魏 贇

（中鐵十二局集團(tuán)第三工程有限公司，山西 太原 030024）

1 工程概況

興延高速位于京藏高速公路以西，南北走向，南起海淀區(qū)六環(huán)路，北至延慶區(qū)延崇高速公路。它是國(guó)內(nèi)首條PPP模式建設(shè)的高速公路項(xiàng)目，同時(shí)作為延慶2019年世界園藝博覽會(huì)主要通道及2022年北京冬奧會(huì)保障工程，于2016年初正式開(kāi)工。梯子峪特大橋全長(zhǎng)342.6 m，是興延高速主線橋的重點(diǎn)控制性工程，上部結(jié)構(gòu)主橋采用81 m+152 m+81 m懸臂澆筑變截面預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋，成橋效果見(jiàn)圖1。

圖1 梯子峪特大橋俯視圖

橋址范圍屬丘陵低山地貌，場(chǎng)地內(nèi)溝谷、山丘發(fā)育，地形起伏較大。且屬寒冷地區(qū)，年平均氣溫14℃，極端最高氣溫41.4℃，極端最低氣溫-19℃。年平均降雨量481.2 mm，年最大降雨量806.1 mm，年最小降雨量285.9 mm。橋位處山溝匯水面積6.27 km2，百年一遇洪峰流量Q1%=150.4 m3/s，橋位處溝渠流速約3.3 m/s，橋下百年一遇洪水位400.4～396.3 m。

2 橋梁懸澆總體施工方案

主橋箱梁采用單箱單室斷面，左幅墩頂梁高9.5 m，跨中梁高3.8 m，頂寬17.5 m，翼緣板長(zhǎng)3.75 m，1#墩27 m，2#墩48 m?？紤]到地形、氣候、施工周期等多種問(wèn)題，決定橋梁結(jié)構(gòu)采用懸臂現(xiàn)澆施工法。結(jié)構(gòu)懸澆階段劃分為：0#段長(zhǎng)14.0 m，懸臂分為17對(duì)梁段。其梁段數(shù)及梁段長(zhǎng)度從根部至跨中分別為：4×3.5 m、9×4 m、4×4.5 m，累計(jì)懸臂總長(zhǎng)68.0 m?？缰泻蠑n段為2 m，邊跨合攏段為1.5 m，邊跨現(xiàn)澆段長(zhǎng)4.44 m。梁段布置如圖2所示（中跨）。

3 施工關(guān)鍵技術(shù)

3.1 0#塊大體積混凝土施工

3.1.1 0#塊施工方案

0#塊托架施工方案步驟：

（1）在墩身設(shè)置預(yù)埋鋼板，精準(zhǔn)定位并將托架、牛腿和預(yù)埋件連接。托架結(jié)構(gòu)總裝如圖3所示，圖4為托架的現(xiàn)場(chǎng)安裝。

（2）進(jìn)行托架預(yù)壓，檢查其剛度、強(qiáng)度及穩(wěn)定性，消除非彈性變形，測(cè)出彈性變形。

（3）進(jìn)行底模、側(cè)模、內(nèi)模和端模安裝，要求模板在精確定位后鎖定。

（4）嚴(yán)格遵循技術(shù)、規(guī)范和設(shè)計(jì)要求，綁扎底板筋、腹板筋、隔板筋、預(yù)應(yīng)力孔道。

（5）綁扎頂板鋼筋、預(yù)應(yīng)力管道。

（6）預(yù)埋護(hù)欄鋼筋。

（7）嚴(yán)格檢查綁扎各筋、管道，澆筑并養(yǎng)護(hù)混凝土。

圖2 梁段示意圖（單位：cm）

圖3 托架結(jié)構(gòu)總裝圖（單位：cm）

圖4 托架現(xiàn)場(chǎng)安裝圖

3.1.2 0#塊托架構(gòu)造和受力計(jì)算

單托架采用三角斜腿，托架上放置兩組橫梁，橫梁上放置縱向槽鋼架，鋼架上鋪方木及竹膠板做底模，托架通過(guò)螺栓錨固在墩身預(yù)埋件上。兩薄壁墩間采用牛腿縱梁支撐，牛腿與預(yù)埋在墩身上的預(yù)埋件用螺栓連接，牛腿上放著橫墊梁和縱梁，上鋪方木及竹膠板做底模[1]。

托架承受0#段懸臂于墩外的混凝土荷載和模板及施工機(jī)具荷載。用Midas/civil建立托架受力計(jì)算模型，進(jìn)行受力計(jì)算[2]，結(jié)果如下：

（1）底模剛架計(jì)算

腹下槽鋼和底板下槽型鋼承受的荷載是結(jié)構(gòu)自重和施工人員、機(jī)具荷載，以應(yīng)力最大的腹下槽鋼為例，應(yīng)力如圖5所示。計(jì)算得：鋼架的變形非常小，每個(gè)節(jié)點(diǎn)均小于1 mm；腹板鋼架桿件的最大應(yīng)力是68.45 MPa，鋼架桿件的最大應(yīng)力是49.0 MPa，小于型鋼Q235鋼材的設(shè)計(jì)值f=205 MPa，滿(mǎn)足要求。

圖5 腹下槽鋼應(yīng)力圖

（2）外橫梁計(jì)算

兩根外橫梁承受槽鋼架的傳力，荷載是腹板下作用力，分別是7.9 t和9.1 t，底板下則分別是5.5 t和6.5 t。以應(yīng)力最大的內(nèi)側(cè)外橫梁為例，應(yīng)力如圖6所示。計(jì)算得：最大位移為3 mm。外橫梁（內(nèi)）最大應(yīng)力是75 MPa＜f=205 MPa，滿(mǎn)足要求。

圖6 工況2應(yīng)力圖

（3）三角托架計(jì)算

三角托架承受的荷載是外橫梁傳力，外側(cè)最大為78.8 t，內(nèi)側(cè)最大為93.3 t。計(jì)算得：三角托架的最大位移為1 mm，最大應(yīng)力為119 MPa＜f=205 MPa，滿(mǎn)足要求。

（4）三角托架的連接螺栓及預(yù)埋件計(jì)算

單螺栓和螺栓群依據(jù)作用位置不同分別進(jìn)行了受力分析，得到受力最大的螺栓所受合力為，滿(mǎn)足要求。

（5）中縱梁計(jì)算

中縱梁在兩腹板各放置4根，底板放置8根。分別計(jì)算腹板下和底板下的中縱梁，應(yīng)力如圖7所示?？傻茫褐锌v梁的最大位移為3 mm，中縱梁最大應(yīng)力為89.1 MPa＜f=205 MPa，滿(mǎn)足要求。

圖7 中橫梁應(yīng)力圖

（6）內(nèi)橫梁計(jì)算

內(nèi)橫梁是放置在兩薄壁墩之間的橫向分配梁，承受在中縱梁和邊縱梁傳遞的力的作用，應(yīng)力如圖8所示。計(jì)算得：橫梁最大位移在兩側(cè)，為5 mm，內(nèi)橫梁最大應(yīng)力為125 MPa＜f=205 MPa，滿(mǎn)足要求。

圖8 內(nèi)橫梁應(yīng)力圖

（7）牛腿處螺栓連接計(jì)算

牛腿支撐位置的螺栓受力分析，按照內(nèi)橫梁牛腿支點(diǎn)處的受力最大是167.2 t，支點(diǎn)距離墩邊是220 mm，所以螺栓群承受的彎矩則是368 kN·m。計(jì)算分析得：螺栓承受的剪力111.47 kN＜承壓承載力設(shè)計(jì)值278.66 kN，滿(mǎn)足要求。

3.1.3 小結(jié)

經(jīng)過(guò)計(jì)算分析，該托架完全滿(mǎn)足該工程0#塊的使用要求，實(shí)際施工也得到了進(jìn)一步驗(yàn)算。表明該托架結(jié)構(gòu)型式簡(jiǎn)單，加工方便，安裝便捷，受力合理，既保證了結(jié)構(gòu)體系所需的抗彎及抗剪強(qiáng)度，同時(shí)也大大加快了工期，效果良好。

3.2 懸澆施工工藝及掛籃總體構(gòu)造

3.2.1 施工工藝

懸澆施工方案的掛籃逐段澆筑施工工藝程序?yàn)椋旱孛骖A(yù)拼裝掛籃→0#段拼裝掛籃→掛籃預(yù)壓→澆筑①段→掛籃前移、調(diào)整、錨固→澆筑下一梁段→依次完成各段懸臂澆筑→拆除掛籃→合攏。該橋?yàn)榱丝s短施工時(shí)間，混凝土澆筑采用一次澆筑成形，先澆底板、腹板，后澆頂板[3]。

3.2.2 菱形掛籃的總體構(gòu)造

菱形型式具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，桿件受力明確，計(jì)算簡(jiǎn)便的特點(diǎn)，其承載能力大，掛籃剛度大，變形小，安裝與拆卸方便，移動(dòng)靈活，定位準(zhǔn)確，調(diào)整方便。菱形掛籃主體部分由主桁架、行走及錨固裝置、懸吊系統(tǒng)、底模系統(tǒng)、內(nèi)外模系統(tǒng)組成。整體一套菱形掛籃長(zhǎng)10.8 m，總重100 t。適用于最大梁段重285.3 t，最大梁段長(zhǎng)度4.5 m。掛籃總體構(gòu)造如圖9所示，掛籃施工過(guò)程如圖10所示。

圖9 掛籃結(jié)構(gòu)總圖（單位：mm）

圖10 現(xiàn)場(chǎng)掛籃施工圖

掛籃主桁架系統(tǒng)由兩片菱形桁架連接系和桁間橫聯(lián)組成，主桁橫聯(lián)將之聯(lián)成整體，節(jié)點(diǎn)與上下弦桿焊接。行走裝置由行走輪、軌道、千斤頂頂推設(shè)施等組成。掛籃前移時(shí)，用千斤頂牽引前支點(diǎn)，帶動(dòng)整個(gè)掛籃向前移動(dòng)；澆筑混凝土?xí)r，桁架后端用6根?40精軋螺紋鋼錨固在已澆筑的梁段上。底模系統(tǒng)前后設(shè)置8個(gè)懸吊點(diǎn)，前懸吊點(diǎn)采用鋼板吊帶，后懸吊點(diǎn)腹板內(nèi)側(cè)采用鋼板吊帶，腹板外側(cè)采用?40精軋螺紋鋼筋懸吊，內(nèi)外模滑梁采用?32精軋螺紋鋼筋吊桿懸吊。橋面施工通道凈高度可達(dá)2.3 m以上。施工中通過(guò)調(diào)整前后底橫梁標(biāo)高實(shí)現(xiàn)箱梁底板的曲線變化。底模系統(tǒng)由底模板、前后橫梁和底縱梁組成，底模采用鋼模板，縱梁為40#工字鋼，前后底橫梁均采用45#工字鋼。外模采用鋼模，外側(cè)設(shè)置鋼支架，鋼支架與模板焊接在一起。內(nèi)模采用木模，外圍設(shè)置頂部加固框架及側(cè)向加固框架，頂部加固框架橫向可調(diào)。內(nèi)外模均采用對(duì)拉桿加固。各部分協(xié)同合作共同完成懸澆任務(wù)。

3.3 懸澆段施工

3.3.1 掛籃預(yù)壓

在掛籃完成底模架和側(cè)模拼裝、初步調(diào)整掛籃標(biāo)高后，需對(duì)掛籃進(jìn)行預(yù)壓來(lái)檢測(cè)安全可靠性和彈性變形值，為懸臂梁澆筑施工時(shí)的線形變化提供數(shù)據(jù)，并消除掛籃的非彈性變形。

采用在底模放置混凝土預(yù)制塊方式進(jìn)行預(yù)壓，預(yù)壓重量取最重的1#塊段鋼筋混凝土重量的1.2倍，加載重量為342.36 t。逐級(jí)加載依次為0%-60%-100%-120%，前三級(jí)加載完成后，應(yīng)每間隔0.5 h對(duì)掛籃沉降量進(jìn)行監(jiān)測(cè)，最后一次加載完畢持荷1 h后進(jìn)行變形測(cè)量。當(dāng)掛籃測(cè)點(diǎn)連續(xù)2次沉降差平均值均小于2 mm時(shí)，方可繼續(xù)加載。同時(shí)觀測(cè)變形撓度，滿(mǎn)載后每天早晚各測(cè)一次變形量，若連續(xù)3 d總變形量小于2 mm，則認(rèn)為變形穩(wěn)定。全過(guò)程要嚴(yán)格遵循分級(jí)逐步加載，不要破壞測(cè)試基準(zhǔn)點(diǎn)。同時(shí)預(yù)壓測(cè)得的變形量作為施工時(shí)底模板立模和調(diào)整標(biāo)高，便于施工過(guò)程調(diào)整立模標(biāo)高，使結(jié)構(gòu)施工到達(dá)精準(zhǔn)的設(shè)計(jì)位置。

3.3.2 掛籃前移與調(diào)整

（1）掛籃的調(diào)整

掛籃拼裝完成后，要結(jié)合水準(zhǔn)儀和全站儀測(cè)點(diǎn)控制前段角點(diǎn)坐標(biāo)，對(duì)底模標(biāo)高和中心位置進(jìn)行調(diào)整達(dá)到設(shè)計(jì)位置。懸臂施工過(guò)程中前端高程處于動(dòng)態(tài)變化過(guò)程中，施工時(shí)必須預(yù)先對(duì)梁端設(shè)置一定預(yù)拋高，才能使成橋線形達(dá)到設(shè)計(jì)位置。此時(shí)，立模標(biāo)高=設(shè)計(jì)高程+掛籃變形+結(jié)構(gòu)預(yù)拋高。

（2）掛籃的前移

掛籃在其走行滑道上劃出刻度，由油壓千斤頂對(duì)稱(chēng)均勻、平穩(wěn)地向前移，兩端前移的距離偏差不超過(guò)0.2 m。施工中材料、設(shè)備、人員等荷載，不得集中一端或超過(guò)偏差。前移到位后，立即將后錨固桿連接，經(jīng)檢查合格后進(jìn)行箱梁塊施工。前移過(guò)程中，對(duì)稱(chēng)掛籃前移時(shí)要對(duì)稱(chēng)同步進(jìn)行，底模平臺(tái)前端與前上橫梁間需設(shè)置防止底模平臺(tái)掉落的保險(xiǎn)措施，及時(shí)調(diào)整掛籃走行時(shí)的中線誤差，掛籃不得與梁體上任何部位擠掛。

3.3.3 合攏段施工

合攏段施工采用采微膨脹混凝土，用掛籃吊架法澆筑，即懸臂端施工完成后，利用現(xiàn)有掛籃形成吊架，設(shè)置平衡配重，焊接勁性骨架支撐，解除支座鎖定，保證梁體縱向溫度變形不受約束。澆筑過(guò)程中同時(shí)卸載配重荷載，保證總體荷載不變，使其豎向變形相對(duì)穩(wěn)定，不產(chǎn)生相對(duì)豎向位移。待養(yǎng)護(hù)達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度100%后，拆除勁性骨架，張拉預(yù)應(yīng)力束至設(shè)計(jì)張拉力，完成二期鋪裝，實(shí)現(xiàn)成橋，如圖11、圖12所示。

圖11 成橋圖一

圖12 成橋圖二

3.4 線形控制要點(diǎn)

橋梁的建設(shè)過(guò)程中，受多種因素影響，預(yù)應(yīng)力張拉損失、溫度、混凝土收縮徐變等，都會(huì)造成成橋?qū)嶋H線形偏離設(shè)計(jì)位置[4]。因此，施工過(guò)程中要精準(zhǔn)地進(jìn)行結(jié)構(gòu)線形控制，一旦出現(xiàn)偏差，要立即進(jìn)行偏差控制和調(diào)整。每一階段的混凝土澆筑、預(yù)應(yīng)力張拉、掛籃前移產(chǎn)生的變形，節(jié)段澆筑、合攏、體系轉(zhuǎn)化及二期鋪裝等的內(nèi)力，均控制在可接受范圍以?xún)?nèi)，保證橋梁的內(nèi)力、線形滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

梯子峪特大橋采用預(yù)測(cè)控制法進(jìn)行線形控制，施工控制分析的步驟為：

（1）依據(jù)施工圖紙進(jìn)行初步計(jì)算，檢查施工進(jìn)度安排等與初始計(jì)算是否符合。

（2）按照施工步驟進(jìn)行計(jì)算。

（3）以前一階段的計(jì)算結(jié)果、位移、受力狀態(tài)為基礎(chǔ)進(jìn)行下一階段的計(jì)算。

（4）得出各階段的位移之后，根據(jù)后續(xù)施工階段對(duì)本階段的影響，進(jìn)行倒退分析得出各階段橋梁結(jié)構(gòu)的合理狀態(tài)和立模標(biāo)高[5]。

4 結(jié) 語(yǔ)

該橋于2015年年底施工進(jìn)場(chǎng)，2016年3月樁基施工，2017年10月主橋合攏?？紤]冬歇期，橋梁主體結(jié)構(gòu)有效工期18個(gè)月，滿(mǎn)足了興延高速橋梁控制工期的要求，為2019年4月興延高速的正式開(kāi)通奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。上部結(jié)構(gòu)懸澆施工主要結(jié)論：

（1）托架計(jì)算變形小于1 mm，保證了0#塊不會(huì)因變形導(dǎo)致內(nèi)部出現(xiàn)微裂縫，提高了0#塊的抗裂性、耐久性，保證成型后的受力均勻、線形達(dá)到設(shè)計(jì)位置；

（2）掛籃重量選擇為最重懸澆段的1/3～1/2，既滿(mǎn)足懸澆承載要求，也保證了施工掛籃荷載適宜；

（3）通過(guò)施工監(jiān)測(cè)與控制相結(jié)合，不斷調(diào)整線型，使其最大限度的接近了設(shè)計(jì)預(yù)期值，確保了橋梁施工安全和正常運(yùn)行；

（4）合攏段懸澆和掛籃前移過(guò)程保持T構(gòu)兩端受力平衡，避免偏載造成結(jié)構(gòu)側(cè)傾；

（5）中跨合攏段在焊接勁性骨架前，在兩懸臂段施加合攏段一半重量的配重，澆筑過(guò)程中同步卸載，確保了總體荷載不變，豎向變形穩(wěn)定，避免了兩懸臂段的相對(duì)位移。