掛籃的“四化”技術(shù)

摘要：為進(jìn)一步優(yōu)化掛籃的結(jié)構(gòu)及相關(guān)系統(tǒng)，提高掛籃的使用效率，節(jié)約資源，進(jìn)行了掛籃“結(jié)構(gòu)輕型化、構(gòu)件工具化、安全監(jiān)控化、行走自動(dòng)化”的研究試驗(yàn)。通過(guò)檢測(cè)及現(xiàn)場(chǎng)使用驗(yàn)證，結(jié)果表明滿足橋梁施工的質(zhì)量及安全要求，綜合效益顯著。

關(guān)鍵詞：掛籃優(yōu)化設(shè)計(jì)四化技術(shù)

中圖分類號(hào)：S611文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A

1、前言：

近年，隨著我國(guó)基礎(chǔ)設(shè)施步伐日益加快，高速鐵路、城市高架和跨河大橋發(fā)展迅速，懸臂施工法已經(jīng)成為修建大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋、連續(xù)剛構(gòu)橋、斜拉橋等常用的施工技術(shù)之一，特別是在橋墩較高、橋跨較長(zhǎng)或橋下凈空受到限制的情況。

掛籃是懸臂澆注施工中的主要工藝設(shè)備，其設(shè)計(jì)和使用是整個(gè)橋梁施工的關(guān)鍵。其優(yōu)點(diǎn)主要有：在施工期間不影響橋下的水陸交通，不用或少用支架，節(jié)省施工費(fèi)用，降低工程造價(jià)，適用性強(qiáng)、利用率高，加快施工進(jìn)度縮短工期，在施工中可以對(duì)各個(gè)節(jié)段的施工誤差進(jìn)行調(diào)整保證懸澆施工的精度。因此，對(duì)掛籃進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)顯得尤為必要。

2、掛籃現(xiàn)況

掛籃一般由主桁系統(tǒng)、吊掛系統(tǒng)、行走系統(tǒng)、錨固系統(tǒng)、模板系統(tǒng)等基本組成。主桁系統(tǒng)是掛籃的主要受力構(gòu)件，可以采用型鋼梁、萬(wàn)能桿件鋼桁梁和貝雷片梁等；吊掛系統(tǒng)是結(jié)構(gòu)的傳力部分，主要由精制螺紋鋼、扁鐵或型鋼組件構(gòu)成，作用是將施工混凝土荷載傳遞至主桁、調(diào)節(jié)底模平臺(tái)和模板標(biāo)高；行走系統(tǒng)由導(dǎo)梁、吊環(huán)、滑動(dòng)小車和推進(jìn)機(jī)構(gòu)組成，使掛籃在上一段混凝土澆筑完成且混凝土達(dá)到一定強(qiáng)度之后順利進(jìn)行下一段混凝土的澆筑；錨固系統(tǒng)是一個(gè)平衡體系，作用是避免主桁傾覆以確保掛籃施工安全；模板系統(tǒng)包括底模、側(cè)模、內(nèi)模。

3、設(shè)計(jì)思路

經(jīng)過(guò)近兩年的掛籃設(shè)計(jì)、加工、安裝，并總結(jié)以往的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，形成一套掛籃設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，即掛籃結(jié)構(gòu)輕型化、構(gòu)件工具化、安全監(jiān)控化、行走自動(dòng)化。以解決傳統(tǒng)掛籃設(shè)計(jì)笨重，構(gòu)件整體焊接，無(wú)法重復(fù)利用，行走困難的缺點(diǎn)，為掛籃設(shè)計(jì)開(kāi)拓新思路、攫取新方法[1]。

4、掛籃“四化”特點(diǎn)

4.1 結(jié)構(gòu)輕型化

掛籃結(jié)構(gòu)輕型化，主要是對(duì)材料選擇的控制。掛籃一般由鋼構(gòu)件組成，主要受力構(gòu)件可采用貝雷片、萬(wàn)能桿件、型鋼、鋼板等便于加工的高強(qiáng)輕質(zhì)鋼材；吊桿選用精軋螺紋鋼或者預(yù)應(yīng)力索。掛籃工作系數(shù)是掛籃自重與箱梁梁段自重的比值，反映設(shè)計(jì)掛籃所用的材料數(shù)量（用鋼量）。工作系數(shù)越小，表示承受節(jié)段單位重量使用的掛籃材料越省，整個(gè)掛籃設(shè)計(jì)越合理。掛籃設(shè)計(jì)的趨勢(shì)是輕型、重載。目前，減輕掛籃自重采用的手段除選用輕質(zhì)鋼材外，最重要的是優(yōu)化結(jié)構(gòu)形式，并改善滑移行走系統(tǒng)，同時(shí)改進(jìn)力的傳遞系統(tǒng)[2]。例如選用受力合理、安全可靠的輕型結(jié)構(gòu)作為掛籃承重主桁，利用箱梁豎向預(yù)應(yīng)力筋平衡傾覆力矩以取消配重，用輕便的反扣輪代替沉重的摩擦式后溝板，用精軋螺紋鋼代替鋼帶等。常見(jiàn)的掛籃形式有三角掛籃、菱形掛籃。三角形掛籃形式，與其他形式掛籃比較有如下突出特點(diǎn)：

（1）三角形掛籃與菱形掛籃相比，降低了上橫梁高度，即掛籃重心位置大大降低，從而提高了掛籃走行時(shí)的穩(wěn)定性。

（2）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，拆裝方便，重量較輕。通常三角形掛籃主桁架和主要結(jié)構(gòu)體系采用鋼板和型鋼焊制而成，單件重量較輕，主桁架桿件間采用法蘭結(jié)構(gòu)，用高強(qiáng)螺栓或銷軸連接，易于搬運(yùn)和拆裝。

（3）通用性強(qiáng)，稍作改裝即可用于其他幅寬和梁高的橋上。

4.2 構(gòu)件工具化

掛籃工具化主要解決構(gòu)件無(wú)法重復(fù)利用、適應(yīng)性低的缺點(diǎn)，使構(gòu)件能夠在不同的施工條件下重復(fù)使用，實(shí)現(xiàn)快速組裝及拆除，減小工作強(qiáng)度，提高工作效率的目的，即構(gòu)件的通用性強(qiáng)，稍作改裝即可用于其他幅寬和梁高的橋上，可避免遇到類似工程時(shí)造成的重復(fù)設(shè)計(jì)、重復(fù)加工，實(shí)現(xiàn)節(jié)省勞力、標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)的目標(biāo)。例如：目前最為常用的底模、側(cè)模、排架等，可設(shè)置其基本單元為2米，使用時(shí)可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行拼裝。一種橫向可伸縮橋梁內(nèi)模桁片如圖1，可通過(guò)橫向自由伸縮裝置，來(lái)適應(yīng)梁體頂板寬度變化。

圖 1一種橫向可伸縮橋梁內(nèi)模桁片

4.3 安全監(jiān)控化

安全監(jiān)控化是指掛籃從設(shè)計(jì)驗(yàn)算到最后現(xiàn)場(chǎng)施工的每一個(gè)環(huán)節(jié)，都須在安全控制范圍內(nèi)，從而保證掛籃安全使用。主要從以下幾個(gè)方面進(jìn)行控制：

一、設(shè)計(jì)時(shí)安全驗(yàn)算

掛籃大多是鋼結(jié)構(gòu)，所以一般都采用容許應(yīng)力法設(shè)計(jì)。施工荷載（模板、振動(dòng)力、人員、機(jī)具）系數(shù)取1.4。抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)取1.5。掛籃行走時(shí)的沖擊系數(shù)取1.2。前后橫梁和外模的剛度取為1/400，內(nèi)模剛度為1/300，整體剛度為1/600。掛籃整體剛度是懸臂澆注橋梁混凝土施工控制的關(guān)鍵，也是影響線形最主要的因素。過(guò)大的變形在節(jié)段施工中容易在節(jié)段面上產(chǎn)生裂縫。另外，對(duì)于海上峽谷等受大風(fēng)影響的地區(qū)采用掛籃施工，應(yīng)當(dāng)選擇低重心、大剛度的掛籃，同時(shí)必須對(duì)掛籃進(jìn)行抗風(fēng)分析，保證在大風(fēng)情況下能安全地前移掛籃。

二、預(yù)壓試驗(yàn)

將兩榀主桁架鏡面對(duì)拼進(jìn)行對(duì)拉試驗(yàn)如圖2，分級(jí)進(jìn)行加載預(yù)壓，檢驗(yàn)掛籃主桁的實(shí)際承載力和安全可靠性，并獲得彈性和非彈性變形參數(shù),為懸臂澆筑施工提供數(shù)據(jù),同時(shí)檢驗(yàn)掛籃加工質(zhì)量。

圖2掛籃預(yù)壓試驗(yàn)

三、出廠前檢驗(yàn)

掛籃出廠前，需對(duì)所有構(gòu)件進(jìn)行單件檢查，主要在于結(jié)構(gòu)尺寸、焊縫質(zhì)量，重要構(gòu)件的材質(zhì)型號(hào)等級(jí)。各桿件的栓接和電焊連接部位，進(jìn)行仔細(xì)檢查，以保證桿件位置正確，結(jié)構(gòu)連接可靠， 且對(duì)主要部件不能隨意進(jìn)行電焊或氧氣切割，保證焊縫質(zhì)量。螺栓連接必須牢固。對(duì)掛籃的銷軸和吊帶要進(jìn)行調(diào)質(zhì)和探傷檢查，對(duì)重要構(gòu)件的焊縫，進(jìn)行無(wú)破損檢測(cè)試驗(yàn)報(bào)告檢查。

四、施工時(shí)掛籃自身安全防護(hù)

（1）掛籃前上橫梁設(shè)置作業(yè)平臺(tái)，并焊接扶手，設(shè)置安全網(wǎng)等防護(hù)措施。

（2）掛籃底模平臺(tái)前端及兩側(cè)搭設(shè)作業(yè)平臺(tái)，底面全部封閉，兩側(cè)采用相同的結(jié)構(gòu)型式設(shè)欄桿。

五、施工過(guò)程安全監(jiān)控

（1）滑道系統(tǒng)檢查；

（2）后錨固系統(tǒng)檢查；

（3）主桁節(jié)點(diǎn)檢查；

（4）吊掛系統(tǒng)檢查；

（5）模板系統(tǒng)檢查；

（6）不平衡力矩控制。

4.4行走自動(dòng)化

掛籃行走自動(dòng)化，即行走系統(tǒng)采用滾動(dòng)吊環(huán)、滑動(dòng)小車和推進(jìn)機(jī)構(gòu)等，使掛籃在上一段混凝土澆筑完成且混凝土達(dá)到一定強(qiáng)度之后順利進(jìn)行下一段混凝土的澆筑，避免了人工拖拉行走方式，速度不快且占用勞動(dòng)力。例如：采用液壓千斤頂代替倒鏈提供走行牽引力，可成倍提高功效。掛籃前支座加裝行走滾輪，較傳統(tǒng)前支座下用摩擦板時(shí)行走更快。后錨固處用反扣輪代替后鉤板，使掛籃就位準(zhǔn)確、走行速度快、安全可靠[3]。

5、結(jié)語(yǔ)

隨著預(yù)應(yīng)力混凝土技術(shù)的發(fā)展及高強(qiáng)材料、高性能混凝土在橋梁工程中的應(yīng)用，橋梁正在向大跨度方向發(fā)展，從而對(duì)掛籃的技術(shù)指標(biāo)提出了更高的要求。安全性、經(jīng)濟(jì)性、適用性、快速性是評(píng)價(jià)掛籃優(yōu)劣的四個(gè)非常重要的指標(biāo)。設(shè)計(jì)優(yōu)秀、技術(shù)經(jīng)濟(jì)綜合效果明顯、經(jīng)過(guò)施工實(shí)踐檢驗(yàn)的掛籃應(yīng)當(dāng)形成定型的系列化產(chǎn)品，推廣應(yīng)用，這樣不僅能帶來(lái)可觀的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益，也有利于提高橋梁建設(shè)質(zhì)量和科學(xué)技術(shù)水平。

參考文獻(xiàn)

[1] 吳貴生，技術(shù)創(chuàng)新管理[J]，北京：清華大學(xué)出版社,2000

[2] GB50009-2012建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范[S].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2012

[3] GB50017-2003 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2003

作者簡(jiǎn)介：井維東：男，（1984.12—），漢族，助理工程師，本科，在中國(guó)建筑第七工程局交通建筑有限責(zé)任公司,從事科技研發(fā)工作。