一种大跨度连续刚构桥的中跨合龙段的施工方法

摘要

本发明公开了一种大跨度连续刚构桥的中跨合龙段的施工方法，其特征在于该方法包括以下步骤：（a）采用挂篮悬臂浇筑法，对合龙段之前的悬臂梁段进行施工；（b）拆解挂篮，将挂篮的从挂篮上拆下的部件制成吊架，并安装在中跨合龙的两梁段上；（c）等效配重；（d）顶梁；合龙过程中利用既有的挂篮系统，不需要重新制作吊架。利用现有的挂篮系统，进行拆卸、重新组合后，形成合龙吊架，这样既保证了设计要求，又提高了工效、节约了资金，本桥合龙段施工技术，可适用于同类悬灌桥合龙的施工；且利用既有挂篮进行改造，不需再另行加装吊架，减轻了自重，避免了用挂篮直接合龙而超过合龙段附加载重总重量的上限的要求。

说明书

技术领域

本发明涉及连续刚构桥的施工方法，尤其是一种大跨度连续刚构桥的中跨合龙段的施工方法。

背景技术

现有技术中，对于大跨度箱梁悬臂浇筑主要分为以下三个部分：

第一部分为0#段施工：在墩顶托架或赝架上浇筑墩顶梁段（即0#段）并实施墩梁临时固结；0#段是所有梁体中高度最大、重量最重的一块，且在墩柱顶 ，故可不采用挂篮施工。

第二部分为悬臂浇筑部分施工：利用悬臂浇筑法，在0#段上安装悬臂挂篮，向两侧依次对称分段浇筑主梁至合龙前段；此部分施工挂篮为主要的施工设备。

第三部分为合龙段施工：首先进行边跨合龙，最后进行中跨合龙。中跨合龙后，使两个简支结构形成一个连续梁，完成两次体系转换。浇筑中跨合龙段形成连续梁体系。

其中，对于上述箱梁悬臂浇筑施工工艺中， 0#段施工、悬臂浇筑部分施工以及合龙段施工中的边跨合龙部分，通常都采用悬臂浇筑法。

悬臂浇筑法，又称无支架平衡伸臂法或挂（吊）篮法，指的是在桥墩两侧设置工作平台，平衡地逐段向跨中悬臂浇筑水泥混凝土梁体，并逐段施加预应力的施工方法。所用的主要的设备是挂篮，通过挂篮的前移，对称地向两侧跨中逐段浇筑混凝土，并施加预应力，如此循环作业，挂篮在已经张拉锚固并与墩身连成整体的梁段上移动，绑扎钢筋、立模、浇筑混凝土、施预应力都在其上进行。

悬臂浇筑法中的挂篮是一个能沿梁顶滑动或滚动的承重构架，锚固悬挂在已施工梁段上，在挂篮上可进行下一梁段的模板、钢筋、预应力管道的安设，混凝土灌注和预应力张拉，灌浆等作业，完成一个节段的循环后，挂篮即可前移并固定，进行下一阶段的悬灌，如此循环直至悬臂灌注完成。

挂篮的主要工作内容包括：在墩顶浇筑起步梁段，即0#段，在起步梁段上拼装悬灌挂篮并依次分段悬浇梁段、边跨及中垮合龙；类似于移动的脚手架，挂在建成的梁段上，用以完成下个节段的作业。挂篮的主要构件包括：承重梁、悬吊模板、锚固装置、走行系统和工作平台五大部分，目前施工中，按照挂篮的结构型式常采用的主要有以下三种：三角挂篮、平行挂篮和贝雷挂篮；

采用挂篮悬臂施工的主要优点在于：跨间不设支架，不影响通航或行车等，尤其适用于大跨度的桥梁施工。由于挂篮在施工时是附属在桥体上的一个临时结构，除承受挂篮自身质量外，还要考虑浇筑一个节段混凝土的最大质量，因此要求挂篮不但自重要轻、强度安全可靠、变形小，保证混凝土浇筑施工质量的同时，还有移动灵活、拆卸方便、操作安全等各方面的要求。

如图1所示，中跨合龙段施工过程通常包括以下几个流程：

步骤1：施工挂篮后移，中跨合龙吊架安装，加配重水箱；

步骤2：钢筋绑扎，预应力管道安装，合龙锁定；

步骤3：选择当天最低温度时间浇筑混凝土，逐级卸除水箱配重；

步骤4：合龙段预应力张拉及锚固完毕，拆除合龙吊架。

在大多数情况下，中跨合龙时两梁段上的挂篮的自重较大，不可直接利用悬臂浇筑法进行中跨合龙段的施工，此时通常采用吊架法进行中跨合龙段的施工，即通过挂篮在两梁段上安装吊架的方式，完成中跨合龙段部分施工。

采用吊架法进行中跨合龙的施工工艺流程图，如图2所示。

吊架的具体安装方法如下：在悬臂端的节段上预留竖向孔洞，将两横梁分别吊在前后悬臂端之下，然后在横梁上搭设纵梁形成吊架，再在其上铺装钢模板，形成底模平台。

以底模平台为基础，安装侧模和内模，直至完成整个合龙段；最终使吊架作为整个合龙段施工的支撑。

也有少数的特例，参见：2008年4月的《现代商贸工业》中，第20卷第4期，公开了一种《连续刚构桥合龙段施工和技术要点》（文章编号：1672-3198（2008）04-0292-01）。其在合龙段施工中的中龙合龙部分，由于两梁段上的挂篮已非常接近，可直接利用挂篮进行中跨合龙施工，但大多数情况，都需通过挂篮在两梁段上安装吊架，完成中龙合龙段部分施工。

对于大跨度桥梁悬臂节段箱梁的施工方法，大多采用悬臂浇筑法与吊架法相结合的方式，如：2009年8月出版的第八期《公路》文献中第236页至241页，公开了一种《大跨度预应力混凝土桥梁悬臂节段箱梁挂篮施工技术》，文章编号：0451-0712（2009）08-0236-05。

其悬浇箱梁采用挂篮悬臂对称施工，即在0#段施工、悬臂浇筑部分施工以及合龙段施工中的边跨合龙部分，均采用悬臂浇筑法进行施工。

如图3所示，其悬臂浇筑法的具体施工方式如下：挂篮悬臂施工是在墩顶段的0号块、1号块采用墩旁托架施工，然后在0号、1号块两侧拼装移动式挂篮，并固定好，接着在挂篮悬吊着的模板上布置普通钢筋与预应力钢筋，浇注混凝土，当混凝土强度达到设计规定的强度后施加预应力，并在管道内压浆，再将挂篮移到下一节段；这样不断重复同一作业，直至合龙。在浇筑至中跨合龙段时，区别于连续梁悬臂部分的浇筑，利用挂篮底模及侧模系统安装合龙块吊架，采用吊架法进行中龙合龙的施工。

综上所述，在中跨合龙段的施工方法中，除少数由于两梁段上的挂篮已非常接近，在不考虑重量的情况下可直接利用挂篮进行中跨合龙施工的特殊情况外，大多数情况在中跨合龙前，两梁段上的挂篮存在较大的重量，需通过拆除挂篮，在两梁段上安装吊架，以吊架法的方式，完成中跨合龙段部分施工，但其存在以下不足之处：

1、吊架的安装过程繁琐，且所需工期较长；位于箱梁底部吊架的底模和挂篮的底模转换所需时间长，且转换过程中安全隐患较大。

2、采用挂篮和吊架结合的形式，其自重大，极易超过合龙段附加载重总重量的上限。

3、吊架需单独制作安装，成本高。

发明内容

本发明的目的是提供一种大跨度连续刚构桥的中跨合龙段的施工方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

（a）采用挂篮悬臂浇筑法，对合龙段之前的悬臂梁段进行施工；

（b）拆解挂篮，将从挂篮上拆下的部件制成吊架，并安装在中龙合龙的两梁段上；

（c）对中跨合龙段的两悬臂梁进行等效配重；

（d）在等效配重之后，对中龙合龙段的两悬臂梁进行顶梁；

（e）在顶梁之后，对中跨合龙段的两悬臂梁合龙锁定；

（f）浇筑混凝土；

（g）拆模。

合龙过程中利用既有的挂篮系统，不需要重新制作吊架。利用现有的挂篮系统，进行拆卸、重新组合后，形成合龙吊架，这样既保证了设计要求，又提高了工效、节约了资金，本桥合龙段施工技术，可适用于同类悬灌桥合龙的施工；且利用既有挂篮进行改造，不需再另行加装吊架，减轻了自重，避免因加装吊架而超过合龙段附加载重总重量的上限。

上述施工方法中，所述步骤（b）具体包括以下步骤：

步骤1、将内模、内滑梁及后悬吊从挂篮上拆除；

步骤2、将挂篮的外滑梁悬吊在箱梁上；

步骤3、将侧模置于外滑梁上；

步骤4、将从挂篮上拆下的内滑梁置于箱梁顶部作为纵梁，并将底模悬吊在纵梁上；

步骤5、调整底模高度，使底模与箱梁的底面密贴。

利用挂篮的主构架把底模移动到合龙段梁段的一侧，并用挂篮的内滑梁做为纵梁，用以转换主构架底模，吊带转换到纵梁后拆除挂篮主构架，实现对吊架的替换；使得吊架无需单独设计、制造及安装，不仅节约了工时和成本，而且简化了结构，减少了合龙段施工附加载重的总重量。

优选的，所述步骤2之前，移动挂篮，使其前吊带与挂篮前方的箱梁贴合，并使挂篮的底模与箱梁的底部贴合。采用上述方法对底模的位置进行粗调后，提高施工精度。

优选的，所述步骤3中，将侧模置于外滑梁的方法是将侧模的吊杆从箱梁上拆除后，转而连接在外滑梁上。采用这样的方法，直接将侧模原用来连接箱梁的吊杆转而连接在外滑梁，并将其他附属部件与外滑梁适配后，即可实现侧模的转化。

优选的，所述纵梁上方设置有千斤顶，所述千斤顶的数量为两个，所述千斤顶上方设置有吊带梁，所述千斤顶的活动端分设在吊带梁的两端，所述吊带梁上设置有销孔，所述销孔形状与吊带上的销孔相适配，所述吊带与底模相连。采用这样的结构，结构简单且便于施工，通过高度可调的吊带，实现对底模高度的调整。

优选的，所述纵梁由内滑梁或外滑梁切割而成。采用这样的结构，直接利用从挂篮上拆下的内滑梁或外滑梁稍作加工，即可用作吊带（纵）梁，结构简单且节约成本。

上述施工方法中，所述顶梁装置为千斤顶和接力短柱，所述接力短柱由挂篮上拆卸所得的内滑梁切割而成。采用这样的结构，直接利用从挂篮上拆下的内滑稍作加工，即可用作接力短柱，结构简单且节约成本。

上述施工方法中，所述步骤（e）之后再次调整底模高度，使底模与箱梁的底面密贴。采用上述方法对底模的位置进行精调，进一步保证了施工的精度。

上述施工方法中，所述等效配重采用在悬臂端的水箱中加水的方法设置。采用这样的配重方法，操作及重量调节方便。

上述施工方法中，所述混凝土采用泵送的方法进行浇注，所述混凝土入模时的气温温度为10°～25°，所述水箱随混凝土的浇注量等效卸载配重。采用泵输法的同时，对水箱内的配重进行进行实时、等效卸载，可进一步保证浇筑时桥梁的稳定性；采用10°～25°气温温度进行混凝土浇筑时，桥梁的综合性能好。

综上所述，本发明的有益效果是：合龙过程中利用既有的挂篮系统，不需要重新制作吊架。利用现有的挂篮系统，进行拆卸、重新组合后，形成合龙吊架，这样既保证了设计要求，又提高了工效、节约了资金，本桥合龙段施工技术，可适用于同类悬灌桥合龙的施工；且利用既有挂篮进行改造，不需再另行加装吊架，减轻了自重，避免因加装吊架而超过合龙段附加载重总重量的上限。

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1是现有技术中中跨合龙段施工过程的示意图；

图2是现有技术中采用吊架法进行中跨合龙的施工工艺流程图；

图3是现有技术中采用悬臂浇筑法进行中跨合龙的示意图；

图4是本发明实施例中桥梁结构的示意图；

图5是本发明施工方法的流程示意图；

图6是本发明中挂篮的结构主示意图；

图7是本发明中挂篮的侧面剖视图；

图8是本发明中挂篮拆解后桥梁的结构主视图；

图9是本发明中挂篮拆解后桥梁的侧面剖视图；

图10是本发明中挂篮移动后桥梁的结构主视图；

图11是本发明中挂篮移动后桥梁的侧面剖视图；

图12是本发明中悬吊系统替换后的结构示意图；

图13是本发明中悬吊系统替换后的侧面剖视图；

图14是本发明中纵梁及悬吊系统的示意图；

图15是底模的吊带拉力示意图；

图16是前吊带的拉力示意图；

图17是本发明中侧模悬吊及纵梁替换完成后桥梁的结构主视图；

图18是本发明中侧模悬吊及纵梁替换完成后桥梁的侧面剖视图；

图19是本发明中顶梁装置的结构示意图；

图20是本发明中锁定用劲性骨架的结构示意图。

附图标记：箱梁—1；侧模—2；侧模吊梁—201；内模—3；底模—4；前悬吊—5；后悬吊—6；走行系统—7；内滑梁—701；外滑梁—702；锚固系统—8；纵梁--9；吊带--10；千斤顶—11；吊带梁—12。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书（包括任何附加权利要求、摘要和附图）中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

如图4所示，主桥桥跨布置如下：中跨长度130m，边跨长度145.32m，主桥为单箱双室，顶板宽20.3m，底板宽12.9m，共分为35个梁段。

其中0#段高15.1m，跨中梁高4.6m，16#墩位置设伸缩缝，桥面1.8%纵坡，1.5%横坡，全桥设计为公路轻轨同桥面运行，中跨合龙段砼54.8m³一次浇注成型，挂篮的结构如图6和图7所示，主要包括主构架、侧模2、内模3、底模4、前悬吊5、后悬吊6、走行系统7和锚固系统8。

设计要求为合龙段附加载重总重量最大不得超过100吨，而设计的挂篮系统总重量为90吨，挂篮系统加上模板的总重量是150吨，已超过合龙段附加载重总重量。

在挂篮系统与模板系统同时架构的方案不可行的情况下，本实施例采用将挂篮底模4及侧模吊梁201作为合龙段施工模板进行施工的方法进行中跨合龙段施工。

其主要步骤包括：先拆除挂篮系统及其行走轨道，然后利用挂篮底模4及侧模吊梁201作为合龙段施工模板进行施工；再将挂篮的底模4及侧模2移至合龙段另一端，形成合龙吊架完成模板施工；然后再采用焊接劲性骨架及张拉钢束进行合龙口的锁定，浇筑完砼并张拉部分永久束后解除锁定，从而完成合龙工序。

具体的，参照图5，本发明的具体施工方法包括如下步骤：

A、合龙前节段的施工准备

完成主梁从0#段至合龙前节段的浇筑及预应力施工等，做好合龙施工前的全部准备工作。

、拆解挂篮

拆除挂篮的内模3、内滑梁701及后悬吊6，将挂篮置于走行状态，准备走行挂篮。

挂篮拆解后如图8、图9所示。

、走行挂篮

将挂篮合龙段的一端走行至合龙段的另一端，使挂篮的前吊带10紧靠该段箱梁1。

挂篮移动后如图10、图11所示。

移动后，若底模4的底板长度不足以接触到箱梁1底部，则需通过加长底模4底板的方式，使挂篮的底模4与箱梁1底部结合密贴。

、设置悬吊系统

如图12、图13所示，首先，将挂篮的外滑梁702用精扎螺纹钢12悬吊在箱梁1的顶板上，并将侧模2通过吊杆与箱梁1连接，侧模吊梁201的前端放在外滑梁上，侧模吊梁201的后端通过吊轮悬挂在外滑梁702上，连接后，侧模2可通过外滑梁702走行。

当侧模2在走行时，底模4的前横梁可能会与侧模2冲突，此时可按需割除部分侧模2。

E、设置纵梁

将从挂篮上拆下的内滑梁701作为纵梁9，置于箱梁1的顶部。

纵梁9的结构如图14所示：在各纵梁9上方设置有两个千斤顶11，两个千斤顶11的活动端分设在吊带梁12的两端，吊带梁12上设置有销孔，解除吊带10与原挂篮的连接后，将吊带10穿过纵梁9后与吊带梁12上的销孔对齐，并通过销钉将吊带10与吊带梁12销接，通过千斤顶11调整吊带梁12及吊带10高度，以实现对底模4高度的调整。

通过上述方法将前吊带10调整到位后，用工字钢作为吊带梁12，替代上横梁悬吊前吊带10，此处的工字钢可由内滑梁701或外滑梁702切割而成。

侧模悬吊及纵梁9替换完成后如图17、图18所示。

纵梁9在制作过程中，为了便于吊带10穿过，在各纵梁9上设置有供吊带10穿过的贯穿槽孔。由于纵梁9的数量为四根，因此把内滑梁701从挂篮上拆下后，根据需要切割成四段或八段，其各自的制作方法如下：

当内滑梁701切割成四段，分别作为四根纵梁9时，纵梁9在吊带10穿过的位置开设预留孔，避免纵梁9与吊带10干扰，使吊带10从纵梁9中心穿过；此处，纵梁9将内滑梁701截成4m长的4根节段作为纵梁9，每根纵梁9均对应吊带10的位置，并加钢垫块放置后将纵梁9放置在两箱梁1间，纵梁9在吊带10所对应的位置贯穿8×22㎝孔，便于吊带10穿过。

当内滑梁701切割成八段，分别作为四根纵梁9时，切割后的两根內滑梁段组合呈一根纵梁9，两根內滑梁间设置有供吊带10穿过的间隙。

利用已经拆除的内滑梁701截成4根4m 长的纵梁9放置在桥面上，作为前吊带10转换后使用的纵梁9，关键是使用的纵梁9能否承载底模4以及合龙段砼的重量，对纵梁的强度校验如下：

根据挂篮设计资料,底模4的吊带10的拉力如图15所示。

计入底模架自重和底模4自重，底模架自重是40t，前后横梁各分配20t，则前横梁吊带10的拉力总的需要增加20t，中间吊带10每根增加6t，依次两边各增加3t和1t，前吊带10的拉力如图16所示。

    对于混凝土梁段荷载对纵梁9的作用力，按照纵梁9中点受力计算，这样前吊带10计算出来的力比实际略微偏大，属于保守简化计算。另外底模4的模板重量按40t计算，则吊带10由于模板拉力是10t。

分析纵梁9的受力情况就可以知道转换纵梁9是否安全。由于是两个千斤顶11在纵梁9上分别承担吊带10传来的重力,所以采用跨间等间距布置两个相等的集中荷载下的最大挠度计算公式进行计算,计算公式如下:

Ymax=6.81P*I³/(384*E*I)，其中：

Ymax为挠度值，单位㎜。

P为各个集中荷载值之和，单位kN。

E为钢的弹性模量，对于工程用结构钢，E = 210*10⁹N/mm^2。 

I为钢的截面惯矩，可在型钢表中查得(mm⁴)，此处经查表得纵梁9截面惯矩I_y=198764459 mm⁴。

计算结果如下：

Ymax=6.81P*I³/(48*E*I)=6.81*50*198764459³/(384*210*10⁹*198764459)=1.3㎜。

可以看出，经计算挠度值为1.3mm，符合设计要求。

、吊架系统初步就位

调整底模板的高度，使得底模板与箱梁1底面密贴，由拆卸挂篮后重新拼装而成的吊架系统初步就位。

此时，为了便于浇筑后吊带10的拆除，在每个吊带10通过的混凝土箱体处预埋有方孔，安装方法为：吊带10在浇筑后与砼的接触面，用3mm厚的钢板制成长方形套筒套在吊带10上，再进行浇筑。

完成以上工序后，便可以进行钢筋混凝土的其它工序的施工。

、等效配重

等效配重采用在悬臂端的水箱中加水的方法设置，其加载点及吨位均根据等弯矩设置。

在本实施例中，中跨合龙段砼重量为：2.6*54.8=142t，在合龙中跨时，为使各悬臂在砼浇注过程始终处于相对稳定和平衡状态，需进行等效配重，并随着砼的浇注量等效卸载配重。

等效配重按等弯矩设置，工序在劲性骨架锁定之前。

配重各为合龙段砼一半重量，配置中心位置为28＃段，配重N＝71*（129.5/121.5）=76t。合龙段两侧各按照四个水箱分配，则每个水箱的体积为19m³,每个水箱体积计划为：长6m、宽3.5m、高1.3m。等效卸载时，每浇注1m³合龙砼，放水2.78t。为使15＃T构两端基本平衡，在合龙中跨时，在边跨侧的悬臂上配置20t水箱二个，该水箱在中跨合龙段砼浇注3天后卸载。

等效配重计算表如表1所示：

表1：等效配重计算表

H、顶梁

在梁段两边幅板翼缘根部，各预埋一块钢板，钢板上设置有千斤顶11。千斤顶11的活动端头与另一梁段间距离之间设置有接力短柱。

如图19所示，顶梁采用2台千斤顶11，并利用从挂篮上拆下的内滑梁701作为接力短柱。接力短柱拆下后，根据间隙大小截取适当长度，并进行单端封口加工，未封口端焊接在梁段钢板上，封口端与千斤顶11接触。

顶梁装置安装完成后，选择气温相对平稳三天中的第二天，用两台千斤顶11同步作业，总顶力400t，按总顶力的20％、50％、80％、90％、100％五级进行，每级完毕暂停10分钟，进行量测，正常后继续顶下一级，直至顶力与顶开距离大致吻合。

根据综合计算，顶梁装置对应顶开的距离为40mm，此时混凝土受压为最佳状态，可保证桥梁整体线形及混凝土的耐久性。

I、合龙锁定

顶梁结束后，进行合龙锁定。合龙锁定的目的是在合龙前使合龙段两侧悬臂端临时连接，尽可能保持相对固定，以防止合龙段混凝土在浇筑及早期硬化过称中发生明显的变形。

、精调吊架系统

调整底模板高度，使底模板与合龙锁定后的箱梁1底面密贴。

此时整个合龙段的模架系统调整、安装精确就位。

、浇筑混凝土

浇筑混凝土的顺序由支架中间向支点和悬浇端扩散，以减少支架沉降的影响。

混凝土采用泵送的方法施工。待混凝土强度达到设计要求的强度后，按照设计要求顺序分批进行预应力张拉、孔道压浆。

随着砼浇注量，同步将水箱内的水等效卸载。

、预应力施工

    砼强度经养护达到设计强度的90％以上时，先张拉竖向、横向预应力束，再张拉纵向底板束Z1、3、5、7、9和L2到设计值的80％，拆除劲性骨架，然后补张拉Z1、3、5、7、9和L2到设计值的100％压浆，当浆体强度达到90％以上时，再张拉Z2、4、6、8、10到设计值的100％，压浆锚固。

、压浆与封端

    张拉完成即可进行孔道压浆，压浆时由低端压注高端出浆。封端主要是底板齿块和顶板倒齿块，按照设计立模浇注砼。

、拆模

张拉、压浆完成以后拆除底模4和侧模2。

为了便于拆模方便，底模4的拆除方法如下：先将吊带10去除钢销，并将底模4整体向下放，提供操作空间，再进行拆模。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。