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第五节 悬臂施工法
一 概 述
二 悬臂拼装法施工
三 悬臂浇筑法施工
第六章 桥梁结构工程
一、概 述
悬臂施工法：
以桥墩为中心向两岸对称、逐节悬臂接长的施工方法。
发展：
最早用于修建预应力T型刚构桥，由于其优越性，后来推广用于预应力砼悬臂梁桥、连续梁桥、斜腿刚构桥、桁架桥、拱桥及斜拉桥等。
（一）悬臂施工法特点
1.预应力砼连续梁及悬臂梁桥：需进行体系转换
在悬臂施工时，梁墩采取临时固结，合拢前撤消，结构呈悬臂梁受力状态，待结构合拢后形成连续梁体系。
2.桥跨间不需搭设支架，施工不影响桥下通航或行车。
3.多孔桥跨结构可同时施工，加快施工进度。
4.悬臂施工法充分利用预应力砼承受负弯矩能力强的特点，将跨中正弯矩转移为支点负弯矩，使桥梁跨越能力提高，并适合变截面桥梁的施工。
5. 施工费用较省，可降低工程造价。
（二）悬臂施工法的分类
1、悬臂拼装法
悬臂拼装法利用移动式悬拼吊机将预制梁段起吊至桥位，然后采用环氧树脂胶及钢丝束预施应力连接成整体。
采用逐段拼装，一个节段张拉锚固后，再拼装下一节段。
2、悬臂浇筑法
悬臂浇筑采用移动式挂篮作为主要施工设备，以桥墩为中心，对称向两岸逐段浇筑砼，砼达到强度后张拉预应力束，再移动挂篮，进行下一节段施工。每个节段长度一般2～6m。节段过长，增加砼自重及挂篮结构重力、平衡重及挂篮后锚设施；节段过短，影响施工进度。
(三)悬臂浇筑法与悬臂拼装法的比较
1.施工进度方面
悬臂浇筑：砼中加入早强剂，每节段施工周期通常5～7天。
悬臂拼装：预制节段与桥梁下部结构的平行作业，拼装仅占用吊装定位、环氧胶粘贴、穿束张拉等工序。一个节段1～1.5天。
拼装比浇筑快，适合于快速施工。
2.结构整体性方面
浇筑法：梁体钢筋焊接，梁体表面砼凿毛，结构整体性较好。
拼装法：块件预制，本身质量较易保证，组拼时采用环氧胶粘接，预应力束在预留孔道中穿束张拉连接，结构整体性差。
3.施工适应性
悬臂浇筑：冬季施工，砼蒸汽养护难度较大，所以受地域季节条件影响，但不受桥下地形、水文或建筑物影响。
悬臂拼装：预制场预制，养生条件好，环氧树脂胶接缝有在零下15℃施工实例，干接缝则不受低温影响。从桥下运输节段，再由悬拼吊机吊起就位，对桥下地形及水文等情况有一定要求。
4.起重能力要求
悬臂浇筑：对起重能力要求不高，仅起吊钢筋骨架及砼。
悬臂拼装：需起吊节段块件，要求悬拼吊机起吊能力较大。悬拼吊机一般采用贝雷桁架或万能杆件拼装。
二、悬臂拼装法施工
悬臂拼装施工：块件的预制、运输、拼装、合拢。
预应力砼箱形T构采用悬臂拼装法施工。
（一）块件预制
1、预制方法
箱梁块件采用立式预制方法。
桁架梁段采用卧式预制方法。
1）长线预制
长线预制是在预制厂或施工现场按桥梁底缘曲线制作固定的底座，在底座上安装底模进行块件预制工作。形成梁底缘的底座有多种方法：
A：利用预制场地形堆筑土胎，经加固夯实后铺砂石层并在其上面做砼底板；
B：有石料的山区用石砌圬工筑成梁底缘的形状；
C：地质条件较差的预制场地需采用打短桩基础，再搭设排架形成梁底曲线。排架可用木材或型钢组成。
箱梁节段的预制在底板上进行。
模板：常采用钢模，每段一块，以便于装拆使用。
为加快施工进度，保证节段之间密贴，常采用先浇筑奇数节段，然后利用奇数节段砼的端面弥合浇筑偶数节段。
也可以采用分阶段的预制方法。
当节段砼强度达到设计强度70％以上后，可吊出预制场地。
2）短线预制
由可调整外部及内部模板的台车与端模架来完成。
第一节段砼浇筑完成后，在其相对位置上安装下一节段模板，并利用第一节段的端面作为第二节段的端模完成砼的浇筑工作。
短线预制适合工厂节段预制，设备可周转使用，每条生产线平均五天可生产四块，但节段的尺寸和相对位置的调整要复杂一些。
此法亦称活动底座法。
3）卧式预制 桁架梁的预制节段，常采用卧式预制。
场地：要有一个较大的地坪，地坪的高低要经过测量，并有足够的强度，不致产生不均匀沉陷。
对相同的节段可在已预制完成的节段上安装模板进行叠制，两层构件间常用塑料布或涂机油等法分隔。
无论是箱梁或桁架构件的预制，都要求相邻构件之间接触密贴，故必须以前面浇筑块件的端面作为后来浇筑构件的端模，同时必须采用隔离剂(薄膜、废机油、皂类等)使块件出坑时相互容易从接缝处脱离。
国外一般叫做“配合浇筑”法。
2、定位器和孔道形成器
设置定位器的目的是使预制梁块在拼装时能准确而迅速地安装就位。
有的定位器不仅能起到固定位置的作用，而且能承受剪力。这种定位装置称抗剪楔或防滑楔。
块件预制时，除注意预埋定位器装置外，尚须注意按正确位置预埋孔道形成器和吊点装置(吊环或竖向预应力粗钢筋)等。
（二）块件运输
分为场内运输、块件装船、浮运三个阶段。
1、场内运输
存梁场或预制台座布置在岸边，有大型悬臂浮吊时，用浮吊直接从存梁场或预制台座将块件吊放到运梁驳船上浮运。
预制底座垂直河岸，存梁场设于底座轴线延长线上，由预制场上龙门吊机运输，块件上船也可用预制场的龙门吊机。
预制底座平行河岸，场内运输应另备运梁平车进行。栈桥上也必须另设起重吊机，供吊运块件上船。
预制场与栈桥距离较远时，应首先考虑采用平车运输。起运前要将块件安放平稳，底面坡度不同的块件要使用不同厚度的楔形木来调整。块件用带有花篮螺丝的缆索保险。
2、块件装船
块件装船在专用码头上进行。码头的主要设施是施工栈桥和块件装船吊机。
栈桥长度：应保证在最低施工水位时驳船能进港起运；
栈桥高度：要考虑在最高施工水位时栈桥主梁不应被水淹；
栈桥宽度：要考虑到运梁驳船两侧与栈桥之间需有不少于0.5m的安全距离。
栈桥起重机：起重能力和主要尺寸(净高和跨度)应与预制场上的吊机相同。
3、浮运
浮运船只应根据块件重量和高度来选择，可采用铁驳船、坚固的木趸船、水泥驳船或用浮箱装配。
为了保证浮运安全，应设法降低浮运重心。开口舱面的船应尽量将块件置于船舱底板。必须置放在甲板面上时，要在舱内压重。
块件的支垫应按底面坡度用碎石子堆成，满铺支垫或加设三角形垫木，以保证块件安放平稳。块件一般较大，还需以缆索将块件系紧固定。
（三）悬臂拼装
1、悬拼方法
靠岸边桥跨不高且可在陆地或便桥上施工时，可采用自行式吊车、门式吊车来拼装。
对于河中桥孔，也可采用水上浮吊进行安装。
桥墩很高或水流湍急而不便在陆上、水上施工时，就可利用各种吊机进行高空悬拼施工。
1）悬臂吊机拼装法
悬臂吊机由纵向主桁架、横向起重桁架、锚固装置、平衡重、起重系、行走系和工作吊篮等部分组成。
纵向主桁为吊机主要承重结构，可由贝雷片、万能杆件、大型型钢等拼制。一般由若干桁片构成两组，用横向联结系联成整体，前后用两根横梁支承。
横向起重桁是供安装起重卷扬机直接起吊箱梁块件之用的构件。向纵向主桁传递外荷载。
设置锚固装置和平衡重：拼装墩柱附近块件的双悬臂吊机，可用锚固横梁及吊杆将吊机锚固于零号块上，对称起吊箱梁块件，不需要设置平衡重。
单悬臂吊机：可不设平衡重，将吊机锚固在块件吊环上或竖向预应力筋的螺丝端杆上。
起重系：一般是由50kN电动卷扬机、吊梁扁担及滑车组等组成。
吊机整体纵移：可采用钢管滚筒在木走板上滚移，由电动卷扬机牵引。牵引绳通过转向滑车系于纵向主桁前支点的牵引钩上。
横向起重桁架行走：采用轨道平车，用倒链滑车牵引。
工作吊篮：悬挂于纵向主桁前端的吊篮横梁上，吊篮横梁由轨道平车支承以便工作吊篮的纵向移动。
工作吊篮供预应力钢丝穿束、千斤顶张拉、压注灰浆等操作之用。可设上、下两层，上层供操作顶板钢束用，下层供操作肋板钢束用。只设一层，工作吊篮可用倒链滑车调整高度。
吊装墩柱两侧附近块件，往往采用双悬臂吊机的形式；当块件拼装至一定长度后，改装成两个独立的单悬臂吊机。但在桥跨径不太大，孔数也不多的情况下，有的工地就不拆开墩顶桁架而在吊机两端不断接长进行悬拼，以免每拼装一对块件就将对称的两个单悬臂吊机移动和锚固一次。
当河中水位较低——运输箱梁块件的驳船船底标高低于承台顶面标高，驳船无法靠近墩身时，双悬臂吊机的设计往往要受安装一号块件时的受力状态所控制。为不增大主桁断面以节约用钢量，对双悬臂吊机采取特别措施：
斜撑法 对拉法
斜撑法：即以临时斜撑增加纵向主桁的支点以改善主桁的受力状况。斜撑的下端支于墩身牛腿上，上端与主桁加强下弦杆铰接。当块件从驳船上吊起并内移至安全距离以后，将块件临时搁置于承台上的临时支架上，再以千斤顶顶起吊机，除去斜撑，继续起吊块件，内移就位。
用此法起吊块件安全可靠，但增加了起吊工序和材料用量。
2）连续桁架拼装法
移动式 固定式
移动式：连续桁架长度大于桥的最大跨径，桁架支承在已拼装完成的梁段和待拼墩顶上，由吊车在桁架上移运块件进行悬臂拼装。
固定式：连续桁架的支点均设在桥墩上，而不增加梁段的施工荷载。
移动式连续桁架，其长度大于两个跨度，有三个支点。这种吊机每移动一次可以同时拼装两孔桥跨结构。
3）起重机拼装法
可用伸臂吊机、缆索吊机、龙门吊机、人字扒杆、汽车吊、履带吊、浮吊等起重机进行悬臂拼装。吊机可以支承在墩柱上、已拼好的梁段上或处在栈桥上、桥孔下。
悬臂吊机需满足要求：
(1)起重能力能满足起吊最大块件的需要，
(2)吊机便于纵向移动，移动后又能固定于一个拼装位置；
(3)吊机处在一个位置上进行拼装时，能方便地起吊块件作竖向提升和纵、横向移动，以便调整块件拼装位置；
(4)吊机的结构尽量简单，便于装拆。
2、接缝处理及拼装程序
1）一号块和调整块用湿接缝拼装
一号块件即墩柱两侧的第一块，一般与零号块以湿接缝相接。
一号块是T型刚构两侧悬臂箱梁的基准块件。T构悬拼施工时，防止上翘和下挠的关键在于一号块定位准确，必须采用各种定位方法确保一号块定位的精度。
定位后的一号块可由吊机悬吊支承，也可用临时托架支承。
为便于进行接缝处管道接头操作、接头钢筋的焊接和砼振捣作业，湿接缝一般宽0.1～0.2m。
一号块件拼装和湿接缝处理的程序：
(1)块件定位，测量中线及高程，
(2)接头钢筋焊接及安放制孔器(非暗管结构的箱梁无此要求)；
(3)安放湿接缝模板；
(4)浇筑湿接缝砼(用高标号砂浆或小石子砼)；
(5)湿接缝砼养护脱模，
(6)穿一号块预应力筋(束)，张拉锚固。
2）其他块件用胶接缝或干接缝拼装
其他块件的拼装程序：
(1)利用悬拼吊机将块件提升，内移就位，进行试拼，
(2)移开块件，与已拼块件保持约0.4m的间距；
(3)穿束；
(4)涂胶(双面涂胶)；
(5)块件合拢定位(利用定位器并施加压力)，测量中线及高程，检查块件出坑前所作跨缝弹线是否吻合；
(6)张拉预应力筋(束)，观察块件是否滑移，然后锚固。
3、穿束及张拉
1）穿束
T型刚构桥纵向预应力钢筋的布置特点：
(1)较多集中于顶板部位。(2)钢束布置对称于桥墩。
明槽钢丝束通常为等间距排列，锚固在顶板加厚的部分(这种板俗称“锯齿板”)。
加厚部分预制时留有管道。
穿束时先将钢丝束在明槽内
摆放平顺，然后再分别将钢
丝束穿人两端管道之内。钢
丝束在两头伸出长度相等。
2）张拉
纵向预应力钢丝束的张拉次序按以下原则确定：
(1)对称于箱梁中轴线，钢束两端同时成对张拉，
(2)先张拉肋束，后张拉板束，
(3)肋束的张拉次序是先张拉边肋，后张拉中肋(若横断面为三根肋，仅有二对千斤顶时)；
(4)同一肋上的钢丝束先张拉下边的，后张拉上边的；
(5)板束的次序是先张拉顶板中部的，后张拉边部的。
（四）、悬臂挠度控制
1、悬拼挠度
悬拼施工过程中所产生的挠度，涉及到梁体自重、预应力、砼徐变、施工荷载等的作用。
鉴于施工挠度与许多不定因素有关，要精确计算施工挠度是非常困难的。
刚构悬臂梁的挠度包括：
由恒载、活载、预应力及砼徐变产生的刚构悬臂梁的挠度；
由不对称恒载、活载及风荷载引起刚构墩柱和刚构基础变形所产生的悬臂梁挠度。
2、安装误差的控制和纠正
不少采用悬臂拼装施工的T构桥上挠值大大超过计算值。这种情况主要是由安装误差引起的。
影响安装误差的因素很多，最关键的是一号块件定位和胶接缝施工。一号块定位不准，则以后拼装的各个块件均将偏离预计的位置，其偏离值与该块件距梁根部的距离成正比。
胶接缝施工时胶浆涂层太厚、接缝加压不均匀，势必也引起梁的意外上翘，可采取如下措施：
1.一号块定位时按计算的悬臂挠度及需设的预拱度确定正确的定位位置，并仔细准确地进行定位；
2.其他块件胶接缝的涂层尽量减薄，并且在临时的均匀压力下固化；
3. 上翘可采取的措施：
(1)通过多次涂胶将胶接缝做成上厚下薄的胶接层，以调整上翘度；
(2)在接缝上缘的胶层内加垫钢板，增加接缝厚度；
(3)凿打端面，将块件端面凿去一层砼，凿去的厚度沿截面的上、下方向按需要变化，然后涂胶拼接；
(4)增加一个湿接缝调整。
三、悬臂浇筑法施工
悬臂浇筑法施工是桥梁施工中难度较大的施工工艺，需要一定的施工设备及一支熟悉悬臂浇筑工艺的技术队伍。由于80％左右的大跨径桥梁均采用悬臂浇筑法施工，通过大量实桥施工，使悬臂浇筑施工工艺日趋成熟。
下面按悬浇施工程序、0号块施工、梁墩临时固结、施工挂篮、浇筑梁段砼、结构体系转换、合拢段施工及施工控制几个方面进行较详细介绍。
（一）、悬臂浇筑施工程序
逐跨连续悬臂施工法 T构—单悬臂梁—连续梁施工法
T构—双悬臂梁—连续梁施工法
1、逐跨连续悬臂施工法
B墩梁墩临时固结，进行悬臂施工——岸跨边段合拢，B墩临时固结释放，形成单悬臂梁——C墩梁端墩临时固结，悬臂浇筑施工——BC跨中间合拢，释放C墩临时固结形成带悬臂的两跨连续梁——CD跨中间合拢，形成带悬臂的三跨连续梁。
2、T构—单悬臂梁—连续梁施工法
B墩梁墩固结，进行悬臂施工——岸跨边段合拢，释放B墩临时固结，形成单悬臂梁——C墩梁墩固结，进行悬臂施工——岸跨边段合拢，释放C墩临时固结，形成单悬臂梁——BC跨中段合拢，形成三跨连续梁结构。
多增设两套挂篮设备，BC墩同时悬臂浇筑施工，两岸跨边段合拢，释放B、C墩临时固结，最后中间合拢，成三跨连续梁，以加速施工进度，达到缩短工期目的。
3、T构—双悬臂梁—连续梁施工法
B墩梁墩固结，进行悬臂施工——C墩梁墩固结，进行悬臂施工——BC跨中间拢，释放B、C墩的临时固结，形成双悬臂梁——A端岸跨边段合拢——D墩梁墩固结，进行悬臂施工——CD跨合拢，释放D墩临时固结——D端岸跨边段合拢，完成施工。
本方法当结构呈双悬臂梁状态时，结构稳定性较差，所以一般遇大跨径或多跨连续梁时不采用上述方法。
（二）、悬臂梁段0号块施工
墩顶0号块梁段采用在托架上立模现浇，并在施工过程中设置临时梁墩锚固、承受两侧悬臂施工时的不平衡力矩。
（三）梁墩临时固结措施
结构用T型刚构，与墩身刚性连接，不存在临时固结问题。
悬臂梁桥及连续梁桥采用悬臂施工法，0号块梁段与桥墩间临时固结或支承措施有下列几种形式：
1、将0号块梁段与桥
墩钢筋或预应力筋临时
固结，待需要解除固结
时切断。
2、在桥墩一侧或两侧加临时支承或支墩。
3、将0号块梁段临时支承在扇形或门式托架二侧。
4、临时支承可用硫磺水泥砂浆块，砂筒或砼块等卸落设备，以使体系转换时，较方便地撤除临时支承。
临时梁墩固结要两侧对称，施工时有一个梁段超前的不平衡力矩，应验算其稳定性，稳定性系数不小于1.5。
（四）、施工挂篮
挂篮是悬臂浇筑施工的主要机具，能沿着轨道行走，悬挂在已经张拉锚固的箱梁梁段上，悬臂浇筑时箱梁梁段的模板安装、钢筋绑扎、管道安装、砼浇筑、预应力张拉、压浆等工作均在挂篮上进行。
当一个梁段的施工程序完成后，挂篮解除后锚，移向下一梁段施工。所以挂篮既是空间的施工设备，又是预应力筋未张拉前梁段的承重结构。
1、挂篮形式
梁式挂篮 斜拉式挂篮 组合斜拉式挂篮
1）梁式挂篮
底模板(1)、悬吊系统(2，3，4)、承重结构(5)、行走系统(6)、平衡重(7)、锚固系统(8)、工作平台(9)
用梁式挂篮施工初始几对梁段时，由于墩顶位置限制，施工常将两侧挂篮的承重结构临时联结在一起，待梁段浇筑到一定长度后，再将两侧承重结构分开。
2）、斜拉式挂篮
斜拉式挂篮也称为轻型挂篮。随着桥梁跨径越来越大，为了减轻挂篮自重，以达到减少施工阶段增加的临时钢丝束，在梁式挂篮的基础上研制了斜拉式挂篮。
3）、组合斜拉式挂篮
组合斜拉式挂篮是在斜拉式挂篮基础上改进的一种新结构形式。
挂篮自重更轻，承重比不大于0.4，最大变形量不大于20mm，走行方便，箱梁段施工周期更短。
（五）、悬臂浇筑梁段砼
悬臂浇筑梁段砼时需注意以下几点：
1、挂篮就位后，安装并校正模板吊架，此时应对浇筑预留梁段砼进行抛高，以使施工完成的桥梁符合设计标高。抛高值包括施工期结构挠度，因挂篮重力和临时支承释放时支座产生的压缩变形等。
2、模板安装应核准中心位置及标高，模板与前一段砼面应平整密贴。如上一节段施工后出现中线或高程误差需要调整时，应在模板安装时予以调整。
3、安装预应力预留管道时，应与前一段预留管道接头严密对准，并用胶布包贴，防止灰浆渗入管道。管道四周应布置足够定位钢筋，确保预留管道位置正确，线形和顺。
4、浇筑砼时，可以从前端开始，应尽量对称平衡浇筑。浇筑时应加强振捣，并注意对预应力预留管道的保护。
5、为提高砼早期强度，以加快施工速度，在设计砼配合比时，一般加入早强剂或减水剂。砼梁段浇筑一般5～7天一个周期。为防止砼出现过大的收缩、徐变，应在配合比设计时按规范要求控制水泥用量。
6、梁段拆模后，应对梁端的砼表面进行凿毛处理，以加强接头砼的连接。
7、箱梁梁段砼浇筑，一般采用一次浇筑法，箱梁断面较大时，梁段砼数量较多，可分二次浇筑，先浇筑底板到肋板倒角以上，待底板砼达一定强度后，再支内模，浇筑肋板上段和顶板。其接缝按施工缝要求进行处理。
8、箱梁梁段分次浇筑砼时，为了不使后浇砼的重力引起挂篮变形，导致先浇砼开裂，要有消除后浇砼引起挂篮变形的措施。一般可采取下列方法：
①水箱法：浇筑砼前先在水箱中注入相当于砼重量的水，在砼浇筑中逐渐放水，使挂篮负荷和挠度基本不变。
②浇筑砼时根据砼重量变化，随时调整吊带高度。
③将底模梁支承在千斤顶上，浇筑砼时，随砼重量的变化，随时调整底模梁下的千斤顶，抵消挠度变形。
（六）合拢段施工
在合拢段施工过程中，由于昼夜温差影响，现浇砼的早期收缩、水化热影响，已完成梁段砼的收缩、徐变影响，结构体系的转换及施工荷载等因素影响，因此，需采取必要措施，以保证合拢段的质量。
1.合拢段长度选择。
满足施工操作的前提下，应尽量缩短，一般1.5～2.0m。
2.合拢温度选择。
一般宜在低温合拢，遇夏季应在晚上合拢，并用草袋等覆盖，并加强接头砼养护，使砼早期结硬过程中处于升温受压状态。
4、合拢段采用临时锁定措施，采用劲性型钢或预制的砼柱安装在合拢段上下部作支撑，然后张拉部分预应力束筋，待合拢段砼达到要求强度后，张拉其余预应力束筋，最后再拆除临时锁定装置。
5、为保证合拢段施工时砼始终处于稳定状态，在浇筑之前各悬臂端应附加与砼质量相等的配重(或称压重)，加配重要依桥轴线对称加载，按浇筑重量分级卸载。如采用多跨一次合拢的施工方案，也应先在边跨合拢，同时需经大量计算，进行工艺设计和设备系统的优化组合。

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