寬幅部分斜拉橋箱梁掛籃設(shè)計(jì)要點(diǎn)

盧元?jiǎng)?王勝男 楊友安

(1.安徽省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，安徽合肥 230088; 2.合肥工業(yè)大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院，安徽合肥 230009)

隨著城市的發(fā)展，寬幅城市橋梁在近年也愈來愈多，大跨度寬幅橋梁的設(shè)計(jì)、施工是橋梁工程遇到的一個(gè)難題，特別是掛籃施工的寬幅橋梁。本文結(jié)合某大橋，介紹寬幅掛籃設(shè)計(jì)中在處理掛籃剛度、施工安全、防止分段處箱梁出現(xiàn)錯(cuò)臺(tái)現(xiàn)象等問題時(shí)掛籃設(shè)計(jì)的一些特色。

1 橋梁概述

某大橋主橋?yàn)?80+140+80)m部分斜拉橋，塔高23.5 m，橋塔采用單面索結(jié)構(gòu)，每個(gè)塔共設(shè)9對(duì)斜拉索，主梁為二次拋物線變截面預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土整體式箱梁，箱梁在主塔處高度4.68 m (梁底至中央分隔帶頂)，跨中合龍段處高度2.68 m，箱梁寬34 m，頂板厚28 cm。底板厚度為90 cm～25 cm;腹板厚度從70 cm向60 cm，50 cm漸變。拉索區(qū)每5 m布置一道橫梁，并與斜拉索索距對(duì)應(yīng)。主橋上構(gòu)箱梁共2個(gè)“T”，各有14對(duì)懸澆段，其中梁段數(shù)及梁長(zhǎng)從墩頂至跨中依次為：1號(hào)～5號(hào)梁段為5×3.4 m，6號(hào)～13號(hào)梁段為8×5.0 m，14號(hào)～15號(hào)梁段為2×4.0 m，合龍段為2.0 m。0號(hào)、1號(hào)塊擬采用支架現(xiàn)澆施工，2號(hào)～15號(hào)塊采用掛籃懸澆施工。懸臂澆筑最重梁段為6號(hào)梁，重約463.5 t。主橋橫斷面圖見圖1。

圖1 主橋橫斷面圖

2 施工過程概述［1］

其中第5步、6步掛籃施工流程圖見圖2。

圖2 掛籃施工流程圖

3 掛籃結(jié)構(gòu)概述［2，3］

根據(jù)橋梁設(shè)計(jì)圖，懸臂澆筑節(jié)段按長(zhǎng)度3.4 m，5 m，4 m劃分，單墩每側(cè)共計(jì)14節(jié)段，2號(hào)～15號(hào)節(jié)段采用掛籃懸臂施工，節(jié)段重量323.637 t～372.14 t，其中最重節(jié)段為6號(hào)節(jié)段，長(zhǎng)5 m，混凝土重量463.5 t。

采用三角形輕型掛籃作為主要懸澆設(shè)備，三角形掛籃自重131.3 t，考慮施工荷載后總重60 t，適應(yīng)最大梁重555 t，最大梁長(zhǎng)5 m，全橋共投入4套(2個(gè)T)掛籃施工。掛籃結(jié)構(gòu)主要采用成品型鋼經(jīng)加工而成(見圖3)。掛籃主要由以下部分組成：橋面三角形主桁系統(tǒng)(含主縱梁、立柱、節(jié)點(diǎn)、拉板、橫聯(lián)桁架、前、后支座);懸吊、行走系統(tǒng)(含橫梁系統(tǒng)、行走系統(tǒng)、懸吊系統(tǒng));錨固系統(tǒng)(含后錨系統(tǒng)、軌道梁錨固系統(tǒng));模板系統(tǒng)(含底模、外側(cè)模板)。

圖3 掛籃結(jié)構(gòu)示意圖

1)三角形主桁系統(tǒng)(見圖4)。

圖4 掛籃主桁架結(jié)構(gòu)示意圖

2)懸吊系統(tǒng)。前吊系統(tǒng)中主要受力位置均采用Q345鋼板吊帶，一套掛籃前吊帶共10根，外側(cè)模行走梁前吊帶2根。吊帶插銷采用Q420貝雷銷，預(yù)緊后錨固時(shí)，在貝雷銷與墊梁或墊板間以鐵板塞緊，并通過各種厚度的鐵板微調(diào)梁底高程。

后吊系統(tǒng)中，箱室底板位置及行走梁后吊位置均采用Q345鋼板吊帶，一套掛籃后吊帶共6根，外側(cè)模行走梁后吊帶共4根。為方便立模、調(diào)模，部分采用精軋螺紋鋼吊桿，一套掛籃后吊桿共12根。

3)行走系統(tǒng)見圖5，圖6。

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4)錨固系統(tǒng)見圖7。

4 寬幅掛籃設(shè)計(jì)創(chuàng)新點(diǎn)［4］

本橋總寬34 m，橋梁較寬，在箱梁施工過程中，掛籃各主桁、懸吊系統(tǒng)受力不均勻，掛籃易于扭曲，為此針對(duì)此橋上述掛籃系統(tǒng)均進(jìn)行了專門設(shè)計(jì)和優(yōu)化，具體如下：

1)掛籃整體剛度的加強(qiáng)設(shè)計(jì)。

為降低掛籃在澆筑混凝土過程中的沉降，防止箱梁不同節(jié)段新舊混凝土結(jié)合面因掛籃在混凝土澆筑加載過程下?lián)线^大而開裂，降低施工監(jiān)控難度，確保成橋線形，通過對(duì)掛籃構(gòu)件進(jìn)行加強(qiáng)的技術(shù)措施對(duì)掛籃的整體剛度進(jìn)行優(yōu)化，將掛籃的前端撓度由原來的45 mm降至20 mm以內(nèi)。

圖5 掛籃前支座結(jié)構(gòu)示意圖

圖6 掛籃后支座結(jié)構(gòu)示意圖

圖7 掛籃錨固系統(tǒng)示意圖

其措施主要包含：將原前吊橫梁下弦桿以下增設(shè)加強(qiáng)弦桿，形成三水平弦桿橫梁，并且將前吊橫梁與主桁架縱梁擱置處增設(shè)豎向弦桿進(jìn)行加強(qiáng)，以增大前吊橫梁的剛度，前吊橫梁與主桁架之間增設(shè)斜撐，前吊橫梁高度由原來的1 220 mm加強(qiáng)為2 440 mm。

掛籃主桁架拉板截面原設(shè)計(jì)中的 4 000 mm2增大為5 600 mm2，主桁拉板上加焊一塊加強(qiáng)鋼板增大受拉面積，減小變形。

將主橋原設(shè)計(jì)中每套掛籃底籃前吊桿中間10根換成吊帶，底籃后吊桿中錨固在底板上的6根換成150 mm×20 mm的大截面面積吊帶，外模行走梁前后吊桿換成吊帶。

2)掛籃局部剛度的加強(qiáng)設(shè)計(jì)。

掛籃在箱梁節(jié)段混凝土澆筑過程中，由于各錨系在前吊橫梁上的吊帶因布置位置的不同而受力不同，導(dǎo)致其主拉的底籃前橫梁各點(diǎn)的沉降下?lián)喜煌?。?dāng)掛籃前吊橫梁剛度偏小時(shí)，會(huì)導(dǎo)致吊帶主拉的底籃前橫梁各點(diǎn)間的沉降差偏大，致使掛籃底籃前吊橫梁在混凝土澆筑加載過程中，呈波浪狀撓曲變形，影響混凝土箱梁節(jié)段的外形尺寸及在掛籃前移至下一節(jié)段澆筑位置后，導(dǎo)致模板與箱梁底面無法接觸緊密而造成錯(cuò)臺(tái)、漏漿。

因此，本次采用增大前吊橫梁剛度(同前)、增加前吊橫梁吊帶數(shù)量、調(diào)整前吊橫梁吊帶位置，以使各個(gè)前吊橫梁吊帶受力趨于均勻，相互之間沉降差控制在5 mm以內(nèi)。

同時(shí)將底籃后橫梁下弦桿采用6 mm鋼板進(jìn)行加強(qiáng)。

3)確保結(jié)構(gòu)安全性的設(shè)計(jì)。

a.由于掛籃前吊橫梁高寬比較大，在掛籃混凝土澆筑、前移過程中易于發(fā)生平面外撓曲失穩(wěn)，因此通過在前吊橫梁與后吊貝雷架梁間增設(shè)雙層平聯(lián)以增加其平面外穩(wěn)定性;b.原設(shè)計(jì)采用精軋螺紋鋼作為掛籃的吊桿。精軋螺紋鋼在實(shí)際使用時(shí)，因受撇、電弧燒傷等原因，承載力會(huì)大幅降低，易于脆斷，影響掛籃的整體性安全。因此在懸吊系統(tǒng)中通過采用普通Q345材質(zhì)的吊帶代替精軋螺紋鋼吊桿，提高掛籃的整體安全性。

4)防止箱梁底部漏漿及錯(cuò)臺(tái)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。

在掛籃懸臂澆筑的混凝土箱梁施工過程中，在施工待澆筑梁段混凝土?xí)r，掛籃底籃后錨點(diǎn)一般錨固在已澆筑梁段的底板上，底模板伸入已澆筑梁段底板一定的距離，以確保新舊混凝土的結(jié)合(有一搭接段)。

混凝土澆筑時(shí)，由于前后錨點(diǎn)吊桿長(zhǎng)度不同及受力大小的不一樣，底籃受載會(huì)以后錨點(diǎn)為軸心不可避免的發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)式下?lián)献冃?即掛籃前端下?lián)洗螅蠖诵?，致使掛籃底籃模板與已澆箱梁混凝土底板底面分離，在底模板與已澆箱梁混凝土底板底面間形成縫隙，混凝土?xí)谠摽p隙處流出而造成漏漿及錯(cuò)臺(tái)，影響混凝土的外觀質(zhì)量。由于該處混凝土的外泄，易于造成梁段新舊混凝土結(jié)合面形成質(zhì)量薄弱面，如圖8所示。

圖8 掛籃底籃下?lián)弦子谛纬傻馁|(zhì)量通病說明圖

一般施工中，通過對(duì)后錨點(diǎn)施加預(yù)緊力，使掛籃底籃模板與已澆箱梁混凝土底板底面間形成預(yù)壓力的方式，減小該處因混凝土澆筑時(shí)掛籃底籃下?lián)闲纬傻目p隙。

當(dāng)掛籃后錨點(diǎn)離梁斷面越近，底籃模板與已澆箱梁混凝土底板底面間預(yù)壓力越大，錨固效果越好，澆筑時(shí)掛籃底籃模板與已澆箱梁混凝土底板底面縫隙越小，漏漿及錯(cuò)臺(tái)就越小。反之，則越大。因此，將掛籃后錨點(diǎn)由原來距端面1 500 mm調(diào)整為500 mm。

掛籃后錨點(diǎn)縱向布置示意圖見圖9。

圖9 掛籃后錨點(diǎn)縱向布置示意圖

5 結(jié)語(yǔ)

主橋掛籃為上構(gòu)箱梁的安全、高質(zhì)、高效施工奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。寬幅橋梁在掛籃澆筑時(shí)，各主桁架受力不均勻，箱梁模板易于扭曲，要求加強(qiáng)掛籃剛度;保證前后吊系統(tǒng)安全;同時(shí)在施工中易于掛籃移動(dòng)及調(diào)整梁底標(biāo)高等一系列問題，本次掛籃設(shè)計(jì)中通過有效的優(yōu)化設(shè)計(jì)均逐個(gè)解決，為主橋順利合龍?zhí)峁┝饲疤釛l件。

［1］ JTG 041-2001，公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范［S］.

［2］ 周呈強(qiáng).預(yù)應(yīng)力懸臂箱梁寬幅式掛籃施工設(shè)計(jì)［J］.公路，2002(11)：45-46.

［3］ 湯少青，汪芳進(jìn)，周祖干.漳州戰(zhàn)備大橋掛籃設(shè)計(jì)［J］.橋梁建設(shè)，2002(1)：26-28.

［4］ 曹 瑞，馮家彪，何 勇，等.關(guān)于對(duì)掛籃結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新研究［A］.四川省公路學(xué)會(huì)橋梁專委會(huì)2000～2001的橋梁學(xué)術(shù)討論會(huì)［C］.2001.