菱形掛籃在箱梁懸臂現(xiàn)澆施工中的應(yīng)用

李建凱

（貴州省公路工程集團(tuán)有限公司，貴州 貴陽 550000）

0 引言

結(jié)合設(shè)計(jì)要求及同類工程施工經(jīng)驗(yàn)，橋梁箱梁懸臂現(xiàn)澆施工中，菱形掛籃施工具有結(jié)構(gòu)簡單、受力明確、外形美觀、計(jì)算簡便等技術(shù)優(yōu)勢，且能為橋梁施工提供開闊的作業(yè)面，方便施工材料及機(jī)具橫穿桁架后運(yùn)輸至施工部位，使得梁段施工速度、施工質(zhì)量及安全程度均得以保證。

1 工程概況

貴陽經(jīng)金沙至古藺（黔川界）高速公路項(xiàng)目第GJTJ-17標(biāo)段龍莊特大橋中心樁#K131+467，橋孔及跨徑為15×40+66+120+66+7×40m，橋梁上部均為預(yù)應(yīng)力混凝土T梁結(jié)構(gòu)，主橋采用66m+120m+66m=252m的預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)。左幅橋跨起點(diǎn)樁#K130+901（耳墻端部為K130+897.5），終點(diǎn)樁#K132+033（耳墻端部為K132+036.5），中心樁#K131+467.0，包括耳墻在內(nèi)的橋梁全長1 139m。右幅橋跨起點(diǎn)樁#K130+901（耳墻端部為K130+897.5），終點(diǎn)樁#K132+033（側(cè)墻端部為K132+042），中心樁#為K131+467.0，包括耳墻在內(nèi)的橋梁全長1 144.5m。

箱梁梁段分為0～17#梁段，其中0#段、1～6#梁段、7～14#梁段分別長12m、3.5m、4.0m，邊、中跨合龍段即15、16#梁段長2.0m，邊跨現(xiàn)澆段即17#梁段長4.88m。0#梁段立面構(gòu)造圖詳見圖1。

圖1 0#梁段立面構(gòu)造圖（單位：cm）

箱梁采用單箱單室直腹板斷面形式，箱梁頂板、底板寬為16.55m 和8.55m，懸臂長4.0m。箱梁根部梁高7.585m，跨中及邊跨合龍段、邊跨現(xiàn)澆段梁高2.885m，其余梁底下緣均呈二次拋物線形式。0#塊底板厚100cm，其余各梁段底板從懸臂根部至懸澆最大懸臂段厚度從80～32cm呈二次拋物線變動趨勢，跨中及邊跨合龍段底板厚32cm，邊跨現(xiàn)澆段底板厚32cm。0#塊箱梁頂板厚80cm，其余箱梁頂板均厚32cm。0#塊箱梁腹板厚100cm，1～16#梁段腹板厚70cm，現(xiàn)澆段腹板厚度從70～100cm變化。各0#梁段對應(yīng)墩壁均設(shè)置兩道250cm厚的橫隔板，箱梁梁端設(shè)端橫梁，中跨跨中設(shè)置一道橫隔板。

2 菱形掛籃結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

該特大橋主橋每跨均劃分成14個(gè)懸臂澆筑梁段，懸臂澆筑梁段均采用后支點(diǎn)掛籃懸澆施工方式，最大節(jié)段重量按照195.5t控制，包括模板、防護(hù)系統(tǒng)和全部施工荷載在內(nèi)的單支掛籃設(shè)計(jì)重量≤88t，整橋左右幅共設(shè)置4對掛籃。本特大橋工程所采用的菱形掛籃結(jié)構(gòu)簡單，桿件受力情況明確，并通過型鋼組焊箱型結(jié)構(gòu)，菱形結(jié)構(gòu)前部空間大，可預(yù)留出較大的施工空間。菱形掛籃結(jié)構(gòu)主要包括桁架承重系統(tǒng)、底籃及行走系統(tǒng)、懸吊及錨固系統(tǒng)、滑架系統(tǒng)、模板系統(tǒng)等，設(shè)計(jì)加工圖具體見圖2。

圖2 箱梁懸臂現(xiàn)澆掛籃設(shè)計(jì)圖

2.1 主桁承重系統(tǒng)

該系統(tǒng)主要由承重主桁、前后橫梁桁架、后連桿等部分組成。其中承重主桁主要起到空籃及澆筑荷載承受，并將荷載傳遞至主桁前后支點(diǎn)的作用。主桁采用菱形結(jié)構(gòu)，菱形架上下水平桿件、斜拉桿及斜撐桿均為2[36 槽鋼與上下12t 鋼板組焊而成，截面尺寸為384mm×320mm，分別采用20mm 厚Q345B 鋼板對兩端銷軸連接處內(nèi)外加強(qiáng)。菱形架立柱則通過2[36 槽鋼和12t 鋼板組焊成尺寸384mm×330mm 的矩形斷面，并在立柱頂端設(shè)置由25mm 厚Q345B 鋼板所制成的銷接端頭。各桿件之間均通過40Cr 材質(zhì)的?90mm 銷軸銷接。為保證桁架結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，通過中門架連接兩榀桁架，掛籃施工過程中必須在菱形桁架外側(cè)增設(shè)纜風(fēng)繩，避免風(fēng)力過大而影響桁架結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。由2H500×200和綴板加強(qiáng)組焊成的前橫梁設(shè)置在主縱梁前部，用于吊桿和吊帶懸吊。

2.2 底籃系統(tǒng)

該系統(tǒng)是掛籃澆筑施工的底部承載平臺，其前后托梁均為鋼板組焊的尺寸356mm×500mm 的箱梁，托梁和[36a工字鋼縱梁通過螺栓連接。底籃系統(tǒng)承受到的荷載主要通過底籃后錨固及懸吊系統(tǒng)傳遞至已澆筑梁段和橋面承重結(jié)構(gòu)。

2.3 懸吊系統(tǒng)

該系統(tǒng)中的前懸吊主要將分配至其上的箱梁腹板、底板、頂板、掛籃結(jié)構(gòu)自重荷載傳遞至前橫梁；后懸吊則主要作為掛籃行走過程中的外模后吊點(diǎn)，并傳遞相應(yīng)荷載至后桁架。前后懸吊主要包括分配梁、精軋螺紋鋼和千斤頂?shù)炔考?，精軋螺紋鋼上端作用于主桁架承重系統(tǒng)，下端則借助連接器連接于底籃托梁結(jié)構(gòu)。內(nèi)模和側(cè)模懸吊系統(tǒng)?32mm 精軋螺紋鋼以及底籃前后托梁?40mm精軋螺紋鋼均為PSB-830級。

2.4 錨固系統(tǒng)

該系統(tǒng)主要由行走軌道錨固、主桁及模板后錨、底籃后錨等部分組成。其中，行走軌道錨固系統(tǒng)接長錨固通過箱梁豎向預(yù)應(yīng)力精軋螺紋鋼完成；軌道錨梁則通過鋼板和槽鋼組焊，以起到確保軌道穩(wěn)固定位于橋面并為軌道承受行走小車反作用力提供支點(diǎn)的作用[1]。掛籃行走的過程中，必須將主桁行走小車前后壓緊軌道錨梁間距控制在2.0m 以內(nèi)。主桁后錨的作用是確保掛籃系統(tǒng)懸澆施工時(shí)的抗傾穩(wěn)定；模板后錨桿采用強(qiáng)度等級830MPa的?32mm 精軋螺紋鋼。底籃后錨桿采用強(qiáng)度等級830MPa的?40mm 精軋螺紋鋼，錨桿橫穿混凝土后錨固于箱梁混凝土面。

2.5 行走系統(tǒng)

該系統(tǒng)主要由主桁行走小車、軌道及前支點(diǎn)行走劃船等部件構(gòu)成，其中承重主桁主要借助前支點(diǎn)行走劃船、后端行走小車以及手拉葫蘆行走于鋪設(shè)在箱梁頂面的軌道上；為保證行走過程的安全可靠性，主桁小車車輪應(yīng)卡進(jìn)軌道翼緣。主桁行走小車的車架、鋼帶等結(jié)構(gòu)均通過銷軸連接，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)必須充分考慮小車車輪受力分配的均勻性以及對掛籃行走位置和角度偏差的適應(yīng)性。通常只在掛籃前移時(shí)使用主桁行走小車，且箱梁混凝土澆筑時(shí)不能使其承受荷載。

將焊接箱型行走軌道設(shè)置在掛籃承重主桁下方，為便于拆裝和移動，應(yīng)將主桁軌道設(shè)計(jì)為一整段。單根軌道均通過?32mm 精軋螺紋鋼壓緊于箱梁頂面，并通過高強(qiáng)砂漿找平軌道支撐面。掛籃承重主桁前支點(diǎn)下側(cè)設(shè)置滑船，滑船和承重主桁節(jié)點(diǎn)均通過銷軸連接，借助手拉葫蘆拖動掛籃前支點(diǎn)使滑船沿軌道前移。

3 菱形掛籃施工

3.1 掛籃拼裝

通過M30 高強(qiáng)水泥砂漿在0#塊箱梁上進(jìn)行行走軌道位置找平，以使0#塊箱梁各端主桁結(jié)構(gòu)具備相同標(biāo)高。復(fù)核0#塊箱梁砂漿層位置和頂面標(biāo)高，并確保其上兩側(cè)掛籃行走軌道穩(wěn)固連接，在掛籃安裝前將行走小車車輪卡進(jìn)軌道翼緣；通過接長箱梁腹板中豎向精軋螺紋鋼以壓緊行走軌道。進(jìn)行0#塊箱梁兩側(cè)掛籃對稱安裝時(shí)，應(yīng)從內(nèi)側(cè)至外側(cè)逐片安裝，并將臨時(shí)風(fēng)纜橫向設(shè)置于每片桁架，確保橫向穩(wěn)定。掛籃后錨點(diǎn)和行走小車、滑船和前支點(diǎn)均通過銷軸連接，并擰緊前支點(diǎn)撐絲桿。將接長處理的錨桿錨固于掛籃后錨點(diǎn)反力梁上，并按照10t/根向錨桿施加壓力。待完成承重主桁安裝后吊裝前橫梁，還應(yīng)按設(shè)計(jì)要求穿插前吊帶。

考慮到施工條件，岸上的底籃采用整體吊裝的施工方式，底籃的組拼工作主要在前橫梁下方進(jìn)行，完成后通過2臺汽車吊起吊就位，再安裝前后懸吊吊帶。水面的底籃通過單根吊裝方式安裝，應(yīng)用汽車吊分別將前后托梁吊裝就位，并安裝前后懸吊吊帶，再進(jìn)行縱向[36a工字鋼分配梁逐根吊裝。整體吊裝外模，內(nèi)模則按照內(nèi)頂模和內(nèi)側(cè)模的次序先后吊裝，最終完成掛籃拼裝。

3.2 掛籃預(yù)壓

3.2.1 預(yù)壓控制

采用千斤頂反向加載的方式進(jìn)行菱形掛籃預(yù)壓，先在0#塊梁端腹板每端固結(jié)3只反力架，再通過千斤頂向反力架施力，以前橫梁最重節(jié)段箱梁澆筑施工時(shí)吊帶所承受的同等荷載為基礎(chǔ)，換算出的千斤頂預(yù)壓荷載最大值確定施加荷載量[2]，在此基礎(chǔ)上分級預(yù)壓；掛籃彈性變形數(shù)據(jù)主要根據(jù)其主桁架非彈性變形消除后的情況確定[3]。

反力架弦桿及腹桿分別采用[36b工字鋼和雙拼[14b槽鋼，并在節(jié)點(diǎn)處增設(shè)20mm厚的增強(qiáng)鋼板。將各反力架焊接在預(yù)埋于箱梁腹板內(nèi)的2cm厚的鋼板上，錨筋采用60cm長的?28mm型Ⅱ級鋼筋，上下部分別設(shè)置9根和12根。

選擇混凝土重量最大節(jié)段即4.0m 長、237.6t 重的5#節(jié)段確定掛籃加載的模擬荷載，此后從0#塊兩端開始對稱加載，荷載主要通過千斤頂向掛籃底模及主桁傳遞。為保證試驗(yàn)過程及結(jié)果的準(zhǔn)確，必須在掛籃預(yù)壓期間加強(qiáng)測點(diǎn)變形情況的監(jiān)測。

3.2.2 預(yù)壓加載

在前橫梁、前托梁吊帶處共設(shè)置12 個(gè)掛籃預(yù)壓觀測點(diǎn)。完成預(yù)壓準(zhǔn)備后對各墩兩幅掛籃同時(shí)對稱預(yù)壓，并按照30%、80%及110%三級荷載加載；卸載則按80%、0 兩級荷載卸荷；并在完成每級加載和卸載后1/2h 內(nèi)進(jìn)行一次水準(zhǔn)測點(diǎn)數(shù)據(jù)的讀取，若變形量不超出1mm/30min，則視為加載合格，隨即進(jìn)入下一級加載和卸載過程。根據(jù)預(yù)壓加載結(jié)果，前橫梁、前托梁變形總量分別為40mm 和41mm，其中的彈性變形分別為28mm和29mm，其余均為非彈性變形。

3.3 現(xiàn)澆箱梁

掛籃施工前必須全面檢查主桁架各節(jié)點(diǎn)銷軸、懸吊系統(tǒng)、錨梁、前支點(diǎn)滑船和軌道等的連接情況以及行走小車所處軌道翼緣頂板位置。在掛籃上對稱懸臂澆筑1～14#塊，不考慮節(jié)段長度，懸臂施工段必須一次澆筑完成，并將梁段混凝土實(shí)際澆筑方量控制在設(shè)計(jì)方量的103%以內(nèi)。箱梁頂板頂面混凝土澆筑的不平整度不得超出5mm。菱形掛籃施工時(shí)必須加強(qiáng)掛籃變形程度控制，保證箱梁線性及受力始終符合設(shè)計(jì)要求，箱梁合龍過程中各合龍段相對高程誤差和軸線偏差應(yīng)分別控制在2cm及1cm以內(nèi)。

結(jié)束掛籃預(yù)壓后，根據(jù)預(yù)壓結(jié)果調(diào)整掛籃底籃標(biāo)高，并根據(jù)要求綁扎鋼筋、安裝預(yù)應(yīng)力管道、掛籃后錨預(yù)埋件、底籃后錨預(yù)留孔、滑梁精軋螺紋鋼預(yù)埋預(yù)留孔。安裝內(nèi)側(cè)模時(shí)，將?20mm 圓鋼對拉螺桿分別設(shè)置在內(nèi)模和側(cè)模，兩端均通過螺栓固定，相鄰拉桿間距控制在1.0m以內(nèi)。

完成預(yù)應(yīng)力管道、預(yù)留孔及預(yù)埋件等的施工并質(zhì)檢合格后澆筑混凝土，混凝土實(shí)際強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)值的90%且養(yǎng)護(hù)時(shí)間滿7d后施加預(yù)應(yīng)力張拉力。

3.4 掛籃行走

完成各梁段預(yù)應(yīng)力張拉后，將掛籃移動至下一工位，如此循環(huán)，直至全部完成懸臂澆筑梁段施工。在掛籃前移的過程中，必須嚴(yán)格遵循以下步驟：

梁段預(yù)應(yīng)力張拉、壓漿結(jié)束且底模、側(cè)模、內(nèi)模均脫模處理后，解除掛籃前支點(diǎn)支撐架絲桿，以使前支點(diǎn)受力轉(zhuǎn)移至行走滑船，通過精軋螺紋鋼錨固軌道。將同一斷面吊桿同步緩緩放松，并在底縱梁、內(nèi)導(dǎo)梁、后托梁等與混凝土面距離15cm時(shí)停住，分別將1個(gè)10t手動葫蘆加掛在前后托梁端，再將手動葫蘆和上橫梁、前托梁等相連，避免吊帶出現(xiàn)脆斷。待底模、外側(cè)模和內(nèi)模均脫離梁體后松開菱形梁后錨，并進(jìn)行后支點(diǎn)錨固轉(zhuǎn)換，使上拔力成功轉(zhuǎn)移至行走小車。將行走小車滾軸卡板解開后借助吊帶將后托梁懸掛于后桁架片上，將底模后錨桿拆除。內(nèi)模和外側(cè)模也進(jìn)行類似處理后，每片菱形桁架分配2個(gè)手動葫蘆，將掛籃拖拉到位；在掛籃的前移帶動下，內(nèi)模、底模和側(cè)模均整體滑移到位，錨緊主桁后錨桿后通過千斤頂張拉預(yù)緊，使非彈性變形得以消除。

待掛籃滑移到位，重新將側(cè)模固定于吊桿結(jié)構(gòu)上，并將內(nèi)導(dǎo)梁與上一梁段預(yù)留吊桿固定，進(jìn)行中線和標(biāo)高初調(diào)，再結(jié)合測放和標(biāo)高測量結(jié)果，通過手動葫蘆、千斤頂?shù)葴?zhǔn)確調(diào)整模板軸線和標(biāo)高。結(jié)束掛籃調(diào)整后，按設(shè)計(jì)要求安裝模板、預(yù)應(yīng)力管道，并在混凝土灌注施工前再次全面復(fù)檢高程、標(biāo)高?；炷翝仓瓿绅B(yǎng)護(hù)7d并待混凝土實(shí)際強(qiáng)度達(dá)設(shè)計(jì)強(qiáng)度90%后張拉、壓漿。

3.5 掛籃拆除

結(jié)束箱梁懸臂澆筑節(jié)段施工后拆除掛籃時(shí)，應(yīng)按照與拼裝相反的順序從最后梁段開始逐次對稱拆除底籃、模板系統(tǒng)及主桁承重系統(tǒng)。通過4個(gè)20t手動葫蘆分別將底籃和外側(cè)模整體下放至地面，為彌補(bǔ)手動葫蘆行程有限的弊端，整體下放過程應(yīng)利用精軋螺紋鋼配合完成。在合龍段施工前將不用的內(nèi)模和走行梁等結(jié)構(gòu)全部拆除。此后，按照前上橫梁→主桁架→軌道的次序依次拆除。

4 結(jié)語

本工程菱形掛籃施工過程及結(jié)果表明，菱形掛籃結(jié)構(gòu)能實(shí)現(xiàn)內(nèi)模和外模整體滑移，可提升工效，且本橋梁中線側(cè)后吊帶?32mm精軋螺紋鋼改進(jìn)為厚度14mm的扁鋼吊帶，有效避免了橋梁中間間隙的不利影響，使掛籃行走過程更加順利。掛籃預(yù)壓采用反力架形式，包含反力架安裝時(shí)間在內(nèi)的預(yù)壓時(shí)間僅需1d，比傳統(tǒng)的沙袋、水壓等預(yù)壓方法節(jié)省工時(shí)和施工成本。本特大橋工程箱梁懸臂現(xiàn)澆施工中菱形掛籃的應(yīng)用使工程社會效益和經(jīng)濟(jì)效益顯著提升。