大跨超寬連續箱梁掛籃施工技術

周應輝 （中鐵四局集團有限公司，安徽 合肥 230023）

1 工程概況

某市公路特大橋為雙向六車道，設非機動車道和人行道，主橋頂板寬34m，底板寬 24m。主橋采用55m+100m+120m+100m+55m一聯5跨異型連續梁橋結構。橋墩采用V型墩身，箱梁采用單箱四室預應力混凝土結構，跨中梁高3m，腹板厚45cm，頂板厚26cm，底板厚25cm；V型墩墩頂處梁高6m，腹板厚80cm，頂板厚26cm，底板厚80cm；邊墩墩頂處梁高5.5m，腹板厚60cm，頂板厚26cm，底板厚60cm。主梁梁底緣曲線均為二次拋物線變化。

主梁k3～k7跨每隔6.5m等間距設置挑臂加勁橫梁，橫梁厚0.45m。此外，箱梁在每個墩墩頂設置端橫隔梁，V型墩頂分別設置1.8m厚的橫隔梁，邊墩墩頂橫隔梁厚1.8m，過渡墩墩頂橫隔梁厚1.2m。懸臂澆筑塊段長度為3.25m，最大懸臂澆筑1#塊段重361t。

主橋采用掛籃施工方法，逐段張拉預應力鋼束的施工方法，箱梁頂面設雙向2.0%橫坡，箱梁采用三向預應力體系。斷面圖如圖1所示。

2 超寬掛籃方案比選

圖1 特大橋主橋斷面圖

圖2 貝雷梁超寬掛籃結構示意圖

根據設計圖紙要求，需采用0#塊梁段掛籃懸臂施工。根據分析大多數掛籃施工橋梁都采用左右分離式，頂板寬度在10m～18m之間，截面以單箱單室或單箱雙室為主，且梁段較輕，一般不超過200t。而本橋的設計梁段超寬，翼緣板寬度較大，為單箱四室結構，為此需對施工采用掛籃的形式做對比分析。

根據對掛籃設計的對比分析發現，采用型鋼制作菱形掛籃相對豎向剛度較大、變形小，但相對橫向連接措施較多，掛籃行走同步困難，且經濟適用性不強。而采用貝雷梁拼裝成為一字掛籃，經過反復的論證研究，以貝雷梁為主體結構，配以橫向聯結系桿件組拼的形式施工，表現出以下幾個優點：滿足自重輕、拼裝簡單方便的要求；在安全得到基本保障后，利用已有材料，降低施工成本的要求；滿足施工工序周期、適用性廣泛的要求。

經過分析論證貝雷梁拼裝一字掛籃，由4片貝雷片及[10槽鋼制作成橫向連接系，鏈接成一片貝雷梁，其優點豎向剛度大，行走穩定；橫梁采用雙拼2I40a工字鋼制作，它有著橫向剛度小、受力點多、行走少量的不同步不會引起較大的次內力等特點，通過外側吊桿吊掛在5片貝雷梁形成一個整體掛籃。

3 超寬掛籃的設計

超寬掛籃的設計是利用貝雷梁在每一個腹板上面做一片主桁梁，即利用箱梁多個腹板，將整個懸臂澆筑塊的重量分散到多個點上，利用后錨錨固在已經澆筑的混凝土上，這樣解決了整幅超寬箱梁的受力特點。結構示意圖如圖2所示。

圖3

圖4

圖5

超寬掛籃采用5組貝雷梁進行組拼，每組采用4片上下加強貝雷片組合，設計最大承重360t，極限承重500t。掛籃上下橫梁采用2I40a工字鋼，兩側翼緣板模板根據翼緣寬度一次制作，在模板中部預留挑臂加勁橫梁位置，當澆筑雙號塊段時采用鋼板將預留位置覆蓋。翼緣板導梁采用2[40a槽鋼制作，考慮后下橫梁長度較長，為25m，無法承擔掛籃底模縱梁的荷載，在中部設置一個下導梁，掛籃前行時在中腹板位置提供一個支點。

整個超寬掛籃設計完成后，采用Midas Civil軟件采用根據《公路橋涵設計通用規范》（JTG D60-2004）進行荷載組合、建立模型、進行受力分析，得出以下結論。

3.1 底板計算

底模縱梁計算長度為5m，加載范圍是0.8m～4.05m時，荷載93.32MPa<210MPa；恒載時荷載81.0MPa<210MPa。

3.2 腹板下底板計算

底板縱梁為4I36a工字鋼，則有計算荷載長度為3.25m，模板設計長度為4m，荷載138.0MPa<210MPa；恒載時荷載132.2MPa<210MPa。

3.3 翼緣板導梁計算

由于本橋翼緣板懸臂長度較大，擬采用雙導梁形式，導梁采用2[40a槽鋼組拼。翼緣板導梁在澆注混凝土過程中計算長度按照5m考慮，在3.25m時荷載84.54MPa<210MPa；當移動掛籃時空載翼緣板導梁計算長度采用9m時荷載81.41MPa<210MPa。

3.4 掛籃橫梁的計算

后橫梁計算按照澆注混凝土的恒載計算，擬用2I45a工字鋼，荷載69.6MPa<210MPa

3.5 掛籃主桁架計算

加載圖示如圖3所示。

腹板底部工字鋼部位荷載按照每根加67425N，底板范圍工字鋼部位按照每根加41800N，翼緣板吊帶位置內側加載30139N，外側加載60278N，加載總和為2365334N，占1#塊段混凝土重量的65.5%，貝雷梁自重以及上下橫梁自重由系統自動計入。

掛籃變形圖如圖4所示。

掛籃下橫梁最大變形在中部，變形節點為3644，變形值為-0.033m。上橫梁懸挑部分是掛籃最大變形點，變形量為0.036m。

掛籃應力圖如圖5所示。

由掛籃應力圖可以看出最大拉應力出現在貝雷梁上，最大拉應力值為167MPa。最大壓應力值為229MPa，在支點處出現的集中應力，且集中應力小于貝雷梁允許應力。

掛籃軸應力圖如圖6所示。

掛籃最大軸應力出現在吊桿上，吊桿采用φ32精軋螺紋鋼筋，最大拉應力為321MPa，可以滿足荷載要求。

綜上所述，貝雷梁掛籃設計可以滿足各項荷載要求。

4 超寬掛籃的拼裝

掛籃采用貝雷片進行拼裝，每個腹板頂部采用一組貝雷梁，每組貝雷梁采用4片上下加強型貝雷片進行組合。單片貝雷梁之間用貝雷梁自帶支撐架進行支撐，每組貝雷梁之間用自己加工支撐架連接。支撐架采用[10槽鋼進行焊接。現場示意圖如圖7所示。

走行系統由軌道、反壓滾輪和前支座組成。軌道根據貝雷梁特點，澆注段上由前支座構成，每組貝雷梁桁架由2臺10t手拉葫蘆牽引主構架前移，并帶動底模平臺、外側模一同前移就位，掛籃移動過程中的抗傾覆力矩由反壓滾輪經反壓梁傳至已成型的箱梁上。

墩頂塊達到設計強度后進行貝雷梁拼裝，拼裝前對現場貝雷梁進行整修，然后分批在地面進行組裝后用吊車提升到墩頂拼裝。墊梁處混凝土橋面處理：由于混凝土橋面較為粗糙，應用砂漿對各軌道處進行找平處理。

掛籃拼裝的程序為：組裝貝雷梁→在墩頂懸臂拼裝→吊裝后上橫梁→后吊帶、后壓梁、后下橫梁→前上橫梁→前吊帶、前下橫梁→底板縱導梁、底縱梁→底模→前張拉平臺→后下橫梁吊架。

前后橫梁采用2[40a型鋼焊制，吊筋為φ32精軋螺紋。縱梁用I36工字鋼，單個掛籃總重（包括底模、側模及內模）132t。底模縱梁長5m，采用I36a工字鋼加工，底縱梁間距為0.8m。掛籃標高采用螺旋千斤頂進行調整。

側模及翼板用從廠家定制的定型鋼模板。在兩側縱梁上搭設鋼管支架來支撐側模及翼板，兩側模板間在上中下位置均用Ф20拉筋拉緊。

支架及掛籃拼裝完成后，安裝梁段底模、側模，然后進行支架系統的預壓試驗。

5 超寬掛籃的預壓及調整

現場用袋裝細砂代替混凝土進行預壓，預壓荷載取梁段重量的120%，分別在預壓加載前、加載后、卸載后進行標高觀測，取得支架系統彈性與非彈性變形數值，并與先期利用鋼桁架模擬計算結果相比較。

通過第三方工程鑒定加固研究所的預壓檢測，根據檢測結果，貝雷梁主桁架最大應力為145MPa，比最大計算應力135MPa要大，計算模擬與實測偏差7.4%。5個貝雷梁組成的桁架結構共布置40個測點，分四級荷載即100t、220t、320t、420t加載，應變檢測結果所有測點應變和荷載基本呈線性關系，滿足設計和施工要求。

預壓結束后，進行掛籃及模板的軸線及標高調整，將作為支點的千斤頂就位并調整到預控高度鎖緊，然后用經緯儀進行軸線觀測，并指揮施工人員進行糾正，確定軸線一致后頂緊后錨點千斤頂，將后錨點鎖定，然后用水準儀觀測前吊點底板標高，用前上橫梁上的千斤頂調整底板高度，軸線及標高要反復校核，直到滿足設計要求。

掛籃底模標高確定：在懸臂澆筑過程中，梁段立模標高的合理確定，是關系到主梁的的線形是否平順的關鍵。為了確保成梁后的線形，需要設置一定的預拱度，以抵消施工中產生的各種變形（撓度）。其計算公式如下。

式中：Hlmi——i 節段掛籃底模板標高（節段上某確定位置）

Hsji——i 節段的設計標高

Σfsg——由各梁段施工在該節段對應點上產生的撓度總和

fyg——根據橋梁設計，該節段位置橋梁豎向預拱度

fgl——掛籃的變形值

6 超寬掛籃的懸灌施工

大橋每個墩身T構分為12塊，最大節塊重量為右幅第一孔1#塊重361t，每個節塊一次澆筑完成。

①本橋箱梁的普通鋼筋較少，大部分鋼筋在掛籃上直接綁扎成型。只有梁段內的錨下加強齒塊鋼筋在地面綁扎好后，整體吊裝到掛籃內安裝。

圖6

圖7 貝雷梁現場示意圖

②掛籃定位檢查合格后，綁扎底板鋼筋，安裝底板縱向預應力管道，底板鋼筋分上下兩層，中間由短鋼筋墊起、焊牢，保證間距。肋板鋼筋骨架插入底板下層鋼筋中，然后綁扎倒角斜筋，安裝肋板內豎向預應力鋼筋和管道。

③安裝內模。內模使用小組合鋼模板，用海綿條塞縫，防止漏漿。

④綁扎頂板鋼筋，安裝頂板縱向預應力管道。

⑤錨下構造鋼筋及加強網片十分重要，不得隨意變更位置，防止張拉時梁體不均勻受力開裂。

⑥在綁扎鋼筋后立內模使用鋼管支架支撐，不允許直接踩踏底板鋼筋。

⑦在鋼筋綁扎時將波紋管綁扎就位，縱向預應力管道為曲線管道。安裝時先按照設計坐標將管道中心標在豎向鋼筋上，將管道就位后用井字型定位鋼筋固定，波紋管之間用稍大直徑短管聯接，外纏膠布密封，波紋管和錨杯連接時，讓波紋管穿過錨杯，在外側用膠布封緊。

⑧鋼筋加工與安裝、混凝土澆筑施工工藝與技術要求同墩頂塊箱梁施工，并根據下一階段掛籃后下錨點位置設置預留孔。

⑨在前一梁段混凝土澆筑完成并達到設計強度85%,進行預應力張拉、灌漿，壓漿強度達到設計90%后，將掛籃前移進行下一階段施工。

首先將兩側模之間的橫向拉筋拆除，使側模與梁段分離，然后松動后上橫梁上支撐千斤頂，使吊桿及底板下降，使底模板脫離混凝土梁底約5cm～10cm；然后利用導鏈反向拉貝雷梁，讓貝雷梁緩緩前移。

貝雷梁移動需要同步進行，為了保證貝雷梁的移動同步，在貝雷梁移動前先在軌道上做記號，每隔幾分鐘由專人用鋼卷尺測量每組貝雷梁的前移距離，保證每組前移速度一致，當左右兩端距離較遠時利用對講機控制。T構兩側的移動距離保持基本一致，距離相差不得超過10cm。

掛籃前移至指定位置時，及時固定后錨點，前支點及時坐落于鋼支座上。支點安裝就位后重新進行掛籃、模板軸線標高調整，進行下一節段施工。掛籃安裝就位后，在底模支架上完成梁段的鋼筋安裝、模板安裝、混凝土澆筑、預應力張拉及壓漿等作業。懸臂澆筑時的不平衡采用錨固體系來進行抵消。然后整體移動掛籃，進行下一節段作業，如此循環施工，直至合攏前節段。

7 結 語

本項目采用整幅超寬掛籃的施工運用，基于橋梁單箱多室結構，在每一片腹板頂部均設置主桁架，利用多個主桁架分擔懸臂澆筑的混凝土重量，而采用的特殊掛籃施工模式。

通過本項目的順利實施完成，證明超寬掛籃的同步施工在項目工期、安全、質量和成本等施工管理上都是非常有利的。隨著我國市場經濟及城市發展的需求，超寬橋梁將會逐步走上歷史舞臺，施工工藝及方法也會更加多樣。

[1]邵旭東,胡建華.橋梁設計百問[M].北京：人民交通出版社，2005.

[2]邵旭東,程翔云,李立峰.橋梁設計與計算[M].北京：人民交通出版社，2007.

[3]張繼堯，王昌將,等.懸臂澆筑預應力混凝土連續梁橋[M].北京：人民交通出版社，2004.