上海辰塔大橋前支點掛籃安裝方案的探討

張年杰 陳 晉 陳仕颋

上海市基礎(chǔ)工程集團有限公司 上海 200002

0 引言

前支點掛籃懸臂澆筑是目前大跨度混凝土斜拉橋施工的常用方法。它是將掛籃后端錨固在已澆梁段上，并將待澆梁段的斜拉索牽引在掛籃縱梁前端，以形成前支點。它能充分發(fā)揮斜拉索的作用，由斜拉索和已澆梁段來共同承擔待澆梁段混凝土荷載。等澆筑梁段混凝土達到設(shè)計強度后，拆除斜拉索與掛籃的連接，實現(xiàn)索力轉(zhuǎn)換，將索力完全作用在梁體上，再前移掛籃，繼續(xù)下一節(jié)段混凝土的澆筑。

1 工程概況及安裝方案確定

上海辰塔公路越黃浦江大橋新建工程北起甘德路以南218 m，南至十二勤河以北228 m，全長1 648 m。其中黃浦江特大橋主橋及引橋范圍長度為1 004.34 m，其余部分為兩側(cè)引道橋梁和接坡道路，主橋結(jié)構(gòu)布置如圖1所示。

主橋的橋型為雙塔雙索面混凝土梁斜拉橋。結(jié)構(gòu)采用半漂浮體系，橋梁跨徑布置為49.55 m+75.45 m+296.00 m+75.45 m+49.55 m。主梁采用預應(yīng)力混凝土雙主肋斷面，主梁寬34.60 m，主梁截面中心點梁高2.80 m，主肋高2.55 m，主梁標準節(jié)段長6.60 m，合龍段為2 m。按照施工順序共分為69個節(jié)段，主梁懸臂段采用前支點掛籃施工。

安裝前支點掛籃通常有2種方案：方案1為采用多臺大型卷揚機將前支點掛籃整體牽引提升，方案2為采用多臺千斤頂整體牽引提升。

圖1 主橋結(jié)構(gòu)布置

方案1需要多個卷揚機調(diào)節(jié)盤繩速度及鋼絲繩長度，須盡可能控制同速率提升，為確保提升吊點位置對稱均勻受力，掛籃提升高度需劃分多個行程，行程較短，施工時間較長。在掛籃與地面或船舶高差較大、鋼絲繩長度選用范圍大、施工場地要求小時，選取此方案較合適。

方案2需要多個千斤頂通過精軋螺紋鋼與掛籃主梁錨固進行牽引提升。由于千斤頂行程固定，且同型號油泵壓力穩(wěn)定，故施工時間較短，但因精軋螺紋鋼長度限制，多個套筒連接將加大安全風險，導致在提升過程中標高控制較為困難，提升前就應(yīng)控制標高。因此，如若選取此方案，掛籃與地面高差不宜太大，掛籃提升下方應(yīng)有開闊平坦的施工平臺。

本工程邊跨掛籃與地面高差約為7 m，中跨掛籃與地面高差約為8 m，掛籃與地面高差較小。在地面進行整體拼裝時，可預設(shè)拼裝用胎架，以保證掛籃整體標高控制與整體性，故選擇方案2[1-4]。

2 掛籃承載平臺主要構(gòu)件

掛籃設(shè)計主要由承載平臺、張拉機構(gòu)、行走系統(tǒng)、定位系統(tǒng)、錨固系統(tǒng)和模板系統(tǒng)組成。掛籃總質(zhì)量205 t，其中橋面以上主桁架及附件質(zhì)量25 t，橋面以下承載平臺、拱架和模板系統(tǒng)總質(zhì)量180 t。

承載平臺是掛籃支承混凝土荷載及模板體系的主體結(jié)構(gòu)，也是此次掛籃地面拼裝的主要部分。掛籃承載平臺主要由①前橫梁、②拱架、③后橫梁、④連系梁、⑤主縱梁1、⑥主縱梁2、⑦主縱梁3、⑧主縱梁4等幾部分組成（圖2）。掛籃設(shè)計時需控制單個構(gòu)件最大質(zhì)量，以方便施工過程中的吊裝及運輸，其中最重構(gòu)件為承載平臺主縱梁1，質(zhì)量約為9.40 t，施工現(xiàn)場配備1臺250 kN汽車吊，配合掛籃安裝施工。

圖2 掛籃承臺平臺主要構(gòu)件

3 掛籃地面安裝

辰塔主橋主梁標準節(jié)段按前支點掛籃懸臂進行澆筑施工，標準節(jié)段長6.60 m，混凝土體積162.28 m3。0#～1#現(xiàn)澆段采用型鋼支架施工，節(jié)段長度30 m，混凝土體積為876.24 m3。

為縮短掛籃安裝施工周期，掛籃在主梁0#～1#段施工過程中進行同步安裝，安裝時掛籃在0#～1#段支架投影外搭設(shè)安裝支架，進行主梁承載平臺、拱架和模板系統(tǒng)的安裝工作。待0#～1#段施工完成，斜拉索張拉完畢后，拆除0#～1#段型鋼支架，將掛籃向墩頂方向滑移4 m，到達掛籃整體提升位置。

掛籃地面安裝支架分為滑移支架和拼裝支架，主縱梁投影下方的支架平面、立面布置如圖3所示。其中拼裝支架用于前期掛籃承載平臺各構(gòu)件的拼裝工作，主要包含雙榀28a#槽鋼立桿，架設(shè)在立桿上的36a#槽鋼橫向蓋梁，每排立桿頂部對應(yīng)設(shè)置1道20a#工字鋼縱梁，為增大承載平臺主縱梁與支架縱梁的接觸面積，在縱梁頂部反扣1條16a#槽鋼，為減少滑移過程中承臺平臺與拼裝支架的摩擦阻力，上面設(shè)置2條不銹鋼板并涂抹黃油。

圖3 安裝支架立面及平面布置

滑移支架主要為后期掛籃承載平臺滑移提供軌道及動力：在掛籃2根主縱梁下方各設(shè)1套滑移支架，從下往上分別為橫向鋪設(shè)的300H型鋼墊梁、鋼墊塊，縱向鋪設(shè)的400H型鋼軌道梁，橫向鋪設(shè)的400H型鋼滑移橫梁。鋼墊塊材料根據(jù)現(xiàn)場材料情況確定。在400H型鋼軌道梁上設(shè)置厚6 mm的不銹鋼板，在滑移橫梁下方設(shè)置厚6 mm的四氟板，四氟板與不銹鋼板之間涂抹黃油。

支架搭設(shè)之前，在混凝土地坪上鋪設(shè)鋼板，300H型鋼墊梁及28a#槽鋼立桿放置在鋼板上。鋼板需放置平整，下方采用黃沙墊密實。鋼板與300H型鋼墊梁及28a#槽鋼立桿焊接固定。

支架整體標高控制：以橫向400H型鋼滑移橫梁頂面標高與拼裝支架頂面標高相同為控制原則，各支架處由于地面標高不同，可通過鋼墊塊來調(diào)整高度。

掛籃安裝施工主要分為以下幾個步驟：先在0#～1#段支架投影外拼裝除連系梁及主縱梁4以外的承載平臺。在承載平臺拼裝過程中，應(yīng)對各構(gòu)件平面相對位置進行精確定位，并且保證高強螺栓連接的安裝施工嚴格按照《鋼結(jié)構(gòu)高強度螺栓連接的設(shè)計、施工及驗收規(guī)程》中的相關(guān)要求進行。

待主梁0#～1#段施工完成后，拆除現(xiàn)澆段支架，只保留靠近塔柱的一排鋼管，用于主梁抗傾覆臨時固結(jié)。搭設(shè)拼裝支架后半部，安裝連系梁及主縱梁4，使承載平臺形成整體。隨后在承載平臺上安裝掛籃模板系統(tǒng)，并在0#～1#段橋面上安裝三角桁架系統(tǒng)。

在掛籃滑移前，對不銹鋼板以及不銹鋼板加四氟板之間涂抹黃油進行摩擦因數(shù)試驗，得到最不利于滑移的摩擦因數(shù)μ=0.20。通過計算，采用4臺63 MPa油泵車，在滑移支架上設(shè)置4臺500 kN穿心式千斤頂和4根φ32 mm精軋螺紋鋼進行掛籃滑移，將掛籃承載平臺向塔根方向滑移4 m，到達整體提升位置[5-7]。

4 掛籃整體提升

掛籃整體就位的前端提升下吊點是利用承載平臺主縱梁1前端的牽引機構(gòu)進行吊點，并在原有吊點的基礎(chǔ)上，增加同尺寸吊耳，以提高安全系數(shù)。前端下吊點設(shè)有反扣提升扁擔梁，可將原銷軸轉(zhuǎn)化為扁擔梁。前端上吊點設(shè)置1套提升架，能夠滿足精軋螺紋鋼連接器通過，放置在三角桁架的前端。

距離掛籃承載平臺后錨固點2.35 m處，在主縱梁4上設(shè)置了后端提升錨固點，具體操作是在主縱梁頂板開孔，錨固于底板底部，錨固點用雙向加勁板加強。后端提升錨固梁放置在已澆筑完成的0#～1#段主梁主肋上方（圖4）。

圖4 前吊點正視、后吊點側(cè)視圖

通過對掛籃承載平臺及模板系統(tǒng)重心位置的確定可知：前端提升吊點荷載為1140 kN，每個吊點選用2根φ40 mm精軋螺紋鋼，單根理論提升質(zhì)量為28.50 t，提升安全系數(shù)為3.46，提升架配置2臺2500 kN穿心式千斤頂；后端提升吊點荷載為660 kN，每個吊點選用2根φ32 mm的精軋螺紋鋼，單根理論提升質(zhì)量為16.50 t，提升安全系數(shù)為3.82，錨固梁配置1臺1 000 kN千斤頂。

考慮到掛籃提升質(zhì)量主要集中在三角桁架前端，提升前將三角桁架后錨固點施加400 kN預緊力，三角桁架支撐墊塊下方采用灌漿料進行加固[8]。

由于提升設(shè)備數(shù)量的限制，掛籃提升采取單側(cè)依次吊裝的方法。為了降低提升過程中主橋邊跨、主跨的不平衡彎矩，掛籃提升按照以下步驟實施（圖5）。

圖5 掛籃整體提升

1）先將提升設(shè)備放置在邊跨側(cè)掛籃，使提升精軋螺紋鋼受力達到掛籃50%的質(zhì)量，暫時鎖定邊跨一端的掛籃不再提升；

2）將提升設(shè)備移至主跨側(cè)，當主跨側(cè)掛籃脫離地面拼裝支架，同時切割拆除邊跨側(cè)掛籃拼裝支架，最大程度降低由于提升不同步引起的不平衡彎矩；

3）掛籃提升以千斤頂行程20 cm的提升高度作為控制標準，采用間斷提升法，保證整體提升同步性；

4）當主跨側(cè)掛籃提升到位后，采用手拉葫蘆調(diào)整掛籃縱橋向位置（粗調(diào)），及時安裝主縱梁前后錨桿組，頂緊頂升機構(gòu)。以上工作完成后，拆除提升裝置，利用頂升機構(gòu)和止推機構(gòu)對掛籃進行精確定位；

5）將提升裝置轉(zhuǎn)移到邊側(cè)，重復步驟3）～4），完成邊跨側(cè)掛籃就位；

6）根據(jù)監(jiān)控指令數(shù)據(jù)，統(tǒng)一調(diào)整兩側(cè)掛籃立模標高并安裝斜拉索，形成前支點掛籃體系[9]。

5 結(jié)語

通過對上海辰塔大橋掛籃承載平臺及模板系統(tǒng)重心的確定，在掛籃加工前期即明確前、后端提升吊點位置，同時對提升架和錨固梁設(shè)計進行了優(yōu)化。根據(jù)前、后端提升吊點受力的不同，選用不同的提升裝置，確保提升過程的安全。辰塔大橋前支點掛籃的整體拼裝與提升方案，在保證安全可靠的基礎(chǔ)上，縮短掛籃安裝施工周期，為以后同類項目施工積累了經(jīng)驗。