東莊水庫涇河斜拉大橋掛籃施工方案分析

呂鵬疆

（陜西省東莊建設(shè)有限責任公司，陜西禮泉713208）

東莊水庫涇河斜拉大橋掛籃施工方案分析

呂鵬疆

（陜西省東莊建設(shè)有限責任公司，陜西禮泉713208）

掛籃施工是在復雜地形條件下，解決現(xiàn)澆混凝土梁無支撐條件的先進施工工藝，現(xiàn)在越來越多地運用到各類橋梁施工中，特別是在大橋和特大橋施工中，除解決技術(shù)可行外，成本效益更加顯著。本文通過對東莊水庫1#進場路下游涇河斜拉橋主梁掛懸澆籃施工組織設(shè)計分析研究，使工程技術(shù)人員對掛籃懸澆施工原理認識更趨明確，能熟練掌握掛籃懸澆施工組織設(shè)計的一般程序，抓住掛籃懸澆施工組織設(shè)計中的要點和難點以及掛籃安裝行走中應注意的事項，拋磚引玉，為完善和推廣這類先進施工工藝添磚添瓦。

施工工藝；掛籃；穩(wěn)定分析及強度驗算

1 工程概況

1.1 下游涇河大橋

東莊水庫1#進場路是壩后低線路施工和電站運行永臨結(jié)合的重要道路，下游涇河大橋為雙跨不等跨斜拉橋，橋梁起終點樁號為K7+552.7-K7+705.7，全長153 m，主梁設(shè)置1.1%縱坡。橋跨布置形式為：6 m（右岸橋臺）+103 m（右岸主跨）＋27 m（左岸主跨）+17 m（地錨結(jié)構(gòu)）。該不等跨斜拉橋結(jié)構(gòu)體系特點為：主梁與橋塔分離，設(shè)置活動支座，主梁與地錨固結(jié)連接。橋型布置如圖1。

主塔采用82 m高鉆石型混凝土塔，混凝土等級為C50，基礎(chǔ)采用挖孔樁基礎(chǔ)，直徑為1.8 m，共16根。

上部結(jié)構(gòu)主梁采用預應力混凝土單箱雙室變截面箱梁，梁高3 m～4 m，寬16 m。底寬10.5 m，箱梁標準橫斷面（斜拉索處）如圖2。

斜拉索采用OVM250型環(huán)氧噴涂鋼絞線成品索，扇形雙索面布置，全橋左右岸分別設(shè)置7對和11對。塔上固端錨固，梁端及地錨端張拉（見圖1）。

圖1 橋型布置圖

圖2 箱梁標準橫斷面

1.2 主要技術(shù)標準

（1）公路等級：水電場內(nèi)二級道路；

（2）橋梁寬度：2×2.75 m（人行道及索區(qū)）+2×0.5 m（防撞護欄）+2×4.5 m（行車道）+2×0.25 m（側(cè)向?qū)挾龋?16 m；

（3）橋面橫坡：2%；

（4）設(shè)計荷載：汽車-60級、特-160；人群2.765 kN/m2；

（5）下游涇河大橋設(shè)計洪水頻率：1/100，洪水位高程628.0m；

（6）抗震設(shè)防烈度7度，相應地震動峰值加速度0.135 g；

（7）通航等級：非通航。

2 施工方案選擇

根據(jù)地形，主梁左岸主跨有支撐條件，右岸主跨沒有支撐條件。為此，主梁左岸主跨采用支架現(xiàn)澆，右岸主跨采用掛籃懸澆施工，并對主梁進行分段設(shè)計：其中左岸主跨和主塔支撐段、地錨及右岸橋臺支撐段支架現(xiàn)澆；右岸主跨掛籃懸澆，按照斜拉索縱向間距8 m，掛籃懸澆每段長度為4.0 m，共22段，合攏段長2.0 m。（支架現(xiàn)澆部分這里不與贅述）

3 掛籃懸澆施工組織設(shè)計要點分析

根據(jù)掛籃懸澆的力學結(jié)構(gòu)，掛籃懸澆施工組織設(shè)計的要點：一是要保證懸澆結(jié)構(gòu)穩(wěn)定和強度要求；二是實現(xiàn)超靜定結(jié)構(gòu)下主梁線形和內(nèi)力控制；三是確保掛籃行走和安裝過程中的安全穩(wěn)定。

懸澆結(jié)構(gòu)穩(wěn)定分析及強度驗算分為橋梁整體懸澆穩(wěn)定分析及強度驗算和掛籃受力穩(wěn)定分析及強度驗算。主梁線形及內(nèi)力控制是懸澆施工中，主梁維持平直的線形和設(shè)計的內(nèi)力狀態(tài)，以確保合攏體系轉(zhuǎn)換后的主梁在各類承載下實現(xiàn)設(shè)計的受力傳導。

4 橋梁整體懸澆穩(wěn)定分析及強度驗算

橋梁懸澆穩(wěn)定整體上依靠跟進的斜拉索初張來實現(xiàn)，掛索要圍繞主塔對稱進行。斜拉索材料采用ΦS15.2 mm鋼絞線，鋼絞線彈性模量1.95 MPa×105 MPa，抗拉強度標準值1860 MPa。斜拉索按照施工張拉控制力（初拉力）輸入，部分斜拉索在橋梁合攏后成橋后進行二次張拉（調(diào)索拉力）。根據(jù)半漂浮結(jié)構(gòu)主塔穩(wěn)定分析（具體計算過程略），懸澆施工過程中跟進的斜拉索初拉力和調(diào)索拉力計算結(jié)果見表1。

表1 斜拉索初拉力和調(diào)索拉力計算成果表（單位:kN）

以上初拉力和調(diào)索拉力均小于斜拉索抗拉強度標準值1860 MPa，故強度滿足要求。

5 掛籃穩(wěn)定分析及強度驗算

掛籃采用菱形結(jié)構(gòu)，每道腹板處一組菱形桁架，共三組，每組菱形桁架由5根桿件組成，分別為2根平桿、1根豎桿和2根斜桿，每根桿件均由雙拼30#槽鋼通過連接板焊接而成，桿件之間連接通過插銷；掛籃后錨每組菱形架采用四根Φ32的40 Cr圓鋼扯絲而成，共12根，其中，后錨壓梁為雙拼36b工資鋼，共6根；掛籃吊桿系統(tǒng)由10根Φ32精軋螺紋鋼筋和8根16 Mn吊帶組成(30 mm×120 mm×12000 mm)，前吊為8根16 Mn吊帶，后吊為10根Φ32精軋螺紋鋼筋。上橫梁由雙拼45b工字鋼及雙拼20#槽鋼焊接而成的桁架組成，前后底托梁均由雙拼45b工字鋼組成，底模縱梁采用雙拼30#槽鋼，底?？v梁與底托梁通過插銷連接（掛籃總體布置如圖3）。通過對主梁結(jié)構(gòu)進行分析，可知1#節(jié)段荷載為懸澆過程中的最不利荷載，因此，取1#節(jié)段施工荷載進行掛籃設(shè)計計算。

圖3 掛籃總體布置圖

5.1 計算依據(jù)

鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范（GB5007-2003）；建筑施工碗扣式腳手架安全技術(shù)規(guī)范（JGJ166-2008）；建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術(shù)規(guī)范（JGJ130-2011）；涇河東莊水利樞紐工程左岸進場道路第I標段施工圖設(shè)計文件；裝配式公路鋼橋多用途使用手冊；建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范；公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范；路橋施工計算手冊。

5.2 主要計算參數(shù)

（1）竹膠板截面特性值：［σ］=9 MPa，E=6×106KPa，W=

（2）10 cm×10 cm方木截面特性值：W=1.67×10-4m3，I=8.33×10-6m3，E=9×103MPa，［σ］=12 MPa，［τ］=1.7 MPa；

（3）10#工字鋼截面特性值：W=49×103mm，I=245×104mm4，［σ］=215MPa，［τ］=125 MPa；

（4）貝雷片材料特性值：［σ］=273 MPa，［τ］=207 MPa；

（5）H588×300×12/20材料特性值：W=3853.19 cm3，I=113283.85 cm4，S=185.76 cm2；

（6）30#槽鋼截面特性值：W=407.5 cm3，I=6181.5 cm4，S=44.4 cm2；

（7）45 b工字鋼截面特性值：W=407.5 cm3，I=33760 cm4，S=111 cm2；

（8）Φ32精軋螺紋鋼筋（PB930）特性值：抗拉強度設(shè)計值：747.6 KN；

（9）施工計算荷載：模板及支架自重：q1=2 KN/m2，新澆砼自重：q2=26 KN/m3，施工人員及機具荷載：q3=2.5 KN/m2，傾倒混凝土時產(chǎn)生的豎向荷載：q4=2.0 KN/m2，振搗時產(chǎn)生的豎向荷載：q5=2.0 KN/m2；

（10）施工計算均采用極限狀態(tài)法。

5.3 菱形架穩(wěn)定分析及強度驗算

掛籃的穩(wěn)定分析和強度驗算按照荷載向掛籃傳遞的支撐次序逐次簡化計算各級構(gòu)件的彎矩、剪力引起的正應力和剪應力及最大撓度變形是否滿足材料強度指標和規(guī)范要求。這里重點闡述一下菱形架的穩(wěn)定分析和強度驗算。

5.3.1 正常施工荷載情況下菱形架驗算

根據(jù)逐次簡化計算，在正常施工荷載作用下，上橫梁傳遞至三組菱形架的豎向集中力分別為637.2 kN、558.1 kN和637.2 kN。左右兩側(cè)菱形架受力最大，取其中一組菱形架進行計算。通過Midas建模，如圖4。

圖4 菱形架軸力圖

由圖可知，1#和3#桿件承受軸向壓力、2#和4#桿件承受軸向拉力，其中，1#桿件承受壓力值最大為1271.9 kN，4#桿件承受拉力值最大為1335.2 kN。

1#受壓桿件驗算：

（1）穩(wěn)定性驗算

綴板間距為70 cm，則單肢對其軸的長細比為：λ1=70/3.79=18

查表得到φ=0.887

（2）強度驗算

5.3.2 在非正常施工荷載作用下（混凝土偏載）

取混凝土偏載量為5 m3，約重13 t。則通過上述計算可知，其中一組菱形架受力為767.2 kN,另一組菱形架受力為507.2 kN,取受力最大一組菱形架進行驗算，通過Midas建?？芍?#桿件所受壓力最大，為1466.3 kN,4#桿件所受拉力最大，為1539.7 kN。

4#受拉桿件驗算：

1#桿件受壓驗算：

（1）穩(wěn)定性驗算

1#桿件長度為510 cm，換算長細比為：

綴板間距為70 cm，則單肢對其軸的長細比為：λ1=70/3.79=18

查表得到φ=0.887

（2）強度驗算

5.3.3 掛籃后錨驗算

掛籃后錨采用四根Φ32的40 Cr圓鋼，單根40 Cr圓鋼設(shè)計受力為418.0 kN，四根為1672.0 kN>779.5 kN，滿足要求。

圖5 反力圖

5.3.4 掛籃走行過程中后錨驗算

掛籃底模、側(cè)模、翼緣板支架及前吊系統(tǒng)共計60 t，沖擊系數(shù)取1.3，則每片桁架受力：t，通過Midas建模(圖5)計算可知掛籃走行過程中作用于軌道翼緣上反力值為304.6kN,為保證掛籃走行安全，應對掛籃軌道翼緣與腹板位置處進行加焊處理。

通過以上計算可知，掛籃滿足強度和穩(wěn)定性要求，設(shè)計可行。

6 主梁線形及內(nèi)力控制

斜拉橋在懸澆施工過程中，主梁會因為荷載不同產(chǎn)生各種偏位，為保證合攏后主梁線形和設(shè)計內(nèi)力狀態(tài)，在斜拉索嚴格按照初拉力輸入情況下，需要對這些偏位提前設(shè)置預偏進行糾正。

6.1 主梁施工期偏位分析

主梁在懸澆施工中產(chǎn)生偏位包括：主梁在合攏前各懸澆節(jié)段由于自重產(chǎn)生豎向偏位；可能在橫風作用下產(chǎn)生橫橋向偏位。

6.2 主梁施工期偏位測算

主梁各懸澆節(jié)段因自重產(chǎn)生的豎向偏位通過計算總靜載下各懸臂節(jié)段彈性變形獲得，橫風作用下產(chǎn)生橫橋向偏位通過實測掌握。為保證豎向偏位計算的準確性，要控制施工精度，包括立模放樣及節(jié)段混凝土方量。加強跟蹤監(jiān)測，對比實測與理論計算的誤差，進行誤差分析，制定調(diào)差策略，確保實際值沿著控制軌跡發(fā)展。

6.3 主梁線形監(jiān)測

（1）測試斷面

在每個節(jié)段的端部設(shè)置測試斷面，主梁右主跨線形測試斷面共計26個。

（2）高程測點布置

每個節(jié)段設(shè)2個高程測點，布置在斜拉索出梁口外側(cè)，高程測點預埋直徑28 mm鋼筋，裸露長度保持2 cm。

利用精密水準儀測量，隨懸臂澆筑節(jié)段跟蹤實測高程：立模完成、預應力張拉完成、斜拉索張拉完成各測一次。測量工作宜在早晨10點前溫度穩(wěn)定時段完成。

（3）軸線偏位測點布置

中線測量是觀測已施工節(jié)段的中線點相對于橋梁軸線的偏心距，選取中線點預埋直徑28 mm鋼筋并與棱鏡基座連接。

利用全站儀測量，隨懸臂現(xiàn)澆注階段跟蹤實測坐標：節(jié)段施工完成測量一次。測量工作宜在早晨10點前溫度穩(wěn)定時段完成。

7 掛籃施工注意事項

（1）掛籃安裝完成后，班（組）長必須對掛籃后錨固系統(tǒng)、支點、吊帶等進行全面細致的檢查，確保其受力符合設(shè)計要求；

（2）斜拉索、鋼板吊帶、精軋螺紋鋼筋吊帶均為主要受力桿，其材質(zhì)較為特殊，絕對不能在其上進行電焊作業(yè)，施工時要格外小心，不得燒傷斜拉帶及吊帶；

（3）掛藍行走時，要確保吊帶、模板等與掛藍分離，并派專人觀察行走是否正常。掛藍、模板與箱梁或其他物品是否發(fā)生摩擦、牽掛，發(fā)現(xiàn)行走異常應立即停止，查明原因處理后再開始行走。

8 結(jié)語

掛籃懸澆施工工藝越來越多地被運用到各類橋梁和類橋建筑物施工中，尤其在大跨度的大橋、特大橋運用比小跨度、小矢跨比的小橋梁運用支架現(xiàn)澆的臨時費用成本比更為節(jié)省，但缺點是工期因懸澆工序成分節(jié)式不斷循環(huán)而較長，工藝難度和施工風險較大，因此，不同的工程，要根據(jù)不同的塔梁設(shè)計結(jié)構(gòu)區(qū)別對待。

U448.27

B

1673-9000（2017）04-0136-04

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呂鵬疆（1973-），漢族，陜西禮泉人。工程師，主要從事水利工程建設(shè)工作。