掛籃法施工技術(shù)在大跨度現(xiàn)澆懸臂梁施工中的應(yīng)用

譚 蒙

(中鐵十八局集團 第一工程有限公司，河南 漯河 462300)

20世紀(jì)60年代，前聯(lián)邦德國首次使用掛籃懸臂澆筑施工，發(fā)展到目前，已經(jīng)成為中、大跨徑橋梁的有效手施工手段。我國從上世紀(jì)80年代開始利用此技術(shù)，并且取得了一定的成就。掛籃設(shè)計主要控制指標(biāo)包括掛籃總用鋼量和最大塊件重量的比為K1，主桁架利用鋼量和最大塊件重量比值K2。K1越低，說明掛籃設(shè)計就會更加的合理，K1值一般為0.3～0.5 K；K2值越低，說明掛籃承重構(gòu)件受力就會更加的合理，節(jié)約使用的材料。降低掛籃自重使用手段包括：結(jié)構(gòu)方式的優(yōu)化、不設(shè)置平衡重，改善傳遞系統(tǒng)與滑移系統(tǒng)等[1]。本文依據(jù)上述理論，基于中鐵十八局昌景黃項目大跨度現(xiàn)澆懸臂梁的施工情況，對掛籃法施工的技術(shù)使用進(jìn)行分析。

1 工程概況

本文大跨度現(xiàn)澆懸臂梁跨規(guī)劃大堤段40～43墩上部結(jié)構(gòu)使用變底寬、變量高、單箱單室預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁，跨徑設(shè)置為90 m+150 m+90 m。中支點梁高設(shè)置為9.0 m，跨中梁高設(shè)置為3.0 m，箱梁高度根據(jù)1.6次拋物線形變化。箱梁頂板寬度為15.8 m，實現(xiàn)2%單向橫坡的設(shè)置，頂板厚度為28 cm；底板厚度為30 cm～100 cm；腹板厚度為45 cm～90 cm，板根部厚度為55 cm，懸臂板長度設(shè)置為3.9 m。箱梁節(jié)段長度0%段設(shè)置為12 m，其他節(jié)段的長度設(shè)置為3.0 m～4.5 m，一共17節(jié)段。合攏段長度設(shè)置為2.0 m。箱梁墩頂斷面如圖1所示。

2 掛籃設(shè)計

2.1 hanging basket design

掛籃是指懸臂澆筑法對連續(xù)梁、斜拉、T構(gòu)等混凝土梁澆筑構(gòu)成中所承受的梁體自重與荷載，逐段的移動到前方，實現(xiàn)主要工藝設(shè)備的特殊設(shè)計。占用的施工場地比較小，使多工作面同時施工，縮短工期，在施工過程中能夠動態(tài)化控制橋梁線形[2]。

設(shè)置為最大懸澆混凝土塊的質(zhì)量206.4 t，設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)段箱梁最大的澆筑為8.48 m，設(shè)置橋面寬度為15.8 m。在設(shè)計時要求臨時質(zhì)量與掛籃自身重量小于80 t，去除臨時荷載質(zhì)量，節(jié)段和掛籃的質(zhì)量比在0.35以下。保證連續(xù)梁施工過程中總體的進(jìn)度需求，利用各梁段實現(xiàn)掛籃施工過程中的一次性澆筑。在模板設(shè)計過程中，重視混凝土外觀質(zhì)量，基于剛度實現(xiàn)模板設(shè)計，使高空超重施工安全性需求得到滿足。箱梁頂面施工作業(yè)的空間寬敞，方便施工機器放置與施工人員操作。

主桁承重系統(tǒng)、底籃與模板系統(tǒng)、走行系統(tǒng)等構(gòu)成掛籃。主桁稱重系統(tǒng)主要包括懸吊分配量、行走裝置、主桁和前后橫梁等；走行系統(tǒng)主要包括滑梁小車、行走滑軌和后錨等；底籃與模板系統(tǒng)主要包括外模、底籃、端模、內(nèi)模與工作平臺等[3]。掛籃的主要設(shè)計參數(shù)如表1所示。

表1 掛籃的主要設(shè)計參數(shù)

2.2 掛籃安裝和預(yù)壓

在安裝掛籃之前，掛籃安裝行走程序要完成縱向張拉與壓降，在澆筑之前，要以掛籃前后錨尺寸與此階段長度在某段預(yù)留的錨固點預(yù)留孔。為了使掛籃T鉤在施工的過程中具備安全性，使用主墩墩頂預(yù)埋精軋螺紋鋼，對臨時支座混凝土澆筑，在墩外使用360 mm直徑的鋼管支撐T構(gòu)，兩種措施為T構(gòu)臨時固結(jié)。

掛籃安裝的步驟為：在安裝掛籃之前測量防線，在項目頂面定出橋梁中線與掛籃安裝的邊線，使用25 t汽車吊實現(xiàn)橋梁墩頂?shù)牡跹b，三角掛籃后錨端和箱梁頂部實現(xiàn)臨時固定，安裝底籃之后，實現(xiàn)側(cè)向模與底部模的安裝，將觀測點設(shè)置到掛籃各桿件主要位置中，實現(xiàn)變形測量，預(yù)壓使用分級加載方式，預(yù)壓最大的負(fù)荷設(shè)置為最大節(jié)段質(zhì)量120%，劃分成為5級加載，從0開始到120%，每級荷載遞增30%。根據(jù)混凝土澆筑順序進(jìn)行加載，每隔6小時對側(cè)向模與底部模標(biāo)高進(jìn)行測量，對變形量進(jìn)行測量，相鄰兩次變形量差值在2 mm以下的時候預(yù)壓結(jié)束。預(yù)壓卸載過程中，根據(jù)加載每級質(zhì)量分級進(jìn)行卸載，并且實現(xiàn)測量記錄。

以掛籃語言變形、對拉變形、混凝土收縮變形情況與懸澆梁二期橫載的情況，計算掛籃模板的標(biāo)高調(diào)整值。

2.3 掛籃推進(jìn)

(1)將箱梁內(nèi)外模對拉螺栓進(jìn)行拆除，將外膜約束接觸，使箱梁腹板中的外模板完全脫離。

(2)在松弛狀態(tài)下，旋松錨固墊塊的螺母，利用千斤頂回油倒流，將錨固墊塊螺母擰緊，使底模脫離箱梁板。

(3)利用箱梁節(jié)段端部，使掛籃行走在左后方。在施工之前，在主縱梁中焊接后座，使其成為掛籃牽引系統(tǒng)。

(4)將行走后錨帶走，主縱梁的前端上翹，也就是主梁前端墊實行走支架，從而使后錨壓力降低；將梁內(nèi)吊桿拆除；將黃油涂抹到滑槽中，降低摩擦力。利用100 kN手拉葫蘆使掛籃頂進(jìn)，同步對稱兩個掛籃，步差控制在2 cm之內(nèi)。在逐漸推進(jìn)過程中，對掛籃橫向平衡重視，保證不改變掛籃縱軸線位置。

(5)掛籃在正確位置進(jìn)行推進(jìn)和調(diào)整底模過程中，底模中軸線偏差在5 mm以下，實現(xiàn)后錨吊帶與梁內(nèi)吊桿的安裝。

(6)擰緊梁內(nèi)吊桿，在箱梁底模與底板中黏貼，使其具備預(yù)緊力。

(7)放下中間主縱梁，在橋面中設(shè)置支架，利用墊塊墊實端部，將后錨收緊，使主縱梁前端能夠受力。

2.4 荷載組合

荷載傳遞的路徑為：

內(nèi)頂板荷載-內(nèi)滑梁-前上橫梁-主桁架；

翼板荷載-外滑梁-前上橫梁-主桁架；

腹板荷載-加強型底縱梁-前后下橫梁-前上橫梁-主桁架；

底板荷載-普通底縱梁-前后下衡量-主桁架。

充分考慮2.2中施工荷載系數(shù)實現(xiàn)掛籃設(shè)計荷載組合，掛籃設(shè)計荷載組合包括：

混凝土重量、動力附加荷載、超載、人群與機具荷載、掛籃自重等設(shè)置為荷載組合Ⅰ；

混凝土重量、人群與機具荷載、動力附加荷載、超載、混凝土偏載、掛籃自重等構(gòu)成荷載組合Ⅱ；

沖擊附加荷載、掛籃自重等構(gòu)成荷載組合Ⅲ。

其中的荷載組合Ⅰ、Ⅱ主要能夠?qū)χ麒斐兄胤€(wěn)定性、強度與剛度進(jìn)行計算，荷載組合Ⅲ對掛籃走行進(jìn)行計算。

2.5 施工荷載分析

掛籃設(shè)計順序為荷載傳遞的路徑，分級的確定各級結(jié)構(gòu)。實現(xiàn)荷載情況，比如前后上橫梁、總量、前后下橫梁等，然后設(shè)計主桁架，校核前端和剛度的下?lián)隙龋O(shè)計走行系統(tǒng)與錨固系統(tǒng)。

(1)混凝土的計算公式為G=26 kN/m3；彈性模量計算公式為E=2.1*105 MPa；

(2)材料允許應(yīng)力：針對Q25材料，[τ]=85 MPa，[σ]=140 MPa，臨時結(jié)構(gòu)允許應(yīng)力能夠提高30%，材料允許應(yīng)力[τ]=85-1.3=110 MPa，[σ]=140*1.3=182 MPa；

(3)在設(shè)計掛籃系統(tǒng)過程中，使用Midas7.41專業(yè)結(jié)構(gòu)實現(xiàn)設(shè)計。在計算的時候要考慮下述系數(shù)：

新澆混凝土、模板等自重分項系數(shù)1.2進(jìn)行考慮；對箱梁混凝土澆筑過程中膨脹等超載系數(shù)1.05；對機具荷載系數(shù)和施工人員1.4考慮；對掛籃空載行走過程中沖擊系數(shù)為1.3考慮；混凝土傾倒過程中的沖擊荷載分項系數(shù)1.4；掛籃行走過程中與混凝土澆筑過程中抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)為2.0。

3 模板工程

模板工程為施工過程中的主要環(huán)節(jié)，不僅要有效控制梁體尺寸精度，還會影響工程造價、工程質(zhì)量、施工進(jìn)度。模板要具有穩(wěn)定性、剛度和強度，并且對施工過程中荷載及效能承受，對結(jié)構(gòu)設(shè)計形狀的尺寸和模板部件位置精準(zhǔn)性進(jìn)行保證。使用組合定型鋼模，使周轉(zhuǎn)次數(shù)得到提高，保證表面光滑平整，嚴(yán)密接縫，避免箱梁混凝土在振動過程中不漏漿。表2為模板工程的具體資料。

表2 模板工程的具體資料

3.1 外側(cè)模板

基于具體箱梁的實際高度，假如逐漸降低高度，就會寫出外側(cè)腹板模塊。然后，利用定型木板實現(xiàn)側(cè)模和底模的拼裝。其次，還要對定型木板放樣、拼焊、拼接等施工流程進(jìn)行控制，拼接之后的定型木板要滿足相應(yīng)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，并且達(dá)到規(guī)定的相應(yīng)指標(biāo)。其次，要嚴(yán)格控制模板面的平直度，全部焊縫設(shè)置為平順狀態(tài)，使模板連接孔實現(xiàn)精準(zhǔn)對接，對保留孔正確位置進(jìn)行保證。

3.2 內(nèi)側(cè)模板

利用普通組合鋼模型創(chuàng)建大部分內(nèi)側(cè)模板，在施工過程中非常方便，而且對于施工空間要求并不嚴(yán)格，還能夠通過此高度梁段對活節(jié)段靈活分配，在所有高度節(jié)段中使用。其次，在內(nèi)模架中布設(shè)模板，比如兩條行走梁，分別為下行、上行的走梁。如果改變頂梁，就能夠?qū)?nèi)模架左右側(cè)調(diào)節(jié)桿進(jìn)行調(diào)整，如果腹板變窄，就要調(diào)大兩側(cè)寬度值。另外，在內(nèi)膜中實現(xiàn)“天窗”的布設(shè)，從而在混凝土澆筑過程中將進(jìn)漿口作用充分發(fā)揮出來，在混凝土到位前封閉。

4 混凝土施工

4.1 混凝土配合比

在實際施工時，對箱梁變形約束和大體積等特征進(jìn)行全面地考慮。要想使施工能夠順利地開展，就要保證其強度，使水灰比合理化降低，提高混凝土早期輕度，保證施工質(zhì)量，使每個階段箱梁施工周期降低，有效地開展施工項目。

4.2 混凝土澆筑

在實踐工程分析中，底板混凝土施工的順序為：(1)延伸到箱梁塊中軸的方向，保證其對稱與均衡。腹板混凝土校準(zhǔn)順序為縱向水平分層，使每層混凝土厚度為45 cm，兩側(cè)腹板左右交替進(jìn)行澆筑；在澆筑頂板混凝土過程中，實現(xiàn)上倒角與腹板混凝土的澆筑，橫橋方向先對翼緣澆筑；(2)利用縱橋方向是底端塊朝著高端塊進(jìn)行設(shè)置，橫橋先澆筑兩個翼板；(3)對中部頂部進(jìn)行混凝土澆筑施工。

為了降低混凝土澆筑過程中的不平衡荷載，在施工控制的過程中，通過兩臺混凝土輸送泵實現(xiàn)混凝土的同時輸送，使不平衡荷載值進(jìn)行降低，一般控制在3 m～5 m混凝土。泵管最前端和軟管相互連接，便于操作。振搗使用φ50和φ30插入式的振搗器進(jìn)行振搗，由于頂板的面積比較大，在振搗過程中不能夠和預(yù)應(yīng)力波紋管碰撞。混凝土澆筑根據(jù)水平面的分層，每層混凝土控制在50 cm之內(nèi)。

在頂板混凝土澆筑完成終凝之后，要灑水或者覆蓋麻袋養(yǎng)護(hù)，在養(yǎng)護(hù)過程中保證麻袋的濕潤。養(yǎng)生的時間在14天以上。氣溫在5℃的時候，要覆蓋保溫，不能夠在混凝土面上灑水。混凝土強度在2.5 MPa的時候，不能夠承受運輸工具、行人、支架、模板等荷載。

5 鋼筋工程

對掛籃進(jìn)行緊固和調(diào)節(jié)之后，及時實現(xiàn)底板端頭模板的安裝設(shè)置，對相應(yīng)的位置進(jìn)行明確。具體為：底板預(yù)埋件、底板鋼筋、腹板鋼筋、豎向預(yù)應(yīng)力等。另外，基底腹板主筋大部分都是半框架型，所以，預(yù)先設(shè)置腹板箍筋，然后進(jìn)行綁扎施工，使鋼筋作業(yè)質(zhì)量與水平得到提高。

在內(nèi)模安裝的施工過程中，要隱蔽腹板和中隔板鋼筋，根據(jù)頂板端頭的模板預(yù)留鋼筋孔定位鋼筋，在頂板內(nèi)模和翼緣板位置標(biāo)記各個預(yù)埋件，根據(jù)次序?qū)崿F(xiàn)頂板底層鋼筋和頂層鋼筋網(wǎng)片的焊接和綁扎等工作。另外，還要設(shè)置縱向、橫向預(yù)應(yīng)力管道的鋼絞線和預(yù)埋件。另外，頂板、中隔板與腹板連接為之中具有較高的鋼筋密集度，并且具有大量豎向、縱向的預(yù)應(yīng)力管道。所以，要按設(shè)置管道定位網(wǎng)片，然后實現(xiàn)頂板鋼筋安設(shè)施工，從而使沖突得到緩解，有效實現(xiàn)調(diào)節(jié)工作。

6 結(jié)語

在大跨度現(xiàn)澆連續(xù)梁作業(yè)的過程中，根據(jù)掛籃懸臂灌注形式開展建設(shè)，能夠避免出現(xiàn)大面積支架搭建與地基處置的情況。本文對掛籃懸臂灌注方式的作業(yè)過程進(jìn)行了分析，在掛籃設(shè)計的過程中，不能夠只是追求輕型化，還要對掛籃易操作性、安全性進(jìn)行考慮，使掛籃剛度得到提高。