挂篮悬浇施工技术在大桥连续箱梁施工中的开发及应用

　　摘要：介绍延安市西沟大桥主桥连续箱梁混凝土悬浇所用挂篮的结构型式及设计参数的选择、制作安装、技术特点、施工工艺及注意事项

　　关键词：连续箱梁,挂篮,设计,施工

　　延安市西沟大桥位于延安市中心，是连接延河两岸的交通要道。该桥全长131.72m，桥面宽20m，主桥上部结构为35m+60m+35m变高度预应力砼连续单箱双室直腹板箱梁;主桥施工共为2个单“T”，分别以1#、2#墩中心为对称轴向两边分为7个节段，1#～3#节段长3.0m、4#～7#节段长3.5 m，箱梁高度由2.6 m过渡到1.6 m，箱梁顶板宽20 m，底板宽10 m，两翼悬臂长5.0 m，跨中范围合龙段长3m。主桥1#、2#墩上1#～7#节段采用挂篮悬浇施工，节段最重为1#节段约重131.6t，最长节段长3.5m。

　　1 挂篮结构设计

　　挂篮作为桥梁工程施工中梁体悬臂浇筑的主要施工工具，它是一个能够沿梁体行走的活动脚手架，悬挂在已经张拉锚固与墩身连成整体的箱梁节段上，在挂篮上可以进行下一节段的全部施工。

　　1.1 结构型式

　　挂篮的结构型式应满足梁体结构、形体、质量及设计的要求，同时满足施工安全以及低成本、短工期和操作简单的要求。根据该工程项目的实际情况，考虑到主桥节段分块多、工期紧等因素，决定采用结构重量轻、整体刚度大、受力简单明确、加工制作及现场拼装方便的自锚式三角斜拉挂篮。

　　1.2 设计计算要求及参数

　　(1)设计要求

　　a.挂篮应能满足本工程施工的需要，并适用于同类后续工程的周转使用。

　　b.挂篮设计时，除了要预留节段进行预应力张拉时所需的操作空间外，还应保证移篮时主架能一次到位，以减少工作量，提高工作效率。

　　c.挂篮每次行走距离为3m或3.5m(与施工节段长度同步)，架体外伸长度4.8m。

　　d.计算内容：结构型式、强度验算、变形计算以及稳定计算。

　　e.主架材质采用Q235。

　　(2)施工工况

　　主要考虑以下两种工况：

　　a.砼浇注状态，即节段砼刚浇注完毕，还不能考虑砼初凝对结构的影响，相当于该节段砼重量全部作用于挂篮上，并且还有砼浇注、振动的轻微冲击的影响以及挂篮自重与施工荷载等。

　　b.行走状态，主要验算挂篮自重、施工荷载等荷载组合下，轨道的锚固及吊杆等结构。

　　(3)各种系数

　　浇注和行走时挂篮的抗倾覆稳定系数k1≥1.5，行走冲击系数k2=1.25，施工荷载系数k3=1.3，锚固系统安全系数k4>3.0。浇注混凝土时的动力冲击系数k5=1.25，胀模等因素取超载系数k6=1.05。

　　(4)荷载组合分类

　　a.荷载组合Ⅰ：混凝土自重+动力附件荷载+挂篮自重+人群和施工机具重。

　　b.荷载组合Ⅱ：混凝土自重+挂篮自重+人群和施工机具重(计算刚度)。

　　c.荷载组合Ⅲ：挂篮自重+冲击附件荷载+风载(计算行走)。

　　1.3计算

　　(1)主架荷载分布(如下图)

 

　　(2)主架结构内力计算

　　a.挂篮计算模型如图所示。

 

　　(3)倾覆计算(略)

　　(4)节点计算(略)

　　2 挂篮结构型式

　　挂篮结构由主架系统、锚固系统与平衡、行走系统、模板系统、悬吊系统等部分组成，见图3、4。

 

 

　　2.1主架系统

　　(1)主架系统是挂篮悬臂承重结构。主架系统的主要构件包括主梁、前后拉杆、立柱、立柱平联等。其中主梁、前后拉杆、立柱通过销轴连接成一个形状为等边三角形的受力构件，立柱平联则将三个三角架架联接起来，起到结构稳定、整体受力的作用。

　　(2)主梁材料采用2I56a工字钢，拉杆、立柱分别采用2[28b、2[32b槽钢制作，主架设计时以浇注状态为控制，以移篮状态验算校核。

　　2.2后锚系统

　　后锚系统是主架架自锚平衡装置，后锚系统应能保证挂篮在施工过程中不发生前倾、移动等现象，确保施工过程中挂篮的安全。后锚系统由锚杆压杆、连接件、千斤顶和分配器等组成，每根主架架后端部0.4米处，采用2根IV级φ32mm精轧螺纹钢作为拉杆，利用箱梁已浇节段预留后锚洞，将挂篮主梁牢牢压紧，采用分配器分配应力，以抵消混凝土浇注时产生的拉力。混凝土浇筑前，按设计锚力的0.6、1.0、1.5倍分别用千斤顶检验锚杆，保证后锚安全。

　　2.3 行走系统

　　(1)挂篮的行走系统一般分为滑动式和滚动式。由于滑动式安全可靠，操作容易控制，本次选用了滑动式行走系统。

　　(2)行走系统所配置的行走滑道应表面处理光滑，其表面涂抹黄油等润滑剂，以提高表面光滑度，减少摩擦阻力。

　　(3)滑道应水平设置在箱梁肋板中心线上，通过精轧螺纹钢筋将其压紧，移篮过程不能出现松动、位移等情况。

　　(4)滑道长度应保证箱梁最长节段的一次移篮到位。

　　2.4 模板系统

　　(1)模板系统采用大块组合钢模板。模板系统由底模、外侧模、内侧模和端模组成。

　　(2)挂篮底模由下横梁、底模、纵梁和吊带组成，本工程挂篮底模基本尺寸为10m×4.3m承担施工时混凝土及施工设备的重量，模板前端还作施工工作平台。

　　(3)两外侧模依照翼缘尺寸加工成定型模板，外侧模拼装成型后长度为4m，以满足不同节段的长度要求。

　　(4)内模采用组合钢模与木模相结合，并架设垂直支撑以控制变形。

　　(5)内、外模板通过φ16mm对拉杆联接定位，并用内径为φ20mm的PVC管作拉杆套管，待拆模时既可回收拉杆，又可保证混凝土外表美观，避免繁琐的修复工作。

　　(6)端模采用现场加工的木模板，利用梁体钢筋临时固定，并利用内外模板将其夹紧、定位。

　　2.5 悬吊系统

　　(1)悬吊系统所有吊杆均采用厚25mm宽150mm的钢板和φ32精扎罗纹钢。

　　(2)吊杆通过销轴与型钢铰接，为保证吊杆在使用过程中始终轴向受力，可通过在吊耳底座加垫楔块等措施进行调整。

　　3 挂篮的安装与施工

　　3.1挂篮安装

　　挂篮的具体安装顺序是：中心线放样---铺设钢轨及行走系统---安装主架--- 锚固系统---上下后横梁---上下前横梁---悬吊系统---模板安装---其它部件---安全检查---调整校正。

　　3.2挂篮预压

　　(1)预压目的。

　　通过预压的手段检验挂篮整个系统在各种工况下的结构受力以及机具设备的运行情况。掌握挂篮的弹性变形和非弹性变形的程度和大小，更加准确地掌握挂篮的刚度等力学性能指标，借以指导挂篮的立模标高，为施工监控提供可靠的参照数据，确保主梁施工线型、标高满足设计和规范要求。

　　(2)预压的要求。

　　a.挂篮预压应基本模拟混凝土浇筑过程中的受力状态，按底板→腹板→顶板、翼缘板顺序预压，预压荷载分6级：25%→50%→75%→90%→100%→110%。

　　b.预压采用实物(砂袋)加载的方式进行，预压荷载设计最大荷载的重量的1.1倍，分6级加载，预压72小时。预压前应先消除挂篮的塑性变形，然后再逐级加载，每级加载完毕并稳压10分钟后，测量并记录各测点变形值。

　　(3)预压的检验测试。

　　a.预压卸载后测量挂篮非弹性变形，将各测量值与理论值做比较，评定挂篮的工作性能。

　　b.本工程试压结果显示，最大荷载时挂篮主架前段下挠度弹性变形量仅为8.6毫米。由此可见，该挂篮具有足够的承载能力，刚度大，变形小，其试验结果可作为理论变形值预留沉降量。

　　3.3悬浇施工

　　(1)施工前应再次复核挂篮前支座标高是否一致，支座固定是否可靠。

　　(2)由于受桥面横坡及节段高度变化的影响，底模可通过调整设置于上前横梁的手动千斤顶进行校正，直至符合设计高度。

　　(3)节段浇注时应对称进行，且最大不平衡重不能超过一个节段底板的重量。浇注过程中应严格控制对称节段的混凝土浇注进度，尽量使其同步进行，对称浇筑，设置观测点，以对混凝土浇注全过程进行监测。

　　(4)为满足对称浇注要求，在混凝土出料口安装了一个三通管，施工时混凝土既可单向泵送，又可双向同时泵送。通过这一措施可将节段浇注速度大大提高，避免因混凝土浇注过慢可能出现的明显接茬和断面新老混凝土可能出现的裂缝。

　　(5)混凝土灌注：混凝土灌注时由前往后对称灌注两腹板混凝土至下倒角，然后再由前往后灌注底板，底板及腹板下部混凝土由串筒导流入模，立模时按规划在腹板上留好天窗，底板灌注完成后继续对称分层灌注腹板混凝土，顶板的灌注遵循由两侧向中央灌注的顺序。

　　(6)混凝土捣固：混凝土振捣采用附着式和插入式振捣器相结合的形式，底板和顶板以插入式振捣器为主，腹板以附着式振捣器为主并辅以插入式振捣器，箱梁梗腋处两种振捣器相互补充，加强振捣。插入振捣厚度为30cm，插入下一层混凝土5～10cm，插入间距控制在振捣棒作用半径1.5倍之内，振捣到混凝土不再下沉，表面泛浆有光泽并不再有气泡逸出时将振捣棒缓慢抽出，防止混凝土内留有空隙。

　　3.4 挂篮前移

　　当已浇注节段预应力钢筋张拉完成后，间隔6-8小时待水泥浆初凝后，即可进行挂篮的前移。

　　(1)在刚浇注的节段上铺设滑道，并用预埋的钢筋锚固滑道，滑道必须平顺，滑道顶面高差不超过2mm，在轨道表面涂润滑油。

　　(2)连接底模与侧模连接系，并将底模前端和侧模临时吊在已成梁段上(利用预留孔和精扎螺纹钢)，检查侧模板对拉钢筋确认完好，然后解除侧模前面的精扎螺纹钢吊点，解除前横梁的底模吊带和后滑梁吊带，此时侧模与底模相连，整个重量由对拉杆、底模板吊带和前后的临时吊点悬挂于已成梁体上。

　　(3)在三角架后端配重不小于10t，确保三角架在解除锚固系后的抗倾覆系数2.0以上，然后解除三角架的后锚固系。

　　(4)每片主架各用一个20t的手拉葫芦将三角架向前滑移道下一节段，移篮过程中要随时注意挂篮前进的方向，使左右同步前移。待挂篮移到位后，检查中线无误后，锚固三角架后锚系统。移篮时须由经纬仪调整挂篮前进方向，利用水平仪调整挂篮高程，使之符合设计要求。

　　(5)安装主滑梁的后吊带。拆除侧模板对拉杆钢筋，拆除侧模与已成梁体的吊点。将侧模与底模落在滑梁上。

　　(6)采用三台10t手拉葫芦将底模和侧模沿滑梁向前滑移就位。安装底模吊带，和侧模板的精扎螺纹吊点。吊带安装必须顺直，连接点联结紧密。

　　(7)根据设计图，调整底模板的中线、宽度和标高，并设置抛高值。

　　(8)调整侧模高度，并进行模板加固联接。然后在模板上进行底板钢筋绑扎和管道定位作业，安装内模等后续作业。

　　(9)挂篮前移时应注意T构两端的挂篮同步对称移动;挂篮移动前安排专职安全员认真检查新铺滑移轨道的铺设质量和安全情况，确认合格后方可前移;挂篮移动前调整底模平台和外侧模水平，并仔细检查挂篮各部件联结情况，检查挂篮上的安全网、钢筋头或其它绳索有无与箱梁钩挂情况，发现问题及时处理。挂篮移动统一指挥，三台手拉葫芦尽量同步，并防止脉冲式行走;移动过程中用三台手拉葫芦拉住挂篮后节点，随着前端葫芦的收紧同步放松

　　4 挂篮施工体会

　　延安西沟大桥悬臂梁于2005年8月1日正式开始浇筑，并于当年的11月2日桥梁主体工程顺利完成，中间跨越2个月的主汛期基本正常施工。由于采用了挂篮工艺施工，克服了工程量大、工期紧、河道汛期施工难度大等困难保证了按期完工，赢得了很好的经济和社会效益。

　　4.1技术先进性

　　三角斜拉挂篮结构受力明确，且多为轴向受力，与计算模型非常接近，工况验算的可靠性高，结构重量轻、整体刚度大、加工精度容易保证，行走稳固、功能齐全。

　　4.2 经济性

　　(1)挂篮构件的材料均可使用标准型制作，施工现场加工件少，进度容易保证。

　　(2)施工过程的主要施工作业均在挂篮中进行，操作重复，有利于高效率工作和保证施工质量，同时可在施工中不断调整节段误差，能有效地控制箱梁挠度，提高施工精度。

　　(3)挂篮各构件大多数是以销轴或螺栓连接，便于施工现场的安装拆除，可节约劳动时间，降低劳动强度。

　　(4)本挂篮重51.7t，承重比为51.7/131.6=0.39<0.5。三个三角主架采用法兰连接，只要适当改变连接杆件长度或节点板位置，即可适用于不同梁宽的同类后续工程，使其具有很强的通用性。

　　5 结束语

　　挂篮悬浇施工是目前中小跨径连续箱梁比较常见且最为成熟的施工工艺，它适用于水深、流量大的河道和交通量大的立交等工程项目，而且施工不受限制，辅助机械设备少，避免搭设大量支架，经济效率高。西沟大桥挂篮悬浇施工实表明：它具有操作方便，拆除简单，通用性强等特点，能有效保证施工质量，提高工作效率，取得了很好的经济效益。

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