BOB半岛:菱形挂篮在箱梁悬臂现浇施工中的应用

　　摘 要：以贵阳经金沙至古蔺（黔川界）高速公路项目第GJTJ-17标段的龙庄特大桥工程为例，在概述其桥梁上部、主桥、桥跨、箱梁等结构形式设计以及菱形挂篮结构设计的基础上，从挂篮结构拼装、挂篮预压、挂篮行走及拆除等环节对悬臂现浇箱梁菱形挂篮施工过程进行了分析探讨，可为同类工程施工提供参考。

　　结合设计要求及同类工程施工经验，桥梁箱梁悬臂现浇施工中，菱形挂篮施工具有结构简单、受力明确、外形美观、计算简便等技术优势，且能为桥梁施工提供开阔的作业面，方便施工材料及机具横穿桁架后运输至施工部位，使得梁段施工速度、施工质量及安全程度均得以保证。

　　箱梁梁段分为0～17#梁段，其中0#段、1～6#梁段、7～14#梁段分别长12m、3.5m、4.0m，边、中跨合龙段即15、16#梁段长2.0m，边跨现浇段即17#梁段长4.88m。0#梁段立面构造图详见图1。

　　箱梁采用单箱单室直腹板断面形式，箱梁顶板、底板宽为16.55m和8.55m，悬臂长4.0m。箱梁根部梁高7.585m，跨中及边跨合龙段、边跨现浇段梁高2.885m，其余梁底下缘均呈二次抛物线cm，其余各梁段底板从悬臂根部至悬浇最大悬臂段厚度从80～32cm呈二次抛物线变动趋势，跨中及边跨合龙段底板厚32cm，边跨现浇段底板厚32cm。0#块箱梁顶板厚80cm，其余箱梁顶板均厚32cm。0#块箱梁腹板厚100cm,1～16#梁段腹板厚70cm，现浇段腹板厚度从70～100cm变化。各0#梁段对应墩壁均设置两道250cm厚的横隔板，箱梁梁端设端横梁，中跨跨中设置一道横隔板。

　　该特大桥主桥每跨均划分成14个悬臂浇筑梁段，悬臂浇筑梁段均采用后支点挂篮悬浇施工方式，最大节段重量按照195.5t控制，包括模板、防护系统和全部施工荷载在内的单支挂篮设计重量≤88t，整桥左右幅共设置4对挂篮。本特大桥工程所采用的菱形挂篮结构简单，杆件受力情况明确，并通过型钢组焊箱型结构，菱形结构前部空间大，可预留出较大的施工空间。菱形挂篮结构主要包括桁架承重系统、底篮及行走系统、悬吊及锚固系统、滑架系统、模板系统等，设计加工图具体见图2。

　　该系统主要由承重主桁、前后横梁桁架、后连杆等部分组成。其中承重主桁主要起到空篮及浇筑荷载承受，并将荷载传递至主桁前后支点的作用。主桁采用菱形结构，菱形架上下水平杆件、斜拉杆及斜撑杆均为2[36槽钢与上下12t钢板组焊而成，截面尺寸为384mm×320mm，分别采用20mm厚Q345B钢板对两端销轴连接处内外加强。菱形架立柱则通过2[36槽钢和12t钢板组焊成尺寸384mm×330mm的矩形断面，并在立柱顶端设置由25mm厚Q345B钢板所制成的销接端头。各杆件之间均通过40Cr材质的?90mm销轴销接。为保证桁架结构的稳定性，通过中门架连接两榀桁架，挂篮施工过程中必须在菱形桁架外侧增设缆风绳，避免风力过大而影响桁架结构稳定。由2H500×200和缀板加强组焊成的前横梁设置在主纵梁前部，用于吊杆和吊带悬吊。

　　该系统是挂篮浇筑施工的底部承载平台，其前后托梁均为钢板组焊的尺寸356mm×500mm的箱梁，托梁和[36a工字钢纵梁通过螺栓连接。底篮系统承受到的荷载主要通过底篮后锚固及悬吊系统传递至已浇筑梁段和桥面承重结构。

　　该系统中的前悬吊主要将分配至其上的箱梁腹板、底板、顶板、挂篮结构自重荷载传递至前横梁；后悬吊则主要作为挂篮行走过程中的外模后吊点，并传递相应荷载至后桁架。前后悬吊主要包括分配梁、精轧螺纹钢和千斤顶等部件，精轧螺纹钢上端作用于主桁架承重系统，下端则借助连接器连接于底篮托梁结构。内模和侧模悬吊系统?32mm精轧螺纹钢以及底篮前后托梁?40mm精轧螺纹钢均为PSB-830级。

　　该系统主要由行走轨道锚固、主桁及模板后锚、底篮后锚等部分组成。其中，行走轨道锚固系统接长锚固通过箱梁竖向预应力精轧螺纹钢完成；轨道锚梁则通过钢板和槽钢组焊，以起到确保轨道稳固定位于桥面并为轨道承受行走小车反作用力提供支点的作用[1]。挂篮行走的过程中，必须将主桁行走小车前后压紧轨道锚梁间距控制在2.0m以内。主桁后锚的作用是确保挂篮系统悬浇施工时的抗倾稳定；模板后锚杆采用强度等级830MPa的?32mm精轧螺纹钢。底篮后锚杆采用强度等级830MPa的?40mm精轧螺纹钢，锚杆横穿混凝土后锚固于箱梁混凝土面。

　　该系统主要由主桁行走小车、轨道及前支点行走划船等部件构成，其中承重主桁主要借助前支点行走划船、后端行走小车以及手拉葫芦行走于铺设在箱梁顶面的轨道上；为保证行走过程的安全可靠性，主桁小车车轮应卡进轨道翼缘。主桁行走小车的车架、钢带等结构均通过销轴连接，在结构设计时必须充分考虑小车车轮受力分配的均匀性以及对挂篮行走位置和角度偏差的适应性。通常只在挂篮前移时使用主桁行走小车，且箱梁混凝土浇筑时不能使其承受荷载。

　　将焊接箱型行走轨道设置在挂篮承重主桁下方，为便于拆装和移动，应将主桁轨道设计为一整段。单根轨道均通过?32mm精轧螺纹钢压紧于箱梁顶面，并通过高强砂浆找平轨道支撑面。挂篮承重主桁前支点下侧设置滑船，滑船和承重主桁节点均通过销轴连接，借助手拉葫芦拖动挂篮前支点使滑船沿轨道前移。

　　通过M30高强水泥砂浆在0#块箱梁上进行行走轨道位置找平，以使0#块箱梁各端主桁结构具备相同标高。复核0#块箱梁砂浆层位置和顶面标高，并确保其上两侧挂篮行走轨道稳固连接，在挂篮安装前将行走小车车轮卡进轨道翼缘；通过接长箱梁腹板中竖向精轧螺纹钢以压紧行走轨道。进行0#块箱梁两侧挂篮对称安装时，应从内侧至外侧逐片安装，并将临时风缆横向设置于每片桁架，确保横向稳定。挂篮后锚点和行走小车、滑船和前支点均通过销轴连接，并拧紧前支点撑丝杆。将接长处理的锚杆锚固于挂篮后锚点反力梁上，并按照10t/根向锚杆施加压力。待完成承重主桁安装后吊装前横梁，还应按设计要求穿插前吊带。

　　考虑到施工条件，岸上的底篮采用整体吊装的施工方式，底篮的组拼工作主要在前横梁下方进行，完成后通过2台汽车吊起吊就位，再安装前后悬吊吊带。水面的底篮通过单根吊装方式安装，应用汽车吊分别将前后托梁吊装就位，并安装前后悬吊吊带，再进行纵向[36a工字钢分配梁逐根吊装。整体吊装外模，内模则按照内顶模和内侧模的次序先后吊装，最终完成挂篮拼装。

　　采用千斤顶反向加载的方式进行菱形挂篮预压，先在0#块梁端腹板每端固结3只反力架，再通过千斤顶向反力架施力，以前横梁最重节段箱梁浇筑施工时吊带所承受的同等荷载为基础，换算出的千斤顶预压荷载最大值确定施加荷载量[2]，在此基础上分级预压；挂篮弹性变形数据主要根据其主桁架非弹性变形消除后的情况确定[3]。

　　反力架弦杆及腹杆分别采用[36b工字钢和双拼[14b槽钢，并在节点处增设20mm厚的增强钢板。将各反力架焊接在预埋于箱梁腹板内的2cm厚的钢板上，锚筋采用60cm长的?28mm型Ⅱ级钢筋，上下部分别设置9根和12根。

　　选择混凝土重量最大节段即4.0m长、237.6t重的5#节段确定挂篮加载的模拟荷载，此后从0#块两端开始对称加载，荷载主要通过千斤顶向挂篮底模及主桁传递。为保证试验过程及结果的准确，必须在挂篮预压期间加强测点变形情况的监测。

　　在前横梁、前托梁吊带处共设置12个挂篮预压观测点。完成预压准备后对各墩两幅挂篮同时对称预压，并按照30%、80%及110%荷载加载；卸载则按80%、0两级荷载卸荷；并在完成每级加载和卸载后1/2h内进行一次水准测点数据的读取，若变形量不超出1mm/30min，则视为加载合格，随即进入下一级加载和卸载过程。根据预压加载结果，前横梁、前托梁变形总量分别为40mm和41mm，其中的弹性变形分别为28mm和29mm，其余均为非弹性变形。

　　挂篮施工前必须全面检查主桁架各节点销轴、悬吊系统、锚梁、前支点滑船和轨道等的连接情况以及行走小车所处轨道翼缘顶板位置。在挂篮上对称悬臂浇筑1～14#块，不考虑节段长度，悬臂施工段必须一次浇筑完成，并将梁段混凝土实际浇筑方量控制在设计方量的103%以内。箱梁顶板顶面混凝土浇筑的不平整度不得超出5mm。菱形挂篮施工时必须加强挂篮变形程度控制，保证箱梁线性及受力始终符合设计要求，箱梁合龙过程中各合龙段相对高程误差和轴线cm以内。

　　结束挂篮预压后，根据预压结果调整挂篮底篮标高，并根据要求绑扎钢筋、安装预应力管道、挂篮后锚预埋件、底篮后锚预留孔、滑梁精轧螺纹钢预埋预留孔。安装内侧模时，将?20mm圆钢对拉螺杆分别设置在内模和侧模，两端均通过螺栓固定，相邻拉杆间距控制在1.0m以内。

　　完成预应力管道、预留孔及预埋件等的施工并质检合格后浇筑混凝土，混凝土实际强度达到设计值的90%且养护时间满7d后施加预应力张拉力。

　　完成各梁段预应力张拉后，将挂篮移动至下一工位，如此循环，直至全部完成悬臂浇筑梁段施工。在挂篮前移的过程中，必须严格遵循以下步骤：

　　梁段预应力张拉、压浆结束且底模、侧模、内模均脱模处理后，解除挂篮前支点支撑架丝杆，以使前支点受力转移至行走滑船，通过精轧螺纹钢锚固轨道。将同一断面吊杆同步缓缓放松，并在底纵梁、内导梁、后托梁等与混凝土面距离15cm时停住，分别将1个10t手动葫芦加挂在前后托梁端，再将手动葫芦和上横梁、前托梁等相连，避免吊带出现脆断。待底模、外侧模和内模均脱离梁体后松开菱形梁后锚，并进行后支点锚固转换，使上拔力成功转移至行走小车。将行走小车滚轴卡板解开后借助吊带将后托梁悬挂于后桁架片上，将底模后锚杆拆除。内模和外侧模也进行类似处理后，每片菱形桁架分配2个手动葫芦，将挂篮拖拉到位；在挂篮的前移带动下，内模、底模和侧模均整体滑移到位，锚紧主桁后锚杆后通过千斤顶张拉预紧，使非弹性变形得以消除。

　　待挂篮滑移到位，重新将侧模固定于吊杆结构上，并将内导梁与上一梁段预留吊杆固定，进行中线和标高初调，再结合测放和标高测量结果，通过手动葫芦、千斤顶等准确调整模板轴线和标高。结束挂篮调整后，按设计要求安装模板、预应力管道，并在混凝土灌注施工前再次全面复检高程、标高。混凝土浇筑完成养护7d并待混凝土实际强度达设计强度90%后张拉、压浆。

　　结束箱梁悬臂浇筑节段施工后拆除挂篮时，应按照与拼装相反的顺序从最后梁段开始逐次对称拆除底篮、模板系统及主桁承重系统。通过4个20t手动葫芦分别将底篮和外侧模整体下放至地面，为弥补手动葫芦行程有限的弊端，整体下放过程应利用精轧螺纹钢配合完成。在合龙段施工前将不用的内模和走行梁等结构全部拆除。此后，按照前上横梁→主桁架→轨道的次序依次拆除。

　　本工程菱形挂篮施工过程及结果表明，菱形挂篮结构能实现内模和外模整体滑移，可提升工效，且本桥梁中线mm精轧螺纹钢改进为厚度14mm的扁钢吊带，有效避免了桥梁中间间隙的不利影响，使挂篮行走过程更加顺利。挂篮预压采用反力架形。