混凝土連續(xù)箱梁三角掛籃懸臂澆筑施工分析

龔志華

（中鐵廣州工程局集團(tuán)有限公司，廣東廣州 511458）

0 引言

近年來(lái)我國(guó)橋梁事業(yè)發(fā)展迅猛，為跨越水域、現(xiàn)有路線等障礙物，混凝土連續(xù)箱梁跨徑持續(xù)增大，懸臂澆筑逐漸成為主流工法。混凝土連續(xù)箱梁懸臂澆筑施工中，掛籃是核心設(shè)備，具有操作方便、施工速度快、結(jié)構(gòu)輕型等特點(diǎn)，隨著施工技術(shù)的發(fā)展掛籃結(jié)構(gòu)形式已有多種，本文以三角掛籃形式為研究對(duì)象展開(kāi)分析。

1 掛籃懸臂澆筑工法的發(fā)展情況

連續(xù)梁橋是一種古老結(jié)構(gòu)體系，變形小、結(jié)構(gòu)剛度好、行車舒適、養(yǎng)護(hù)簡(jiǎn)易、抗震性能好。20 世紀(jì)50 年代前，預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁跨徑基本在百米以下，直至50 年代以后懸臂工法的應(yīng)用，加速了預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁的發(fā)展，跨徑朝著100～200m 多方向發(fā)展起來(lái)。

目前，混凝土連續(xù)箱梁施工中懸臂澆筑工法的運(yùn)用具有普遍性。在整個(gè)懸臂澆筑施工過(guò)程中，所有工序包括模板安裝、鋼筋施工、混凝土澆筑以及預(yù)應(yīng)力張拉等，均要依托掛籃，其是必不可少的施工工具，一旦掛籃設(shè)計(jì)不合理、施工不規(guī)范，極易導(dǎo)致安全事故的產(chǎn)生，引發(fā)巨大的經(jīng)濟(jì)損失甚至是人員傷亡。因此，為保證掛籃施工的安全性，必須根據(jù)項(xiàng)目情況合理選擇掛籃結(jié)構(gòu)，目前我國(guó)混凝土連續(xù)箱梁懸臂澆筑掛籃施工主要發(fā)展方向可歸納如下：

（1）掛籃朝著輕型、重載方向發(fā)展：我國(guó)初期采用的是平行桁架式掛籃，目前多種形式掛籃諸如弓弦式掛籃、三角式掛籃、菱形掛籃等得到運(yùn)用，不斷減輕掛籃自重、改善滑移系統(tǒng)以及力的傳遞，在節(jié)省掛籃主承重構(gòu)件使用的材料同時(shí)實(shí)現(xiàn)重載。

（2）掛籃制作系統(tǒng)化、規(guī)格化發(fā)展：國(guó)內(nèi)懸臂澆筑施工中掛籃種類與形式眾多，然而使用不同跨度、梁寬的系列化、規(guī)格化產(chǎn)品不多，不利于提高施工效率。通過(guò)產(chǎn)品系統(tǒng)化、規(guī)格化發(fā)展，有利于施工單位根據(jù)實(shí)際需要選擇掛籃，解決掛籃利用率等問(wèn)題。

（3）掛籃制作工廠化發(fā)展：掛籃施工屬于高空作業(yè)，安全性要求高，組成構(gòu)件宜由專業(yè)廠家加工制作，現(xiàn)場(chǎng)拼裝、預(yù)壓，保證施工安全性，防止出現(xiàn)經(jīng)濟(jì)損失、人員傷亡等事故。

（4）掛籃施工標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化發(fā)展：混凝土連續(xù)箱梁懸臂澆筑施工中，需制定完善的掛籃施工操作規(guī)程，提高掛籃施工專業(yè)性、安全性。

2 三角掛籃及其在混凝土連續(xù)箱梁懸臂澆筑中的運(yùn)用優(yōu)勢(shì)

2.1 三角掛籃結(jié)構(gòu)形式

三角斜拉式掛籃，簡(jiǎn)稱“三角掛籃”，與菱形掛籃相同均是由桁架式掛籃改良所得，其上部桁架結(jié)構(gòu)采用的是三角組合梁結(jié)構(gòu)，自重減輕、穩(wěn)定性增強(qiáng)，是近年來(lái)常用掛籃形式。如圖1 所示為三角掛籃總體結(jié)構(gòu)，具體組成部分包括：主桁架、模板系統(tǒng)、懸吊系統(tǒng)、底模平臺(tái)、錨固系統(tǒng)及走行系統(tǒng)。

圖1 三角掛籃總體結(jié)構(gòu)

2.2 三角掛籃在混凝土連續(xù)箱梁懸臂澆筑中的運(yùn)用優(yōu)勢(shì)

結(jié)合相關(guān)理論與實(shí)踐分析，三角掛籃在混凝土連續(xù)箱梁懸臂澆筑中的運(yùn)用優(yōu)勢(shì)主要可歸納如下幾點(diǎn)：

（1）三角形主桁架結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、受力明確，重量輕且剛度大；

（2）三角掛籃重心低，掛籃拼裝、使用與拆除方便且安全性較高；

（3）三角掛籃操作便利，施工人員在梁頂可完成各項(xiàng)工作；

（4）采用3D 空間分析方法開(kāi)展掛籃設(shè)計(jì)，保證掛籃施工安全性；

（5）三角掛籃外模板可采用大塊定型鋼模，箱梁混凝土外觀平整度良好；

（6）三角掛籃模平臺(tái)高度小，可有效控制橋下通航高度、通車凈空，優(yōu)勢(shì)明顯；

（7）三角掛籃采用無(wú)平衡重液壓千斤頂牽引，行走平穩(wěn)、安全。

3 工程案例

3.1 工程概況

本文以某標(biāo)段橋梁工程為例展開(kāi)分析，上部結(jié)構(gòu)采用的是（40m+60m+40m）變截面連續(xù)梁橋。箱梁為單箱五室變寬變高截面，箱梁頂寬31.5m、支點(diǎn)處（梁高3.5m）、跨中處（梁高2.0m）箱梁底板寬分別為20.4m、22.5m。不同節(jié)段長(zhǎng)度、重量如表1 所示。其中，0#塊段采用支架澆筑法，1～6#塊段采用掛籃懸臂對(duì)稱澆筑法。

表1 不同節(jié)段長(zhǎng)度、重量

3.2 三角掛籃結(jié)構(gòu)形式

根據(jù)工程實(shí)際特點(diǎn)，設(shè)計(jì)采用裝配式三角桁架型掛籃，主桁架與底籃不分體移動(dòng)，保證掛籃行走時(shí)整體性較好。本項(xiàng)目三角桁架型掛籃縱、橫斷面如圖2 所示。由于橋梁共5 個(gè)箱室，整體剛性內(nèi)模會(huì)導(dǎo)致自重增加，為保證掛籃移動(dòng)靈活性，選擇采用竹膠板內(nèi)模。左、右半幅底模采用鉸接方法，掛籃移動(dòng)時(shí)底模會(huì)出現(xiàn)一定變形，因此底模設(shè)2 道下滑梁，增加掛籃整體性。

圖2 三角桁架型掛籃縱、橫斷面

本工程采用MIDAS/Civil 對(duì)掛籃結(jié)構(gòu)進(jìn)行建模計(jì)算，主梁懸澆節(jié)段恒荷載2434～2894kN，三角掛籃總計(jì)重力荷載1040kN，1040/2894=0.36＜0.5 且1040/2434=0.42＜0.5，滿足規(guī)范要求；掛籃結(jié)構(gòu)總體變形為17.2mm＜20mm，滿足規(guī)范要求。

3.3 三角掛籃懸臂澆筑施工技術(shù)要點(diǎn)

此工程梁體施工分為臨時(shí)固結(jié)墩施工、0#塊施工、掛籃懸臂澆筑施工等，下文主要圍繞掛籃懸臂澆筑施工展開(kāi)分析。

3.3.1 掛籃制造與驗(yàn)收

掛籃必須由專業(yè)廠家定制生產(chǎn)，在掛籃進(jìn)場(chǎng)前需對(duì)材料尺寸與質(zhì)量、各類構(gòu)件數(shù)量等進(jìn)行全面檢查。因掛籃質(zhì)量與構(gòu)件尺寸與工程整體施工質(zhì)量直接相關(guān)，為確保無(wú)誤，需對(duì)部分構(gòu)件進(jìn)行受力試驗(yàn)，檢測(cè)結(jié)果顯示構(gòu)件內(nèi)部無(wú)損傷方可投入使用。在廠內(nèi)對(duì)掛籃進(jìn)行試拼后運(yùn)輸至施工現(xiàn)場(chǎng)，吊車將構(gòu)件吊至規(guī)定位置即已完成澆筑作業(yè)的0#塊頂部，安裝施工人員進(jìn)行拼裝。

3.3.2 掛籃安裝

三角桁架型掛籃的安裝步驟如下：

（1）拼裝掛籃滑道、安裝前后支腿。

（2）拼裝掛籃主桁、安裝后錨固。該工程主桁橫聯(lián)是由雙拼［10 焊接而成，需使用高強(qiáng)螺栓對(duì)桁架進(jìn)行連接，穩(wěn)固桁架整體結(jié)構(gòu)。

（3）安裝上橫梁。上橫梁的前部采用雙拼I45a，每間隔1m 的位置需焊接一厚度為10mm 的鋼板，后利用銷子將前上橫梁與主桁架連接。

（4）安裝前、后吊帶。

（5）主桁錨固并調(diào)整橫梁位置。

（6）吊掛兩側(cè)底模平臺(tái)。

（7）安裝外側(cè)模。

（8）試壓。

（9）調(diào)整模板尺寸及標(biāo)高。

（10）梁體鋼筋、預(yù)應(yīng)力制孔、梁體混凝土施工。

完成上述作業(yè)后，在掛籃開(kāi)始加載前需對(duì)受力位置的外觀進(jìn)行檢查，調(diào)整吊桿的受力部位，確保其受力均衡，使用狀態(tài)穩(wěn)定。掛籃安裝結(jié)束需設(shè)置一定面積的工作平臺(tái)，便于后續(xù)施工。為保證施工人員的人身安全，需在平臺(tái)四周設(shè)置護(hù)欄。

3.3.3 掛籃調(diào)整和預(yù)壓

完成掛籃主桁架與底籃系統(tǒng)安裝后，需對(duì)其平面及標(biāo)高數(shù)據(jù)進(jìn)行連續(xù)觀測(cè)，依據(jù)觀測(cè)結(jié)果對(duì)掛籃位置進(jìn)行調(diào)整。在掛籃位置調(diào)試至適當(dāng)位置方可進(jìn)行預(yù)壓。該工程預(yù)壓材料采用的是砂袋，汽車式起重機(jī)與人工配合將砂袋置于指定位置，層級(jí)加載，最大荷載為設(shè)計(jì)恒荷載（2890kN）的1.2 倍，加載分為四級(jí)，具體如下：一級(jí)為50%，二級(jí)為70%，三級(jí)為100%，四級(jí)為120%。每級(jí)加載后即刻進(jìn)行階段性觀測(cè)，對(duì)掛籃各部位進(jìn)行檢查，整理數(shù)據(jù)，待變形穩(wěn)定后便可進(jìn)行下一級(jí)加載。卸載順序與加載相反，也需記錄卸載過(guò)程，觀測(cè)變形情況，并繪制變形-時(shí)間曲線。預(yù)壓完成后有序開(kāi)展模版、鋼筋作業(yè)，在澆筑混凝土前對(duì)掛籃進(jìn)行二次觀測(cè)，確保掛籃位置準(zhǔn)確，以減小施工誤差。

3.3.4 懸臂澆筑施工

此工程箱梁澆筑作業(yè)由混凝土泵車完成，因橋梁位于立交第三層，與地面相距較大，寬度較寬，因此該工程施工單位選用臂長(zhǎng)達(dá)57m 的泵車兩側(cè)同時(shí)澆筑。在0#塊澆筑完成后，對(duì)混凝土強(qiáng)度進(jìn)行檢測(cè)，強(qiáng)度大于設(shè)計(jì)強(qiáng)度90%、齡期達(dá)一周則可依次完成預(yù)應(yīng)力張拉與壓漿施工。對(duì)于已結(jié)束施工的0#塊梁頂，組織施工人員進(jìn)行掛籃的拼裝作業(yè)，對(duì)稱完成1～6#塊件的施工任務(wù)。需注意的是，每個(gè)施工段的長(zhǎng)度必須符合設(shè)計(jì)規(guī)定，各塊件必須一次性澆筑到位。在掛籃懸臂施工前，需明確連續(xù)梁的線性控制點(diǎn)以及橋梁中線的控制點(diǎn)位置。每塊件施工時(shí)，需針對(duì)掛籃安裝以及錨固作業(yè)預(yù)埋一定數(shù)量的孔道。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，混凝土連續(xù)箱梁建設(shè)中，懸臂澆筑已經(jīng)成為主流工法，掛籃是保證相關(guān)施工作業(yè)順利開(kāi)展的關(guān)鍵性施工工具。掛籃懸臂澆筑施工中，根據(jù)項(xiàng)目情況合理選擇掛籃結(jié)構(gòu)形式不僅可提高施工效率，也有利于懸臂澆筑施工質(zhì)量的提升，是橋梁作業(yè)中需重點(diǎn)考慮的問(wèn)題。本文通過(guò)對(duì)橋梁掛籃懸臂施工分析可得，三角掛籃具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、剛度與穩(wěn)定性滿足受力要求等特點(diǎn)，澆筑塊件線形流暢、施工質(zhì)量良好，梁體各項(xiàng)指標(biāo)均滿足設(shè)計(jì)與規(guī)范要求，值得推廣應(yīng)用。