水陸李大橋掛藍(lán)施工安全風(fēng)險(xiǎn)控制

萬進(jìn)風(fēng)

(武漢市勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院江城分院，武漢 430050)

摘要：懸臂掛藍(lán)施工的安全合理性是水陸李大橋順利建成的關(guān)鍵。通過對(duì)各種可能發(fā)生的諸多不利因素導(dǎo)致掛籃失穩(wěn)的定量分析，檢驗(yàn)了掛籃施工方案，加之以有效的施工線型控制及監(jiān)控量測(cè)量控制等輔助控制手段，確保了該橋懸澆掛藍(lán)施工方案合理、風(fēng)險(xiǎn)可控、安全可靠。

關(guān)鍵詞：大橋；掛藍(lán)施工；安全；風(fēng)險(xiǎn)控制

doi:10.3963/j.issn.1674-6066.2015.03.024

Abstract:Hanging basket construction is the key point of building bridge. Through quantitative analyzing the various possible factors which cause imbalance of hanging basket, combined with line control and effectively monitor and measurement control, this paper ensured the safety of hanging basket construction.

收稿日期：2015-04-02.

作者簡介：萬進(jìn)風(fēng)(1974-),工程師.E-mail:1486036661@qq.com

Safety Risk Control of Hanging Basket Construction in

Building Shuiluli Brige

WANJin-feng

(Branch of The River Town, Wuhan Survey Design and Research Institute, Wuhan 430050, China)

Key words:bridge;hang basket;safety and risk control

水陸李大橋?yàn)樘扉T市皂(市)仙(北)二級(jí)公路胡市至凈潭西段跨越漢北河的一座大橋，位于天門市盧市鎮(zhèn)水陸李村。橋跨布置為16×30+65+110+65+9×30 m，橋梁全長997 m，寬度12 m。橋梁上跨漢北河以及兩岸大堤，墩臺(tái)徑向布置，采用30 m小箱梁跨越漢北河左岸河堤，采用65+110+65 m連續(xù)箱梁上跨漢北河主通航河道及漢北河右岸堤防。主橋箱梁為全預(yù)應(yīng)力砼結(jié)構(gòu)；引橋小箱梁為A類預(yù)應(yīng)砼結(jié)構(gòu)。引橋下構(gòu)為圓柱墩配樁基礎(chǔ)，主橋?yàn)榫匦味张涑信_(tái)樁基礎(chǔ)；橋臺(tái)為肋板臺(tái)配樁基礎(chǔ)。大橋平面線形為直線，路拱橫坡為雙向2%，縱斷面位于R=10 000 m的凸形豎曲線上，大橋兩側(cè)路線縱坡分別為1%、2.95%。

1橋梁主跨結(jié)構(gòu)

水陸李大橋主跨結(jié)構(gòu)采用65+110+65 m三跨一聯(lián)的預(yù)應(yīng)力砼箱形截面梁，邊主跨比為0.581。箱梁支點(diǎn)梁高6.7 m，為最大跨徑的1/16.42。主跨箱梁跨中梁高2.9 m，為最大跨徑的1/37.93，梁高按二次方拋物線變化。上部箱梁為單箱單室截面，頂寬12 m，底寬6.5 m，懸臂寬2.75 m。箱梁頂板厚28 cm，底板厚從28～70 cm，按二次方拋物線由跨中向中墩逐漸加厚。邊跨現(xiàn)澆段腹板厚從65～45 cm,變化段長度分別為2.5 m、13.5 m。主橋箱梁在中支點(diǎn)、邊支點(diǎn)和主跨中間處設(shè)有橫隔板，邊墩支點(diǎn)橫隔板厚142 cm，中墩支點(diǎn)橫隔板厚250 cm，跨中隔板厚40 cm。

主跨連續(xù)箱梁采用三向預(yù)應(yīng)力。縱向預(yù)應(yīng)力束分為腹板下彎束T1～T13，頂板束T14～T26，ST1～ST4，CT1和底板連續(xù)束SB1～SB4，CB1～CB9，采用平、豎、彎相結(jié)合的空間曲線，分別錨固在箱梁的腹板、頂板、頂?shù)装宄型谢螨X輪上。

縱向束采用12Φ15.2 mm、15Φ15.2 mm、19Φ15.2 mm，標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度1 860 MPa。

豎向預(yù)應(yīng)力采用Φ32 mm的冷拉Ⅳ級(jí)精扎螺紋粗鋼筋，上端張拉，錨在頂板頂面，控制張拉力635.7 kN，豎向預(yù)應(yīng)力筋順橋向間距平均50 cm。

橫向預(yù)應(yīng)筋采用Φ15.2 mm的鋼絞線，標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度1 860 MPa，扁錨?？刂茝埨?77.5 kN，錨下控制應(yīng)力σk=1 357.8 MPa，為方便施工，采用一端張拉。橫向預(yù)應(yīng)力筋順橋向間距平均50 cm。

2主要施工工藝及其施工要點(diǎn)

從連續(xù)梁同類型的橋梁施工關(guān)鍵因素分析可以看出，主橋懸澆掛籃施工方案的安全合理性是其成敗的關(guān)鍵。

2.1　主要施工工藝流程

該橋主跨施工工藝流程，如圖1～圖7所示。

2.2　0號(hào)塊施工工藝流程

0#塊長12.0 m，墩頂中心位置箱梁最高6.7 m，橋面寬12 m，底寬6.5 m, 0#塊箱梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖8所示。

0#塊采用現(xiàn)澆支架施工，支架為在承臺(tái)上立φ600 mm鋼管柱20根，柱底部設(shè)置800 mm×800 mm×12 mm鋼板預(yù)埋在承臺(tái)砼內(nèi)。柱頂用同規(guī)格鋼板封端。用[22#槽鋼作為橫向支撐及剪刀撐，柱頂設(shè)置4道I45a型工字鋼主橫梁，與柱頂進(jìn)行焊接。

主梁上設(shè)置82根I22a型工字鋼分配梁，因分配梁有部分懸挑，應(yīng)與主梁焊接或用鋼筋箍緊。主橫梁與分配梁之間用鋼楔調(diào)整和落模。底模用型鋼作支架上鋪10 mm厚鋼板。內(nèi)、外模制作成標(biāo)準(zhǔn)塊拼接。內(nèi)外模之間設(shè)置對(duì)拉桿，如圖9所示。

0號(hào)塊施工工藝流程為：支架搭設(shè)及底模拼裝 → 支架預(yù)壓→安裝外側(cè)腹板及翼板模板 → 綁扎底板、腹板鋼筋及安設(shè)預(yù)應(yīng)力筋 → 澆筑底板和腹板砼(至翼板交角處) → 施工縫處理、砼養(yǎng)生 → 安裝頂板底模 → 綁扎頂板鋼筋及安設(shè)預(yù)應(yīng)力筋 → 澆筑頂板板砼 → 養(yǎng)生待強(qiáng) → 張拉預(yù)應(yīng)力筋 → 管道壓漿。

2.3　掛籃安裝

在0號(hào)塊施工完成，張拉完前期縱向、橫向、豎向預(yù)應(yīng)力索并完成壓漿施工后即可進(jìn)行掛籃拼裝。

掛籃安裝程序?yàn)椋涸诹后w找平層上放出軌道放樣定位線→鋪設(shè)鋼枕、軌道→安裝前后支座→吊裝單片主桁件→調(diào)整兩片主桁架間的水平間距和位置→安裝前上橫梁、聯(lián)系桁架→安裝前后吊帶→吊裝底模架及底模板→吊裝外側(cè)模板→在前上橫梁上吊掛工作平臺(tái)，在底模后橫梁上焊接工作平臺(tái)→調(diào)整立模標(biāo)高→固定模板。

2.4　梁段施工

掛籃拼裝試壓完成后，即可開始1號(hào)梁段施工。每段梁懸澆施工步驟：① 掛籃安裝完成后按施工監(jiān)控提供的梁底標(biāo)高立模；② 底、腹板鋼筋及預(yù)應(yīng)力管道安裝；③ 內(nèi)模前移到位，安裝對(duì)拉桿，調(diào)整頂模和翼板模標(biāo)高；④ 頂板鋼筋及預(yù)應(yīng)力管道安裝，按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行預(yù)應(yīng)力穿索、端頭模板安裝⑤ 監(jiān)理驗(yàn)收，對(duì)稱澆筑箱梁砼，同時(shí)對(duì)澆筑過程進(jìn)行施工監(jiān)控； ⑥ 砼待強(qiáng)、養(yǎng)生；⑦ 按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行預(yù)應(yīng)力張拉、壓漿工作；⑧掛籃錨固吊桿松開、脫模；⑨籃前移，底欄改造，就位；⑩重復(fù)以上步驟開始下一施工梁段。

2.5　合攏段施工

合攏施工是連續(xù)梁體系轉(zhuǎn)換的重要環(huán)節(jié)，對(duì)保證成橋質(zhì)量至關(guān)重要。連續(xù)梁合攏原則是低溫灌注。合攏前使兩懸臂端臨時(shí)連接，保持相對(duì)固定，以防止合攏混凝土在早期因?yàn)榱后w混凝土的熱脹冷縮開裂。同時(shí)選擇在一天中的低溫、變化較小時(shí)進(jìn)行混凝土施工，保證混凝土處于溫升、在受壓的情況下達(dá)到終凝，避免受拉開裂。按照設(shè)計(jì)的合攏順序?yàn)橄葍蓚€(gè)邊跨合攏再中跨合攏，而后完成體系轉(zhuǎn)換，形成連續(xù)梁結(jié)構(gòu)。

3主跨懸臂現(xiàn)澆影響因素分析

由于懸臂現(xiàn)澆施工一般為T構(gòu)兩側(cè)對(duì)稱施工，在施工中有可能存在混凝土的因素、施工人員及機(jī)具的因素、砼振搗的因素及風(fēng)載等多種客觀因素的影響，導(dǎo)致T構(gòu)兩側(cè)不可避免地存在不平衡的合彎矩影響，而這些彎矩主要通過主墩0#塊固結(jié)系統(tǒng)所能承受的不平衡彎矩來制衡，因此分析各種不利因素影響的可靠性是指導(dǎo)懸臂施工作業(yè)的首要前提。

3.1　主墩上0 #塊臨時(shí)固結(jié)系統(tǒng)

0#塊臨時(shí)固結(jié)系統(tǒng)采用精扎螺紋鋼墩頂固結(jié)，每個(gè)主墩在支座兩側(cè)預(yù)埋精扎螺紋鋼，每側(cè)兩排，每排51根，一個(gè)墩頂共預(yù)埋204根，每根精扎螺紋鋼長度4米，其中2.2 m預(yù)埋在已施工的墩柱中，內(nèi)側(cè)二排固結(jié)精扎螺紋鋼固結(jié)在0#塊上2.5 m寬的橫梁鋼筋內(nèi)，另一側(cè)固結(jié)在橫梁倒角位置處，在0#塊施工時(shí)，墩頂固結(jié)砼裝模與0#塊一起施工。

根據(jù)施工組織設(shè)計(jì)，在受到不平衡彎矩時(shí)，墩頂預(yù)埋精扎螺紋鋼一側(cè)受壓、一側(cè)受拉，墩頂固結(jié)時(shí)受拉區(qū)所能承受的不平衡彎矩(按最不利情況，受拉區(qū)2排鋼筋只計(jì)算1排)計(jì)算為

因此，固結(jié)系統(tǒng)允許承受的彎矩：M=FL=635.7×51×2.5 = 8 105 t·m。

3.2　混凝土施工時(shí)存在的不平衡彎矩分析

按最不利狀態(tài)分析，混凝土不平衡荷載、施工中人員機(jī)具、砼振搗荷載、風(fēng)載時(shí)引起的不平衡彎矩分別為

1)混凝土不平衡荷載

M1=38.27×2.65×52.65=5 339t·m

2)施工人員及機(jī)具設(shè)備不平衡荷載

M2=6.5×4.5×4×52.65=6t·m

3)混凝土振搗荷載

M3=6.5×4.5×4×52.65=6t·m

4)風(fēng)載

M4=33.8×52=1 757.6t·m

4種不平衡彎矩的集合

計(jì)算結(jié)果表明，4種不平衡彎矩之和小于固結(jié)系統(tǒng)允許承受的彎矩。

3.3　掛籃移動(dòng)時(shí)存在的不平衡彎矩分析

掛藍(lán)移動(dòng)時(shí)也可能導(dǎo)致兩側(cè)不平衡彎矩發(fā)生，計(jì)算一側(cè)拆除、一側(cè)未拆除這種最不利情況時(shí)承受的最大彎矩為Mmax=79×50.4=3 981 t·m，小于固結(jié)系統(tǒng)允許承受的彎矩。

3.4　受壓區(qū)砼計(jì)算(墩頂連接區(qū)砼C 55、墩身C 40)

受壓區(qū)反力：R=7 108/2.8=2 538×104N

承受面積：W=0.7 m×6.5 m=4.55×106m2

因此，δ=R/W=5.6 MPa<40 MPa

計(jì)算結(jié)果表明，墩身及固結(jié)砼受壓合格。

4施工線形控制措施

4.1　預(yù)拱度設(shè)置及線形總體控制措施

為了控制水陸李大橋的箱梁撓度，按設(shè)計(jì)要求在0#塊中心及梁端橋中心處布設(shè)觀測(cè)點(diǎn)，現(xiàn)場(chǎng)建立箱梁施工標(biāo)高控制小組，主要觀測(cè)內(nèi)容有：①箱梁受自身恒載及施工機(jī)具、人員等臨時(shí)荷載引起的撓度；②水泥混凝土澆注過程中的影響撓度；③縱向張拉過程中張拉引起的上撓度值；④移掛籃前后，觀測(cè)移掛籃后箱梁的下?lián)隙戎?。通過上述4點(diǎn)觀測(cè)結(jié)果計(jì)算出箱梁實(shí)測(cè)撓度，把之與計(jì)算撓度進(jìn)行分析對(duì)比，按數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)方法對(duì)設(shè)計(jì)計(jì)算撓度進(jìn)行必須的修正、調(diào)整箱梁施工標(biāo)高，采取對(duì)掛鏈進(jìn)行等效預(yù)加載，消除其非彈性變形。

為了保證兩側(cè)懸臂均衡作業(yè)，施工中盡可能地保持對(duì)等移動(dòng)，嚴(yán)格控制掛藍(lán)移動(dòng)的距離差在40 cm以內(nèi)。

在預(yù)應(yīng)力混凝土箱形連續(xù)梁懸灌施工前，根據(jù)施工方案、工藝和工期的要求，定出各梁段的施工立模高程；施工過程中，再根據(jù)實(shí)際施工荷載、懸灌循環(huán)周期以及對(duì)已灌筑梁體高程的精密測(cè)量，重新計(jì)算和修正下一梁段的施工立模高程，使懸灌段合龍時(shí)的精度、體系轉(zhuǎn)換完成后梁體線形達(dá)到設(shè)計(jì)和規(guī)范的要求。

4.2　施工線形高程控制措施

為了保證箱梁理論軸線高程的施工精度，及時(shí)準(zhǔn)確地控制和調(diào)整施工中發(fā)生的偏差，高程以Ⅱ等水準(zhǔn)高程控制測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)為控制網(wǎng)、箱梁懸澆以Ⅲ等水準(zhǔn)高程精度控制聯(lián)測(cè)。水陸李大橋測(cè)量基點(diǎn)用鋼筋頭設(shè)置在各主梁0#塊上的中心位置，編號(hào)為0號(hào)，而后各節(jié)段的測(cè)量由此引出，順序編號(hào)。在每澆筑1個(gè)節(jié)段后，對(duì)測(cè)量基準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行校驗(yàn)。同時(shí)在關(guān)鍵施工階段和主梁邊中跨合龍段施工前，也對(duì)其進(jìn)行校驗(yàn)，充分保證測(cè)量基準(zhǔn)的有效性。連續(xù)剛構(gòu)橋的節(jié)段施工過程，主要有掛藍(lán)行走、綁扎鋼筋、混凝土澆筑、預(yù)應(yīng)力張拉4道工序。依據(jù)各工序?qū)κ┕隙鹊膹?qiáng)弱，標(biāo)高觀測(cè)次序重點(diǎn)為混凝土澆筑前后及預(yù)應(yīng)力張拉前后，共4個(gè)測(cè)次。觀測(cè)節(jié)段為包括本施工節(jié)段在內(nèi)的相鄰前3個(gè)節(jié)段控制截面的標(biāo)高，每施工完3個(gè)節(jié)段，重新觀測(cè)1次該主梁各控制截面的標(biāo)高，確保各控制截面的標(biāo)高在預(yù)控標(biāo)高范圍內(nèi)。

4.3　懸臂施工過程中的糾偏措施

盡管在橋梁設(shè)計(jì)與施工過程中已計(jì)算了撓度和設(shè)置了預(yù)拱度，也進(jìn)行了施工精密測(cè)量和撓度監(jiān)控，但是由于施工過程存在各種不確定因素，加之每一平衡懸臂施工時(shí)間長短不同，難免會(huì)有撓度誤差和不符合設(shè)計(jì)要求的標(biāo)高及縱軸向梁體線形不平順出現(xiàn)。為了保證合攏段混凝土澆筑過程中，在混凝土強(qiáng)度不高的情況下，使合攏段的兩側(cè)標(biāo)高之差不變，并使線形平順，水陸李大橋采取了必要的糾偏措施。

首先是可根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)的條件，在合攏段兩懸臂端增加平衡配重，通過用水箱或砂箱，通過注水放水或加砂放砂來平衡兩懸臂的荷載變化，配重過程遵循平衡原則進(jìn)行，從而使標(biāo)高線形得到合理控制。

其次，使用臨時(shí)預(yù)應(yīng)力鋼束，糾正梁端豎向或水平向的懸臂撓度差。施工過程中不可避免地會(huì)發(fā)生水平懸臂撓度差，通過橫向預(yù)應(yīng)力鋼束斜向交叉放置在箱梁合攏段兩邊的頂板上，及時(shí)進(jìn)行糾偏，使之達(dá)到設(shè)計(jì)要求的梁體線形。

4.4　監(jiān)控量測(cè)輔助控制

由于箱梁在懸臂澆筑施工時(shí)都會(huì)受混凝土自重、日照、溫度變化、墩柱壓縮等因素影響而產(chǎn)生豎向撓度，混凝土自身還存在收縮、徐變等因素，也會(huì)使懸臂段發(fā)生變化，為使合攏后的橋梁成型及應(yīng)力狀態(tài)符合設(shè)計(jì)要求，達(dá)到合攏高程誤差控制在15 mm以內(nèi)的要求，最大限度地使實(shí)際的狀態(tài)(應(yīng)力與線型)與設(shè)計(jì)相接近，施工時(shí)對(duì)各懸臂施工節(jié)段以撓度與應(yīng)力為控制的進(jìn)行觀測(cè)控制，以便在施工中及時(shí)調(diào)整有關(guān)的標(biāo)高參數(shù)，為下節(jié)的模板安裝提供數(shù)據(jù)預(yù)報(bào)，確定下節(jié)段合適的模板標(biāo)高。

5結(jié)語

水陸李大橋掛藍(lán)施工過程中，通過一系列查找安全影響因素、最不利因素下影響結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的分析、影響因素控制等事前防范，做到了掛籃施工安全風(fēng)險(xiǎn)可控，確保了掛藍(lán)施工方案可行，加之現(xiàn)場(chǎng)及時(shí)地采取了“控制線形高程等的應(yīng)對(duì)措施，認(rèn)真把握每道工序的質(zhì)量關(guān)，合理地調(diào)配工料機(jī)”等風(fēng)險(xiǎn)控制手段，使得該橋懸臂掛藍(lán)施工始終是安全有序，有效地降低了施工綜合費(fèi)用，為水陸李大橋的建成通車提供了有力的安全保障。

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