大跨寬幅連續(xù)梁多桁架掛籃設(shè)計(jì)與施工技術(shù)

龍 蛟

（中鐵二十二局集團(tuán)第五工程有限公司 重慶 400700）

1 工程概況

哈齊客運(yùn)專線松花江特大橋主跨為（77＋3×156.8＋77）m系桿拱連續(xù)梁橋，采用先梁后拱法施工，梁體采用單箱4室、直腹板、變高變截面結(jié)構(gòu)，箱梁頂寬29.4 m，梁高8.6～4.2 m。中支點(diǎn)處梁高8.6 m，跨中梁高4.2 m，梁高按二次拋物線變化。主梁共分127個(gè)梁段，中跨懸澆13個(gè)節(jié)段；邊跨懸澆12個(gè)節(jié)段。節(jié)段最大重量為1a＃段，重860.5 t。各懸澆節(jié)段控制計(jì)算梁段參數(shù)如表1所示。

表1 控制計(jì)算梁段參數(shù)

2 掛籃設(shè)計(jì)

2.1 掛籃構(gòu)造組成

本掛籃為菱形掛籃，由主桁架、底模平臺(tái)、吊掛、走行、錨固及模板系統(tǒng)等組成［1］。

2.1.1 掛籃設(shè)計(jì)分析

箱梁1a＃段最重 860 t，梁面寬 29.4 m，箱梁為單箱4室，5道腹板，如每側(cè)掛籃設(shè)計(jì)成5片主桁架整體結(jié)構(gòu)，在懸灌和走行時(shí)存在以下問題：一是由于箱梁橫向?qū)挾容^大，懸灌施工時(shí)，混凝土布料存在橫向偏差，偏差較大時(shí)，可能導(dǎo)致主桁架受力差異較大，變形不一致，部分構(gòu)件受力和變形大，給結(jié)構(gòu)安全帶來隱患。二是5片主桁走行時(shí)的同步性要求極高，稍有不同步，可能使主桁與軌道卡住，主桁構(gòu)件與聯(lián)結(jié)系間產(chǎn)生次應(yīng)力，使主桁、聯(lián)結(jié)系的受力不均，造成變形、焊逢開裂，危及結(jié)構(gòu)安全。

在中腹板處增加1片桁架，每側(cè)掛籃為6片主桁，6片主桁設(shè)計(jì)成2套獨(dú)立對(duì)稱的掛籃，每套掛籃獨(dú)立承擔(dān)荷載，相當(dāng)于2套掛籃將29.4 m寬的梁面分成2幅14.7 m寬的梁面，減少了主桁架受力的不均勻性。

主桁設(shè)計(jì)成2套掛籃后，只需確保1套掛籃中的3片主桁走行同步，就可確保順利走行和安全。

底模平臺(tái)前后下橫梁為橫向通長，底模平臺(tái)為整體結(jié)構(gòu)，保證了底模平臺(tái)的整體剛度和梁底線形美觀。

經(jīng)以上分析，單側(cè)掛籃采用2套獨(dú)立的掛籃和整體式底模平臺(tái)。

2.1.2 主桁架系統(tǒng)

在箱梁中腹板處設(shè)2片桁架，其他腹板處各1片主桁，每側(cè)掛籃6片主桁，每3片主桁架通過聯(lián)結(jié)系和前上橫梁聯(lián)結(jié)成整體，形成2套獨(dú)立桁架結(jié)構(gòu)，底模平臺(tái)為橫向整體結(jié)構(gòu)。主桁由 32a槽鋼、Q235和Q345B鋼板焊接而成［2］。掛籃主桁桿件間及聯(lián)結(jié)系間均為銷接。

前上橫梁是底模平臺(tái)前吊掛和內(nèi)外導(dǎo)梁前吊掛的支撐，由鋼板焊接而成的鋼梁，長14 m，寬45 cm，高50 cm，每道前上橫梁設(shè)10個(gè)吊點(diǎn)，底模平臺(tái)前吊點(diǎn)4個(gè)，內(nèi)模前吊點(diǎn)4個(gè)，側(cè)模吊點(diǎn)2個(gè)。

主桁架聯(lián)結(jié)系由 14a槽鋼和鋼板焊接而成，通過栓接。掛籃具體結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 掛籃總布置（單位：mm）

2.1.3 底模平臺(tái)

由前后下橫梁、底模縱梁、下滑梁、縱梁連接系、底模和操作平臺(tái)等組成［3］。

2.1.4 吊掛系統(tǒng)

包括內(nèi)外導(dǎo)梁、前后掛梁、走行吊環(huán)、吊帶、精軋螺紋鋼、銷座等。前吊掛的作用是將懸灌混凝土、內(nèi)外模和底模平臺(tái)重量的一部分傳到主桁架上。前吊掛由20根Q345B鋼板200 mm×20 mm吊帶組成，每根吊帶配2個(gè)50 t螺旋千斤頂在前上橫梁上調(diào)節(jié)吊帶受力長度。

后吊掛系統(tǒng)由內(nèi)外導(dǎo)梁后吊掛和底模平臺(tái)后吊掛組成，內(nèi)外導(dǎo)梁后吊掛由10根Q345B鋼板200 mm×20 mm吊帶組成，底模平臺(tái)后吊掛由10根φ32精軋螺紋鋼筋組成，下滑梁后吊掛由4根Q345B鋼板200 mm×20 mm吊帶組成。

2.1.5 掛籃走行及錨固系統(tǒng)

包括走道梁、錨固梁、錨固分配梁、錨箱、后勾裝置、后勾扁擔(dān)梁、走行輪（反扣輪）、反力座、水平穿心千斤頂和錨固筋等［4］。

邊桁走道梁為2根HN500×200型鋼，中桁走道梁為3根HN500×150型鋼，型鋼間采用加勁板橫向連接［5］。走道梁豎向錨固筋大部分利用梁體豎向預(yù)應(yīng)力筋，部分預(yù)埋精軋螺紋鋼筋。

邊桁單個(gè)錨點(diǎn)2根φ25精軋螺紋鋼筋受力，中桁單個(gè)錨點(diǎn)4根φ25精軋螺紋鋼筋受力。

主桁采用預(yù)埋φ32或φ25精軋螺紋鋼筋為后錨固。φ32精軋螺紋鋼筋材質(zhì)為PSB1030，錨固深度為1.0 m，單根承受最大軸力為828 kN。φ25精軋螺紋鋼筋與梁體精軋螺紋鋼筋材質(zhì)相同，為PSB830。φ25精軋螺紋鋼筋預(yù)埋深度為0.5～1.0 m，單根承受最大軸力為393 kN。走道梁前端設(shè)穿心千斤頂牽引掛籃前移。走行及錨固結(jié)構(gòu)見圖2和圖3。

圖2 走道梁錨固

圖3 后錨固走行狀態(tài)

2.1.6 掛籃模板系統(tǒng)

掛籃外模采用排架和鋼模板組成，面板為6 mm的鋼板，內(nèi)模為組合鋼模，內(nèi)外模之間設(shè)φ28的對(duì)拉筋，采用側(cè)模夾底模形式，外側(cè)模與其支撐架焊為一體。

2.2 掛籃傳力過程

掛籃懸澆時(shí)，底模平臺(tái)上的荷載通過前后吊掛支承于前上橫梁和已澆筑梁段上，前上橫梁的荷載傳遞到掛籃主桁架，主桁架傳遞到走道梁上，再傳遞到剛墊梁上，最后傳遞到已澆筑箱梁頂部。主桁尾部設(shè)后錨固，以平衡前端產(chǎn)生的傾覆力矩。

2.3 掛籃主要技術(shù)參數(shù)

掛籃自重：265 t。

掛籃主桁：長12 m，寬22.96 m，高5.5 m。

掛籃作業(yè)時(shí)考慮的風(fēng)荷載，灌注砼時(shí)6級(jí)風(fēng)；空載走行時(shí)5級(jí)風(fēng)。

傾覆安全系數(shù)：灌注砼時(shí)K＞2；空載走行時(shí)K＞2［6］。

2.4 掛籃設(shè)計(jì)依據(jù)與荷載取值

2.4.1 掛籃設(shè)計(jì)依據(jù)

（1）《（77＋3×156.8＋77）m 四線預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁拱組合橋》Ⅰ類變更圖紙。

（2）《鐵路橋涵設(shè)計(jì)基本規(guī)范》（TB 10002.1—2005）。

（3）《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50017—2003）。

（4）《公路橋涵鋼結(jié)構(gòu)及木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTJ 025—86）。

2.4.2 掛籃設(shè)計(jì)荷載取值

（1）混凝土比重取26 kN/m3。

（2）豎向荷載取值：人員和工具荷載2.5 kN/m2，模板荷載2 kN/m2，傾倒混凝土?xí)r的沖擊荷載2 kN/m2，振搗混凝土?xí)r的荷載2 kN/m2。

2.5 掛籃結(jié)構(gòu)分析計(jì)算

主桁架及聯(lián)結(jié)系為空間桁架結(jié)構(gòu)，根據(jù)荷載組合，對(duì)掛籃主桁、前上橫梁、走道梁、底模構(gòu)件、吊掛系統(tǒng)各構(gòu)件和錨固系統(tǒng)進(jìn)行受力檢算。

2.5.1 主桁桿件檢算

施工1a＃塊時(shí)為控制工況，邊桁前斜桿壓力最大，為1 725 kN，應(yīng)力為169.2 MPa＜［σ］＝200 MPa。邊桁上弦桿軸向拉力最大為1 274 kN，應(yīng)力為184.7 MPa＜［σ］＝200 MPa。滿足規(guī)范要求。

2.5.2 前上橫梁檢算

施工1a＃塊時(shí)，前上橫梁邊桁支點(diǎn)處彎曲應(yīng)力最大，σ＝157.4 MPa＜［σ］＝200 MPa。前上橫梁在邊桁支點(diǎn)外與吊帶之間剪應(yīng)力最大，τ＝48.4 MPa＜［τ］＝125 MPa，滿足規(guī)范要求。

經(jīng)檢算，吊掛系統(tǒng)鋼吊帶、精軋螺紋鋼、銷軸、銷軸孔壁承壓和其他構(gòu)件強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性均滿足要求，各種工況下掛籃錨固筋抗傾覆穩(wěn)定安全系數(shù)K＞2，滿足規(guī)范要求。

3 掛籃施工

3.1 掛籃安裝

（1）在0＃塊頂面放樣，安裝剛墊梁。

（2）在剛墊梁上安裝軌道梁，通過錨固梁和豎向精軋螺紋鋼筋將軌道梁錨固鎖定。

（3）吊裝主桁架。將拼裝成菱形結(jié)構(gòu)的主桁架吊裝于走道梁上，搭設(shè)臨時(shí)腳手架并用纜風(fēng)繩對(duì)拉，防止傾倒，安裝2片主桁架后，將主桁架后端錨固，安裝聯(lián)結(jié)系，2片主桁形成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，安裝第3片桁架，后端錨固，再安裝桁架間的聯(lián)結(jié)系，3片主桁架形成一個(gè)整體結(jié)構(gòu)。

（4）安裝前上橫梁、前吊帶。安裝前上橫梁，將前吊帶插入墊梁和銷軸支座內(nèi)，并用銷軸、限位器銷接固定。

（5）安裝后吊帶。在0＃段底板預(yù)留孔內(nèi)，安裝后吊帶。安放分配梁、千斤頂和上墊梁。

（6）重復(fù)上述5個(gè)步驟，安裝第二套并行的掛籃、聯(lián)結(jié)系、前上橫梁及前后吊帶。

（7）用汽車吊安裝前后下橫梁，安裝縱梁、底模板，安裝內(nèi)模內(nèi)導(dǎo)梁，安裝外導(dǎo)梁、外側(cè)模排架，安裝工作平臺(tái)、爬梯和防護(hù)網(wǎng)。

（8）掛籃拼裝完畢，檢查驗(yàn)收，調(diào)整掛籃前后吊帶（桿），調(diào)整模板端部標(biāo)高。

3.2 掛籃預(yù)壓

為檢驗(yàn)掛籃構(gòu)件質(zhì)量，對(duì)掛籃的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性進(jìn)行評(píng)價(jià)，驗(yàn)證掛籃的安全性，消除非彈性形變和測算彈性形變，預(yù)壓分析掛籃底模板的預(yù)抬值，對(duì)掛籃進(jìn)行預(yù)壓［7］。

3.2.1 預(yù)壓荷載計(jì)算

（1）節(jié)段重量：最重梁段1a＃段總重量

G梁＝331 m3×26 kN/m3＝8 606 kN＝860.6 t

（2）掛籃內(nèi)模重：掛籃廠家提供單側(cè)掛籃內(nèi)模板總重G模＝56 t

（3）施工荷載：G施＝（P模＋P施＋P澆＋P振）×箱梁底寬 ×節(jié)段長＝（2 kN/m2＋2.5 kN/m2＋2 kN/m2＋2 kN/m2）×23.6 m ×4 m＝802 kN＝80.2 t

掛籃預(yù)壓總重量：

G預(yù)壓＝（G梁＋G模＋G施）×1.2＝（860.6 t＋56 t＋80.2 t）×1.2＝1 196 t

3.2.2 預(yù)壓方案

采用袋裝砂袋預(yù)壓，每袋砂重1.5 t，共需砂袋1 196 t÷1.5 t/袋＝798 袋。

分級(jí)加載，按最大施工荷載的 50%、75%、100%、120%四級(jí)加載［8］，每級(jí)加載后持荷時(shí)間分別不小于2 h、2 h、2 h、8 h，兩側(cè)掛籃對(duì)稱平衡加載，偏差不大于15 t，加載后進(jìn)行變形量和沉降量的觀測。加載順序按照混凝土澆筑順序產(chǎn)生的荷載模擬分布。按加載順序逆向分級(jí)卸載，進(jìn)行形變觀測，做好記錄。

3.2.3 預(yù)壓數(shù)據(jù)分析處理

荷載加載完畢，每隔1 h測量一次測點(diǎn)變形值，連續(xù)預(yù)壓4 h，當(dāng)最后測量時(shí)間段的兩次變形量之差小于2 mm時(shí)，可終止預(yù)壓［9］，卸除荷載，根據(jù)加、卸載實(shí)測數(shù)據(jù)，繪制各測點(diǎn)位的變形曲線，計(jì)算掛籃的變形值。

非彈性變形量＝預(yù)壓前標(biāo)高－卸載后標(biāo)高

彈性變形量＝卸載后標(biāo)高－卸載前標(biāo)高

總變形量＝預(yù)壓前標(biāo)高－卸載前標(biāo)高

將預(yù)壓數(shù)據(jù)報(bào)監(jiān)理審查，將審批成果提供給線性監(jiān)控組指導(dǎo)下道工序施工。

3.3 掛籃走行

（1）前一段梁體張拉壓漿后，安裝掛籃內(nèi)、外導(dǎo)梁走行吊架。

（2）放松前吊帶，卸掉后吊帶和內(nèi)外系梁后吊桿，使內(nèi)外導(dǎo)梁落在走行吊架上。

（3）勾掛液壓頂拉住主桁，主桁后錨筋不受力，勾掛液壓頂替代后錨筋受力，調(diào)整后錨筋的螺栓，后錨筋螺栓上移約2 cm，勾掛液壓頂回油，主桁后端錨固于后錨筋上，勾掛液壓頂受力轉(zhuǎn)換為后錨筋受力，調(diào)整后錨筋螺栓，使后錨筋受力均勻。

（4）千斤頂頂起掛籃前支撐點(diǎn)，解除走道梁與梁面的錨固，將走道梁拖拽至下節(jié)段位置，調(diào)整位置和標(biāo)高，重新錨固走道梁。

（5）千斤頂頂起掛籃前支撐點(diǎn)，使前支點(diǎn)重新置于走道梁上。利用主桁勾掛液壓頂拉住主桁后端，主桁后錨筋不受力，放松液壓頂，使反扣輪緩慢反扣于走道梁翼緣板上，完成后錨體系轉(zhuǎn)換。

（6）脫模。解除模板與對(duì)拉桿的約束，下放底模后吊帶，使底模脫離梁體約15 cm；同步下放底模前吊帶，調(diào)整吊帶使其受力均勻，完成第一次吊點(diǎn)轉(zhuǎn)換。

（7）檢查外導(dǎo)梁和內(nèi)滑梁吊框，同步下放外滑梁后吊帶，使模板脫離梁體約15 cm；同步下放外滑梁前吊帶，使側(cè)模大致處于水平狀態(tài)，完成第二次吊點(diǎn)轉(zhuǎn)換。

（8）在走道梁上畫出掛籃前移量控制標(biāo)尺，每20 cm一道。啟動(dòng)2個(gè)主控油泵，每個(gè)主油泵控制1套掛籃（3榀桁架）前端的液壓油缸，每前進(jìn)20 cm，檢查前移距離是否一致，并檢查滑座、反扣輪、走道梁錨固等情況。主桁走行應(yīng)同步、平穩(wěn)，整個(gè)走行操作由專人指揮，專人測量、觀察和檢查［10］。

（9）掛籃走行到位后，掛籃和底模平臺(tái)后錨鎖定，提升底模平臺(tái)。將掛籃后端底模與箱梁底面貼緊，張拉掛籃后吊桿和后錨固精軋螺紋鋼筋約20 t、外導(dǎo)梁混凝土灌注吊桿約12 t，前底模標(biāo)高調(diào)整到位，底模標(biāo)高調(diào)整完畢。

4 結(jié)束語

（1）每側(cè)掛籃設(shè)計(jì)成2套獨(dú)立、對(duì)稱布置的主桁架，減少了主桁架受力不均勻性，解決了掛籃走行不同步帶來的危害；整體結(jié)構(gòu)底模平臺(tái)，保證整體剛度，確保了梁底線形美觀。

（2）走道梁的錨固筋利用箱梁腹板豎向預(yù)應(yīng)力鋼筋，減少預(yù)埋錨固筋約2/3。

（3）掛籃走行系統(tǒng)構(gòu)造簡單，采用多臺(tái)穿心千斤頂并聯(lián)，同步牽引多片主桁前行，內(nèi)外側(cè)模和底模系統(tǒng)一次走行就位，走行效率高。

（4）每側(cè)掛籃主桁、底模平臺(tái)、吊掛、走行錨固和模板系統(tǒng)總重量265 t，箱梁最重節(jié)段860.6 t，掛籃總重量與箱梁最重節(jié)段之比為265/860.6＝0.31，掛籃工作系數(shù)較小，實(shí)現(xiàn)了掛籃輕量化設(shè)計(jì)［11］。

（5）掛籃縱向、豎向、橫向幾何尺寸較大，空間開闊，有利于鋼筋綁扎、預(yù)應(yīng)力筋和預(yù)應(yīng)力管道安裝，可多臺(tái)地泵同時(shí)供應(yīng)混凝土，提高施工效率［12］。

（6）利用廣珠鐵路項(xiàng)目西江特大橋230 m連續(xù)梁掛籃的主桁架進(jìn)行簡單改造，用于本橋掛籃施工，節(jié)省了大量材料費(fèi)和加工費(fèi)。