某公路跨線橋主橋懸澆掛籃施工技術(shù)控制要點(diǎn)

嚴(yán)建新

（上海浦東地產(chǎn)有限公司，上海市 201318）

1 工程背景介紹

1.1 工程概況

某公路S2跨線橋主橋為35 m+50 m+35 m（P16～P19）變截面連續(xù)箱梁，箱梁底寬9.3 m，頂寬16.15 m，為單箱雙室箱梁，分東西向獨(dú)立式上下行左右兩幅，兩幅橋位中央分隔帶為17 m。作為在建的軌道交通，主橋的機(jī)動車道、非機(jī)動車道及人行道均跨越S2高速公路，幅寬為2×16.3 m；人行道過高速公路后設(shè)梯道落地，寬度為2×3.6 m；引橋則只設(shè)機(jī)動車道以及非機(jī)動車道，寬為2×13.3 m。

跨線橋橋梁起點(diǎn)樁號為K10+276.540，終點(diǎn)樁號為K11+097.540，橋面線形大部分位于道路直線段上，僅K10+276.540～K10+308.493部分位于R=2 000 m的圓曲線（右偏）上。跨線橋在K10+542.540處跨越外環(huán)運(yùn)河，在K10+323.708處跨越北一灶港，橋梁與S2高速公路的交角為2.645°，與外環(huán)運(yùn)河的交角為2.204°，與北一灶港的交角為5.138°。跨線橋過S2高速公路后，分別在東北、東南、西南、西北角各設(shè)置一處梯道。由于S2高速公路路面標(biāo)高較高，為6.20 m（設(shè)計圖提供），根據(jù)設(shè)計意圖，航三公路主橋在跨越S2高速公路時，采用4套菱形掛籃平衡法分節(jié)段對接施工，中跨合攏放在最后。預(yù)應(yīng)力采用低松弛鋼絞線，箱梁與墩采用橡膠支座連接，P18設(shè)置抗震型固定支座。P17～P18墩主橋梁底增加800 mm×800 mm的鋼筋混凝土立柱6個，作為0#塊臨時支座，合攏后拆除臨時支座進(jìn)行體系轉(zhuǎn)換。

1.2 地質(zhì)情況

該工程勘察等級為乙級。場地地基土屬軟弱場地土類型，建筑場地類別為IV類。抗震設(shè)防烈度為7度，設(shè)計基本地震加速度為0.1g，設(shè)計地震第一組。該場地在20 m深度范圍內(nèi)無飽和成層連續(xù)分布的砂層和粉質(zhì)粉土層存在，故設(shè)計時該地塊可不考慮液化問題。無斷裂、滑坡等不良地質(zhì)災(zāi)害。根據(jù)場地工程地質(zhì)條件分析、評價該場地為穩(wěn)定場地。地下水高水位埋深為0.5 m，低水位埋深為1.5 m。第七層承壓水對4 m基坑不會產(chǎn)生突涌等不利影響。

2 跨線橋施工掛籃設(shè)計

2.1 掛籃結(jié)構(gòu)計算分析

掛籃采用菱形掛籃，由廠家按照0#塊結(jié)構(gòu)尺寸進(jìn)行加工制作。掛籃側(cè)模按0#塊外側(cè)模板尺寸制作，模板尺寸長為5.3 m×2.9 m，共4塊。鋼板厚度為6 mm。模板肋骨筋為8#槽鋼，間距300 mm，其中長4.3 m的側(cè)模將用作掛籃側(cè)模。掛籃主桁架橫寬尺寸18 m，主桁架前挑5.3 m，主桁架行走部長4.95 m。

荷載參數(shù)的確定。箱梁荷載：取不同懸澆施工節(jié)段長度中最具代表性的 1號塊（129.0 t）、4號塊（130.3 t）、8號塊（136.2 t）分別計算；外模自重：一側(cè)模板自重按 5 t計,兩側(cè)模板共計 10 t；內(nèi)模及底模自重：一套內(nèi)模自重為 5 t，底模為0.06 t/m，端模為 0.7 t；掛籃自重（未計模板重量）：48 t；施工荷載：人群荷載 0.017 t/m,輸送泵管 0.3 t，振搗器 0.2 t；風(fēng)荷載：780 Pa。

荷載系數(shù)的選定。混凝土超載系數(shù)按照施工技術(shù)規(guī)范取 1.05，抗傾覆系數(shù)取 1.50，掛籃空載縱移時的沖擊系數(shù)取 1.30，混凝土澆筑時的動力系數(shù)取1.2[1]。

荷載組合方式。按照最不利布載原則，確定以下幾種荷載組合方式進(jìn)行掛藍(lán)穩(wěn)定性計算分析[2]。荷載組合Ⅰ：混凝土重+掛籃自重+施工、人群機(jī)具+動力附加系數(shù)（強(qiáng)度計算）；荷載組合Ⅱ：混凝土重+掛籃自重（剛度計算）；荷載組合Ⅲ：掛籃自重+沖擊附加系數(shù)（行走穩(wěn)定性）。

2.2 掛籃行走系統(tǒng)

每個掛籃設(shè)置行走軌道兩組,每組軌道布置2根焊接工字鋼。行走軌道通過錨軌梁和鋪桿錨固于已澆筑的輪主梁。每個后節(jié)點(diǎn)設(shè)置一套行走輪。行走輪上端與后節(jié)點(diǎn)銷接,行走輪下端反扣于軌道上翼緣底面[3]。掛籃行走時在每個前支點(diǎn)后端安裝一臺60 t液壓千斤頂作為驅(qū)動,牽引錨固于軌道前端的精軋螺紋鋼時掛籃整體前移。

2.3 掛籃施工工藝分析

在進(jìn)行拼裝之前首先進(jìn)行準(zhǔn)備工作，先進(jìn)行0#塊支架預(yù)壓鋼筋混凝土施工臨時鎖定，再進(jìn)行支架拆除，在完成了準(zhǔn)備工作之后即可進(jìn)行掛籃拼裝，掛籃拼裝的工藝流程如圖1所示。

圖1 掛籃施工工藝

2.4 有限元計算假定

（1）箱梁翼緣板混凝土及側(cè)模重量通過滑梁、扁擔(dān)梁和吊桿分別傳至前一段已施工完的箱梁頂板和掛籃主桁的上前橫梁上。

（2）箱梁頂板混凝土及內(nèi)模重量通過滑梁、扁擔(dān)梁和吊桿分別傳至前一段已施工完的箱梁頂板和掛籃主桁的上前橫梁上。

項目總預(yù)算約18.83億元（其中中央財政約占64.9%，地方預(yù)算約占35.1%），按照3年基本建成、5年基本完善的原則安排進(jìn)度。

（3）箱梁底板混凝土及底模、腹板混凝土、前懸吊系、底籃重量分別由前一段已施工完的箱梁和掛籃主桁的上前橫梁承擔(dān)。

（4）掛籃主桁的主梁、立柱和斜拉鋼帶之間的連接假定為鉸結(jié)。

（5）對于桁架結(jié)構(gòu)的上前橫梁、底籃前橫梁、底籃后橫梁、上中橫梁等結(jié)構(gòu)中焊接點(diǎn)處理為剛性節(jié)點(diǎn)。

2.5 有限元模型構(gòu)建

掛籃計算采用有限元分析軟件SAP2000對結(jié)構(gòu)物進(jìn)行整體三維空間建模。建模過程中按照設(shè)計假定將主梁、立柱和斜拉鋼帶之間的連接視為鉸結(jié)[4]。荷載均以均布荷載分別作用在內(nèi)、外滑梁及底籃縱梁上。所有支點(diǎn)均視為鉸支座，并將各種材料及其材料特性輸入，以計算掛籃主要桿件變形、掛籃總體撓度以及各構(gòu)件的強(qiáng)度。根據(jù)不同的施工工況和荷載組合求得掛籃構(gòu)件的應(yīng)力和變形，并多次調(diào)整掛籃結(jié)構(gòu)的幾何尺寸，以達(dá)到滿足規(guī)范要求和盡可能使掛籃重量減輕[5]。

3 掛籃的穩(wěn)定性分析

3.1 掛籃的工作原理

該工程采用液壓驅(qū)動式棱形掛籃。掛籃主構(gòu)架采用棱形結(jié)構(gòu)，剛度較大，變形小。掛籃的底模板前端懸掛在主構(gòu)架上，后端吊于箱梁底板；內(nèi)模通過兩根內(nèi)滑梁承擔(dān)，內(nèi)滑梁前端吊在主構(gòu)架上，后端吊在箱梁上，內(nèi)模向前推進(jìn)時可在內(nèi)滑梁滾動；外模通過4根吊帶吊在主構(gòu)架上。掛籃在澆灌混凝土?xí)r，錨固裝置固定在橋面上；移動時，首先解除錨固裝置，然后開動液壓油缸將掛籃向前推進(jìn)。

3.2 掛藍(lán)荷載試驗

拼裝完成后，對掛籃各個部位進(jìn)行承載力實(shí)驗和變形測試。掛籃荷載試驗的目的是消除掛籃的非彈性變形，檢測掛籃的彈性變形值[6,8]。根據(jù)施工荷載對掛籃的總受力采用模擬加載方法。

根據(jù)設(shè)計圖紙，懸臂澆筑梁段的最大節(jié)段重量為132.70 t，加載重量為施工荷載的1.2倍，即159.24 t，我們用3 m×5 m的圓形水桶堆載，累計堆載5個，總荷載160 t。兩端掛籃對稱用水桶進(jìn)行逐級加載，按50%、100%、120%三級加載，加載總重160 t。每級加載后，持荷30 min，最后一級持荷1 h，用測量儀器測量掛籃在加載下各個部位的變形（撓度值）。加載完成后持荷48～72 h，再測量掛籃再加載下各個部位的變形（撓度值）。然后分三級進(jìn)行卸載，分別測出各階段的彈性變形值，繪出彈性變形曲線，作為各澆筑各節(jié)段的控制標(biāo)高，最后結(jié)合設(shè)計的標(biāo)高進(jìn)行綜合考慮。

掛籃的壓載試驗：用25 t吊機(jī)將混凝土預(yù)制塊吊到0#塊段上的規(guī)定位置，但是考慮到安全因素，模擬梁段的重量分布情況，進(jìn)行堆放，要求堆放整齊。

壓載期間，在掛籃的四周設(shè)鋼管欄桿和安全網(wǎng)，杜絕事故隱患。各作業(yè)人員分工明確，做到有序施工。由于掛籃由縱、橫體系組成，因此在測設(shè)標(biāo)高時要測出梁段的根部、中部、端部3個位置，每個斷面測5個點(diǎn)，做好原始記錄[7]。測量分級加載的疊加值、分級卸載的回彈值及卸載完畢的殘留變形值后，經(jīng)過對上述數(shù)據(jù)的收集處理，確定不同荷載情況下的不同節(jié)段時掛籃的預(yù)拋高值，并在加載過程中經(jīng)常觀測掛籃各主要受力部件的狀況、變形狀況、焊接件的情況、吊桿的狀況，為最后掛籃的實(shí)施做好一切準(zhǔn)備。

3.3 底籃平臺計算

由圖2～圖5計算模型可知，底縱梁受最大彎矩在 1#塊，最大彎應(yīng)力為160.9 MPa＜1.3×145 MPa=188.5 MPa(容許抗彎)，滿足強(qiáng)度要求。底縱梁受最大剪力在1#塊，最大剪應(yīng)力為23.1 MPa＜85 MPa（容許抗剪），滿足強(qiáng)度要求。

圖2 1#塊底籃平臺剪應(yīng)力（單位:MPa）

圖3 1#塊底籃平臺彎應(yīng)力（單位:MPa）

圖4 2#塊底籃平臺剪應(yīng)力（單位:MPa）

圖5 2#塊底籃平臺彎應(yīng)力（單位:MPa）

4 施工技術(shù)要點(diǎn)

4.1 掛籃結(jié)構(gòu)組拼

根據(jù)現(xiàn)場情況，掛籃采用50 t汽車吊進(jìn)行安裝，安裝按以下步驟[9]進(jìn)行：掛籃拼裝在0#塊澆筑完成，預(yù)應(yīng)力張拉完成，且支架拆除之后進(jìn)行，掛籃的吊桿孔在0#塊施工已經(jīng)預(yù)留。

掛籃拼裝主要順序如下：（1）掛籃的主桁架在施工場地上拼裝完成；（2）安裝掛籃底部軌道墊梁；（3）安裝行走軌道；（4）安裝軌道上壓梁和軌道下壓梁；（5）安裝反扣輪組合前支座；（6）吊裝主桁架；（7）掛籃主桁架后端錨固固定；（8）安裝豎向平聯(lián)支撐桁架、后錨平聯(lián)和水平支撐；（9）安裝掛籃前上橫梁；（10）安裝掛籃前吊桿——掛籃底籃吊桿，內(nèi)、外滑梁吊桿；（11）在地面上2號塊底下拼裝掛籃底籃——后下橫梁、前下橫梁、縱梁和底模板；（12）用4個10 t 15 m長鏈導(dǎo)鏈滑車將底籃提升到1#塊下方接近設(shè)計標(biāo)高，穿后下橫梁吊桿和前下橫梁吊桿，用千斤頂將前后下橫梁帶緊，底模的前端調(diào)整到立模標(biāo)高，將后下橫梁與1#塊前端帶緊；（13）將導(dǎo)鏈滑車固定在翼緣板預(yù)留孔和前上橫梁上，將外側(cè)模連同外滑梁和外導(dǎo)梁提升上去，后端用懸掛在翼緣板上的吊帶，與滾動吊架和承重吊架連起來，前端用前上橫梁上的吊帶將外滑梁和外導(dǎo)梁前端吊起來，再根據(jù)立模標(biāo)高調(diào)整外側(cè)模的高度；（14）整個掛籃拼裝完成后，檢查掛籃的主桁架和平聯(lián)是否安裝牢固，行走和錨固系統(tǒng)，以及底籃和外側(cè)的吊桿是否收緊，底模的后端與1#塊底板之間的間隙是否滿足要求。

4.2 模板系統(tǒng)

模板系統(tǒng)包括底模、外模、內(nèi)模、堵頭模四部分，采用“側(cè)包底”、“端包側(cè)”方案。

底模：底模采用大塊鋼模直接鋪于底籃上。

外模：包括模板、骨架及滑梁。支承模板及骨架的滑梁前端懸吊于主桁，后端的內(nèi)側(cè)懸吊于前段已澆箱梁翼板，外側(cè)懸吊于主桁；澆筑混凝土?xí)r設(shè)置錨桿錨于前段已澆箱梁翼板。掛籃前移時，外模滑梁隨同前移，外模亦隨同前移。箱梁塊段長度變化時，需在外模前端接長相應(yīng)長度的模板，同時，隨著箱梁高度的變化，拆除外模底節(jié)模板及骨架。

內(nèi)模：包括模板、骨架及滑梁等[10-12]。支承模板及骨架的滑梁前端懸吊于主桁，后端懸吊于前段已澆箱梁頂板。內(nèi)模移動方法同外模。腹板部分內(nèi)模腹板高度變化采用增減組合鋼模板的方式來實(shí)現(xiàn)，骨架的豎肋與橫肋連接處設(shè)鉸以利拆模。內(nèi)外模采用對拉螺桿連接。

堵頭模板：根據(jù)箱梁腹板澆筑高度，分塊分次立模。根據(jù)撓度值設(shè)置預(yù)拱度。同時清洗干凈墩頂位置的雜物、砂漿、石子和混凝土，并進(jìn)行灑水濕潤。為了保證模板的水平縫和豎向縫光順、不漏漿，模板的拼接接縫采用泡沫雙面膠進(jìn)行連接，并用砂輪對接縫進(jìn)行拋光處理。對于底模須待0#塊整體施工完成預(yù)應(yīng)力張拉后方可拆除，側(cè)模可待混凝土強(qiáng)度達(dá)到規(guī)范要求后即可拆除[13]。每次拆模后均將模板表面清理干凈并涂抹機(jī)油，確保在下一次使用時模板不銹蝕。在下次拼裝使用前1～2 h用干凈抹布擦除干凈后重新涂刷新機(jī)油或其他脫模劑，方可立模澆注混凝土。

對于第一次底板混凝土澆筑，必須超過腹板底承托位置以上，考慮到澆筑承托位置時混凝土?xí)a(chǎn)生側(cè)壓流動效果，因此在第一層澆筑時，待箱梁內(nèi)底板澆筑完成后澆筑承托時在底板頂面四周設(shè)置寬為20～30 cm的環(huán)形反壓模板。模板安裝時應(yīng)及時上好螺栓和拉桿，端頭螺母應(yīng)緊固到位[14]。第二層澆筑時，可在底板上設(shè)置支撐進(jìn)行支擋，頂板澆筑采用在箱內(nèi)鋼管支架作為頂板托架。

4.3 掛籃行走方法

掛籃行走分為以下幾個步驟：接長并錨固掛籃軌道，在軌道表面放置鍍鋅鐵皮、涂潤滑油[15]。拆下底模后吊帶、松解內(nèi)外模前后錨桿，并確認(rèn)模板已經(jīng)和混凝土脫離，內(nèi)模和內(nèi)模架落于降低的內(nèi)滑梁上，外模板落于底模走行縱梁上；拆除主桁架的后錨桿讓后支座受力，放松底模前吊帶，使底模離開梁體 100 mm左右；進(jìn)行走行前的安全檢查，重點(diǎn)檢查部位為掛籃兩軌道是否相對水平和與橋軸線平行，軌道錨固和支墊情況，掛籃前后支座，掛籃上是否有人員在作業(yè)；每片主桁架各用一個20 t的倒鏈牽引，帶動掛籃底模、側(cè)模和內(nèi)模同步前移，滑行時對接縫進(jìn)行處理，尤其是對拉桿頭進(jìn)行處理，防止銹水污染混凝土表面。進(jìn)行修補(bǔ)和處理時掛籃不能移動；到位后及時安裝底模后吊帶，內(nèi)外滑梁吊桿和掛籃主桁架后錨固裝置，將臨時受力狀態(tài)變?yōu)橛谰檬芰顟B(tài)，確保施工安全。

5 結(jié)語

本文重點(diǎn)論述了掛籃的設(shè)計、穩(wěn)定性和施工技術(shù)要點(diǎn)，通過掛籃的結(jié)構(gòu)計算、行走系統(tǒng)、施工工藝等進(jìn)行的驗證分析，同時可以看出所選用的掛籃形式具有足夠的穩(wěn)定性。分析了某跨線橋主橋施工技術(shù)的3個要點(diǎn)，為某公路跨線橋主橋的順利施工提供了一定的參考依據(jù)。

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