要有专人观察记录锯齿块后端梁断面变化，检查是否出现裂纹；
⑤在解除临时支座时，注意观察永久支座的下沉量并作好记录，以校核体系转换效果。