低墩大跨連續(xù)剛構(gòu)橋菱形掛籃施工安全優(yōu)化分析

關(guān)鍵詞：連續(xù)剛構(gòu)橋；掛籃施工；大縱坡；鉸接裝置；全封閉防護(hù)中圖分類號(hào)：U488.23 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOl：10.13282/j.cnki.wccst.2025.03.027文章編號(hào)：1673-4874（2025）03-0093-04

0 引言

連續(xù)剛構(gòu)橋掛籃懸臂澆筑施工技術(shù)目前已非常成熟，國(guó)內(nèi)采用該類橋梁施工技術(shù)跨越既有線路的項(xiàng)目越來(lái)越多，其中菱形掛籃因其優(yōu)越的結(jié)構(gòu)體系及成熟的施工工藝而被大量應(yīng)用[1-5]。近年部分橋梁在設(shè)計(jì)過(guò)程中為了減少橋梁總長(zhǎng)和跨徑，降低總造價(jià)，采用了低墩小凈空、大縱坡的方式進(jìn)行跨線設(shè)計(jì)和施工，該類橋梁采用常規(guī)掛籃施工技術(shù)難以滿足安全和穩(wěn)定性要求。本文在跨漢十高速公路高架橋項(xiàng)目主橋 8^? 和 9^? 墩掛籃懸臂施工過(guò)程中，結(jié)合連續(xù)剛構(gòu)橋結(jié)構(gòu)形式，通過(guò)對(duì)菱形掛籃的行走、懸吊、防護(hù)等系統(tǒng)存在的不足進(jìn)行深入分析，制定優(yōu)化方案，改良掛籃部分安全結(jié)構(gòu)，從而滿足掛籃施工中的安全性和穩(wěn)定性，確保連續(xù)剛構(gòu)橋施工過(guò)程安全。

1工程概況及工程難點(diǎn)

1. 1 工程概況

跨漢十高速公路高架橋全長(zhǎng) 1339.30m ，效果圖如圖1所示。其中，主橋?yàn)槿?lián)，采用 （95+150+95）| m預(yù)應(yīng)力混凝土變截面現(xiàn)澆剛構(gòu)一連續(xù)組合體系梁橋，最大縱坡為 4.65% ，接近規(guī)范允許縱坡極值。主橋 8^? 主墩高8m，9^# 主墩高 12m ，左右分幅，通過(guò)150m主跨跨越漢十高速公路主線、甘夏灣互通D匝道及G匝道，掛籃在高速公路正上方施工長(zhǎng)度達(dá) 72m ，箱梁底部距離高速公路路面最小垂直距離為 。懸澆箱梁根部高度為9.0m ，懸臂端部高度為 3.5m ，箱梁頂寬 12.75m 底寬6.75m 。采用單箱單室結(jié)構(gòu)，節(jié)段最大重量為 1^? 塊，混凝土方量為 80.4m³ （約 2131.6kN） 。設(shè)計(jì)要求掛籃及模板總重量應(yīng) ? 100t。

1.2工程施工難點(diǎn)

（1）橋梁跨越高速公路主線及雙向兩個(gè)匝道，在高速公路正上方施工長(zhǎng)度達(dá) 72m ，安全防護(hù)要求高，必須設(shè)置全封閉防護(hù)系統(tǒng)。區(qū)域存在10級(jí)大風(fēng)歷史，全封閉防護(hù)系統(tǒng)防風(fēng)等級(jí)要求高，設(shè)計(jì)要求掛籃系統(tǒng)總重量應(yīng)?100t 全封閉防護(hù)系統(tǒng)將極大地占用掛籃系統(tǒng)總重量，在進(jìn)行全封閉防護(hù)設(shè)計(jì)時(shí)需盡量減小重量和尺寸。

（2）橋梁為低墩小凈空，在高速公路上最小凈空為7.3m ，為保證行車安全掛籃全封閉防護(hù)底籃與高速公路的凈空應(yīng) gt;5.5m ，僅給掛籃施工預(yù)留了1.8m的施工作業(yè)凈空，對(duì)全封閉系統(tǒng)整體空間和穩(wěn)定性具有極大的挑戰(zhàn)。

（③主橋最大縱坡為 4.65% ，接近規(guī)范允許縱坡極值，箱梁底板設(shè)置有二次拋物線弧形，在施工中掛籃懸吊系統(tǒng)與底籃系統(tǒng)的連接點(diǎn)容易形成不垂直受力狀態(tài)。

（4）大縱坡掛籃在行走時(shí)需考慮行走小車整體穩(wěn)定 性，避免掛籃因?yàn)榭v坡較大出現(xiàn)失穩(wěn)或行走困難的情況。

（5）全封閉防護(hù)內(nèi)進(jìn)行掛籃施工為受限空間作業(yè)，較長(zhǎng)的鋼筋、波紋管等材料，在安裝時(shí)存在困難，極易與全封閉防護(hù)系統(tǒng)發(fā)生碰撞或擦掛，影響高速公路上方施工安全。

2掛籃設(shè)計(jì)

2.1掛籃選型與設(shè)計(jì)

目前市面上應(yīng)用最廣的掛籃類型為菱形掛籃和三角掛籃，鑒于該橋?yàn)榇罂v坡連續(xù)剛構(gòu)橋梁，且處于多風(fēng)地段，三角掛籃行走穩(wěn)定性相對(duì)較差，而普通菱形掛籃前上橫梁較高會(huì)增加掛籃懸吊系統(tǒng)整體高度，結(jié)合項(xiàng)目實(shí)際情況，主橋懸臂現(xiàn)澆選擇了優(yōu)化改良后的軌行式菱形掛籃。該掛籃在普通菱形掛籃的基礎(chǔ)上將前上橫梁高度降低，縮短懸吊系統(tǒng)高度的同時(shí)又增加了抗風(fēng)能力，提高穩(wěn)定性。掛籃主要由主桁承重系統(tǒng)、懸吊系統(tǒng)、錨固系統(tǒng)、行走系統(tǒng)、模板系統(tǒng)、平臺(tái)防護(hù)系統(tǒng)等部分組成，其剖面圖如圖2所示。

由于整個(gè)掛籃總重量應(yīng) ? 100t，而跨高速公路側(cè)全封閉防護(hù)系統(tǒng)附著于掛籃上，其重量需計(jì)入掛籃系統(tǒng)總重量，全封閉兜底防護(hù)需預(yù)留12t的重量，模板系統(tǒng)需預(yù)留15t的重量，掛籃實(shí)際重量需控制為 lt;73t ，因此掛籃的每個(gè)構(gòu)配件需進(jìn)行專項(xiàng)設(shè)計(jì)后再逐一加工。掛籃主桁系統(tǒng)為兩片菱形主梁，均采用雙拼[40a對(duì)扣焊接后在其腹板加焊鋼板而成；節(jié)點(diǎn)板與各桿件連接采用銷接，前上橫梁為兩根50工字鋼加焊鋼板；平聯(lián)橫梁采用22a焊接；中橫梁采用 120mm× 120mm和 120mm×60mm 方鋼管焊接；底籃前后橫梁采用雙拼45工字鋼加鋼板焊接；底籃縱梁采用22a工字鋼、雙拼10槽鋼、12mm鋼板節(jié)點(diǎn)板焊接。掛籃懸吊系統(tǒng)系統(tǒng)由20 0mm×30 mm鋼吊帶、 ?45 mm的40cr合金結(jié)構(gòu)鋼組成。內(nèi)外滑梁長(zhǎng)為12m ，采用雙拼 40^? 槽鋼加1cm厚鋼板焊接而成。掛籃行走系統(tǒng)主要是由2根軌道、2個(gè)行走小車、2個(gè)前支腿和墊梁組成。經(jīng)過(guò)專項(xiàng)設(shè)計(jì)，掛籃各構(gòu)配件最終總重量控制為70t（不含模板系統(tǒng)、防護(hù)系統(tǒng)）。

2.2 全封閉防護(hù)設(shè)計(jì)

為防止在高速公路上進(jìn)行掛籃懸臂澆筑施工掉落雜物，需對(duì)掛籃底部和四周設(shè)置全封閉防護(hù)。全封閉防護(hù)設(shè)計(jì)需在確保防護(hù)性能的同時(shí)保證重量 ?12t ，全封閉防護(hù)兜底采用14.5m長(zhǎng)的 20^? 槽鋼雙拼加工成1組，用10mm厚鋼板焊接組合成底兜承重橫梁，每套底兜架2組底橫梁，槽鋼在吊桿處設(shè)10mm鋼板加勁肋，縱梁采用8^? 槽鋼，每根下料長(zhǎng)度為 7.5m ，間距為60cm布置一根，共25根，采用焊接方式與橫梁連接。底板采用3mm花紋鋼板滿鋪在縱梁上，鋼板與縱梁進(jìn)行間斷點(diǎn)焊，鋼板與鋼板之間搭接≥20cm（見(jiàn)圖3）。

現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)跨越處高速公路路面高程后反算求得路面與懸臂現(xiàn)澆梁底最小距離為7.3m，考慮行車安全掛籃全封閉防護(hù)底籃與高速公路的凈空應(yīng) ，僅給掛籃施工預(yù)留了1.8m施工作業(yè)凈空。為保證全封閉兜底的穩(wěn)定性，兜底底橫梁用32mm精軋螺紋鋼筋吊桿懸掛固定在掛籃前后的下橫梁上，前后各5個(gè)吊點(diǎn)，單個(gè)兜底共10個(gè)吊點(diǎn)。

全封閉防護(hù)立面采用焊接方式設(shè)置防護(hù)，下部1.2m采用3mm鋼模板全封閉，鋼模板與兜底花紋鋼板采用間隔1m間斷點(diǎn)焊，鋼模板上部至高度高出橋面1.2m范圍采取8mm網(wǎng)孔鋼絲網(wǎng)進(jìn)行全封閉。防護(hù)主骨架及欄桿采用40 ）min×60mm×3mm 方鋼管焊接在鋼模板上，8mm網(wǎng)孔鋼絲網(wǎng)采用角鋼進(jìn)行鑲邊，確保拼接嚴(yán)絲合縫。為提高抗風(fēng)能力在全封閉防護(hù)在掛籃內(nèi)部設(shè)置雙層連墻件，全封閉防護(hù)總重量控制為10t，如圖4所示。

3掛籃優(yōu)化及解決措施

3.1開(kāi)窗式的掛籃全封閉防護(hù)技術(shù)

由于整體重量、外部尺寸受到限制，掛籃全封閉防護(hù)內(nèi)部操作空間受限，橋梁腹板、底板長(zhǎng)鋼筋及預(yù)應(yīng)力管道安裝易與防護(hù)網(wǎng)擦掛、碰撞，為解決以上問(wèn)題，需對(duì)全封閉防護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化。利用合頁(yè)片使橋梁腹板和底板區(qū)域設(shè)置可開(kāi)窗的防護(hù)網(wǎng)，釋放操作空間，在安裝較長(zhǎng)的鋼筋、預(yù)應(yīng)力波紋管時(shí)打開(kāi)防護(hù)網(wǎng)，有利于提供便利的安裝條件，長(zhǎng)物體和材料在安裝完成后關(guān)閉防護(hù)網(wǎng)，起到全封閉防護(hù)效果，同時(shí)在遇到極端大風(fēng)天氣時(shí)可打開(kāi)防護(hù)網(wǎng)起到減小迎風(fēng)面積的效果，提高全封閉防護(hù)安全性能如圖5所示。

3.2掛籃吊帶與底籃橫梁的鉸接技術(shù)

為解決大縱坡的條件下，掛籃懸吊系統(tǒng)與底籃系統(tǒng)的連接點(diǎn)容易形成不垂直受力狀態(tài)問(wèn)題，項(xiàng)目部對(duì)吊帶和底籃鉸接裝置進(jìn)行了改進(jìn)，采用雙拼 20^? 槽鋼作為上下扁擔(dān)梁，夾具采用45mm的40cr合金結(jié)構(gòu)鋼棒，如圖6所示。優(yōu)化后的鉸接裝置無(wú)須在前后下橫梁上進(jìn)行焊接，安裝和拆除簡(jiǎn)單方便，鉸接位置可調(diào)節(jié)，遇大縱坡工況也可保證吊帶的垂直受力。

3.3掛籃行走后錨小車雙重鉸接技術(shù)

為解決大縱坡掛籃在行走時(shí)行走小車的整體穩(wěn)定性問(wèn)題，避免掛籃因?yàn)榭v坡較大出現(xiàn)失穩(wěn)或行走困難的情況，對(duì)傳統(tǒng)掛籃小車進(jìn)行了改進(jìn)和優(yōu)化。采用雙重鉸接技術(shù)，在后錨小車縱向和橫向分別采用插銷裝置設(shè)置一個(gè)鉸接點(diǎn)，如圖7所示，鉸接點(diǎn)可以釋放掛籃行走過(guò)程中前后和左右方向產(chǎn)生的應(yīng)力，提高掛籃行走穩(wěn)定性，同時(shí)該技術(shù)不易出現(xiàn)行走卡頓和行走不暢等問(wèn)題，提高行走過(guò)程的工作效率。在掛籃行走過(guò)程中，當(dāng)出現(xiàn)兩側(cè)行走不對(duì)稱的問(wèn)題時(shí)容易被發(fā)現(xiàn)，極大地提高了安全性。

4結(jié)語(yǔ)

為解決低墩小凈空、大縱坡跨線連續(xù)剛構(gòu)橋面臨的施工和安全難題，在既有掛籃基礎(chǔ)上，優(yōu)化和改進(jìn)了掛籃吊帶與底籃的鉸接裝置、開(kāi)窗式的掛籃全封閉防護(hù)系統(tǒng)以及掛籃行走后錨小車雙重鉸接技術(shù)，解決了跨漢十高速公路連續(xù)剛構(gòu)橋掛籃懸臂施工中的安全技術(shù)難題，項(xiàng)目的成功應(yīng)用表明了以上裝置及技術(shù)安全可靠，并得出如下結(jié)論：

（1）吊帶與底籃的鉸接技術(shù)可以確保在大縱坡和橋梁底板二次拋物線弧形雙加持下，吊帶能垂直受力，吊帶與底籃連接點(diǎn)受力均衡，鉸接裝置無(wú)須與掛籃下橫梁焊接，

可隨施工需要調(diào)節(jié)和移動(dòng)鉸接裝置與下橫梁的相對(duì)位置，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制作方便，穩(wěn)定可靠。

（2）開(kāi)窗式的掛籃全封閉防護(hù)技術(shù)可以在外部空間受限的情況下釋放操作空間，解決有限空間作業(yè)各項(xiàng)操作難題，尤其有利于掛籃施工過(guò)程中內(nèi)部長(zhǎng)物體的安裝和拆除，提升了懸臂掛籃防護(hù)系統(tǒng)抵抗極端天氣的抗風(fēng)能力。

（3）掛籃主桁架與行走小車雙重鉸接技術(shù)可在鉸接點(diǎn)釋放各種應(yīng)力，掛籃行走過(guò)程更加流暢，提高行走過(guò)程工作效率。該連接方式的掛籃在安裝和拆除時(shí)采用插銷代替焊接，有利于掛籃重復(fù)利用，工人操作省時(shí)省力。掛籃行走過(guò)程中可以肉眼直接觀察鉸接點(diǎn)行走小車位置變化來(lái)判斷掛籃偏位及行走不均衡等問(wèn)題，達(dá)到及時(shí)糾偏的目的，提高了整體安全系數(shù)。

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收稿日期：2024-06-05