某公路跨線橋主橋懸澆掛籃施工技術控制要點

嚴建新

（上海浦東地產有限公司，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，主橋的機動車道、非機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梯道落地，寬度為2×3.6 m；引橋則只設機動車道以及非機動車道，寬為2×13.3 m。

跨線橋橋梁起點樁號為K10+276.540，終點樁號為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處跨越外環運河，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°，與外環運河的交角為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、西北角各設置一處梯道。由于S2高速公路路面標高較高，為6.20 m（設計圖提供），根據設計意圖，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段對接施工，中跨合攏放在最后。預應力采用低松弛鋼絞線，箱梁與墩采用橡膠支座連接，P18設置抗震型固定支座。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行體系轉換。

1.2 地質情況

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。抗震設防烈度為7度，設計基本地震加速度為0.1g，設計地震第一組。該場地在20 m深度范圍內無飽和成層連續分布的砂層和粉質粉土層存在，故設計時該地塊可不考慮液化問題。無斷裂、滑坡等不良地質災害。根據場地工程地質條件分析、評價該場地為穩定場地。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基坑不會產生突涌等不利影響。

2 跨線橋施工掛籃設計

2.1 掛籃結構計算分析

掛籃采用菱形掛籃，由廠家按照0#塊結構尺寸進行加工制作。掛籃側模按0#塊外側模板尺寸制作，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的側模將用作掛籃側模。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。

荷載參數的確定。箱梁荷載：取不同懸澆施工節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：一側模板自重按 5 t計,兩側模板共計 10 t；內模及底模自重：一套內模自重為 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；風荷載：780 Pa。

荷載系數的選定。混凝土超載系數按照施工技術規范取 1.05，抗傾覆系數取 1.50，掛籃空載縱移時的沖擊系數取 1.30，混凝土澆筑時的動力系數取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行掛藍穩定性計算分析[2]。荷載組合Ⅰ：混凝土重+掛籃自重+施工、人群機具+動力附加系數（強度計算）；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（行走穩定性）。

2.2 掛籃行走系統

每個掛籃設置行走軌道兩組,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。每個后節點設置一套行走輪。行走輪上端與后節點銷接,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后端安裝一臺60 t液壓千斤頂作為驅動,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

在進行拼裝之前首先進行準備工作，先進行0#塊支架預壓鋼筋混凝土施工臨時鎖定，再進行支架拆除，在完成了準備工作之后即可進行掛籃拼裝，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模重量通過滑梁、扁擔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模重量通過滑梁、扁擔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。

項目總預算約18.83億元（其中中央財政約占64.9%，地方預算約占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。

（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。

（5）對于桁架結構的上前橫梁、底籃前橫梁、底籃后橫梁、上中橫梁等結構中焊接點處理為剛性節點。

2.5 有限元模型構建

掛籃計算采用有限元分析軟件SAP2000對結構物進行整體三維空間建模。建模過程中按照設計假定將主梁、立柱和斜拉鋼帶之間的連接視為鉸結[4]。荷載均以均布荷載分別作用在內、外滑梁及底籃縱梁上。所有支點均視為鉸支座，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件的強度。根據不同的施工工況和荷載組合求得掛籃構件的應力和變形，并多次調整掛籃結構的幾何尺寸，以達到滿足規范要求和盡可能使掛籃重量減輕[5]。

3 掛籃的穩定性分析

3.1 掛籃的工作原理

該工程采用液壓驅動式棱形掛籃。掛籃主構架采用棱形結構，剛度較大，變形小。掛籃的底模板前端懸掛在主構架上，后端吊于箱梁底板；內模通過兩根內滑梁承擔，內滑梁前端吊在主構架上，后端吊在箱梁上，內模向前推進時可在內滑梁滾動；外模通過4根吊帶吊在主構架上。掛籃在澆灌混凝土時，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。

3.2 掛藍荷載試驗

拼裝完成后，對掛籃各個部位進行承載力實驗和變形測試。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]。根據施工荷載對掛籃的總受力采用模擬加載方法。

根據設計圖紙，懸臂澆筑梁段的最大節段重量為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，作為各澆筑各節段的控制標高，最后結合設計的標高進行綜合考慮。

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

壓載期間，在掛籃的四周設鋼管欄桿和安全網，杜絕事故隱患。各作業人員分工明確，做到有序施工。由于掛籃由縱、橫體系組成，因此在測設標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，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，經過對上述數據的收集處理，確定不同荷載情況下的不同節段時掛籃的預拋高值，并在加載過程中經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，為最后掛籃的實施做好一切準備。

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，最大彎應力為160.9 MPa＜1.3×145 MPa=188.5 MPa(容許抗彎)，滿足強度要求。底縱梁受最大剪力在1#塊，最大剪應力為23.1 MPa＜85 MPa（容許抗剪），滿足強度要求。

圖2 1#塊底籃平臺剪應力（單位:MPa）

圖3 1#塊底籃平臺彎應力（單位:MPa）

圖4 2#塊底籃平臺剪應力（單位:MPa）

圖5 2#塊底籃平臺彎應力（單位:MPa）

4 施工技術要點

4.1 掛籃結構組拼

根據現場情況，掛籃采用50 t汽車吊進行安裝，安裝按以下步驟[9]進行：掛籃拼裝在0#塊澆筑完成，預應力張拉完成，且支架拆除之后進行，掛籃的吊桿孔在0#塊施工已經預留。

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）安裝豎向平聯支撐桁架、后錨平聯和水平支撐；（9）安裝掛籃前上橫梁；（10）安裝掛籃前吊桿——掛籃底籃吊桿，內、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長鏈導鏈滑車將底籃提升到1#塊下方接近設計標高，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，底模的前端調整到立模標高，將后下橫梁與1#塊前端帶緊；（13）將導鏈滑車固定在翼緣板預留孔和前上橫梁上，將外側模連同外滑梁和外導梁提升上去，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梁前端吊起來，再根據立模標高調整外側模的高度；（14）整個掛籃拼裝完成后，檢查掛籃的主桁架和平聯是否安裝牢固，行走和錨固系統，以及底籃和外側的吊桿是否收緊，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

模板系統包括底模、外模、內模、堵頭模四部分，采用“側包底”、“端包側”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，后端的內側懸吊于前段已澆箱梁翼板，外側懸吊于主桁；澆筑混凝土時設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長度的模板，同時，隨著箱梁高度的變化，拆除外模底節模板及骨架。

內模：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。內模移動方法同外模。腹板部分內模腹板高度變化采用增減組合鋼模板的方式來實現，骨架的豎肋與橫肋連接處設鉸以利拆模。內外模采用對拉螺桿連接。

堵頭模板：根據箱梁腹板澆筑高度，分塊分次立模。根據撓度值設置預拱度。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行連接，并用砂輪對接縫進行拋光處理。對于底模須待0#塊整體施工完成預應力張拉后方可拆除，側模可待混凝土強度達到規范要求后即可拆除[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會產生側壓流動效果，因此在第一層澆筑時，待箱梁內底板澆筑完成后澆筑承托時在底板頂面四周設置寬為20～30 cm的環形反壓模板。模板安裝時應及時上好螺栓和拉桿，端頭螺母應緊固到位[14]。第二層澆筑時，可在底板上設置支撐進行支擋，頂板澆筑采用在箱內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、松解內外模前后錨桿，并確認模板已經和混凝土脫離，內模和內模架落于降低的內滑梁上，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；進行走行前的安全檢查，重點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；每片主桁架各用一個20 t的倒鏈牽引，帶動掛籃底模、側模和內模同步前移，滑行時對接縫進行處理，尤其是對拉桿頭進行處理，防止銹水污染混凝土表面。進行修補和處理時掛籃不能移動；到位后及時安裝底模后吊帶，內外滑梁吊桿和掛籃主桁架后錨固裝置，將臨時受力狀態變為永久受力狀態，確保施工安全。

5 結語

本文重點論述了掛籃的設計、穩定性和施工技術要點，通過掛籃的結構計算、行走系統、施工工藝等進行的驗證分析，同時可以看出所選用的掛籃形式具有足夠的穩定性。分析了某跨線橋主橋施工技術的3個要點，為某公路跨線橋主橋的順利施工提供了一定的參考依據。

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