矮塔斜拉橋長懸臂箱梁掛籃設計與施工

周偉明 （中鐵二十四局集團安徽工程有限公司，安徽 合肥 230000）

1 工程概況

徐明高速公路新汴河大橋主橋B部分為獨塔單索面預應力混凝土部分斜拉橋，跨徑組成為60m+60m=120m，全長120m，全橋斜拉索共9對，為空間平行布置，梁上錨固點順橋向間距為4m，橫橋向間距為0.9m。橋梁主塔橋面以上高18.5m，為鋼筋混凝土矩形實心結構，順橋向長3m，橫橋向寬2m，布置在中央分隔帶上，并與主梁固結。主塔橋墩采用圓端型空心橋墩，高15m，基礎采用群樁基礎。

主梁為預應力C50混凝土整體式箱梁，預應力體系采用縱橫兩向預應力體系。箱梁根部中線處高度為3.25m，懸臂端部處高度為2.8m，橋面橫坡2%，箱梁寬度為28m，兩側懸臂均為4.5m，箱梁高度按二次拋物線變化。箱梁頂板厚32cm,角隅設二次倒角25cm×40cm 和160cm×20cm,箱梁底板厚度30cm,角隅倒角55cm×30cm。腹板厚度分別為50cm、60cm、70cm。標準橫隔板每4m布置一道(僅在拉索區布置),并與斜拉索索距對應。標準橫隔板中室處厚度為50cm,邊室處厚度為30cm。邊墩處橫梁寬度180cm,橋塔處設兩道橫梁,寬度1m。全橋一個T構，共14個節段，每個節段長4m，節段重量為211t～291t，現澆合攏段長4m，重量為361t。全橋混凝土總量為3191.43m3。新汴河大橋主橋B部分橋型布置圖見圖1。

2 掛籃結構組成及各部分簡介

圖1 新汴河大橋主橋B部分橋型布置圖（單位：mm）

2.1 掛籃結構組成

掛籃結構主要由掛籃桿件、模板系統及其他輔件三部分組成。

①掛籃桿件：掛籃桿件主要由主桁系統、走行錨固系統、導向系統、底籃系統、平臺防護系統、前上橫梁、吊掛系統、輔助部件等組成。

②模板系統：本懸澆箱梁翼板及底板及端頭采用大塊組合鋼模板，箱室內模采用橋梁專用竹膠板。

③其他輔件：其他附件主要有精軋螺紋鋼及其配件、連接螺栓、螺旋千斤頂、手拉葫蘆等施工輔助材料及用具。

2.2 掛籃各部分結構簡介

2.2.1 主桁系統

主桁系統是整個掛籃中主要的受力部分，由聯結桿件將各承重桁架聯結成整體；承重桁架由前后弦桿、豎直桿、下水平弦桿和各節點組成，采用銷軸連接成整體。新汴河大橋掛籃采用四榀桁架組成，中間兩榀間距3.1m，兩側兩榀間距7.4m。每榀桁架高4.09m，桁架水平節點間距6.11m，總長11.14m。

2.2.2 走行錨固系統

走行錨固系統由后吊掛滾輪組件、前滑座、走行軌道及后部錨固組件組成，走行及錨固組件分別在掛籃空載前移和梁體澆筑時起著非常重要的作用。錨固系統設在四榀主桁架的后節點上，每榀主桁架設2組，每組錨固系統包括2根扁擔梁和4根后錨桿，其作用是平衡澆筑混凝土時產生傾覆力矩，確保掛籃施工安全。走行軌道采用I36工字鋼焊接組合而成，軌道連接采用M10.9S級高強螺栓連接，由于橋面寬，為保證四榀桁架走行協調一致，主桁架走行采用全自動液壓走行系統。

2.2.3 導向系統

導向系統包含導梁、導梁滑架、導梁吊架等。導梁由雙拼[40槽鋼工制作，在掛籃施工過程中主要承受模板及模板上部混凝土載荷，在掛籃前移過程中起著承托模板隨主桁架一同前移的作用。

2.2.4 底籃系統

底籃系統主要起著將梁體底板及腹板位置混凝土載荷傳遞到掛籃前端承重橫梁上的作用，主要由底籃前橫梁、底籃后橫梁、底籃縱梁及底籃吊架等組成。底籃橫梁采用H型鋼H390×300栓接而成，底板及腹板下縱梁采用H型鋼H400×200，縱梁與橫梁采用螺栓連接。

2.2.5 平臺防護系統

平臺防護系統為掛籃施工過程中工人操作提供平臺及安全保障，主要包括掛籃前上橫梁平臺、橫向張拉平臺、底籃前后橫梁平臺及底籃側向平臺。各平臺主要包括步行板及防護欄桿兩部分，防護欄桿在工地現場組裝到步行板上。

2.2.6 前上橫梁

圖2 掛籃效果圖及總體構造圖（單位：mm）

圖3 箱梁截面劃分圖

掛籃前上橫梁架設在承重桁架的前端，并與承重桁架連接成整體。前上橫梁由2根H450×200型鋼與綴板拼焊成形，主要承受施工過程中底籃系統及導向系統傳遞的混凝土荷載，并將荷載傳遞到掛籃承重主桁架上。

2.2.7 吊掛系統

圖4 連體掛籃構造圖

圖5 掛籃解體后構造圖

掛籃施工過程中，吊桿采用8根φ32mm PSB830精軋螺紋鋼和4根Q345材質鋼帶，方便安裝與調節，與之配套使用的有螺母、墊板、連接器、千斤頂及扁擔梁等。

2.2.8 輔助部件

輔助部件主要包括調節吊桿用的扁擔梁及錨固吊桿用的吊桿墊板等輔助掛籃施工的獨個零件。掛籃效果圖及總體構造圖（如圖2）。

3 掛籃結構計算

3.1 設計參數

各牌號鋼材設計應力值表（見表1）。

3.2 .主要材料型號

掛籃的前上橫梁由2H450×200普通熱軋H型鋼組焊組成，底籃前橫梁采用H390×300普通熱軋H型鋼加工，底籃后橫梁采用H390×300普通熱軋H型鋼組焊桁架加工，腹板下縱梁采用H400×200普通熱軋H型鋼，底板下縱梁采用H400×200普通熱軋H型鋼，外導梁采用雙拼[40a槽鋼加工。

3.3 設計計算荷載及組合

3.3.1 荷載系數

①考慮箱梁混凝土澆筑時脹模等系數的超載系數：1.05；

②掛籃空載行走時的沖擊系數1.3；

③澆筑混凝土和掛籃行走時的抗傾覆穩定系數：2.0；

④活載分項系數1.4；

⑤恒載分項系數1.2。

3.3.2 作用于掛籃的荷載

因1#塊為連體掛籃澆筑，3#塊為最重梁段，因此取1#塊、3#塊分別計算箱梁荷載。

根據箱梁截面受力特點，劃分箱梁各節段斷面（見圖3）。

計算箱梁斷面內各段重量表（見表2）。

恒載分項系數K1=1.2；活載分項系數K2=1.4；

混凝土自重G=26kN/m3，鋼材彈性模量E=206GPa

材料強度設計值表 表1

箱梁各段重量表 表2

作用于主桁上箱梁最大荷載按291t計算；

施工機具及人群荷載為2.5kPa；

傾倒混凝土產生的荷載為2kPa；

振搗混凝土產生的荷載為2kPa。

3.3.3 荷載組合

荷載組合I：混凝土重量+超載+動力附加荷載+掛籃自重人群和機具荷載；

荷載組合II：掛籃自重+沖擊附加荷載；

荷載組合I用于主桁承重系統強度和穩定性計算；荷載組合II用于掛籃走行系統計算。

3.4 結構驗算

采用SolidWorks2011結構計算軟件對掛籃底籃系統、導向系統、主吊桿系統、前上橫梁、主桁架、軌道、銷軸及后錨扁擔梁進行驗算，按照容許應力法對其進行整體空間內力分析，計算模型全部采用梁單元。主桁架按鉸接方式計算，鉸接時，釋放梁端轉角約束。對于主桁架的壓桿，采用剛接的計算內力，考慮桿端次彎矩，按壓彎桿件計算穩定。對于拉桿則采用鉸接計算內力。主構架梁節點的高強螺栓組采用剛接計算內力設計。前上橫梁腹桿的線剛度遠小于上下弦桿的線鋼度，因此腹桿均釋放桿端彎矩。為使模型簡潔、便于計算結果分析，外側模自重、箱梁翼緣板混凝土重量及其上的施工人員、材料、機具荷載等均轉換為集中荷載施加于主梁架構上，內模自重、箱梁頂板混凝土重量及其上的施工人員、材料、機具等荷載均轉換為均布荷載施加在底模板。

3.5 計算結果

經驗算，除連體掛籃特殊連體桿件的強度和剛度滿足1#號塊施工各項荷載要求外，掛籃其它構件的強度和剛度均滿足最重梁段3#塊施工的各項荷載要求。因此可以得出結論：該掛籃強度、剛度、穩定及抗傾覆系數均滿足相關規范及設計要求。

4 掛籃懸臂澆筑施工工藝

新汴河大橋主梁共13個掛籃懸澆節段，每個節段長度均為4m，最重梁段為3#塊，重量291t，最輕梁段為13#塊，重量為211t。1#塊采用連體掛籃懸澆施工，待1#塊施工完成后，將掛籃解體成兩個獨立掛籃，完成剩余其他梁段施工。

4.1 連體掛籃懸臂澆筑1#塊

由于0#段長度不能滿足兩個獨立掛籃的起步長度要求，因此，在1#塊施工時，將兩臺掛籃的主桁架連體拼裝。懸臂澆筑1#塊時，即將兩只掛籃的主桁架用水平桿件連接成整體。1#塊澆筑完成后，將連體掛籃分解前移形成兩臺獨立掛籃，澆筑剩余其他梁段。連體掛籃構造如圖4所示。

4.2 掛籃解體前移

1#塊澆筑完成后即可進行掛籃解體前移，為防止掛籃解體過程中產生傾覆，掛籃解體前需安裝臨時支撐桿件和支撐座。安裝好以后，拆除臨時水平桿及斜拉桿，松除軌道錨固壓梁，將標準掛籃前移至梁端位置，然后正常安裝非標準掛籃的水平桿、斜拉桿及后吊掛滾輪及后錨裝置、超出臨時支撐桿件及支撐座，接長軌道，掛籃前移至梁端位置，掛籃解體完成。解體后掛籃構造如圖5所示。

4.3 掛籃懸臂施工工藝流程

掛籃解體前移完成以后，其他梁段即可按照常規掛籃懸澆施工的流程進行施工，主要施工工藝流程如下：

①掛籃前移；

②后錨桿錨固及重新安裝底籃后下橫梁錨固吊桿；

③掛籃標高及中線調整，使中線及標高控制在規范要求之內；

④綁扎底板及腹板鋼筋，安裝箱室內模；

⑤安裝縱向波紋管及綁扎頂板底層鋼筋；

⑥安裝端頭模板、橫向波紋管及頂板頂層鋼筋；

⑦澆筑混凝土及混凝土養生，養生天數不少于7d；

⑧混凝土強度達到90%后，張拉該梁段的縱向預應力鋼束及上一梁段橫向預應力鋼束；

⑨循環進入下一梁段施工。

5 結 語

新汴河大橋矮塔斜拉橋主梁采用菱形桁架式掛籃施工，工藝簡捷，操作簡單，掛籃撓度和變形均能控制在規范允許范圍之內。主梁現澆施工進度快，掛籃安全性能穩定，確保了工期、質量和安全，為類似工程提供參考。

[1]JTG/TF50-2011,公路橋涵施工技術規范[S].北京：人民交通出版社，2011.

[2]GB50017-2003,鋼結構設計規范[S].北京：中國計劃出版社，2011.

[3]汪正榮，朱國梁.簡明施工計算手冊[M].北京：中國建筑工業出版社，2011.

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