辰塔大橋主梁前支點掛籃設計及施工工藝

上海市基礎工程集團有限公司 上海 200002

1 工程概況

辰塔公路越黃浦江大橋新建工程，位于上海市西南角的松江區西南呈南北走向的辰塔公路上，主橋跨越黃浦江，為雙塔雙索面混凝土斜拉橋。主梁采用預應力混凝土雙主肋斷面，主梁橋面寬34.6 m，截面中心點梁高2.8 m。主梁采用前支點掛籃懸臂澆筑施工，標準節段長6.6 m，設置2道橫隔梁（圖1），混凝土體積為162.28 m3。

圖1 主梁斷面示意

2 主梁施工的難點和特點

針對大橋所處施工環境以及主橋結構特點，在實施懸臂澆筑過程中將主要面臨以下難題：

1）根據設計及業主方要求，要實現全斷面一次性整體澆筑，保證主梁結構整體性；

2）掛籃行走需要非常強大的C形掛腿及反壓機構來平衡掛籃前傾力，使得掛籃超重；

3）大橋主跨位于黃浦江上游主航道，橋梁標高較低，在前支點掛籃設計時，要滿足航道通航限高的要求。

這對掛籃的高度、操作平臺、模板升降、行走系統和相應施工工藝提出了較高要求，傳統前支點掛籃已經無法滿足。為實現類似超寬翼緣全斷面一次性澆筑：該掛籃承載平臺能夠滿足主梁節段澆筑的要求，嚴格控制自重；掛籃自身的高度需滿足通航限高要求；在掛籃高度受限前提下，自身結構剛度、安全性以及可靠性要滿足；為能夠保證掛籃安全、可靠前移，需要一種復合型前支點掛籃的行走系統；主梁標準節段設置2道橫梁，需要一套可升降模板系統，保證掛籃前移時，模板不受第1道橫梁的阻礙[1,2]。

3 復合型前支點掛籃的設計

針對主梁施工中的難點，該掛籃設計主要由承載平臺、張拉機構、行走系統、定位系統、錨固系統和模板系統組成。

承載平臺是掛籃支承混凝土荷載及模板體系的主體結構。結構主體采用在橫橋向與斜拉索對應位置布置2根主縱梁，主縱梁前端設置張拉系統形成支點，在主縱梁上設置承力面，適應各節段斜拉索不同角度的變化，后端與已澆段混凝土錨固，主縱梁外側設置支撐架承載主梁懸臂位置荷載。主縱梁間設置3根橫梁，為提高承載能力和側向穩定性，前、后橫梁采用箱形截面，為加工制作方便和減輕自重，連系梁采用工字形截面。承載平臺后部設置2根行走軌道滑梁（圖2）。

張拉機構由前支點調節支座、張拉分配梁、張拉桿和精軋螺紋鋼組成，如圖3所示。前支點調節支座與分配梁之間采用銷軸連接，分配梁可繞支座轉動，調節支座可沿主縱梁端部斜面移動，通過兩部分共同作用調整張拉桿角度，張拉千斤頂通過撐腳固定在分配梁上。該機構可調整以適應各節段斜拉索平面角度的變化。精軋螺紋鋼筋用于固定前支點調節支座，張拉產生的沿主縱梁端部斜面的分力由其來承受。

圖2 承載平臺機構

圖3 張拉機構

行走系統實現掛籃空載前移功能，掛籃行走系統主要由三角桁架、牽引機構以及后行走小車組成，如圖4所示。該行走系統與其他方式相比有著明顯的優勢，首先這種形式的掛籃承載平臺前移比較平穩，其次掛籃的承載平臺與各部分模板同步一次性就位，減少了施工工序，縮短了施工周期。

圖4 行走系統

定位系統實現掛籃澆筑前的初定位及微調定位功能，由頂升機構、主縱梁前、后錨桿組、止推機構等組成。

通過錨桿組的提升和下放實現掛籃的升降，到位后可機械鎖定，以保證掛籃在施工中頂升支點的定位不變。止推機構錨固在已澆梁段上，其作用是微調掛籃縱向定位位置，并承受掛籃施工中斜拉索的水平分力。掛籃的豎向標高調整由錨桿及頂升機構完成。

掛籃錨固系統包括2組主縱梁前錨桿組、2組主縱梁后錨桿組、主桁后錨桿組、止推機構錨桿組和后行走小車錨桿組。主縱梁前錨桿組設在主縱梁中部，作用是將承載平臺承受的施工荷載傳遞到已澆梁段上；主縱梁后錨桿組設在主縱梁尾部，用以平衡掛籃斜拉索初張拉時產生的傾覆力，同時，2組錨桿組亦作為抗風安全錨固點。

模板系統由主梁底模及側模、橫梁底模及側模、頂板底模、拱架以及支撐等組成，如圖5所示。主梁內側模、橫梁內側模上下端分別與頂板底模、主梁底模和橫梁底模采用鉸連接，主肋側模、橫梁側模之間采用對拉螺栓連接，懸臂模板和前端模板支撐采用可調撐桿支撐在承載平臺上。

在掛籃前移前，拆除主梁內側模、橫梁內側模上端與頂板底模的連接鉸，頂板底模及拱架下降適當高度；松開對拉螺栓，將主肋外側模、橫梁前端側模放置于承載平臺上，將主肋內側模、橫梁內側模轉動一定角度脫離混凝土，放置在頂板底模上且隨同拱架一起下降至掛籃行走時的定位高度。

掛籃前移到位后，再將拱架提升到設計標高位置，立模并澆筑下一節段。

圖5 模板系統

4 掛籃結構施工計算

4.1 掛籃設計主要參數

掛籃在施工過程中，主要承受混凝土荷載、人群施工荷載、風荷載以及掛籃自身質量，根據主梁及掛籃構造特點，將以上荷載分別施加在掛籃承載平臺各部分。其中混凝土荷載取2.6 t/m3，主梁標準節段混凝土總質量為422 t；人群及施工荷載取0.15 t/m2；工作狀態橋面風荷載為0.03 t/m2，非工作狀態風荷載為0.10 t/m2；掛籃各構件設計參數見表1。

表1 掛籃設計參數

4.2 掛籃施工驗算主要工況

為了驗算掛籃主要構件的受力，通過以下8種施工工況對掛籃進行計算：

工況一：掛籃位于邊跨2#節段，混凝土澆筑完成1/2（混凝土濕重211 t，下同），風向豎直向下（風速19 m/s，下同），斜拉索第2次張拉完成，單根索索力1 930 kN，計算中支點墊塊受力。

工況二：掛籃位于邊跨2#節段，混凝土澆筑完成，風向豎直向下，斜拉索第2次張拉，單根索索力1 930 kN，計算掛籃工作狀態的受力和變形。

工況三：掛籃位于中跨21#節段，混凝土澆筑完成1/2，風向豎直向下，斜拉索第2次張拉未開始，斜拉索一張單根索索力1 240 kN，計算主縱梁前錨桿組受力。

工況四：掛籃位于中跨21#節段，混凝土澆筑完成1/2，風向豎直向下，斜拉索第2次張拉完成，單根索索力3 180 kN，計算主縱梁后錨桿組受力。

工況五：掛籃位于中跨21#節段，混凝土澆筑完成但未凝固，風向豎直向下，二次張拉單索索力3 180 kN，計算掛籃工作狀態的受力和變形。

工況六：混凝土澆筑養護并張拉完成，實現掛籃與主梁間的索力轉換，掛籃在前、后錨桿組和頂升機構的配合下下放，風向豎直向下，計算掛籃下放時頂升機構受力。

工況七：掛籃下放完成準備行走，掛籃端部用連系鋼帶與三角桁架連接，掛籃后部行走軌道作用在行走小車上，風向豎直向下，計算掛籃開始行走狀態時行走小車的受力情況。

工況八：掛籃行走到位，風向豎直向下，計算掛籃行走到位狀態時三角桁架與連系鋼帶受力。

4.3 掛籃施工驗算結果

根據驗算數據，掛籃鋼材拉伸、壓縮、彎曲的許用應力及掛籃剛度均符合相關標準的規定。

掛籃行走到位錨固后的空掛籃狀態，以及該工況下掛籃施加有斜拉索初張索力550 kN（單根），2種狀態中掛籃在33 m/s風荷載作用下，掛籃穩定力矩與傾覆力矩之比分別為2.19和4.33，均大于2，說明掛籃整體抗傾覆性滿足使用要求。

同時根據8種施工工況，驗算了止推機構螺桿承壓強度、螺桿螺紋副強度、抗剪柱剪切強度、連接焊縫、錨固精軋螺紋鋼抗拉強度以及掛籃錨固機構的受力等均滿足規范強度要求。

5 掛籃施工工藝

針對辰塔大橋的結構及前支點掛籃特點，設計了一套與之相對應的施工工藝，使各節段滿足索力及變形雙控的要求。

1）施工節段預應力張拉完成，將掛籃上索力轉換到已澆主梁上，實現索力轉換，拆除張拉千斤頂與斜拉索連接；

2）解除三角桁架后錨固點，安裝反壓機構；三角桁架在手拉葫蘆牽引下前移；

3）三角桁架尾部與已澆主梁錨固，拆除止推機構，調整可調螺桿松開模板，下放拱架，折疊模板實現脫模；

4）通過掛籃承載平臺前、后錨桿組和頂升機構共同作用將承載平臺下放200 mm；

5）承載平臺下放到位后，安裝承載平臺和三角桁架間的牽引機構；

6）安裝并調整行走小車，讓其與掛籃承載平臺中的行走滑梁接觸并受力；

7）拆除承載平臺前、后錨桿組并回縮頂升機構；

8）承載平臺在三角桁架前端千斤頂的牽引下，沿著行走滑梁向前移動一個節段；承載平臺行走到位，安裝承載平臺前、后錨桿組，伸長頂升機構至梁底；

9）拆除承載平臺與三角桁架間牽引機構，通過承載平臺前、后錨桿組和頂升機構將承載平臺提升200 mm；

10）安裝止推機構和張拉機構，立模，提升拱架，使掛籃精確定位，并滿足預變形要求；

11）連接張拉機構與斜拉索，形成掛籃前支點，并進行第1次張拉；

12）按主梁施工控制要求澆筑1/2節段混凝土，并進行第2次斜拉索張拉；

13）混凝土澆筑完成，養護至設計規定強度及齡期，張拉節段進行預應力張拉。重復前述工序，完成下一節段的混凝土澆筑。

6 結語

辰塔大橋前支點掛籃的設計，在保證掛籃結構安全的前提下，滿足了通航限高的要求；可以實現超寬翼緣主梁全斷面一次性澆筑，提高現澆混凝土梁體的整體性；利用三角桁架即可實現掛籃行走，這種形式的承載平臺前移比較平穩，前移過程中動力系統所需配合人員相對較少；掛籃平臺及其他各部分模板可以實現同步一次性就位，減少了施工工序，縮短施工周期[3-6]。

目前辰塔大橋主梁施工過程中，掛籃運行狀況良好、安全性高、操作簡單，有效地保證了主梁施工的安全和質量，滿足了施工要求。