橋梁施工中懸臂掛籃技術(shù)的應(yīng)用探究

摘要：懸臂掛籃技術(shù)是跨河、山谷等大跨度橋梁施工中應(yīng)用較多的一種技術(shù)，具有結(jié)構(gòu)簡易、跨越能力大、操作便捷等優(yōu)點(diǎn)。掛籃在該橋梁施工技術(shù)中起到移動作業(yè)平臺、承重結(jié)構(gòu)的作用。文章在分析懸臂掛籃施工技術(shù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合應(yīng)用實(shí)例，探究懸臂掛籃施工技術(shù)的質(zhì)量控制，為日后懸臂掛籃技術(shù)在橋梁施工中的應(yīng)用提供借鑒。

關(guān)鍵詞：橋梁施工；懸臂掛籃技術(shù)；質(zhì)量控制；交通運(yùn)輸；施工設(shè)備 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

中圖分類號：U445 文章編號：1009-2374（2017）03-0107-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.03.047

1 概述

橋梁作為跨越障礙物的結(jié)構(gòu)，在基礎(chǔ)工程建設(shè)和交通運(yùn)輸中扮演著重要的角色。懸臂掛籃施工技術(shù)是一門新興的橋梁施工技術(shù)。該施工技術(shù)施工組織將主梁分成多個節(jié)段，先施工墩臺頂部，然后利用可以自由移動的掛籃作為施工平臺及承重結(jié)構(gòu)，在其上進(jìn)行鋼筋安裝、混凝土澆筑、施加預(yù)應(yīng)力等作業(yè)，沿跨徑方向?qū)ΨQ、逐段施工，最終在跨中處合攏。懸臂掛籃施工技術(shù)的主要施工設(shè)備是一對可移動的掛籃，靈活、簡捷、可操作性強(qiáng)、跨越能力大，從而省去使用大型吊運(yùn)設(shè)備的麻煩，因而廣泛應(yīng)用于連續(xù)梁、T型鋼構(gòu)等大跨度、施工條件差的橋梁的建設(shè)中，切實(shí)推動了現(xiàn)代橋梁建設(shè)，具有良好的社會價值。

2 橋梁施工中懸臂掛籃技術(shù)簡析

2.1 掛籃的制作與安裝

掛籃作為懸臂掛籃的施工作業(yè)平臺及承重結(jié)構(gòu)，其制作與安裝的質(zhì)量對橋梁的施工質(zhì)量、施工安全起到?jīng)Q定性作用。

掛籃制作前，應(yīng)結(jié)合橋梁主要設(shè)計(jì)參數(shù)、主梁分段情況等，對掛籃進(jìn)行設(shè)計(jì)，掛籃設(shè)計(jì)應(yīng)滿足輕巧、穩(wěn)定性強(qiáng)以及強(qiáng)度高等要求，并對設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行全面細(xì)致復(fù)核，以確保掛籃的結(jié)構(gòu)、選材等滿足工作性、安全性、經(jīng)濟(jì)性等相關(guān)要求。選購掛籃制作材料時，應(yīng)嚴(yán)把材料關(guān)，確保材料符合相關(guān)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，從源頭保證掛籃制作質(zhì)量。

掛籃安裝應(yīng)在主梁0#塊達(dá)到設(shè)計(jì)的混凝土強(qiáng)度值、彈性模量值、齡期等相關(guān)要求后進(jìn)行，并嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)方案制定的流程和順序安裝。另外，安裝過程應(yīng)注意安全問題，施工人員一要做好掛籃安全監(jiān)測工作；二要在掛籃周圍設(shè)置可靠的安全防護(hù)設(shè)施，以避免高空物品墜落造成人員傷亡。

掛籃安裝完成后，應(yīng)對掛籃的可靠性、安全性等進(jìn)行檢驗(yàn)，合格后方可投入使用。

2.2 預(yù)壓與荷載試驗(yàn)

預(yù)壓試驗(yàn)主要為了消除新制作掛籃的主桁架等構(gòu)件的非彈性變形，而荷載試驗(yàn)主要是為了得到掛籃的承載力度。

新制作的掛籃的主桁架等主要構(gòu)件存在非彈性變形等安全隱患。規(guī)范的預(yù)壓試驗(yàn)有利于控制掛籃的非彈性變形，確保掛籃性能滿足施工安全、質(zhì)量的要求。

懸臂掛籃施工將主梁分成多段，對稱澆筑，各段重量并不完全相同。掛籃一般按照最大梁段進(jìn)行設(shè)計(jì)。掛籃的承載能力通常大于最大梁段重量，一般在最大梁段重量的100%～150%，以兼顧掛籃工作性和經(jīng)濟(jì)性等的

要求。

荷載試驗(yàn)可檢驗(yàn)掛籃實(shí)際承載能力及結(jié)構(gòu)可靠性，獲得掛籃在相應(yīng)荷載作用下的彈性和非彈性變形參數(shù)和彈性變形曲線。在橋梁懸臂掛籃荷載試驗(yàn)中，試驗(yàn)人員應(yīng)對掛籃的加載以及變形情況進(jìn)行詳細(xì)的記錄。根據(jù)實(shí)際測量值推算各梁段的豎向變形值，從而確定合理的立模標(biāo)高，為主梁施工設(shè)置和控制預(yù)拱度提供參考數(shù)據(jù)，進(jìn)而保證主梁的線性。

2.3 鋼筋混凝土施工

2.3.1 一般梁段施工。混凝土的澆筑質(zhì)量直接影響橋梁的質(zhì)量。懸臂掛籃施工技術(shù)中，掛籃是主要的施工設(shè)備，具有高支撐力的優(yōu)勢，可作為鋼筋混凝土施工的移動作業(yè)平臺，靈活、便捷。

混凝土澆筑方案設(shè)計(jì)應(yīng)充分發(fā)揮主觀能動性，綜合考慮混凝土施工的施工環(huán)境、施工溫度、天氣等的影響，注重澆筑厚度、澆筑次數(shù)、澆筑連續(xù)性、振搗、養(yǎng)護(hù)等施工細(xì)節(jié)。合理調(diào)整澆筑混凝土?xí)r間，避免溫度、環(huán)境等因素的影響。

預(yù)應(yīng)力材料必須保持清潔。錨具、夾具和連接器的搬運(yùn)、存放過程應(yīng)該注意對其進(jìn)行合理保護(hù)，防止預(yù)應(yīng)力材料發(fā)生污染、銹蝕、損傷等。

混凝土澆筑前，應(yīng)檢查鋼筋和錨頭的規(guī)格、數(shù)量、位置是否與圖紙相符?；炷翝仓?yīng)從懸臂端部向懸臂根部順序進(jìn)行，以防止掛籃前端下?lián)隙鹨褲仓炷恋拈_裂。每一節(jié)段施工完成后，分析影響混凝土澆筑質(zhì)量的因素，采取相應(yīng)措施以進(jìn)一步提高施工質(zhì)量。

2.3.2 合攏段施工。合攏順序按先邊跨后中跨進(jìn)行。合攏施工過程應(yīng)科學(xué)合理地進(jìn)行壓重、卸重，以避免混凝土開裂和保證合攏精度。壓重、卸重分別與邊、中跨合攏段澆筑混凝土同步等量地進(jìn)行。邊跨合攏過程中，隨邊跨合攏段混凝土澆筑同步等量對兩個中跨端進(jìn)行加載壓重，以避免中跨端上撓，最終加載重量為1/2邊跨合攏段重量。中跨合攏過程中，澆筑中跨合攏段混凝土同步卸除兩個中跨端的壓重。

合攏段施工應(yīng)格外注意混凝土開裂問題。合攏段混凝土一般采用高一個強(qiáng)度等級的微膨脹混凝土，以加強(qiáng)新舊混凝土的結(jié)合。另外，合攏段施工時間一般選在一天中氣溫較低、溫度變化較小的午夜前后，以最大限度防止溫度變化引起混凝土開裂。

3 橋梁施工中懸臂掛籃技術(shù)的應(yīng)用實(shí)例

3.1 應(yīng)用實(shí)例簡介

汕（頭）湛（江）高速公路云浮至湛江段及支線工程（簡稱“云湛高速”）是廣東省高速公路網(wǎng)規(guī)劃“第二橫”（汕頭至湛江高速公路）的重要組成部分，被列為2014年廣東省重點(diǎn)工程。鑒江大橋?yàn)樵普扛咚僦骶€橋梁，設(shè)計(jì)時速120km/h，設(shè)計(jì)汽車荷載等級為公路-Ⅰ級，橋跨布置為（62+110+62）m，全長234m。主橋上部結(jié)構(gòu)為預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁，箱梁采用單箱單室截面，頂寬13.25m，底寬7.5m。主橋上部結(jié)構(gòu)采用C50混凝土澆筑；縱向按全預(yù)應(yīng)力混凝土設(shè)計(jì)，采用三向預(yù)應(yīng)力，縱、橫、豎向預(yù)應(yīng)力采用標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度1860MPa高強(qiáng)度低松弛鋼絞線，設(shè)計(jì)錨下張拉控制應(yīng)力0.75fpk。

3.2 懸臂掛籃設(shè)計(jì)

為滿足鑒江大橋混凝土懸臂澆筑工藝要求，掛籃按最大梁段重量進(jìn)行設(shè)計(jì)。綜合考慮各種形式的掛籃操作工藝、掛籃造價、施工特點(diǎn)等后，采用輕型菱形掛籃。掛籃由菱形桁架、吊掛系統(tǒng)、無平衡重的行走系統(tǒng)、錨固系統(tǒng)、底模平臺幾部分組成，掛籃的設(shè)計(jì)荷載為165t。掛籃結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示：

3.2.1 掛籃主要設(shè)計(jì)參數(shù)及荷載組合。掛籃主要設(shè)計(jì)參數(shù)為：混凝土自重G=26.5kN/m3；箱梁分段施工，最大梁段重量156.8kN；Q235鋼材許用正應(yīng)力[σ]、許用彎曲應(yīng)力[σw]：215MPa；傾倒混凝土產(chǎn)生的荷載：2MPa；振搗混凝土產(chǎn)生的荷載：2MPa；施工人群和機(jī)具荷載：2.5MPa。

荷載組合I：混凝土自重+掛籃自重+施工人群和機(jī)具荷載+超載。荷載組合I用于驗(yàn)算掛籃承重桿件的強(qiáng)度以及穩(wěn)定性。

荷載組合II：掛籃自重+沖擊附加荷載。荷載組合II用于掛籃走行前移計(jì)算。

3.2.2 上橫梁設(shè)計(jì)。鑒江大橋采用的掛籃主要受力構(gòu)件之一為上橫梁，設(shè)計(jì)時應(yīng)確保其具有足夠的強(qiáng)度、剛度安全儲備以及穩(wěn)定性。

根據(jù)鑒江大橋主梁分段情況，最大梁段重量156.8KN。澆筑時考慮荷載組合I，受力簡圖如圖2

所示：

其中：P1、P12為底籃前橫梁外側(cè)吊桿作用于前上橫梁的載荷（25.6kN）；P2、P11為掛籃外側(cè)承托梁前端吊桿作用于前上橫梁的載（50.97kN）；P3、P10為掛籃外導(dǎo)梁前段吊桿作用于前上橫梁的載荷（85.07kN）；P4、P9為底籃前橫梁腹板外側(cè)吊桿作用于前上橫梁的載荷（174kN）；P5、P8為底籃前橫梁腹板內(nèi)側(cè)吊桿作用于前上橫梁的載荷（328kN）；P6、P7為掛籃內(nèi)導(dǎo)梁前端吊桿作用于前上橫梁的載荷（120kN）。

由材料力學(xué)計(jì)算軟件求得前上橫梁剪力圖如圖3

所示：

其支座反力Ra=424.53+276.65=701.18kN。

由材料力學(xué)計(jì)算軟件求得前上橫梁彎矩圖如圖4

所示：

其最大彎矩Mmax=358.1kN·m

Wx=Mmax/σw=358.1×103/215=1665.6cm3

上橫梁采用2H500X200H型鋼加工，其截面特性參數(shù)為：A=224.5cm2；Wx=3654cm3；IX=91370cm4。經(jīng)驗(yàn)算能保證上橫梁滿足最大梁段澆筑時的受力要求，具備足夠的抗壓能力。

3.2.3 掛籃主桁架設(shè)計(jì)。主桁架由兩片菱形桁架組成，在其前端設(shè)置前上橫梁、吊帶及前下橫梁，形成懸臂吊架并安裝模板形成操作平臺和承重結(jié)構(gòu)。在其上進(jìn)行鋼筋安裝、混凝土澆筑等作業(yè)，可見主桁架是掛籃的主要受力系統(tǒng)。

由上計(jì)算結(jié)果可知單片主桁前節(jié)點(diǎn)最大荷載P=701.18kN。

下圖5為澆筑最大梁段時主桁架計(jì)算簡圖：

經(jīng)結(jié)構(gòu)力學(xué)計(jì)算得到澆筑最大梁段時各桿件受力情況如圖6所示：

前支點(diǎn)反力：

F前=P×9570/4570=701.18×9570/4570=1468.3kN/m

后支點(diǎn)反力：

F后=P×5000/4570=-701.18×5000/4570=

-767.2kN/m

由上圖6可知各桿件的受力情況及強(qiáng)度計(jì)算選擇各桿件材料如表1所示。

綜上，鑒江大橋掛籃的主要受力構(gòu)件能保證掛籃承載能力在最大梁段重量的100%～150%，既滿足掛籃工作要求和安全儲備，又具備良好經(jīng)濟(jì)性。

4 橋梁施工中懸臂掛籃技術(shù)的質(zhì)量控制

懸臂掛籃施工技術(shù)以一對可行走的掛籃作為最重要的施工設(shè)備，該項(xiàng)橋梁施工技術(shù)應(yīng)用的質(zhì)量控制措施主要有：（1）全面細(xì)致了解橋梁的施工環(huán)境、施工要求、規(guī)范要求等，進(jìn)一步設(shè)計(jì)科學(xué)、合理、可行的施工方案；（2）根據(jù)施工方案進(jìn)行掛籃的設(shè)計(jì)、制備、安裝、試驗(yàn)。掛籃為懸臂掛籃施工技術(shù)的核心，起著施工平臺和承重結(jié)構(gòu)雙重作用。掛籃的質(zhì)量決定施工的質(zhì)量和安全，影響甚至決定整個橋梁的施工建設(shè)質(zhì)量和安全；（3）懸臂澆筑所用的水泥、砂、石、水、外加劑的質(zhì)量和規(guī)格滿足規(guī)范要求，并按規(guī)定的配合比施工；（4）必須對橋梁0號塊的高程、橋軸線等做詳細(xì)復(fù)核，滿足設(shè)計(jì)要求后方可進(jìn)行懸臂對稱澆筑，并應(yīng)對施工過程的軸線和高程進(jìn)行施工控制。

5 結(jié)語

隨著工程建設(shè)的持續(xù)發(fā)展，懸臂掛籃技術(shù)以其施工設(shè)備簡易、操作便利、與不同施工環(huán)境的高度適應(yīng)性等特點(diǎn)，已成為橋梁施工一項(xiàng)重要的技術(shù)形式，在橋梁建設(shè)中應(yīng)用越來越頻繁。結(jié)合工程應(yīng)用實(shí)例，分析懸臂掛籃施工技術(shù)的掛籃制作與安裝、掛籃的預(yù)壓和荷載試驗(yàn)、鋼筋混凝土施工等技術(shù)要點(diǎn)，對提高應(yīng)用該技術(shù)施工的橋梁質(zhì)量、耐久性，降低全壽命周期成本，提升橋梁建設(shè)轉(zhuǎn)型升級的現(xiàn)代工程理念有著重要意義。

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作者簡介：陳高志（1988-），男，廣東湛江人，供職于廣東省南粵交通投資建設(shè)有限公司，碩士，研究方向：路橋建設(shè)。

（責(zé)任編輯：王 波）