高速铁路大跨度悬臂连续梁施工技术研究

耿立祥 GENG Li-xiang

（北京铁城监理建设责任有限公司，北京 100855）

0 引言

目前我国高速铁路建设正处于蓬勃发展的时期，相比与普速铁路，高速铁路建设要求更为严格，尤其高速铁路桥梁的施工质量对后期铁路运营安全至关重要。当高铁线路上跨复杂交通或较宽河流时，一般多采用连续梁桥，该桥型优点是结构简单受力明确，采用悬臂法施工时对周边环境影响较小，可满足较大跨径的桥梁需求，在后期运营中维护简单；缺点是施工工艺较为复杂，当桥梁跨度越大时对梁体线形要求越为严格，同时高空作业时间较长，对施工人员及下方交通存在较大的安全隐患，因此如何保证大跨度连续梁施工的安全以及梁体成型后的质量及线形满足要求是连续梁施工中的重难点也是关键点。在新建铁路宜昌至郑万高铁联络线YXZQ-2 标横溪河大桥（72+120+64）m 连续梁施工中，由于该连续梁跨度较大且采用悬臂法进行施工，不但存在很高的安全风险，而且对梁体施工质量及线性控制也提出了很高要求。为此项目部对该连续梁施工方案认真规划，同时对连续梁施工中的各项工序进行严格把控等一系列措施，不但安全顺利的完成了该大跨度连续梁施工，而且成形后的梁体质量及线性也满足相关要求。通过现场实际应用，该高速铁路大跨度悬臂连续梁施工所涉及的相关技术在施工中取得很好的效果。

1 工程概况

新建宜昌至郑万高铁联络线杨家塝至兴山段横溪河大桥位于湖北省宜昌市夷陵区乐天溪镇孙家河村附近，桥址区处于山区，地势较为陡峭，桥址范围内植被茂密、灌木丛生。桥梁起止里程起终点里程DK32+818.45～DK33+222.64，桥全长404.19m，桥梁孔跨布置为：（32+48+32）m连续梁+1-32m 简支箱梁+（72+120+64）m 连续梁。其中（72+120+64）m 连续梁里程起讫为DK32+964.84～DK33+222.54（4#墩～兴山台），全长257.5m，中心里程为DK33+093.69，其中5#墩～6#墩之间120m 主跨跨越207 县道，道路与线路大里程夹角为98.29°。5#墩高40m，墩顶设计标高为376.419m，6# 墩高35m，墩顶设计标高为377.968m。5#、6#桥墩采用空心型桥墩。4#墩为双线圆端形实体桥墩；兴山台置于隧道仰拱上。

（72+120+64）m 连续梁为单箱单室、变高度、变截面箱梁，全桥共设5 道横隔梁，分别设于在端支点、中支点处和中跨跨中截面，横隔板设置孔洞，供检查人员通过。梁全长257.5m，截面中心线处梁高8.8m，梁底下缘圆曲线半径436.933m，梁缝边界线至梁端0.15m，边支座横桥向中心距6.2m，中支座横桥向中心距6.2m。梁体混凝土等级C55，封锚C55 干硬性补偿收缩混凝土，其余梁面附属混凝土强度等级C40，钢筋材质HRB400 及HPB300。梁体平面位于曲线，纵坡+20‰，梁体按照曲线梁曲做布置。桥面防护墙内侧净宽9.0m，桥梁宽12.6m，底板宽7.0m。梁体顶板厚度50cm，腹板厚度45～120cm，底板厚度由跨中的48.5cm 按圆曲线变化至中支点梁根部的123.8cm。梁体在0#块边跨底板处设ϕ0.8m 进人洞，作为梁部桥墩检查通道。梁体分5#、6#墩2 个对称挂篮，单个挂篮分15 个悬臂浇筑段，M1（S1）#节段～M6（S6）#节段长3.0m，M7（S7）#～M9（S9）#节段长度3.5m，M10（S10）#～M10（S10）# 节段长度4.0m，S16#边跨合龙段、M16#中跨合龙段节段长度均为2.0m。（图1）

图1 横溪河大桥（72+120+64）m 连续梁结构图

2 连续梁总体施工方案

连续梁施工采用三角挂篮，挂篮主梁长11m，0#块总长13m，0#块施工完成后安装挂篮进行悬臂施工。主要施工程序为：先采用墩顶托架法施工0#段，然后采用挂篮平衡悬臂灌注M1（S1）#～M15（S15）#段混凝土，同时安装支架施工边跨现浇段，接着采用挂篮合龙边跨M16#梁段，然后拆除中墩临时固结，再采用挂篮合龙中跨S16#梁段，最终拆除挂篮，张拉剩余预应力束。兴山台边跨使用盘扣支架法施工，4#墩边跨使用梁柱式支架法施工，合龙段S16#块采用挂篮施工合龙。

3 主要施工工艺

3.1 总体施工工艺流程

总体施工流程：

施工准备→挂篮安装→底外模板调整→底、腹板钢筋及预应力管道安装→内、端模安装→顶板钢筋、预应力管道安装→混凝土浇筑、养护→拆端模板、穿预应力筋→预应力筋张拉→落底模、挂篮前移、管道压浆。

3.2 挂篮安装及调试

浇筑0 号块混凝土时，在箱梁上预埋的竖向φ32 精轧螺纹钢，作为悬臂浇筑过程挂篮的后锚梁锚固点及走行时挂篮的后端点。挂篮浇筑时，通过后锚系统进行锚固；挂篮通过走行轮连接滑道上，保证挂篮在走形时，滑道始终锚固于箱梁预埋的φ32 精轧螺纹钢上。

挂篮进场后由技术先仔细核对、检查有无缺少的部件，然后再用塔吊按顺序垂直吊上，安装。挂篮由承重系统、底模系统、侧模系统、走行系统和锚固系统五大部分组成。首先安装主梁，主梁与前支腿用销轴组装，之后将主梁吊装在滑道上，前支腿中心距离梁端距离不小于300mm。将后支腿从滑道后端套入滑道，推移至距离梁端5155mm，后支腿销板套入主梁销孔后穿入连接销并插入保险销。主梁安装后将立柱与主梁螺栓紧固后，用手动葫芦三向拉固在梁面上，保持立柱垂直。先将4 件后上横梁单件用M32 螺栓组拼为2 拼整体构件。之后吊装到位，安装时，控制对接接头位于桥中线上。之后安装与立柱接触的后上横梁连接小横梁，穿入PSB8303232 精轧钢筋，两端用双螺母紧固，使后上横梁和立柱可靠连接。（图2）

图2 挂篮结构设计图

3.3 挂篮验收

挂篮拼装后，由项目技术负责人、专项施工方案编制、项目专职安全生产管理员、监理单位项目总监理工程师及专业监理工程师以及挂篮加工单位技术负责人挂篮进行使用前的质量验收，验收合格后，方可投入使用。

挂篮施工过程中，每道工序完成后，现场技术必须对该工序的完成情况进行详细检查，特别是挂篮走行到位后标高控制、焊接质量、销轴连接情况按照标准进行验收，组织施工队伍完成“三检制”记录工作。

3.4 挂篮静载试验

在挂篮正式使用前，通过对挂篮加载消除挂篮的非弹性变形；验证挂篮的承载力。实测挂篮的弹性变形，并与理论值进行比较，为计算挂篮立模标高提供依据；卸载后，测定挂篮的回弹量，回弹量即弹性变形量；总沉降量减去弹性变形量即为实测非弹性变形量，并与计算的变形量进行对比修正；在混凝土浇筑时按弹性变形量计算相应待浇节段的预抛高值，进行标高的控制。

由于该连续梁最重节段为1#段，因此在1#块施工前采用在挂篮上逐级加载的办法消除非弹性变形，测定挂篮的弹性变形量，根据测定值设置预拱度。加载方法采用混凝土预制块进行堆载，预制块标号为C20，加载总荷载为最大施工荷载的1.2 倍（即1# 节段72.99m3，模板自重20.56t，施工人员及施工机具荷载（2.5kN/m2），振捣混凝土荷载（2kN/m2），则单侧预压总重为：

挂篮预压时，挂篮加载及卸载应分级进行。加载分级宜为悬臂浇筑节段重量的10%、50%、100%、120%；卸载分级宜为悬臂浇筑节段重量的100%、50%、10%、空载。加载时严格按照荷载布置图的重量堆放预制块。在堆放预制块时将观测点空出，以便水准尺能够竖直插入进行测量观测。

3.5 挂篮走行

挂篮走行是连续梁施工过程中极其重要的环节，由于此时无后锚对挂篮进行固定，仅依靠走行轮与走行轨道之间的作用力做为支撑，因此走行过程安全风险较高。挂篮走行工序流程主要为：挂篮走向前准备→脱内模→脱侧模→脱底模→解除后锚吊杆→顶推前移→安装锚固→调节标高→整体检查。

在挂篮走行前，需安排专人检查各千斤顶及各手拉葫芦、卷扬机、保险绳等，要求技术性能良好。同时检查导滚动架与导梁之间的是否有空隙，如有应进行调整。各关键部件设置的保险装置（如前托梁、后托梁的保险钢丝绳等）必须加设，任何人不得擅自取消。

在滑道安装条文安装滑道垫梁，将手拉葫芦固定在已浇筑完成的梁端位置，然后将挂篮轨道梁移动至梁体上，在将轨道梁固定后松开千斤顶将挂篮桁架慢慢落在轨道梁上。在检查桁架与轨道梁完全接触且无悬空后将挂篮后锚与梁体固定。

3.6 悬浇灌注施工

挂篮拼装或走行到位完成后，便可进行悬浇灌注施工。梁体钢筋在加工场统一加工然后运抵现场进行安装，钢筋安装后安装预应力管道，预应力管道施工必须严格按设计曲线要素定位，波纹管安装以底模为基准，按预应力曲线坐标直接量出相应点的高度，标在已扎箍筋上并用井字架按设计位置固定波纹管。波纹管要内衬PVC 塑料管，在波纹管的最高点处设置压浆排气孔，排气孔嘴用PVC塑料制作，相接部位用防水胶带裹紧。

待梁体钢筋、预应力管道及模板验收无误后方可进行梁体浇筑，砼灌注顺序为先底板，再腹板，后顶板。砼采用泵送，输送泵采用高压泵，砼浇筑遵循左右、前后对称原则，确保对称灌注。浇筑完成后及时覆盖养护。

3.7 悬浇段线形控制

为确保连续梁线形满足要求，在整个施工过程中需要持续性的对梁体线形进行控制，梁体线形控制主要包含两方面，分别是平面线形和纵向线形控：

平面线形控制是在每一现浇段挂篮走行完成后，用全站仪对挂篮中线进行调整，模板加固完成后，对挂篮中线进行复核；纵向线形控制的关键是分析每一施工阶段、每一施工步骤的结构挠度变化状态，控制立模标高。先计算出各梁段的立模预拱度，结合前一梁段的挠度实测值，修正预拱度值后，在下一梁段灌注施工中预以调整立模标高，以便成桥后与设计标高接近。

4 挂篮受力计算

4.1 起重机选择计算

根据设计图纸和实际情况，对挂篮的主要构造进行了空间建模，挂篮验算采用有限元方法，使用大型有限元软件Midas 建立该挂篮的有限元模型。利用有限元方法可以计算出各部件的内力、位移等，并能方便直观的显示出挂篮的位移和应力。

4.2 挂篮受力计算

以1#块浇筑完混凝土时为最不利工作状态进行计算，作用在挂篮上的荷载有：模板自重+1#块混凝土重量+超载+动力附加荷载+人群及施工荷载。挂篮自重由软件自动生成，对应有限元模型见图3。

图3 挂篮组合应力图

①由图3 可知，在最不利荷载组合作用下，主桁架最大拉应力为45.58MPa＜200MPa，满足要求；主桁架最大压应力为47.29MPa＜200MPa，满足要求。

②由图4 可知，在最不利荷载组合作用下，前下横梁最大弯曲应力为46.58MPa＜210MPa，满足要求。

图4 挂篮前横梁应力图

5 安全质量保障措施

①梁体在浇筑前需对其中心线、边线、前后端标高等进行测量复核，同时安排专人检查预应力孔道位置、锚垫板连接、挂篮锚固、前后横梁与吊杆连接等关键部位进行检查，确认无误后方可进行施工。②挂篮立模标高的控制点选择在待浇箱梁节段底板前端底模上，标高的确定应考虑箱梁底面设计标高、设计预抬量、挂篮的弹性变形等参数。③施工中必须按施工方案的要求设置各种安全防护设施，临边设置防护栏杆，孔洞要进行封堵，对四周做安全封闭，在危险部位根据现场实际增设防护设施，并设置警示标识。

6 结束语

通过对横溪河大桥连续梁施工方案认真规划，同时对连续梁施工中的各项工序进行严格把控等一系列措施，不但安全顺利的完成了该大跨度连续梁施工，而且成形后的梁体质量及线性也满足相关要求。通过现场实际应用，该高速铁路大跨度悬臂连续梁施工所涉及的相关技术在施工中取得很好的效果，也为后续类似施工提供了借鉴和参考。