單箱雙室連續(xù)箱梁掛籃設(shè)計與施工

廖福興

(中鐵十三局集團(tuán)第四工程有限公司)

單箱雙室連續(xù)箱梁掛籃設(shè)計與施工

廖福興

(中鐵十三局集團(tuán)第四工程有限公司)

摘 要:介紹了通河松花江大橋主橋連續(xù)箱梁懸臂澆筑施工用掛籃的設(shè)計與驗(yàn)算及施工。

關(guān)鍵詞:連續(xù)箱梁;掛籃;設(shè)計;施工

1 工程概況

通河松花江公路大橋是雞西至訥河公路方正至通河段重要的節(jié)點(diǎn)，起訖樁號由K263+742.6至松花江大橋通河岸K266+320.88，全長2578.28 m，我單位承建通河側(cè)1167.88 m，橋跨布置為7×40m預(yù)應(yīng)力混凝土簡支轉(zhuǎn)連續(xù)T梁+(63 m+4×110 m+63 m)預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁+8×40 m預(yù)應(yīng)力混凝土簡支轉(zhuǎn)連續(xù)T梁。

主橋結(jié)構(gòu)為三向預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁，聯(lián)跨徑布置為(63 m+4×110 m+63 m)，結(jié)構(gòu)采用單箱雙室斷面，主跨墩頂高度為6 m，跨中高度2.5 m，其間的梁高在縱橋向按1.65次拋物線變化，拋物線方程為Y=0.005 39X1.65+2.5。箱梁全寬21.5 m，其中底板寬14.5 m，翼緣板長度為3.5 m。翼緣板厚度分成兩段變化，端部為0.2 m，在距離端部3 m處為0.5 m，根部為0.95 m，其間按直線變化。底板與腹板相交處設(shè)置0.6×0.3 m的承托。箱梁的頂板厚度為0.3 m，腹板在跨中49 m范圍內(nèi)為0.5 m，向支點(diǎn)方向依次過渡為0.5 m、0.6 m、0.7 m、0.85 m;底板厚度在跨中為 0.30 m，在墩頂根部為1.05 m，其間按1.65次拋物線連續(xù)變化。

每個T墩包括20種節(jié)段(0#～19#)，每節(jié)箱梁底按直線變化，箱梁懸澆為2～3.75 m，最大重量為60 t。合龍段2 m，邊跨現(xiàn)澆段為7.5 m。箱梁采用掛籃懸臂澆筑施工，混凝土總方量為14 005 m3，最大節(jié)段60 m3。

2 掛籃的選型與設(shè)計

在掛籃的選型及方案比較時，根據(jù)該橋結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)及設(shè)計院的要求(掛籃自重包括模板不超過100 t)，隨著掛籃的日益發(fā)展與成熟，主要進(jìn)行了以下的比選，見表1。

表1 掛籃比選表

通過比較及結(jié)合以前的施工實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，最后確定設(shè)計為菱形桁架式輕型掛籃。

2.1 菱形掛籃構(gòu)造

掛籃主要包括主桁系統(tǒng)、行走系統(tǒng)、錨固系統(tǒng)、懸吊系統(tǒng)、模板系統(tǒng)及工作平臺六大部分。總質(zhì)量為75 t。

主桁系統(tǒng)是掛籃的主要受力結(jié)構(gòu)，掛籃主桁主要由三片菱形桁架組成，桁架各桿件材料均為A3鋼［28b槽鋼內(nèi)扣［20槽鋼組成，桿件之間采用45#鋼制作的銷栓連接，三片主桁通過上水平桿前端的上橫梁、立柱之間的中橫聯(lián)、后斜桿間的后橫聯(lián)聯(lián)結(jié)成空間門架，三片主桁位于箱梁腹板上方，后部利用φ32精扎螺紋鋼通過連接器與梁體豎向預(yù)應(yīng)力鋼筋連接，作為澆筑混凝土?xí)r的后錨。由于掛籃受力為兩跨連續(xù)梁結(jié)構(gòu)，中間主桁比兩邊主桁受力大1.67倍，增設(shè)1 cm厚的加強(qiáng)板進(jìn)行加大截面剛度。

行走系統(tǒng)是掛籃前后移動的裝置，由自錨車輪組、前支座、軌道組成，掛籃移動動力利用固定于軌道上的倒鏈實(shí)現(xiàn)，掛籃后部自錨車輪組在軌道上滾動，前支座與軌道間涂抹潤滑油，利用車輪的滾動及前支座的滑動實(shí)現(xiàn)掛籃的移動。自錨車輪組為反扣輪，在掛籃前移過程中起到抗傾覆的作用。

錨固系統(tǒng)是指掛籃縱移到位后澆筑混凝土?xí)r掛籃與箱梁的固定體系，掛籃錨固系統(tǒng)包括主桁后錨系統(tǒng)及底模錨固系統(tǒng)。

主桁后錨系統(tǒng)由φ32 mm精扎螺紋鋼筋、YG錨具、連接器、扁擔(dān)梁及錨桿梁等組成，位于主桁尾部，通過連接器將精扎螺紋鋼與箱梁腹板豎向預(yù)應(yīng)力鋼筋連接在一起，錨桿梁直接安放在主桁下水平桿上，通過YG錨具將主桁與箱梁聯(lián)結(jié)成整體。

底模錨固系統(tǒng)位于已成形梁段底板前端，由螺旋千斤頂、鋼吊帶、錨固梁組成。在澆筑前一節(jié)段底板混凝土?xí)r，在底板對應(yīng)位置預(yù)留方孔，掛籃縱移到位后，穿吊帶，安放千斤頂，利用千斤頂將底模架與已澆筑箱梁底板底面頂緊，在澆筑箱梁混凝土過程中，千斤頂不拆卸，為保證在澆筑混凝土過程中千斤頂不回落，千斤頂采用20 t螺旋頂，不能采用油壓千斤頂。

懸吊系統(tǒng)是掛籃的升降系統(tǒng)，用于升降、懸吊底模架、外模、內(nèi)模及工作平臺，以適應(yīng)不斷變化的箱梁截面高度，在定位時可以微調(diào)節(jié)段模板的標(biāo)高，懸吊系統(tǒng)除應(yīng)具備足夠的強(qiáng)度外，在模板調(diào)整時應(yīng)方便、快捷，在澆筑混凝土?xí)r應(yīng)穩(wěn)固。懸吊系統(tǒng)位于掛籃的前端，由前吊帶、底模前吊桿、后吊桿、內(nèi)外模板滑移梁吊桿、吊帶座、千斤頂、倒鏈構(gòu)成。前吊帶由16×3 cm鋼板加工而成，采用銷子連接，懸掛在菱形架前橫梁上的吊帶座上，主要用來懸吊固定底模前端。底模前吊桿、后吊桿為Φ32精扎螺紋鋼筋，主要是在菱形架前移時懸吊底模用。內(nèi)外模板滑移梁吊桿為Φ32精扎螺紋鋼筋，主要用來懸掛固定滑移梁用。主桁前橫梁與底模架前橫梁間設(shè)有一組倒鏈，此組倒鏈只是用于澆筑混凝土之前調(diào)整模板標(biāo)高，澆筑混凝土過程中，倒鏈處于松開狀態(tài)。

模板系統(tǒng)包括外模板、內(nèi)模板、底模板。

外模板由［8槽鋼、∠63×63×6角鋼、δ5 mm鋼板組焊而成，每套外模由四塊(高6.085 m，寬2.1 m)模板組成。模板上口采用拉桿對拉固定，下口用絲桿固定在底模架上。外模前移通過外模滑移梁往前移動。

內(nèi)模由內(nèi)模架和組合鋼板組成。內(nèi)模架由上橫梁、支架、拐角架、絲桿、支撐構(gòu)成。上橫梁與支架采用銷子連接，隨著梁高度的減小支架高度也減小。支架高度減小是采用氣割將多余部分支架割掉，拐角架往上移與支架上相應(yīng)的螺栓孔固定。內(nèi)模的前移是通過內(nèi)模滑移梁往前移動。

底模由底模架和底模板構(gòu)成。底模架由［30#槽鋼組焊而成，底模板由利用墩身模板拼裝焊接而成。底模通過吊掛裝置懸吊在菱形架上，其后端由后錨裝置固定在已施工完的梁底板上。底模跟著菱形架一起前移。

工作平臺由前橫梁工作平臺、張拉工作平臺、滑移梁工作平臺、底模工作平臺四種，均由［8槽鋼和φ16圓鋼加工而成，步板采用竹腳板。

2.2 掛籃結(jié)構(gòu)分析計算

2.2.1掛籃設(shè)計參數(shù)

適用橋梁跨徑110 m;橋面最大寬度21.5 m;最大梁段長度3.75 m;最大梁段重160 t;梁高 2.5～6 m;掛籃自重(包括模板、工作平臺等)75 t，掛籃自重與懸灌最大重量比值為0.469。幾何尺寸:長×寬×高=22.9×11.35×4.2 m

2.2.2 掛籃結(jié)構(gòu)檢算

(1)確定荷載;(2)主桁桿件強(qiáng)度和撓度計算;(3)主桁前上橫梁強(qiáng)度檢算;(4)底模架前后橫梁強(qiáng)度檢算;(5)吊帶驗(yàn)算;(6)掛籃走行穩(wěn)定性檢算。

掛籃荷載確定。掛籃設(shè)計檢算以全橋掛籃設(shè)計檢算以全橋最重塊件 19#塊為對象，19#塊共 59.476 m3，重1 486.9 kN，掛籃自重750 kN，其中主桁重170 kN，掛籃其它部件重量和為580 kN。

根據(jù)交通部頒發(fā)的《公路橋涵設(shè)計和施工規(guī)范》，荷載系數(shù)取值如下:箱梁混凝土澆灌時脹模等因素的超載系數(shù)1.05;澆筑混凝土?xí)r的動力系數(shù)1.2;掛籃空載行走時沖擊系數(shù)1.3;澆灌混凝土和掛籃行走時的抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)2。

掛籃檢算采用建立有限元計算模型進(jìn)行計算:主桁桿件強(qiáng)度和撓度檢算:主桁桿件最大拉應(yīng)力為56.7 MPa;最大壓應(yīng)力為43.7 MPa;主桁撓度D點(diǎn)最大位移0.63 cm。主桁前上橫梁強(qiáng)度檢算:最大拉應(yīng)力為114.5 MPa;最大撓度為0.46 cm。底模前后橫梁檢算:最大拉應(yīng)力為54.3 MPa;最大壓應(yīng)力42.5 MPa;最大撓度為位移0.35 cm。吊帶驗(yàn)算:吊帶最大拉應(yīng)力為41.7 MPa;延伸率為0.000 209;吊帶銷子最大彎曲應(yīng)力為117.9 MPa;吊帶銷子剪應(yīng)力為70.7 MPa。掛籃走行穩(wěn)定性檢算:掛籃行走穩(wěn)定性檢算主要驗(yàn)算在掛籃走行時后錨豎向反力大小是否超出豎向預(yù)應(yīng)力鋼筋的張拉力。掛籃后錨總反力P為420 kN，每個主桁采用一根φ32精扎螺紋鋼錨固，每根豎向預(yù)應(yīng)力粗鋼筋的張拉力為673 kN，則抗傾覆系數(shù)為673×3÷420=4.8。通過檢算掛籃結(jié)構(gòu)滿足受力和穩(wěn)定性要求。

3 掛籃測試

掛籃測試的目的，主要是檢驗(yàn)實(shí)際承載力和安全可靠性并獲得彈性和非彈性變形參數(shù)，為箱梁施工控制提供數(shù)據(jù)，同時檢驗(yàn)掛籃加工質(zhì)量。掛籃預(yù)拉測試采用在地面利用千斤頂施加應(yīng)力的方式進(jìn)行。將兩片主桁對稱置于混凝土面上，采用Φ32 mm精軋螺紋鋼將兩片菱形架連接成整體。加壓采用65 t液壓千斤頂，模擬設(shè)計荷載，加壓分級進(jìn)行，第一次加壓50 kN，然后每次加壓100 kN，直至達(dá)到設(shè)計荷載(600 kN)。測試該掛籃在應(yīng)力作用下的變形，并觀察構(gòu)件有無塑性變形。掛籃預(yù)壓采用現(xiàn)場鋼絞線進(jìn)行堆載預(yù)壓，預(yù)壓加載按照19#塊箱梁重量的1.2倍，300 kN一級分級堆載預(yù)壓，每級加載測量都要觀測所有測點(diǎn)數(shù)據(jù)并做好記錄。加載完成后對所有受力結(jié)點(diǎn)進(jìn)行全面檢查，然后進(jìn)行卸載，卸載和加載一樣要分級進(jìn)行，并要進(jìn)行測量觀測，記錄觀測數(shù)據(jù)，最后計算出撓度(彈性變形值)，作為調(diào)模的依據(jù)。經(jīng)測試確定本掛籃前端整體彈性變形為1.4 cm，底模板調(diào)模控制預(yù)抬1 cm。

4 掛籃安裝

在0#、1#、2#段縱向、橫向、豎向預(yù)應(yīng)力鋼筋張拉完成后，將箱梁頂面清理干凈，開始安裝掛籃。將掛籃主桁運(yùn)至墩下，按圖組裝，作好吊裝準(zhǔn)備。在0#、1#、2#梁段頂面測量放樣，鋪放滑軌和錨輪，并用連接器、精軋螺紋鋼、錨具將滑軌錨固在腹板豎向預(yù)應(yīng)力筋上。

吊裝主桁，單片吊裝，將中立桿對準(zhǔn)滑軌，后節(jié)點(diǎn)對準(zhǔn)連接錨輪，在立柱兩側(cè)各用一倒鏈控制其空間位置，用同樣方法安裝另兩片主桁，調(diào)整三片主桁的間距和位置，調(diào)平下水平桿。安裝橫梁系統(tǒng)和懸吊系統(tǒng)，吊在1#、2#段已經(jīng)安裝的底模和側(cè)模、內(nèi)模的橫梁和滑移梁上。安裝底模、側(cè)模工作平臺，底模后吊點(diǎn)錨固于2#梁段底板。調(diào)整底模立模標(biāo)高，校正加固底模、側(cè)模板。待3#梁段底板與腹板鋼筋、縱向與豎向預(yù)應(yīng)力管道、各種預(yù)埋件安裝完成后，校準(zhǔn)、加固內(nèi)模，完成掛籃安裝，繼續(xù)安裝頂板鋼筋、縱向與橫向預(yù)應(yīng)力管道、各種預(yù)埋件，灌注3#梁段混凝土。對稱的兩套掛籃同時安裝，同時前移。

5 施工注意事項

主桁架在前移過程中，必須設(shè)置防傾覆鋼絲繩，增強(qiáng)穩(wěn)定性;掛籃前，后吊桿采用φ32的精軋螺紋鋼筋，使用前必須每一根都通過試?yán)细穹娇砂惭b;施工中應(yīng)注意預(yù)埋吊桿孔，后錨桿采用豎向預(yù)應(yīng)力鋼筋，必須注意豎向預(yù)應(yīng)力鋼筋施工下料長度，保證可用連接器連接，連接器必須經(jīng)過試?yán)员ＷC安全;注意各錨固吊點(diǎn)預(yù)埋位置，允許誤差:縱向≤±20 mm，橫向≤±10 mm;掛籃移動就位調(diào)整后，必須保證所有吊帶受力均勻;主桁架錨桿在澆筑混凝土前，用豎向預(yù)應(yīng)力張拉設(shè)備預(yù)先將其均勻收緊;混凝土對稱澆注過程中，應(yīng)保證兩主桁受力均勻，不產(chǎn)生較大偏載。

6 結(jié)語

大橋連續(xù)箱梁采用該掛籃施工，每段平均施工周期為7 d，最快為5.5 d，加快了施工進(jìn)度。

該掛籃施工方案特點(diǎn)是安全、方便、快捷的，可以節(jié)省大量人力、鋼材、資金投入，還為順利完成施工任務(wù)創(chuàng)造了有利條件。

中圖分類號:U445

C

1008-3383(2011)06-0163-02

收稿日期:2011-04-11