大跨度連續(xù)梁鐵路橋三角掛籃施工設(shè)計及運用

曹元鑫

武漢市漢陽市政建設(shè)集團有限公司 湖北 武漢 430050

在規(guī)劃懸臂掛籃技術(shù)的過程中，相關(guān)部門應(yīng)合理使用該類橋梁施工手段，將該技術(shù)運用到對應(yīng)的連續(xù)剛構(gòu)橋或連續(xù)梁中[1]。隨著橋梁施工質(zhì)量的逐步改進下，需對懸臂掛籃技術(shù)進行針對性研究。

以北方某鐵路橋為工程背景，對三角掛籃結(jié)構(gòu)系統(tǒng)進行闡述，并對所在項目進行實際應(yīng)用；介紹了三角掛籃的結(jié)構(gòu)選型；提出了具體施工步驟并對結(jié)構(gòu)進行了設(shè)計計算以期對此類項目能起到借鑒意義。

1 工程簡介

本工程建設(shè)中的橋梁屬哈大客運專線中的連續(xù)箱梁，該類橋梁的主橋跨度在40+80+40m下的變截面單箱連續(xù)梁，該橋梁主要使用垂直型腹板，其底部寬度與頂部寬度分別為6.7m、13.4m，翼緣板長3.35m，0#塊中心梁高6.65m，跨中梁高3.85m。該項目中的腹板支點厚度多為90cm-48cm之間，頂板厚度與底板厚度分別為65cm-40cm、100cm-40cm。12cm為箱梁0#塊梁段的具體長度，且設(shè)計出2m長的合攏段，邊墩的長度為7.75m；還存有重量為139.123t的1#塊箱梁，該項橋梁的澆筑段多采用懸臂掛籃技術(shù)進行合理施工。

2 三角掛籃設(shè)計

圖1 掛籃構(gòu)造示意圖

掛籃的內(nèi)部構(gòu)成主要有模板體系、底平臺體系、吊帶體系、錨固體系與主桁架等。掛籃構(gòu)造示意圖如下。在進行掛籃規(guī)劃時，需適當(dāng)明確其外部形態(tài)為三角形，且三角形的桁片多為普通熱軋槽鋼，其對應(yīng)型號為2[32a，加強梁、底籃后橫梁、底籃前橫梁、前橫梁的應(yīng)用型號分別為2[28a、2I32b、2I32b、2I40a，吊桿采用φ32精軋螺紋鋼，吊帶采用-25×150Q345鋼板底籃腹板下橫肋為[12普通熱軋槽鋼。主桁系統(tǒng)重10.365t、行走提吊系統(tǒng)（包括內(nèi)外滑梁）重8.76t、底籃14.557t、側(cè)模重15.78t，經(jīng)過詳細估算后，可發(fā)現(xiàn)張拉操作系統(tǒng)、端模、內(nèi)模系統(tǒng)的重量分別為0.5t、0.5t、3t，吊桿及其他吊具重1.616t，掛籃系統(tǒng)與其他操作系統(tǒng)的重量分別為62.42t、1.2t，自重與載荷比為（以1#為例）0.45∶1。

2.1 主桁架系統(tǒng)

在規(guī)范主桁架的過程中，要明確其內(nèi)部的桁片構(gòu)成，即2個三角形的桁片，在完成空間桁架的合理設(shè)置后，要在立柱內(nèi)借用桿件的適宜控制來加強桁架內(nèi)部的剛度、穩(wěn)定度。當(dāng)前主桁架多使用焊鋼板，桿件間采用銷接，并利用橫梁中的對應(yīng)桁片來規(guī)范角鋼的焊接工作。相關(guān)部門還需在前后橫梁中設(shè)計分配梁，可適時完成對應(yīng)模板的安裝使用工作[2]。為加強施工安全，底模周圍設(shè)置護欄及鍍鋅鐵皮。

2.2 錨固體系設(shè)計

在進行錨固體系設(shè)計應(yīng)用時，要對鋼箱梁的掛籃懸澆進行合理控制，50MPa為對應(yīng)的混凝土強度標(biāo)準(zhǔn)，在完成預(yù)應(yīng)力的筋張拉后，要借助適宜器械來完成主桁架的移動，并利用吊桿來來開展內(nèi)外模、底平臺的移動。在完成主桁架的錨固工作后，要對內(nèi)外模與底平臺的標(biāo)高進行合理設(shè)計，及時安裝滑行吊帶與錨吊桿，并利用鋼繩的撤除來強化其運行狀態(tài)。

2.3 吊帶系統(tǒng)

相關(guān)部門可將吊帶系統(tǒng)使用在底模平臺與掛籃主桁架之間，吊帶用φ32精軋螺紋鋼和-25×150Q345鋼板，其下側(cè)需與側(cè)模、底平臺連接；而上側(cè)則要與橫梁桁片相結(jié)合，并借助絲扣或千斤頂來完成底模系統(tǒng)標(biāo)高的調(diào)節(jié)。

2.4 底平臺系統(tǒng)

底平臺體系多為縱梁、前后橫梁組合而成，其應(yīng)用的模板可鋪設(shè)到底平臺內(nèi)，并在主桁架中懸掛前后橫粱，澆筑混凝土?xí)r，應(yīng)將后橫粱的錨固工作投放到箱粱底板中[3]。

2.5 模板系統(tǒng)

模板系統(tǒng)中的外模模板包含滑梁、骨架與分模板，其內(nèi)部材料為8mm的鋼板加型鋼；內(nèi)模模板支撐于內(nèi)滑梁上?；芘c支承模板為主的滑梁應(yīng)放置在主桁架的前面。滑梁后端要投放在內(nèi)側(cè)的箱梁頂板中，外側(cè)滑梁后端錨固于已交混凝土翼板上，在進行混凝土的澆筑時要恰當(dāng)完善箱梁翼板的錨固工作，并在拆模期間合理完善錨固端，使其依照平臺的下沉而出現(xiàn)位置移動。

2.6 掛籃加載試驗

在開展掛籃制作的過程中，需對該項過程實行合理檢測，測試掛籃結(jié)構(gòu)中的各項構(gòu)件與設(shè)計圖紙規(guī)范的相符性，對可能出現(xiàn)的制作、加工與選材問題進行合理控制，及時糾正其形成的各項問題。在完成掛籃內(nèi)部構(gòu)件的質(zhì)量檢測后，要在施工現(xiàn)場進行科學(xué)拼裝，并在荷載試驗的影響下，有效檢測出掛籃內(nèi)部各項構(gòu)件的實際承載水平。

在實行荷載試驗的過程中，需及時控制加載時掛籃受力狀態(tài)不佳的梁段。試驗過程中加載分級進行，對不同級別荷載影響下的桿件內(nèi)力與撓度進行精準(zhǔn)控制。依照掛籃撓度生出的各項荷載，科學(xué)設(shè)置出對應(yīng)的撓度曲線，再將該曲線中的數(shù)值變化進行合理規(guī)范，確認(rèn)不同梁段生生成的撓度，在該項數(shù)據(jù)的影響下，為此后的橋梁懸臂施工設(shè)置合適的數(shù)據(jù)支撐。在最大荷載值的有效應(yīng)用下，掛籃桿件內(nèi)力的數(shù)據(jù)獲取變得更為精準(zhǔn)，切實掌握對應(yīng)掛籃的承載水平，利用對該項安全系數(shù)的規(guī)范性使用，增強項目施工的可靠性、安全性。

掛籃在 0#段上拼裝完畢以后，要對掛籃中形成的彈性變形進行及時消除，并在懸臂澆注建設(shè)中，讓掛籃彈性變形生成在粱段預(yù)拱度的施工計算中。

3 掛籃安裝

掛籃結(jié)構(gòu)構(gòu)件運達施工現(xiàn)場后，安排在已澆好的0#段頂面拼裝，掛籃構(gòu)件利用塔吊吊至已澆梁段頂面，再進行組裝[4]。

3.1 拼裝主桁結(jié)構(gòu)

在當(dāng)前的箱粱0#段軌道位置需實行不同程度的砂漿找平工作，要利用對測量放樣的適宜控制來找出主桁架的軸線拼裝位置。在使用吊裝設(shè)備開展軌道起吊的過程中，要利用恰當(dāng)安防來完成錨固梁的連接，切實完善軌道錨固筋的安裝工作，科學(xué)連接預(yù)應(yīng)力筋與錨梁，并在對應(yīng)軌道中設(shè)置支點滑船，完成支承墊塊的設(shè)計。在運用箱梁0#頂面下的工作系統(tǒng)時，要對其內(nèi)部的水平組進行合理拼裝，其主桁片的安裝工作要實行恰當(dāng)舉措，增強桁片應(yīng)用的穩(wěn)定度。相關(guān)人員還需適時開展后錨桿、千斤頂與分配梁的連接工作，切實完善頂板預(yù)留孔、錨固筋的錨固工作。在箱粱0#段頂面組拼主構(gòu)架的三個單元。按先兩側(cè)片后中片的順序，合理設(shè)置橫粱桁片的不同段落，安裝前后橫梁。技術(shù)人員還要科學(xué)規(guī)劃液壓提升裝置、吊桿、分配梁與吊帶，再根據(jù)對應(yīng)的施工圖紙來完成臨時支承墊塊的拆除工作。

3.2 拼裝模板結(jié)構(gòu)或底平臺

(1)底平臺的拼裝[5]：相關(guān)部門需將將0#段大粱進行合理連接，將底籃中后橫梁與前橫梁投放到懸臂端中，并將主桁架與橫粱吊桿進行科學(xué)連接，恰當(dāng)固定吊桿與底籃橫梁的位置，再完成分配梁、底籃縱梁的安裝工作。在完成0#段大粱的施工安裝后，要在底板預(yù)留孔的附近實行砂漿找平，科學(xué)卸載底模、分配梁與千斤頂。

(2)拼裝外側(cè)模：相關(guān)人員合理吊起外?；海脗?cè)模骨架的合理規(guī)劃來完成外側(cè)模的連接，借助塔吊來完成骨架吊裝，將其置放到外?；褐?，還應(yīng)在側(cè)模骨架中及時檢測各項面板位置，增加工作平臺的設(shè)計安裝效果。

(3)拼裝內(nèi)模：還應(yīng)及時連接橋下的斜撐、橫梁與內(nèi)?；坏?，利用對內(nèi)模前吊點的適宜控制來完成錨桿懸吊工作，再將塔吊吊裝放置在內(nèi)模滑粱內(nèi)。及時調(diào)整在滑粱骨架中的模板與內(nèi)模頂板墊木，調(diào)整模板。

3.3 拼裝張拉工作系統(tǒng)

相關(guān)部門應(yīng)將橋下工作平臺當(dāng)成一個整體，使其投放到對應(yīng)的主桁系統(tǒng)中，在該項系統(tǒng)的使用下完成施工升降。

3.4 控制模板體系中澆注粱的尺寸變化

在開展模板骨架安裝的過程中，不僅要拼裝腹板與頂板，還要將腹板部份的豎肋按箱粱塊件長度拼裝到施工前的位置，并利用對該項數(shù)值的適宜控制來強化箱梁腹板數(shù)值變化。

4 掛籃系統(tǒng)驗算

4.1 主要技術(shù)參數(shù)

砼自重 GC＝26kN/m3；Es＝2.1×105MPa為對應(yīng)的剛性彈性模量；材料強度設(shè)計值：Q235鋼厚度或直徑≤16mm，fV=125N/mm2，f=215N/mm2；其內(nèi)部的直徑或厚度分別為f=205N/mm2，>16～40mm，fV=120N/mm2。Q345鋼的直徑或厚度分別為f=310N/mm2，fV=180N/mm2，≤16mm；厚度或直徑>16～40mm，f=295N/mm2，fV=170N/mm2。

4.2 荷載及組合

（1）荷載值

在考量混凝土澆筑過程中脹模系數(shù)中的超載情況時，要恰當(dāng)明確其內(nèi)部系數(shù)，即在1.05左右；混凝土澆筑時掛籃行走、空載行走與動力系數(shù)分別為1.5、1.3、1.2。

（2）掛籃主桁架中的荷載值

人群荷載與施工機具的荷載值為2.5kN/m2左右，箱梁荷載值的取值標(biāo)準(zhǔn)為1#塊，其重量與長度分別為139.123t、2.7m。

（3）荷載數(shù)值組合

在關(guān)注荷載數(shù)值組合Ⅰ時，可看出其組合形態(tài)為機具荷載、人群荷載、掛籃自重、附加荷載、超載與混凝土重量相結(jié)合；而荷載數(shù)值組合Ⅱ則為沖擊附加荷載與掛籃自重的融合值；荷載數(shù)值組合Ⅱ與Ⅰ分別應(yīng)用在掛籃體系行走計算、主桁架穩(wěn)定度測算中。

4.3 掛籃底籃及吊桿計算

圖2 主桁架計算模型及結(jié)果圖

當(dāng)前1#塊段的具體長度在2.7m左右，其重量在139.123t之間，人群荷載與施工機具的荷載值在2.5kPa上下，活載分項系數(shù)（K2）與恒載分項系數(shù)（K1）分別為1.4、1.2。5.590m與5.958m為箱梁 1#梁段中各項側(cè)面的對應(yīng)高度，縱梁間中的腹板寬度在0.9m左右，縱梁間距為腹板寬度的一半，即0.45m?；炷梁穸?.897m，普通縱梁間距為1.0m。計算荷載時，前托梁承擔(dān)底部荷載的43%，后托梁承擔(dān)底部荷載57%，同時為簡化計算，將外側(cè)模及底模吊帶按集中荷載考慮計算。在實行掛籃空載的前移期間，要適時借助配重平衡與反扣輪的傾覆力，對反扣輪對應(yīng)的承載力進行適當(dāng)控制，使其保持在50KN左右，而操作平臺、吊帶體系、內(nèi)模端模、底模系與側(cè)模的總量之和為48.586t。

表1 各部位計算結(jié)果表

4.4 掛籃主桁架計算

若選取1號塊開展對應(yīng)的計算工作時，要切實明確1#塊梁段的具體長度，即2.7m，重量為139.123t，其采用的人群荷載、施工機具荷載值為2.5kN/㎡,活載分項系數(shù)（K2）與恒載分項系數(shù)（K1）分別為1.4、1.2。在移動掛籃空載時，要恰當(dāng)明確反扣輪的承載力，使其承載力維持在50KN左右，并精準(zhǔn)控制操作平臺、吊帶體系、內(nèi)模端模、底模系與側(cè)模的總體總量，使其保持在48.586t上下。壓桿穩(wěn)定性與截面面積有關(guān)?，F(xiàn)將受力最大的AC與BD桿的蓋板通長，厚度為-8mm 鋼板。2[32a 槽鋼為主桁架中的各項桿件，其槽鋼構(gòu)成圖3所示的截面形狀。

圖3 主桁架構(gòu)件截面示意圖

圖4 結(jié)構(gòu)計算簡圖

表2 各部位計算結(jié)果表

5 結(jié)語

（1）以北方某鐵路橋為工程背景，對三角掛籃結(jié)構(gòu)系統(tǒng)進行闡述，并對所在項目進行實際應(yīng)用；介紹了三角掛籃的結(jié)構(gòu)選型；提出了具體施工步驟并對結(jié)構(gòu)進行了設(shè)計計算。

（2）在規(guī)劃上部結(jié)構(gòu)時，多借助三角雙懸臂來強化對應(yīng)的懸臂掛籃施工過程，利用掛籃中的各項桿件傳力來有效解決掛籃桿件中的變形情況與受力狀況，在計算結(jié)果較準(zhǔn)確的情況下增強施工規(guī)范性。

（3）在完成對應(yīng)的公式計算后，可依照獲取的實際結(jié)果進行科學(xué)修正，無論是應(yīng)力值還是位移都與工程項目的建設(shè)規(guī)范相符，結(jié)構(gòu)強度與剛度也都達成項目建設(shè)需求，增進懸臂澆筑施工的質(zhì)量與安全。