平衡悬臂施工法

平衡悬臂施工法
悬臂施工法建造悬臂与连续体系桥梁时，不需要在河中搭设支架，而直接从已建墩台顶部逐段向跨径方向延伸施工，每延伸一段就施加预应力使其与成桥部分联接成整体。

一、悬臂施工关键
采用悬臂施工法时，需要特别注意两个关键问题：
1．在施工过程中必须保证墩与梁固结
用悬臂施工法从桥墩两侧逐段延伸来建造预应力混凝土悬臂梁桥时，为了承受施工过程中可能出现的不平衡力矩，保证施工过程中结构的稳定可靠，就需要采取措施使墩顶的零号块件与桥墩临时固结起来，待需要解除固结时切断。

当桥不高，水又不深而易于搭设临时支架时采取支架式固结措施，在此情况下，拼装中的不平衡力矩完全靠梁段的自重来保持稳定；当利用临时立柱和预应力筋来锚固上下部结构的固结方法时，预应力筋的下端埋固在基础承台内，上端在箱梁底板上张拉并锚固，借以使立柱在施工过程中始终受压，以维持稳定；在桥高水深的情况下，也可以采用围建在墩身上部的三角形撑架来敷设梁段的临时支承，并可使用砂筒作为悬臂拼装完毕后转换体系的卸架设备。

临时梁墩固结要考虑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，稳定系数不小于1.5。

2．必须充分考虑施工期体系转换问题
结构体系转换是指在施工过程中，当某一施工程序完成后，桥梁结构的受力体系发生了变化，如简支体系变化为悬臂体系或连续体系等等，这种变化过程称为体系转换。

下面以三孔连续梁悬臂施工为例来说明其体系转换过程。

在墩梁固结以后从桥墩向两侧用对称平衡的悬臂施工法建造双悬臂梁，此时的结构体系如同T型刚构；在临时支架上浇注（或拼装）不平衡的边孔边段，安装端支座，拆除临时固结措施，使墩上永久支座进入工作，此时结构属单悬臂体系；继续浇注（或拼装）中跨中央段，使体系转换成三跨连续梁，采用这种体系转换方式，只有小部分后加荷载（桥面铺装和人行道）以及活载才具有连续梁的受力效果，因此梁内的预应力筋大部分按悬臂弯矩图布置，体系连续后再在跨中区段张拉承受正弯矩的预应力筋。

悬臂施工法不受桥高、河深等影响，适应性强，目前不仅适用于悬臂与连续梁体系梁桥的施工，而且还广泛应用于混凝土斜拉桥以及钢筋混凝土拱桥等施工中。

二、悬臂施工分类
按照梁体的制作方式，悬臂施工法又可分为悬臂浇注和悬臂拼装两类。

下面分别介绍这两种方法。

1．悬臂浇注法
悬臂浇注施工目前主要采用挂篮悬臂浇注施工。

挂篮悬臂浇注施工系利用悬吊式的活动脚手架（或称挂篮）在墩柱两侧对称平衡地浇注梁段混凝土（每段长2～5m），每浇注完一对梁段，待达到规定强度后张拉预应力筋并锚固，然后向前移动挂篮，进行下一梁段的施工，直到悬臂端为止。

挂篮主要有梁式挂篮、斜拉式挂篮及组合斜拉式挂篮三种。

梁式挂篮结构由底模架、悬吊系统、承重结构、行走系统、平衡重、锚固系统及工作平台等部分组成。

挂篮的承重结构可用万能杆件或贝雷架拼成，或采取专门设计的结构，它除了要能承受梁段自重和施工荷载外，还要求具备自重轻、刚度大、变形小、稳定性好、行走方便等特点。

斜拉式挂篮也称轻型挂篮。

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钢丝束，在梁式挂篮的基础上研制了斜拉式挂篮。

斜拉式挂篮承重结构采用纵梁、立柱、前后斜拉杆组成，其杆件少，结构简单，受力明确，承重结构轻巧，其他构造系统与梁式挂篮相似。

我国重庆长江大桥施工过程中采用的斜拉式挂篮，其承重结构由箱形截面钢梁和钢带拉杆组成，行走系统用四氟乙烯滑板。

这种挂篮结构的用钢量比万能杆件节省了1/3，使用也方便，取得了良好效果。

组合斜拉式挂篮。

它是在斜拉式挂篮的基础上加以改进的一种新的结构形式。

承重结构包括主梁、主上横梁、前上横梁和后上横梁组成一体，承受和传递斜拉带及内、外滑梁的荷重。

悬吊系包括斜拉带、下后锚带、内外滑梁吊带。

主梁后部有水平和竖向限位器，其功能除固定挂篮位置外，还起传递施工荷载的作用。

挂篮行走时竖向限位器换成压轮，以控制挂篮行走时的稳定性。

挂篮自重更轻，其承重比不大于0.4，其最大变形量不大于20mm，行走方便，箱梁施工周期更短。

用挂篮浇注墩侧第一对梁段时，由于墩顶位置受限，往往需要将两侧挂篮的承重结构连在一起，待浇注到一定长度后再将两侧承重结构分开。

如果墩顶位置过小，开始用挂篮浇注发生困难时，可以设立局部支架来浇注墩侧的前几对梁段，然后再安装挂篮。

每浇注一个箱形梁段的工艺流程为：移挂篮───装底、侧模───装底、肋板钢筋和预留管道───装内模───装顶板钢筋、预留管道───浇注混凝土───养生───穿顶预应力筋、张拉和锚固───管道压浆。

悬臂浇注一般采用由快凝水泥配制的强度等级C40～C60混凝土。

在自然条件下，浇注30～36h，混凝土强度就可达到30MP左右（接近标准强度的75%），这样就可以加快挂篮的移位。

目前每段施工周期约为7～10d，视工作量、设备、气温等条件而异。

悬臂浇注法施工的主要优点是：不需要占地很大的预制场；逐段浇注、易于调整和控制梁段的位置，且整天性好；不需要大型机械设备；主要作业在设有顶棚、养生设备等的挂篮内进行，可以做到施工不受气候条件影响；各段施工属严密的重复作业，需要施工人员少，技术熟练快，工作效率高等。

主要缺点是：梁体部分不能与墩柱平行施工，施工周期长，而且悬臂浇注的混凝土加载龄期短，混凝土收缩和徐变影响较大。

最常采用悬臂浇注法施工的跨径为50～120m。

2．悬臂拼装法
悬臂拼装法施工是在工厂或桥位附近将梁体沿轴线划分成适当的块件进行预制，然后用船或平板车从水上或已建成部分桥位上运至架设地点，并用活动吊机等起吊后向墩柱两侧对称均衡地拼装就位，张拉预应力筋，重复这些工序直至拼装完悬臂梁全部块件为止。

因此，悬臂拼装的基本施工工序是：梁段预制、移位、堆放和运输、梁段起吊拼装和施加预应力。

预制的长度取决于运输、吊装设备的能力，实践中已采用的块件长度为1.4～6m。

块件质量为14～170t。

但从桥跨结构和安装设备统一来考虑，块件的最佳尺寸应使质量在35～60t范围内。

预制尺寸要求准确，特别是拼装接缝要密贴，预留孔道的对接要顺畅。

为此，通常采用间隔浇铸法来预制块件，使得先完成块件的端面成为浇注相邻块件时的模板。

在浇注相邻块件之前，应在先浇筑块件端面上涂刷肥皂水等隔离剂，以便分离出坑。

在预制好的块件上应精确测量各块相对高程，在接缝处作出对准标志，以便拼装时易于控制块件位置，保证接缝密贴，外形准确。

预制块件的悬臂拼装可根据现场布置和设备条件采用不同的方法实现。

当靠岸边的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。

如果桥墩很高、或水流湍急而不便在陆上、水上施工时，就可利用各种吊机继续高空悬臂施工。

用沿轨道移动的伸臂吊机进行拼装时，预制块件可运至桥下。

国外用此法曾拼装了长6m、重170t的箱形块件；用拼拆式活动吊机进行悬臂拼装，吊机的承重结构与悬臂浇注法中的挂篮结构相仿，不过在吊机就位固定后起重平车可沿承重梁顶面的轨道纵向移动，以便拼装时调整位置；用缆索起重机吊运和拼装块件的方法适用于起重机跨度不太大，块件质量也较轻的场合；在无法用浮运设备运
送块件至桥下面需要从桥的一岸出发修建多孔大跨径预应力混凝土桥梁时，还可以采用特制的自行式的悬臂───闸门式吊机进行悬臂拼装施工。

悬臂拼装时，预制块件间接缝的处理分湿接缝、干接缝和半干接缝等几种形式。

需要将伸出钢筋焊接后灌混凝土的湿接缝，通常仅用于拼装与墩柱连接的第一对块件和在支架上拼装的岸边孔桥跨结构。

在满足抗剪强度要求的情况下，也可采用无伸出钢筋而仅填筑水泥砂浆的平面湿接缝。

湿接缝的施工费时，但它有利于调整块件的拼装位置和争强接头的整体性。

密贴的平面或齿形干接缝可以简化拼装工作，早期曾有采用，但由于接缝渗水会降低装配结构的运营质量和耐久性，故目前已很少应用。

在悬臂拼装中采用最为广泛的是应用环氧树脂等胶结材料使相邻快件黏结的胶接缝。

胶接缝能消除水分对接头的有害作用，因而能提高结构的耐久性，除此以外，胶接缝还比干接缝具有较大的抗剪能力。

胶接缝可以做成平面型、多齿型、单阶型和单齿型等形式，齿型和单阶型的胶接缝用于块件间摩阻力和黏结力不足以抵抗梁体剪力的情况，单阶型的胶接缝在施工中拼接最为方便。

半干接缝的构造是以已拼装块件的顶板和底板作为拼装块件的支托，而在腹板端面上有形成骨架的伸出钢筋，待浇注混凝土后使块件结合成整体。

这种接缝可用来在拼装过程中调整悬臂的平面和立面位置。

根据悬臂拼装的经验，在每一拼装悬臂内设置一个半干接缝来调整悬臂位置是合理的。

悬臂拼装法施工的主要优点是：梁体块件的预制和下部结构的施工可同时进行，拼装成桥的速度较现浇的快，可显著缩短工期；块件在预制厂场集中制作，质量较易保证；梁体塑性变形小，可减少预应力损失，施工不受气候影响等。

主要缺点是：需要占地较大的预制场地，为了移运和安装需要大型的机械设备；如不用湿接缝，则块件的安装位置不易调整等。