寬體掛籃的設計及應用

唐明國

(南京交通建設項目管理有限責任公司，江蘇南京 210000)

懸澆法因其無須搭設落地支架、無須大型起重設備和運輸設備等突出特點，在大跨徑梁橋施工中成為首選的一種施工方法。江蘇省內某主橋橋型為雙塔單索面混凝土部分斜拉橋，橋面寬26 m，雙向六車道。主跨為(63+100+63)m預應力混凝土，主橋支承體系采用墩梁分離體系，主梁為單箱三室，1號塊最大重量為400 t，三向預應力體系，采用三角形寬體掛籃施工。

1 掛籃特點

應用在雙向六車道以上橋梁且橋面寬度超過20 m的掛籃稱做寬體掛籃。其除具備一般掛籃的節約周轉材料、效率高等特點外，另有以下特點:1)主桁一般超過2個，多采用4個及以上;2)承載能力強，梁段最大塊重量較大，一般超過300 t;3)橫向穩定性好，不易變形。

2 掛籃設計及驗算

1)掛籃體系由主桁架系統、底平臺系統、模板系統、移動及固定系統組成。在設計掛籃時打破了傳統主桁架懸臂設計形式，采用了后錨部分長度短于主桁架的懸臂長度的獨特設計思路。三角形掛籃裝立面布置圖見圖1。

圖1 三角形掛籃立面布置

a.主桁架系統。主桁架是由6片三角形桁架組成的，在前上橫梁上設固定聯結點，豎向利用精軋螺紋鋼連接下掛下橫梁及分配梁、縱向外模移動梁以提高主桁的穩定性和剛度。

b.底平臺系統。底平臺系統由分配梁、前后橫梁、橫木等組成，底平臺上鋪設模板。

c.吊帶系統。用以連接掛籃主桁架和底模平臺，吊桿用直徑32 mm的精軋螺紋鋼，底板箱梁截面范圍內前后設計有前14根與上下橫梁聯結，后14根與已澆混凝土錨固。所有吊桿處只要是懸掛則用10 t手拉葫蘆做保險，同時利于放松移模架。施工中用2只50 t千斤頂對每根錨桿加有約350 kN的預緊力，使底模與成品混凝土夾緊不漏漿，而且承擔混凝土澆筑時的部分豎向分力。

d.模板系統。外模板采用鋼模板，與內模木模板用對拉螺桿連接，外加支撐固定。內模板支承設在內導梁上。內導梁與外導梁結構一致。在有隔墻的箱室采用組合模板，以便于拆移。

e.移動及固定系統。掛籃移動時，使用千斤頂提升，在支撐點和后壓橫梁處放上滾筒，由錨固在箱梁上的錨桿來平衡傾覆力矩，由手動葫蘆前移。固定時，將支點和后壓橫梁處的滾筒抽出，采用箱梁翼板及頂底板上留孔穿預應力筋連接并錨固，將將后壓橫梁與主桁錨固。

2)掛籃驗算。

a.主桁受力分析。掛籃是由6片主桁組成，根據對上橫梁的受力分析，可知6片主梁受力不相同，取最大受力:p=1.25ql=1.25×90.6×6.625=750.3 kN 來驗算主桁。將斜拉式掛籃簡化為鉸支結構，主桁桿件受力簡圖如圖2所示。

圖2 掛籃主桁受力圖

b.主桁架撓度驗算。計算主桁架撓度以計算C點的豎向位移為準。根據計算可知AB桿，BC桿，BD桿，AC桿所受的軸力為:NAB=1 366.2 kN，NBC=－1 171.1 kN，NBD=－1 777.9 kN，NAC=－899.7 kN。

當荷載變為單位荷載時，AB桿，BC桿，BD桿，AC桿所受的軸力為:ˉNAB=1.822 kN，ˉNBC=1.562 kN，ˉNBD=－ 2.371 kN，ˉNAC=－1.2 kN。

C點的垂直位移為:

c.掛籃抗傾覆驗算。掛籃在懸臂澆筑時的抗傾覆驗算，即是驗算主桁后錨的扁擔梁。根據圖紙設計，每榀主桁后錨梁分別為后錨扁擔梁A，B和軌道扁擔梁，共8個錨點。根據前面對主桁架的分析，單榀桁架最大的后錨力為750.3 kN。

所以抗傾覆彎矩為:W抗=(300×8)×3.5=8 400 kN·m。

前吊帶產生的彎矩為:W=750.3 ×4.8=3 601.4 kN·m。

掛籃在前移時的抗傾覆驗算。

第一，荷載。掛籃空載前移時，作用于主桁架前端的荷載:

F1=前橫梁自重=6 480 kg。

F2=0.5 × 底籃自重=0.5 ×15 077.04=7 538.52 kg。

F3=0.5 × 滑梁自重=0.5 ×(1 111.7+651.79)=881.745 kg。

F4=0.5×(側模 +內模)=0.5×(2×12 818.02+2×4 566.7)=17 384.72 kg。

F5=鋼吊帶自重=3 080.74 kg。

風荷載取800 kPa，作用面積取 3 ×7 ×1.1=23.1 m2。

豎向風荷載:F風=800×23.1×0.4=7 392 kN。

作用于單榀主桁架前端的荷載(沖擊系數取1.1):

單個行走小車承受的反力:F=p=20.2 t。

第二，行走小車鋼吊帶強度。行走小車鋼吊帶采用16Mn鋼，截面為200 mm×20 mm。

第三，行走小車車軸強度。行走小車車軸采用45號鋼，直徑70 mm。

3 寬體掛籃懸澆施工操作要點

3.1 箱梁0號梁段施工

0號梁段施工一般采用落地支架和墩身預留牛腿托架的方法施工，前者多用在墩身低于20 m時，后者用于墩身較高或不具備落地支架施工條件的情況。該梁段的施工主要是為掛籃提供拼裝平臺。

3.2 掛籃拼裝

在已澆0號塊上整體拼裝。按照主桁支承、主桁、前后上橫桁及吊掛系統、底平臺、錨固的順序逐步安裝。拼裝完成后，通過葫蘆將掛籃前移，再將底模、側模系統起吊到位，通過吊帶銷接完成全部拼裝。1)主桁結構拼裝。在箱梁0號頂面作為工作平臺，拼裝主桁橫向連接件。安裝后錨裝置，并用張拉油頂對后錨桿施加部分應力(35 t)，以消除間隙和抵抗箱梁混凝土澆筑時的不平衡重力。安裝吊帶、吊桿、分配梁以及液壓提升裝置等前后模梁桁片與吊桿。2)底平臺和模板結構拼裝。使用千斤頂提升，將底模后橫梁錨固在已澆筑節段端部底板。翼緣板處鋼吊帶將外模滑梁吊起。側模連接成整體后直接懸掛在外模滑梁上。安裝側向工作平臺。

3.3 掛籃試驗

1)制作掛籃完成后應組織驗收，掛籃結構各部位是否按照計算書和設計圖進行選材制作。驗收合格后在現場進行掛籃拼裝，并進行荷載試驗的準備工作。2)荷載試驗時，加載時應按設計圖紙中最大節段的重量的1.2倍考慮，并按 30%，50%，80%，100%，120%的重量采用油頂逐級加壓，觀查掛籃主桁桿件在逐級加壓下有無異常發生并測量其產生的變形值，如加壓120%后主桁無異常變化且變形值小于2 cm可認為掛籃安全系數是符合要求的。3)掛籃在0號段上拼裝完后，對掛籃進行最大梁段重量的1.2倍進行預壓，消除掛籃各結構產生的非彈性變形。橋梁監控過程中應將掛籃的彈性變形量計算到各梁段施工的立模標高中。

3.4 掛籃移動

懸澆段在預應力張拉完成后，可以進行模板落架，掛籃前移。在落模時解除所有與混凝土連接的錨固和對拉螺栓，只有后上橫梁及后下橫梁有兩邊側吊桿相連，前上橫梁及前下橫梁吊帶下落一部分使底平臺與混凝土分離，掛籃處于懸空狀態。將掛籃后端錨固釋放，在支點和后錨橫梁處設置滾筒，用手拉葫蘆牽引前移到下一節段施工。

3.5 掛籃安裝及使用時的注意事項

1)掛籃在上0號塊前，須在地面上進行預拼裝并檢查和檢測主要部件是否有異常變形。2)錨固預埋構件是掛籃施工的重要部件，須確保構件的材質合格且無受損現象。錨固預埋件一般會使用部分腹板處的精軋螺紋鋼筋。錨固預埋件必須做承載力試驗。3)掛籃設計時，支點位置應設置在混凝土箱梁的肋上并應在支點的下方加設鋼板，以免箱梁頂板承受較大的集中荷載而遭受破壞。4)要認真做好掛籃的安全防護設施，掛籃的上、下層必須有安全通道，掛籃三面應由工作平臺并進行臨邊設置，對于通車道路或航道上方的掛籃應從掛籃的底部用密目網全封閉。5)掛籃使用前，應按要求進行加載試驗，以確定各承載部件能否達到施工要求。加載的重量為設計最重的箱梁段重量的1.2倍。采用逐級加載方法進行并做好有效的防傾覆措施。6)掛籃在移位前，須進一步完善掛籃的安全防護設施確保移動時不會有物件發生墜落，掛籃處的作業人員應暫停施工，行走移位各作業人員接受安全技術交底，明確到各個崗位，將安全隱患進行排查后方可進行掛籃的行走作業。7)掛籃移動應在張拉作業完成后進行。掛籃移動時，應安排專人進行指揮，兩側掛籃對稱前移，減少兩側的不平衡從而減小臨時固結處的受力;6片主桁在手拉葫蘆牽引時必須同步一致工作，嚴防掛籃行走偏位，造成掛籃受扭力破壞而釀成事故。

4 結語

本工程采用4套掛籃同時施工，有效的縮短了工期，提高了經濟效益。由于掛籃是自行設計并制造，經過了多次優化及驗算，減小了材料用量，節約了成本。由于寬體掛籃具有自重輕、剛度大、施工易控制、加工簡單、拼裝方便等特點，因此越來越多的應用在城市環城高架橋梁的雙向六車道及以上車道的高墩、大跨徑橋梁的多箱室寬體橋梁的懸臂施工。

［1］路橋施工計算手冊［M］.北京:人民交通出版社，2001.

［2］GB 50017-2003，鋼結構設計規范［S］.

［3］JTG/T F50-2011，公路橋涵施工技術規范［S］.