懸臂施工中掛籃結構形式探討

姚健東 中鐵二十四局集團上海鐵建工程有限公司

預應力混凝土連續梁是目前我國鐵路最常用的跨越既有道路所采取的橋梁形式之一，而掛籃法則是懸臂法現澆預應力混凝土連續梁必用的工藝。可以說一座連續梁的進度、質量、安全很大程度上取決于掛籃施工，掛籃這種設備近年來也越來越受到各方的重視。

1 目前國內掛籃的主要形式

目前掛籃的形式多種多樣，以主桁架的不同來區分主要有貝雷梁式掛籃、三角掛籃、菱形掛籃等。以貝雷梁式掛籃為代表的掛籃，與三角掛籃及菱形掛籃有著較大的區別。貝雷梁式掛籃的主桁架采用多組貝雷片拼裝而成，貝雷片是一種標準件材料，可以說貝雷梁式掛籃的主桁架是直接采用標準件拼裝而成；而三角掛籃、菱形掛籃則是專門設計，采用型鋼加工而成的定型架體作為主桁架。從外觀上看似乎僅是主桁架上存在差別，實際卻在施工上存在極大的不同，目前許多鐵路大線都優先推薦采用三角/菱形掛籃，但筆者認為孰優孰劣不可一概而論。下面就兩種掛籃（以菱形掛籃為例與貝雷梁式掛籃相比較）不同之處加以對比敘述。

2 菱形掛籃與貝雷梁式掛籃的優缺點對比

下圖為新建連鎮鐵路某工程在選取掛籃時的兩種不同形式的掛籃。圖1、圖2為貝雷梁式掛籃結構圖，圖1為貝雷梁式掛籃在0#塊上拼裝以后，進行1#塊施工時的工況圖，此時左右兩副掛籃相連；圖2為貝雷梁式掛籃在1#塊施工完畢后前行至2#塊后的工況圖，此時左右兩副掛籃分離。

圖1 貝雷梁式掛籃1#塊施工圖

圖2 貝雷梁式掛籃2#塊施工圖

圖3、圖4為菱形掛籃結構圖，圖3為菱形掛籃在0#塊上拼裝以后，進行1#塊施工時的工況圖，掛籃依靠預埋于梁內的精軋螺紋鋼錨固，此時掛籃后導梁未安裝，走行時壓錨小車置于菱形架內；圖4為菱形掛籃在1#塊施工完畢后前行至2#塊后的工況圖，掛籃依靠后錨梁及后錨桿錨固掛籃，此時掛籃后導梁安裝完畢，其后各節段走行時壓錨小車置于后導梁上。

圖3 菱形掛籃1#塊施工圖

圖4 菱形掛籃2#塊施工圖

2.1 安全性能

工程施工，安全具有一票否決制，首先在安全性能上將兩種掛籃進行比較，本處所述安全，僅涉及掛籃本身設計及材料的安全性能。

（1）桁架設計

菱形掛籃是為本榀連續梁專門設計而成的，故菱形掛籃在先天便具有對本榀連續梁施工的適用性，各項指標均在專項設計確定無誤后再進行掛籃加工。

貝雷梁式掛籃，主桁架是根據既有的貝雷片的力學性能來設計，設計的主要工作在于增減貝雷梁的組數來控制桁架的撓度，以及調整貝雷梁的縱向位置以保證前后橫梁及壓錨梁盡量處于貝雷片的豎桿處。這種設計方法雖有設計驗算進行復核，但依然是以一定的經驗為基礎上建立的。第一層經驗是貝雷片本身的材料力學性能，第二層經驗是由貝雷片所組成的貝雷梁的材料力學性能。

（2）桁架加工

菱形掛籃的主桁架是選用型鋼焊接而成，型鋼本身的性能易于檢測，桁架的質量控制要點在于焊接接縫，焊接接縫本身的質量不易于控制，若有缺陷，則存在極大的安全隱患，必須進行100%無損檢測。

貝雷梁式掛籃的主桁架是貝雷片拼裝而成，兩片貝雷片之間的陰頭、陽頭采用銷子銷接，兩道貝雷梁之間采用豎向支撐架相連，連接方式亦是銷接。故相對菱形掛籃而言，貝雷梁式掛籃的連接更為便捷，且更易于檢查。但根據現場經驗，此種方法在實際操作中亦存在一些問題，例如一些施工點存在銷棒保險卡缺失的通病，這需要有充足的備料及常態檢查；而貝雷片在市場上亦存在非國標的材料，一但錯用則存在極大的安全隱患。

2.2 空間需求的差別

菱形掛籃一般所需的空間較貝雷梁式掛籃要大，故一些工程在0#塊縱向長度不足的情況下，將1#塊亦采用支架法施工，來增大掛籃拼裝的空間。這種方法無論是在地基處理、還是在支架等方面無疑帶來了極大的浪費，一些空間位置受限制的梁體甚至不能夠采取此種方法。

貝雷梁式掛籃由于桁架采用貝雷片，故而存在極大的空間彈性，在0#塊上拼裝掛籃時，可將兩側掛籃桁架相連接為一個整體，這使得貝雷梁式掛籃適用于現有的各種連續梁0#塊尺寸。

2.3 撓度的差別

筆者根據實際的兩個工程相同跨度（48 m+80 m+48 m）連續梁分別運用菱形掛籃和貝雷梁式掛籃實測掛籃撓度來描述兩種掛籃在撓度上的差別。

新建連云港至鎮江鐵路某（48 m+80 m+48 m）連續梁采用菱形掛籃施工，新建合肥至福州鐵路某（48 m+80 m+48 m）連續梁采用貝雷梁式掛籃施工，掛籃預壓得到的彈性變形見表1。

表1 兩種掛籃得到的彈性變形參數

以上兩種梁體各參數相近，且掛籃重量也相近，由以上數據可知，在相同的用鋼量下及工況下，菱形掛籃的撓度要遠小于貝雷梁式掛籃的撓度，在梁體線型控制方面有較大優勢。產生這種結果的主要原因在于主桁架本身的結構設計，以及貝雷梁式掛籃后需接長主桁架用于掛籃走行。

2.4 走行系統的差別

兩種掛籃的走行系統的最大區別在于在掛籃走行的過程中，掛籃的傳力過程。

（1）一般菱形掛籃與貝雷梁式掛籃的區別

一般的菱形掛籃在走行時的后錨傳力過程從桁架開始為：桁架→反扣輪→走行軌→梁體。走行軌受到反扣輪向上的作用力，這便需要一定的構造將走行軌道固定于梁面，且能承受足夠的拉力。目前基本均借用連續梁自有的豎向預應力筋作為錨筋，加上墊片與螺帽來固定走行軌。

而貝雷梁式掛籃則是利用既有的后錨作為掛籃走行過程中的錨固，其傳力過程從桁架開始為：桁架→后錨梁→后錨桿→梁體。該種方法的傳力過程極為清晰，與禁止錨固狀態下相比不需要增加任何的孔洞或預埋件。但這種方法亦是建立在一定的經驗之上的，掛籃走行過程中，后錨梁與桁架之間為滑動摩擦，該摩擦力會導致后錨梁前移、后錨桿不鉛直等問題，需要操作經驗豐富的操作手來完成掛籃走行過程。

（2）有后導梁的菱形掛籃

上文已述具有反扣輪的菱形掛籃需要豎向預應力筋來錨固軌道，但并非所有的預應力連續梁均設計有豎向預應力筋，尤其是小跨度的預應力連續梁一般僅有縱向預應力，或縱/橫雙向預應力。故在此種情況下，需另行埋設較多的高強鋼筋來錨固軌道，這樣無疑造成極大的浪費。而貝雷梁式掛籃之所以可以直接在走行時借用后錨梁來錨固，是由于貝雷桁架可接長的性質。故一些菱形掛籃在其后增加了后導梁來模擬貝雷梁式掛籃，從而取消了反扣輪，更在其上加以改進新增壓錨小車，將滑動摩擦變更為滾動摩擦，將走行時的傳力過程由主桁架開始變更為：桁架→后導梁→壓錨小車→錨桿→梁體。

這種傳力結構解決了菱形掛籃軌道梁需要豎向預應力筋的限制，同時解決了貝雷式掛籃走行時滑動摩擦不容易控制的問題。但在實際施工過程中，該種方法依然存在一定的問題。首先，由于后導梁與主桁架為銷接，且后導梁豎向高度較小，故在豎向方向存在一定的變形，在掛籃走行過程中，需對壓錨小車進行多次調整。其次，由于加入壓錨小車，故每個節段每個桁梁后需另行增加4個預留孔洞穿壓錨小車的錨桿，增大了對梁體斷面的削弱，同時對后期預留孔位封堵增加了較多的工作。

2.5 再利用的可能性

筆者所參與施工的鐵路預應力混凝土連續梁一般每套掛籃介于40 t～60 t之間，以三跨連續梁為例，一片連續梁共需要4套掛籃，即160 t～240 t的鋼材。僅以連鎮鐵路八標三分部為例，便設計有7座預應力連續梁，如果全部投入全新掛籃，則需消耗鋼材約1 400 t。掛籃主要結構如果不能夠反復利用的話，勢必將造成極大的社會資源浪費。

（1）菱形掛籃再利用的條件

由于菱形掛籃是一種針對性設計的掛籃，桁架在加工完畢就已經定型，很難進行改裝，從而極大地制約了菱形掛籃的試用條件。

（2）貝雷梁式掛籃再利用的條件

貝雷梁式掛籃主體各構造基本均可以進行再利用，尤其是主桁架的可反復利用，大大降低了掛籃使用的社會成本。但貝雷梁式掛籃的反復利用亦存在一定條件，首先，貝雷片這種材料價格偏高，如果并非長期有相關業務的單位，往往難以維繼貝雷片的轉運及保管費用。其次，貝雷片需要專業人員進行保養，若使用養護不當，則會造成貝雷片周轉次數的降低，甚至存在安全隱患。

2.6 對比總結

從以上幾個方面進行對比，可得到表2中的幾個結論。

表2 兩種掛籃比較

3 掛籃形式的發展展望

工程實踐證明，不論是采用菱形掛籃還是貝雷梁式掛籃，均能滿足安全施工要求。而就筆者所參與的工程，在滿足施工不考慮再利用及豎向預應力筋的情況下，菱形掛籃除安全可靠、有利線型控制外，還具有現場操作空間大、文明施工較易控制等優點。我國鐵路預應力連續梁施工，貝雷梁式掛籃這種形式目前逐步被菱形掛籃及三角掛籃所取代。

但筆者認為這種轉變過程不是一蹴而就，首先，菱形掛籃走行系統上的問題尚有改進的空間；其次，一些梁體掛籃拼裝空間不足的問題還需具體處理；再次，菱形掛籃的再利用問題還需進行更多的研究以避免社會資源的浪費；最后，掛籃形式的變更在默默變更著掛籃施工的形式。

3.1 社會知識的轉移

在較多采用貝雷式掛籃的時期，掛籃的核心技術及隊伍基本均掌握在工程總承包手中，掛籃的設計基本由總承包的工程師進行設計，施工過程現場具體實施控制主體與執行者亦均由總承包的技術、施工實力來擔當。而在較多使用菱形/三角掛籃的今天，掛籃設計是由鋼結構公司、設備租賃公司連同有資質的專業公司進行的，這便造成了掛籃設計、掛籃加工同現場施工及管理的分離。而這種分離看似社會分工更加詳細，實則在目前狀態下會造成操作人員對所使用掛籃不熟悉，管理人員需投入更多的精力去學習、研究新掛籃的問題。

3.2 專業公司的建立

隨著我國橋梁事業的蓬勃發展，數不勝數的預應力連續梁的完成，我國掛籃施工亦逐步趨向于專業隊伍對口專門掛籃。掛籃的操作人員必須由有經驗的工人擔當，且由于每種掛籃的某些性能基本均存在或多或少的差別，故若非操作過相同掛籃的人員，一般不予采用。這是我國橋梁事業大發展所產生的結果，眾多有經驗的操作人員在施工現場被培養而生。也正是有著龐大的市場需求，專業的掛籃公司也在孕育，集設計、加工、租賃、技術指導等為一體，在未來掛籃施工能否作為進行專業分包也值得探討。

4 結束語

由貝雷梁式掛籃向菱形掛籃、三角掛籃的變更，是社會大生產的結果，也是施工單位綜合能力提升的結果，同是也是監管單位對安全文明施工提出更高要求的結果，但如何渡過這個過渡時期依然有著深層的研究意義。