大跨寬幅連續梁多桁架掛籃設計與施工技術

龍 蛟

（中鐵二十二局集團第五工程有限公司 重慶 400700）

1 工程概況

哈齊客運專線松花江特大橋主跨為（77＋3×156.8＋77）m系桿拱連續梁橋，采用先梁后拱法施工，梁體采用單箱4室、直腹板、變高變截面結構，箱梁頂寬29.4 m，梁高8.6～4.2 m。中支點處梁高8.6 m，跨中梁高4.2 m，梁高按二次拋物線變化。主梁共分127個梁段，中跨懸澆13個節段；邊跨懸澆12個節段。節段最大重量為1a＃段，重860.5 t。各懸澆節段控制計算梁段參數如表1所示。

表1 控制計算梁段參數

2 掛籃設計

2.1 掛籃構造組成

本掛籃為菱形掛籃，由主桁架、底模平臺、吊掛、走行、錨固及模板系統等組成［1］。

2.1.1 掛籃設計分析

箱梁1a＃段最重 860 t，梁面寬 29.4 m，箱梁為單箱4室，5道腹板，如每側掛籃設計成5片主桁架整體結構，在懸灌和走行時存在以下問題：一是由于箱梁橫向寬度較大，懸灌施工時，混凝土布料存在橫向偏差，偏差較大時，可能導致主桁架受力差異較大，變形不一致，部分構件受力和變形大，給結構安全帶來隱患。二是5片主桁走行時的同步性要求極高，稍有不同步，可能使主桁與軌道卡住，主桁構件與聯結系間產生次應力，使主桁、聯結系的受力不均，造成變形、焊逢開裂，危及結構安全。

在中腹板處增加1片桁架，每側掛籃為6片主桁，6片主桁設計成2套獨立對稱的掛籃，每套掛籃獨立承擔荷載，相當于2套掛籃將29.4 m寬的梁面分成2幅14.7 m寬的梁面，減少了主桁架受力的不均勻性。

主桁設計成2套掛籃后，只需確保1套掛籃中的3片主桁走行同步，就可確保順利走行和安全。

底模平臺前后下橫梁為橫向通長，底模平臺為整體結構，保證了底模平臺的整體剛度和梁底線形美觀。

經以上分析，單側掛籃采用2套獨立的掛籃和整體式底模平臺。

2.1.2 主桁架系統

在箱梁中腹板處設2片桁架，其他腹板處各1片主桁，每側掛籃6片主桁，每3片主桁架通過聯結系和前上橫梁聯結成整體，形成2套獨立桁架結構，底模平臺為橫向整體結構。主桁由 32a槽鋼、Q235和Q345B鋼板焊接而成［2］。掛籃主桁桿件間及聯結系間均為銷接。

前上橫梁是底模平臺前吊掛和內外導梁前吊掛的支撐，由鋼板焊接而成的鋼梁，長14 m，寬45 cm，高50 cm，每道前上橫梁設10個吊點，底模平臺前吊點4個，內模前吊點4個，側模吊點2個。

主桁架聯結系由 14a槽鋼和鋼板焊接而成，通過栓接。掛籃具體結構見圖1。

圖1 掛籃總布置（單位：mm）

2.1.3 底模平臺

由前后下橫梁、底模縱梁、下滑梁、縱梁連接系、底模和操作平臺等組成［3］。

2.1.4 吊掛系統

包括內外導梁、前后掛梁、走行吊環、吊帶、精軋螺紋鋼、銷座等。前吊掛的作用是將懸灌混凝土、內外模和底模平臺重量的一部分傳到主桁架上。前吊掛由20根Q345B鋼板200 mm×20 mm吊帶組成，每根吊帶配2個50 t螺旋千斤頂在前上橫梁上調節吊帶受力長度。

后吊掛系統由內外導梁后吊掛和底模平臺后吊掛組成，內外導梁后吊掛由10根Q345B鋼板200 mm×20 mm吊帶組成，底模平臺后吊掛由10根φ32精軋螺紋鋼筋組成，下滑梁后吊掛由4根Q345B鋼板200 mm×20 mm吊帶組成。

2.1.5 掛籃走行及錨固系統

包括走道梁、錨固梁、錨固分配梁、錨箱、后勾裝置、后勾扁擔梁、走行輪（反扣輪）、反力座、水平穿心千斤頂和錨固筋等［4］。

邊桁走道梁為2根HN500×200型鋼，中桁走道梁為3根HN500×150型鋼，型鋼間采用加勁板橫向連接［5］。走道梁豎向錨固筋大部分利用梁體豎向預應力筋，部分預埋精軋螺紋鋼筋。

邊桁單個錨點2根φ25精軋螺紋鋼筋受力，中桁單個錨點4根φ25精軋螺紋鋼筋受力。

主桁采用預埋φ32或φ25精軋螺紋鋼筋為后錨固。φ32精軋螺紋鋼筋材質為PSB1030，錨固深度為1.0 m，單根承受最大軸力為828 kN。φ25精軋螺紋鋼筋與梁體精軋螺紋鋼筋材質相同，為PSB830。φ25精軋螺紋鋼筋預埋深度為0.5～1.0 m，單根承受最大軸力為393 kN。走道梁前端設穿心千斤頂牽引掛籃前移。走行及錨固結構見圖2和圖3。

圖2 走道梁錨固

圖3 后錨固走行狀態

2.1.6 掛籃模板系統

掛籃外模采用排架和鋼模板組成，面板為6 mm的鋼板，內模為組合鋼模，內外模之間設φ28的對拉筋，采用側模夾底模形式，外側模與其支撐架焊為一體。

2.2 掛籃傳力過程

掛籃懸澆時，底模平臺上的荷載通過前后吊掛支承于前上橫梁和已澆筑梁段上，前上橫梁的荷載傳遞到掛籃主桁架，主桁架傳遞到走道梁上，再傳遞到剛墊梁上，最后傳遞到已澆筑箱梁頂部。主桁尾部設后錨固，以平衡前端產生的傾覆力矩。

2.3 掛籃主要技術參數

掛籃自重：265 t。

掛籃主桁：長12 m，寬22.96 m，高5.5 m。

掛籃作業時考慮的風荷載，灌注砼時6級風；空載走行時5級風。

傾覆安全系數：灌注砼時K＞2；空載走行時K＞2［6］。

2.4 掛籃設計依據與荷載取值

2.4.1 掛籃設計依據

（1）《（77＋3×156.8＋77）m 四線預應力混凝土連續梁拱組合橋》Ⅰ類變更圖紙。

（2）《鐵路橋涵設計基本規范》（TB 10002.1—2005）。

（3）《鋼結構設計規范》（GB 50017—2003）。

（4）《公路橋涵鋼結構及木結構設計規范》（JTJ 025—86）。

2.4.2 掛籃設計荷載取值

（1）混凝土比重取26 kN/m3。

（2）豎向荷載取值：人員和工具荷載2.5 kN/m2，模板荷載2 kN/m2，傾倒混凝土時的沖擊荷載2 kN/m2，振搗混凝土時的荷載2 kN/m2。

2.5 掛籃結構分析計算

主桁架及聯結系為空間桁架結構，根據荷載組合，對掛籃主桁、前上橫梁、走道梁、底模構件、吊掛系統各構件和錨固系統進行受力檢算。

2.5.1 主桁桿件檢算

施工1a＃塊時為控制工況，邊桁前斜桿壓力最大，為1 725 kN，應力為169.2 MPa＜［σ］＝200 MPa。邊桁上弦桿軸向拉力最大為1 274 kN，應力為184.7 MPa＜［σ］＝200 MPa。滿足規范要求。

2.5.2 前上橫梁檢算

施工1a＃塊時，前上橫梁邊桁支點處彎曲應力最大，σ＝157.4 MPa＜［σ］＝200 MPa。前上橫梁在邊桁支點外與吊帶之間剪應力最大，τ＝48.4 MPa＜［τ］＝125 MPa，滿足規范要求。

經檢算，吊掛系統鋼吊帶、精軋螺紋鋼、銷軸、銷軸孔壁承壓和其他構件強度、剛度、穩定性均滿足要求，各種工況下掛籃錨固筋抗傾覆穩定安全系數K＞2，滿足規范要求。

3 掛籃施工

3.1 掛籃安裝

（1）在0＃塊頂面放樣，安裝剛墊梁。

（2）在剛墊梁上安裝軌道梁，通過錨固梁和豎向精軋螺紋鋼筋將軌道梁錨固鎖定。

（3）吊裝主桁架。將拼裝成菱形結構的主桁架吊裝于走道梁上，搭設臨時腳手架并用纜風繩對拉，防止傾倒，安裝2片主桁架后，將主桁架后端錨固，安裝聯結系，2片主桁形成穩定結構，安裝第3片桁架，后端錨固，再安裝桁架間的聯結系，3片主桁架形成一個整體結構。

（4）安裝前上橫梁、前吊帶。安裝前上橫梁，將前吊帶插入墊梁和銷軸支座內，并用銷軸、限位器銷接固定。

（5）安裝后吊帶。在0＃段底板預留孔內，安裝后吊帶。安放分配梁、千斤頂和上墊梁。

（6）重復上述5個步驟，安裝第二套并行的掛籃、聯結系、前上橫梁及前后吊帶。

（7）用汽車吊安裝前后下橫梁，安裝縱梁、底模板，安裝內模內導梁，安裝外導梁、外側模排架，安裝工作平臺、爬梯和防護網。

（8）掛籃拼裝完畢，檢查驗收，調整掛籃前后吊帶（桿），調整模板端部標高。

3.2 掛籃預壓

為檢驗掛籃構件質量，對掛籃的強度、剛度和穩定性進行評價，驗證掛籃的安全性，消除非彈性形變和測算彈性形變，預壓分析掛籃底模板的預抬值，對掛籃進行預壓［7］。

3.2.1 預壓荷載計算

（1）節段重量：最重梁段1a＃段總重量

G梁＝331 m3×26 kN/m3＝8 606 kN＝860.6 t

（2）掛籃內模重：掛籃廠家提供單側掛籃內模板總重G模＝56 t

（3）施工荷載：G施＝（P模＋P施＋P澆＋P振）×箱梁底寬 ×節段長＝（2 kN/m2＋2.5 kN/m2＋2 kN/m2＋2 kN/m2）×23.6 m ×4 m＝802 kN＝80.2 t

掛籃預壓總重量：

G預壓＝（G梁＋G模＋G施）×1.2＝（860.6 t＋56 t＋80.2 t）×1.2＝1 196 t

3.2.2 預壓方案

采用袋裝砂袋預壓，每袋砂重1.5 t，共需砂袋1 196 t÷1.5 t/袋＝798 袋。

分級加載，按最大施工荷載的 50%、75%、100%、120%四級加載［8］，每級加載后持荷時間分別不小于2 h、2 h、2 h、8 h，兩側掛籃對稱平衡加載，偏差不大于15 t，加載后進行變形量和沉降量的觀測。加載順序按照混凝土澆筑順序產生的荷載模擬分布。按加載順序逆向分級卸載，進行形變觀測，做好記錄。

3.2.3 預壓數據分析處理

荷載加載完畢，每隔1 h測量一次測點變形值，連續預壓4 h，當最后測量時間段的兩次變形量之差小于2 mm時，可終止預壓［9］，卸除荷載，根據加、卸載實測數據，繪制各測點位的變形曲線，計算掛籃的變形值。

非彈性變形量＝預壓前標高－卸載后標高

彈性變形量＝卸載后標高－卸載前標高

總變形量＝預壓前標高－卸載前標高

將預壓數據報監理審查，將審批成果提供給線性監控組指導下道工序施工。

3.3 掛籃走行

（1）前一段梁體張拉壓漿后，安裝掛籃內、外導梁走行吊架。

（2）放松前吊帶，卸掉后吊帶和內外系梁后吊桿，使內外導梁落在走行吊架上。

（3）勾掛液壓頂拉住主桁，主桁后錨筋不受力，勾掛液壓頂替代后錨筋受力，調整后錨筋的螺栓，后錨筋螺栓上移約2 cm，勾掛液壓頂回油，主桁后端錨固于后錨筋上，勾掛液壓頂受力轉換為后錨筋受力，調整后錨筋螺栓，使后錨筋受力均勻。

（4）千斤頂頂起掛籃前支撐點，解除走道梁與梁面的錨固，將走道梁拖拽至下節段位置，調整位置和標高，重新錨固走道梁。

（5）千斤頂頂起掛籃前支撐點，使前支點重新置于走道梁上。利用主桁勾掛液壓頂拉住主桁后端，主桁后錨筋不受力，放松液壓頂，使反扣輪緩慢反扣于走道梁翼緣板上，完成后錨體系轉換。

（6）脫模。解除模板與對拉桿的約束，下放底模后吊帶，使底模脫離梁體約15 cm；同步下放底模前吊帶，調整吊帶使其受力均勻，完成第一次吊點轉換。

（7）檢查外導梁和內滑梁吊框，同步下放外滑梁后吊帶，使模板脫離梁體約15 cm；同步下放外滑梁前吊帶，使側模大致處于水平狀態，完成第二次吊點轉換。

（8）在走道梁上畫出掛籃前移量控制標尺，每20 cm一道。啟動2個主控油泵，每個主油泵控制1套掛籃（3榀桁架）前端的液壓油缸，每前進20 cm，檢查前移距離是否一致，并檢查滑座、反扣輪、走道梁錨固等情況。主桁走行應同步、平穩，整個走行操作由專人指揮，專人測量、觀察和檢查［10］。

（9）掛籃走行到位后，掛籃和底模平臺后錨鎖定，提升底模平臺。將掛籃后端底模與箱梁底面貼緊，張拉掛籃后吊桿和后錨固精軋螺紋鋼筋約20 t、外導梁混凝土灌注吊桿約12 t，前底模標高調整到位，底模標高調整完畢。

4 結束語

（1）每側掛籃設計成2套獨立、對稱布置的主桁架，減少了主桁架受力不均勻性，解決了掛籃走行不同步帶來的危害；整體結構底模平臺，保證整體剛度，確保了梁底線形美觀。

（2）走道梁的錨固筋利用箱梁腹板豎向預應力鋼筋，減少預埋錨固筋約2/3。

（3）掛籃走行系統構造簡單，采用多臺穿心千斤頂并聯，同步牽引多片主桁前行，內外側模和底模系統一次走行就位，走行效率高。

（4）每側掛籃主桁、底模平臺、吊掛、走行錨固和模板系統總重量265 t，箱梁最重節段860.6 t，掛籃總重量與箱梁最重節段之比為265/860.6＝0.31，掛籃工作系數較小，實現了掛籃輕量化設計［11］。

（5）掛籃縱向、豎向、橫向幾何尺寸較大，空間開闊，有利于鋼筋綁扎、預應力筋和預應力管道安裝，可多臺地泵同時供應混凝土，提高施工效率［12］。

（6）利用廣珠鐵路項目西江特大橋230 m連續梁掛籃的主桁架進行簡單改造，用于本橋掛籃施工，節省了大量材料費和加工費。