四線曲線橋懸澆掛籃的檢算與施工技術

顏炳仁，劉 猛，劉榮桂，滕 斌，姚 彬

(1.中國路橋 寧安鐵路工程指揮部，安徽蕪湖 241000;2.江蘇大學 土木工程與力學學院，江蘇鎮江 212013;3.江蘇金土木建設集團有限公司，江蘇 常熟 215500)

掛籃懸臂澆筑施工自20世紀60年代由前聯邦德國首先使用以來，發展至今已成為修建大、中跨徑橋梁的一種有效施工手段。我國20世紀60年代開始使用這種技術，已取得了巨大成就［1］。在國內已有不少學者對不同跨徑和寬度橋的三角掛籃設計和施工做了探討，掛籃設計正向輕型重載方向發展［2-5］。青弋江大橋掛籃由同類橋梁的掛籃改進組裝而成，提高了掛籃的利用率，節約了掛籃制作費用，但需要對掛籃的整體結構和局部構件進行檢算，對整體結構和局部構件薄弱部位進行相應加強。我國橋梁的施工規范對掛籃的作業規定不夠充分和完善，結合青弋江大橋掛籃施工，對掛籃的設計和施工進行探討。針對掛籃結構設計簡單、操作程序相對復雜問題［6］，青弋江掛籃采用模塊化設計，整體移動掛籃，操作方便快捷，節省工期;施工中嚴格監控掛籃的變形和掛籃行走軸線，保證曲線橋梁線形符合設計要求。青弋江大橋掛籃的檢算和施工可以為國內同類型高速鐵路四線客運專線橋提供參考。

1 工程概況

寧安鐵路青弋江特大四線橋位于蕪湖市內，跨越青弋江。青弋江特大橋采用(72+136+72)m四線預應力混凝土連續梁跨越青弋江，結構類型為無砟軌道預應力連續剛構，其中136 m跨度四線鐵路預應力混凝土連續梁為已建或在建四線鐵路預應力混凝土連續梁全國之最。

梁高按照圓曲線變化，圓曲線半徑R=386.8 m。邊跨段平面線形按照曲線變化，小里程圓曲線R=800 m，大里程圓曲線R=1 200 m，中跨段平面線形為直線。全橋箱梁頂板寬22.8 m，底寬16.5 m。箱梁橫截面為單箱三室直腹板。全橋共分59個節段，0號段長28 m，具備掛籃拼裝起始長度;邊跨現澆15號段長3.7 m;邊跨合龍段和中跨合龍段長2 m。掛籃對稱懸臂澆筑計13段，長度為(3.0+4×3.5+4×4.0+4×5.0)m。

2 掛籃的檢算

2.1 荷載組合

掛籃設計荷載包括箱梁荷載、掛籃自重、施工荷載。荷載組合如下:①荷載組合Ⅰ，混凝土重量+超載+動力附加荷載+掛籃自重+人群、機具荷載等;②荷載組合Ⅱ，混凝土重量+超載+混凝土偏載+掛籃自重+人群、機具荷載等;③荷載組合Ⅲ，混凝土荷載+超載+掛籃自重+人群、機具荷載等;④荷載組合Ⅳ，掛籃自重+沖擊附加荷載。其中荷載組合Ⅰ，Ⅱ用于主桁承重系統強度和穩定性計算;荷載組合Ⅲ用于剛度計算;荷載組合Ⅳ用于掛籃行走計算［3］。

2.2 掛籃的受力分析

預應力箱梁懸澆掛籃采用三角掛籃形式，掛籃由主桁、底籃、懸吊系統、后錨及行走系統、模板系統等部分組成［7-8］。

結合該掛籃設計的需要，計算時采用ANSYS 10.0版軟件建立掛籃系統整體模型，其中上部主桁架的主梁和立柱以及前上橫梁、內外滑梁，前下、前后橫梁以及底籃縱梁，采用梁單元模擬;吊索及其他連接桿件采用桿單元模擬。荷載以線荷載的形式施加于底籃縱梁以及內外滑梁上。掛籃整體模型見圖1，掛籃整體構造見圖2。

圖1 掛籃整體有限元模型

圖2 掛籃整體構造

根據掛籃有限元模型分析，在荷載組合Ⅰ下，主桁桿件最大應力值均未超過容許應力，滿足材料承載能力極限。

在荷載組合Ⅱ下，掛籃主桁架的前吊點位置最大撓度15 mm，掛籃前吊點承受拉力P=427 kN，前吊桿的精軋螺紋鋼筋最大長度約為10 m，精軋螺紋伸長量為4.803 mm，掛籃變形f=15+4.803=19.803 mm，小于規范限值20 mm。

在荷載組合Ⅲ下，掛籃前移時，主桁靠反壓輪扣在軌道上行走，荷載組合Ⅳ中掛籃單側前吊點的荷載為224.48 kN，后支點的拉力為270.43 kN。這2種工況下各構件均安全。

2.3 掛籃預壓

在掛籃正式使用前，通過對掛籃加載消除掛籃的非彈性變形，驗證掛籃的承載力，實測掛籃的彈性變形，與理論值進行比較，為計算立模標高提供依據。

掛籃安裝就位后，按最重塊2號段荷載的1.2倍進行極限加載(采用砂袋分級分層加載)，加載的位置基本上與箱梁的實際重力作用相吻合。掛籃監測點布置:上前橫梁與主梁8個交點處各布置8個監測點，對應前下橫梁處亦布置8個監測點，底籃底板距外側拉桿2.5 m處于4個腹板中心位置布設4個監測點。用水準儀監測各測點在每級荷載加載過程中的變化，記錄數據。掛籃監測結果見表1。由于預壓過程中條件復雜，且測量存在一定的測量誤差［7-9］，可以認為掛籃現場預壓結果與理論計算值基本一致。

表1 掛籃預壓變形監測結果對比 mm

3 掛籃變形監測及分析

根據資料計算出箱梁豎曲線高程值，采用MIDAS有限元分析軟件計算箱梁的預拱度值，為施工單位提供立模標高通知單，立模標高=箱梁豎曲線高程值+預拱度值+掛籃變形值+調整值，得到掛籃施工監測的理論值。掛籃行走到位后，調整立模標高。掛籃變形測量點見圖3。監測每節段澆筑前、后各測點掛籃實際標高值，并分析掛籃沉降值，為下節段掛籃變形值提供依據。以75墩8號段為例闡述整個現場各節段測量情況，該段掛籃變形現場測試情況見表2。

圖3 掛籃變形監控點布置(單位:cm)

由表2可知本節段掛籃變形平均值為16 mm，預壓彈性變形21 mm，均與理論計算值19.8 mm基本一致，在控制范圍內。橋梁各節段監測與75墩8號段類同。由于現場測量情況的復雜性以及測量中存在一定的誤差，掛籃變形實測值在理論值上下波動，但均在規范允許范圍內，全橋掛籃變形值與理論設計值基本一致。隨著橋梁節段號增加混凝土體量減少，掛籃變形值也呈現遞減趨勢，符合實際變化規律。

表275 墩8號段小里程(安慶方向)掛籃變形測量數據 mm

4 掛籃的行走

待1號段張拉錨固后，掛籃前移施工2號段。邊跨線形為曲線，要放線定出軌道梁行走在橋面的坐標點，中跨軌道梁行走路線的中心線與箱梁腹板中線一致。放松前、后支點滑船上部的錨固螺桿，用油壓頂頂起前、后支點的滑船后錨固螺桿;解除滑動軌道梁上錨固螺桿，在2號段梁端放置軌道梁的支點，用手拉葫蘆拉軌道梁按照放線坐標行走，發現偏差采用葫蘆牽拉予以糾正。軌道梁到2號塊梁端支點，軌道梁兩端用φ32精軋螺紋鋼筋錨固，此時1號塊軌道梁前支點變2號塊軌道梁后支點。

放松底籃、吊桿和倒鏈，解除底籃后橫梁錨固在0號塊底板的精軋螺紋鋼筋上，底籃后橫梁由倒鏈和保險鋼絲繩懸掛在兩側的外滑梁上;用方木支撐內膜架，解除內膜板與外模板、內膜板與內膜板錨固;用液壓千斤頂推主桁架立柱下滑船處，兩端掛籃同時移動，見圖4。且每端截面四片三角組合梁同時移動，掛籃、底模架、外側模整體移動運行速度不能過快，避免因速度等原因給相關結構或構件帶來不良扭曲變形。掛籃移動到底模預留孔位置后，安裝后吊裝置，將底模架吊起。調整底模立模標高，安裝綁扎底板、腹板鋼筋，移動內膜板到預留孔位置錨固，調整內膜板的立模標高，錨固內、外側模板［10］。

圖4 掛籃行走部分結構

5 結論

1)青弋江大橋掛籃的總質量與最大節段質量比為0.341，掛籃結構具有輕型、簡單、模塊化設計特點，提高了掛籃利用率和行走效率，且施工快捷方便。

2)根據掛籃結構形式及受力特點，建立空間桿系有限元模型分析掛籃整體和局部受力，青弋江大橋三角掛籃整體結構設計可行，局部構件得到加強，目前大橋即將合龍，掛籃施工一切順利。

3)理論和實測數據均表明青弋江四線客運專線特大橋三角掛籃變形各監測點實測值與理論值基本上一致，掛籃的結構檢算確保了掛籃的安全。針對寬橋、節段體量較大的懸臂澆筑曲線橋梁掛籃的設計檢算，以及掛籃作業中注意事項的闡述，可為同類型懸臂澆筑用三角掛籃的設計、施工提供依據和參考。

［1］田武平，周思鋒，詹應超.大跨度連續梁懸臂澆筑掛籃的設計及施工［J］.公路，2010(8):37-43.

［2］林玉森，張云波，強士中.寬面橋掛籃設計與懸灌施工技術［J］.鐵道工程學報，2006(4):39-51.

［3］唐志軍，桂榮水.某高速鐵路大跨度連續梁橋三角掛籃的整體及局部受力狀態分析［J］.鐵道建筑，2012(4):18-22.

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