李大偉，張振偉，張 磊

(1.黑龍江省公路勘察設(shè)計院;2.東北林業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院)

菱形掛籃在雙線鐵路橋施工中的應(yīng)用

李大偉1，張振偉2，張 磊2

(1.黑龍江省公路勘察設(shè)計院;2.東北林業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院)

以跨既有線濱綏線特大鐵路橋掛籃懸臂施工為背景，介紹了菱形桁架掛籃的組成結(jié)構(gòu)和施工方法。并根據(jù)連續(xù)梁鐵路橋懸臂施工的特點，對掛籃進(jìn)行設(shè)計及驗算。同時結(jié)合工程實際情況，提出掛籃施工的安全質(zhì)量保證措施，對以后類似掛籃施工具有一定的借鑒作用。

菱形掛籃;連續(xù)梁;鐵路橋

我國的掛籃設(shè)計和制作已全部適應(yīng)懸臂施工向輕型、高強、大跨發(fā)展的需要。目前，逐漸發(fā)展為施工越來越方便，受力越來越合理，結(jié)構(gòu)越來越輕型，應(yīng)用也越來越廣泛。掛籃是橋梁工程中懸臂施工的主要設(shè)備，按主要承重結(jié)構(gòu)形式分為桁架式掛籃、斜拉式掛籃、型鋼式掛籃及混合式掛籃4種。菱形桁架掛籃的主要受力構(gòu)件為二力桿結(jié)構(gòu)，能夠充分利用材料的性能，具有受力明確、結(jié)構(gòu)輕巧、拆裝錨固方便的特點。因此，跨既有線濱綏線特大鐵路橋采用菱形桁架式掛籃進(jìn)行懸臂施工。

1 工程概況

跨既有線濱綏線特大鐵路橋為雙線預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁橋，位于紅花嶺東南，橫跨牡綏線。主橋跨徑32 m+48 m+32 m(見圖1)，梁全長L=113.2 m。橋體按整幅設(shè)計，箱梁為單箱單室變截面連續(xù)箱形梁，梁底曲線采用二次拋物線變化，墩頂支點處梁高3.5 m，跨中最小梁高2.5 m，頂板寬11.7 m，底板寬6.4 m，外翼板懸臂長2.65 m，懸臂底板端厚40 cm，根部底板厚60 cm。全橋施工分為8個施工節(jié)段，懸澆段最大長度3.45 m，懸澆段采用掛籃分段對稱懸臂施工。

圖1 跨徑布置及施工節(jié)段圖(單位:mm)

2 掛籃構(gòu)造

菱形掛籃主要由主桁架、行走及錨固、吊桿、底托、內(nèi)模支架、內(nèi)滑梁及提吊、前橫梁、模板等部分組成。

(1)主桁架系統(tǒng)

主桁架是掛籃的主要承重結(jié)構(gòu)，掛籃桁架采用型鋼制作，兩片分別立于箱梁腹板位置，其間用角鋼組成平面聯(lián)結(jié)系，主桁架各桿件間采用直徑φ79 mm材質(zhì)為40Cr的鋼銷軸銷接。在主桁架上弦桿前端設(shè)有前橫梁，用于懸吊各前吊桿，前橫梁上設(shè)操作平臺和護(hù)欄以便于施工及安全。主桁架豎桿之間采用中門架連接，以加強兩片菱形架的穩(wěn)定性。豎桿兩側(cè)各設(shè)一個側(cè)面吊架，用于懸吊掛籃底托系統(tǒng)及外側(cè)模，便于掛籃的行走和倒退。在靠近豎桿內(nèi)側(cè)設(shè)可拆裝式爬梯，方便施工人員上下操作。

(2)吊桿系統(tǒng)

吊桿系統(tǒng)包括前吊帶和后吊帶組成，前吊帶的作用是將懸臂灌筑箱梁的底板、腹板、頂板混凝土及底模板重量傳至桁架上，后吊帶的作用是將底模板荷載傳至已成箱梁底板上，每根吊桿均為φ32精扎螺紋鋼筋，吊桿頂設(shè)有2臺16 t螺旋頂，通過槽型鋼橫桿來調(diào)整高度，長短吊桿，按箱梁的底板的寬度要求設(shè)制。

(3)行走及錨固系統(tǒng)

掛籃在懸澆完一段箱梁，混凝土強度達(dá)到50 MPa，預(yù)應(yīng)力筋張拉完畢后開始前移。掛籃前移時，通過后錨千斤頂轉(zhuǎn)換到滾筒上，由錨固在箱梁上的錨桿來平衡傾覆力矩，用手動倒鏈配合液壓千斤頂前移。由后錨壓梁與箱梁翼板及頂板上預(yù)留孔穿預(yù)應(yīng)力筋連接并錨固，穿錨桿與主桁架后結(jié)點錨固。

(4)模板平臺

模板平臺即底模和側(cè)模(含內(nèi)模)，外側(cè)模板采用鋼模板以提高梁體表面光滑度，利于保證澆筑梁體混凝土質(zhì)量，底模為鋼模板。底模平臺通過前，中橫梁吊掛在主桁架上，前上橫梁由二根槽型鋼組成，通過四根長吊桿與底模前下橫梁相連，后側(cè)兩根長吊桿設(shè)置在箱梁懸臂外側(cè)與底模后下橫梁相連，兩根短吊桿直接通過箱梁底板預(yù)留孔直接將后下橫梁錨固在箱梁底板上;后錨梁由兩根工字鋼組成，通過兩吊桿將主桁架錨固在腹板內(nèi)側(cè)的箱梁橋面板上。

3 掛籃驗算

3.1 掛籃設(shè)計參數(shù)

根據(jù)施工梁段重量及長度設(shè)計掛籃參數(shù)。1#梁段長為3 m、混凝土方量為37.6 m3;2#梁段長為3.45 m、混凝土方量為38.87 m3，綜合考慮以2#梁段為計算依據(jù)。施工行走時的抗傾覆安全系數(shù)≥2.0，錨固系統(tǒng)的安全系數(shù)≥2.0。最重梁段重量為1 010 kN，考慮到脹模等因素，取1 050 kN。施工人員及材料等施工荷載取2.5 kPa。風(fēng)荷載取780 Pa。掛籃自重取360 kN。混凝土偏載為0.08 ～0.1 G，0.1 G=9.39 t。掛籃錨固精軋螺紋鋼筋和吊掛用精軋螺紋鋼筋均采用Ⅳ級鋼筋，主要受力連接均用高強螺栓。

3.2 掛籃結(jié)構(gòu)驗算

(1)掛籃主桁架驗算

各荷載組合中主桁桿件最大拉應(yīng)力σt=80 MPa，最大壓應(yīng)力σc=73 MPa，均小于允許應(yīng)力。單片主桁架最大撓度f=14.6 mm＜20 mm。滿足規(guī)范要求。

(2)主桁架后錨固力驗算

抗傾覆系數(shù)取2，所需錨固力不小于871.6 kN。后錨固點用四根直徑32 mm的精軋螺紋鋼筋(Ⅳ級)錨固，其錨固力為2 412 kN。后錨固力滿足規(guī)范要求。

(3)走行反扣力驗算

走行時，掛籃主要受力為掛籃自重和模板重(還有風(fēng)載、不同步荷載)，單片主桁架承受力為110 kN，所需軌道錨固力為125.5 kN，走行抗傾覆系數(shù)取2，則錨固力應(yīng)不小于251 kN，實際的軌道錨固力為720 kN。所以走行所需的反扣力滿足要求。

(4)主桁架連接銷軸強度驗算。

銷軸為45#鋼，直徑 φ89 mm，剪切應(yīng)力 τ=74 N/mm2＜［τ］=125 MPa。主桁架連接銷強度滿足要求。

4 掛籃的特點

跨既有線濱綏線特大鐵路橋在既有線上懸澆施工，掛籃結(jié)構(gòu)設(shè)計除滿足強度、剛度和穩(wěn)定性，結(jié)構(gòu)設(shè)計合理、簡單、受力明確，橋面標(biāo)高及梁體線型易于控制;重量輕，加工制造、拼裝及折卸方便;施工快速、無平衡重、作業(yè)面闊。掛籃重量與梁段混凝土的重量上最大比值控制在0.36。掛藍(lán)在混凝土懸澆及走行抗傾覆安全系數(shù)為2.0。

5 掛籃施工方法

(1)掛籃安裝

掛籃在已澆筑的0#、1#梁段上整體拼裝。按照主桁支承(軌道)、主桁、前后上橫桁及吊掛系統(tǒng)、底平臺、錨固的順序逐步安裝。拼裝安成后，通過手動倒鏈將掛籃前移，再將底模、側(cè)模系統(tǒng)起吊到位，通過吊帶銷接完成全部拼裝。

(2)掛籃的移動

在每一梁段混凝土澆筑及預(yù)應(yīng)力張拉完畢后，掛籃將移至下一梁段位置進(jìn)行施工，直到懸臂澆注梁段施工完畢。掛籃前移時工作步驟如下:①當(dāng)梁段預(yù)應(yīng)力張拉、壓漿完成后，進(jìn)行脫模。②拆除底模后錨桿，此時底籃后橫梁僅用吊帶吊住。③手動倒鏈(液壓千斤頂)前移。拖動至下一梁段位置就位，錨固主桁架，做好支點，落下千斤頂。④掛籃后結(jié)點進(jìn)行錨固。⑤安裝底模后錨桿。⑥安裝側(cè)模吊桿，調(diào)整后滑梁架。⑦調(diào)整模板位置及標(biāo)高。⑧待梁段底板及腹板鋼筋綁扎完畢后，組拼內(nèi)模到位，調(diào)整標(biāo)高后，即可安裝梁段頂板鋼筋。⑨梁段混凝土澆筑及預(yù)應(yīng)力張拉完畢后，進(jìn)入下一個掛籃移動循環(huán)。

(3)掛籃結(jié)構(gòu)拆除

箱梁懸臂澆筑梁段施工完畢后，進(jìn)行掛籃結(jié)構(gòu)拆除。拆除時，先在最后澆筑梁段的位置按拼裝時的相反順序拆除掛籃的底籃及模板系統(tǒng)，然后將掛籃主桁架后退，按拼裝時的相反順序拆除掛籃主桁桿件。掛籃的拆除在兩懸臂端對稱地進(jìn)行，使主梁平衡受力，保證施工安全。

6 掛籃施工安全質(zhì)量保證措施

(1)組織相關(guān)技術(shù)人員學(xué)習(xí)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范和施工圖紙，組織現(xiàn)場操作人員進(jìn)行崗前培訓(xùn)，使技術(shù)干部及操作工人熟知標(biāo)準(zhǔn)，理解規(guī)范，掌握施工操作要領(lǐng)。

(2)掛藍(lán)必須經(jīng)測試后方可使用，測試荷載為設(shè)計荷載的2倍以上，掛籃制作中各種材料的力學(xué)性能應(yīng)符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，避免材質(zhì)影響結(jié)構(gòu)安全。

(3)首次澆筑前施工單位應(yīng)會同設(shè)計、業(yè)主、監(jiān)理及監(jiān)控單位共同核準(zhǔn)各施工節(jié)段控制截面預(yù)拱度。

(4)在掛籃每次澆筑前，應(yīng)檢查模板各拉桿螺絲是否擰緊，主桁后錨是否錨固牢固;側(cè)模錨固牢固，確保萬無一失。

(5)現(xiàn)澆箱梁預(yù)留孔位要準(zhǔn)確，且直徑不小于6 cm，不得有遺漏。

(6)在張拉預(yù)應(yīng)力鋼束時，嚴(yán)禁在千斤頂后站人，所有操作人員必須站在千斤頂兩側(cè)，對張拉完畢沒有壓漿的鋼束，嚴(yán)禁隨意敲擊、碰撞。

(7)掛籃前移時，應(yīng)保證兩邊的不平衡力矩差符合設(shè)計要求。

7 結(jié)語

預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁鐵路橋采用菱形掛籃進(jìn)行懸臂施工已經(jīng)是一項成熟的施工工藝，該施工方法具有節(jié)點少，拼裝簡單，質(zhì)量輕，行走方便，就位準(zhǔn)確，便于調(diào)整，能極大地提高工作效率等特點。實踐證明，目前國內(nèi)懸澆箱梁施工中，菱形掛籃具有實用、安全、節(jié)約成本的特點，值得推廣。

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U445

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1008-3383(2012)02-0059-02

2011-12-23

李大偉(1983-)，男，哈爾濱市人，助理工程師，從事道路、橋梁結(jié)構(gòu)工程設(shè)計研究。