掛籃液壓油缸鋼絞線夾軌器牽引關鍵技術

楊 偉，張永松，楊睿智，張 永

(中國建筑第七工程局有限公司，河南 鄭州 450000)

1 工程概況

蒼龍澗河特大橋主橋跨徑布置為(65+120×4+65)m，連續(xù)剛構橋主梁，左、右幅分離式布置，橋梁縱斷面位于縱坡，箱梁頂面設置2%橫坡，采用單箱單室預應力混凝土剛構-連續(xù)組合結構，單幅箱梁頂板寬12.25m，底板寬6.5m，翼緣懸臂長2.875m，箱梁根部梁高7.8m，跨中梁高3.3m，頂板厚30cm，底板厚從跨中至根部由32cm變化為92.9cm，腹板從跨中至根部采用50，70，100cm 3種厚度，箱梁高度和底板厚度按二次拋物線變化。主橋箱梁節(jié)段采用菱形掛籃懸澆施工。

2 掛籃結構優(yōu)化

1)軌道前、后端設置牽引橫梁夾軌器，在每個軌道上設置2根φs15.3鋼絞線通過擠壓錨連接夾軌器形成牽引裝置，使掛籃行走時無須反復調整牽引力，減少了工序穿插。

2)掛籃桁架采用油缸固結、軌道鉸接的方式，無須反復調整軌道梁，標高、軸線一次性調整到位，效率高且材料實現了周轉，工人操作方便，降低了施工安全風險。

3)掛籃預壓通過若干個豎向隔板，幫助工作人員迅速進行預壓分段操作，通過多個重力傳感器，可分別檢測每段區(qū)域內部的預壓重，幫助工作人員提高加載預壓的工作效率和準確度。

4)冬期施工采用箱室內蒸汽養(yǎng)護，外側模板采用聚氨酯養(yǎng)護，保證了冬期混凝土質量，加快了整體施工進度。

3 掛籃構造

3.1 主要技術參數

懸澆箱梁梁段最大質量為150.8t，分段長度為3.0，3.5，4.0m，高度為3.3～7.58m。掛籃行走方式為液壓鋼絞線夾軌器油缸牽引，掛籃重60t(掛籃結構自重45t，模板體系自重15t)，經濟技術指標為60/147=0.41。

3.2 一般構造

蒼龍澗河特大橋主梁共投入10套菱形掛籃，設計為整體移動掛籃，主要由主桁架承重系統、行走系統、錨固系統、懸吊系統、模板系統及平臺與防護系統等組成。

1)主桁架承重系統 主桁架是掛籃的主要受力結構，由2榀菱形主桁架、橫向連接系組成。2榀主桁架中心間距為5.7m，中心高3m，每榀桁架前、后節(jié)點間距為5.0，4.7m。桁架主桿件采用槽鋼焊接的格構式結構，各節(jié)點采用銷軸連接而成的菱形結構，便于拆裝和運輸。前上橫梁架設在承重桁架前端，是由型鋼焊接成的組焊件，如圖1所示。

圖1 掛籃主桁架承重結構

2)行走系統 牽引橫梁夾軌器包括2個沿前、后方向布置的[12，2個槽鋼上下對稱放置，之間有間隔，左側焊接固定有沿前、后方向布置的鋼墊片，右側焊接固定有沿左、右方向布置的鋼墊片；間隔內焊接固定有水平狀圓筒，圓筒貫穿左、右墊板，φs15.3鋼絞線由左向右伸出圓筒，鋼絞線右端固定有擠壓錨，圓筒右端頂著擠壓錨使鋼絞線向右拉緊，如圖2所示。

圖2 牽引橫梁夾軌器結構

由軌道組件和桁架組件構成掛籃軌道行走系統，其中軌道組件包括墊枕、軌道梁，軌道梁上從前向后依次安裝第1～6號壓梁；桁架組件包括前支座、前主桁架、中主桁架、后主桁架、后錨壓梁、后錨精軋螺紋鋼、反扣輪、前、后1個油缸。軌道梁前后兩端分別固定有第1，3號牽引橫梁，中部有第2號牽引橫梁，后主桁架上固定有油缸，油缸另一端與第2號牽引橫梁固定；第1，3號牽引橫梁間連接有2根φs15.3鋼絞線，鋼絞線穿過第2號牽引橫梁，軌道梁上均布有多個螺栓，第2號牽引橫梁被螺栓限位，如圖3所示。

圖3 掛籃行走結構示意

3)懸吊系統 懸吊系統用于懸吊底模平臺、外模和內模。并將底模平臺、外模、內模自重、梁段混凝土自重及其他施工荷載傳遞至主構架和已澆筑梁段。懸吊系統包括前上橫梁、底模平臺前后吊帶(桿)、外模走行梁前后吊桿、內模走行梁前后吊桿、墊梁、扁擔梁及螺旋千斤頂。

底籃前端、后端分別設5個吊點，吊桿采用φ32精軋螺紋鋼。底模平臺前端懸吊在掛籃前上橫梁上，前上橫梁設有由墊梁、扁擔梁和螺旋千斤頂組成的調節(jié)裝置，可任意調整底模標高。底模平臺后端懸吊在已澆筑梁段底板和翼緣板上。外模、內模走行梁的前、后吊桿均采用單根φ32精軋螺紋鋼。其中，外模走行梁前吊點與走行梁銷接，避免吊桿產生彎曲次應力。

4)錨固系統 錨固系統包括主桁架錨固與模板系統錨固，主要由扁擔梁、錨桿、螺母、墊塊等部分組成。錨固系統設在2榀主桁架后節(jié)點上，共2組，每組錨固系統包括3根后錨上扁擔梁。澆筑箱梁混凝土時，掛籃單個主桁架尾部采用4根標準強度為785MPa的φ32精軋螺紋鋼通過箱梁預留孔位進行錨固。φ32精軋螺紋鋼上方設置千斤頂反壓可進行錨固力的轉換并調整掛籃懸臂端撓度。側模板前端由吊桿支承，后端則利用φ32精軋螺紋鋼通過夾軌器錨固于已澆梁段前端，如圖4所示。

圖4 掛籃軌道后錨點結構

5)平臺及防護系統 平臺及防護系統主要由前橫梁平臺及欄桿、底籃前平臺及欄桿、底籃側平臺及欄桿、外模側平臺及欄桿、底籃后平臺等組成，行走系統在底籃上組成了封閉的施工空間，保證了施工安全。

主桁架通道底部采用∟70×4與40×40×3方管組焊件，焊接在前上橫梁及主桁架上，上面鋪設1層1.5mm厚鍍鋅鐵皮及1層φ8鋼筋網，護欄采用φ48鋼管，護欄立柱與通道底部∟70×4焊接，間距1.5m，護欄高1.5m，水平管布置在立柱內側，共4層，立柱外側掛設穿孔鋼板防護，如圖5所示。

圖5 主桁架通道護欄平臺結構

外模防護利用外模骨架及吊掛于側滑梁尾部的吊架，采用6榀8.8m長∟70×4組焊件作為操作平臺，平臺板采用40×40×3方管上鋪φ8鋼筋網構成，最底層平臺板加鋪1層1.5mm厚鍍鋅鋼板，平臺外側采用φ48鋼管作為護欄，掛設穿孔鋼板網封閉，如圖6所示。

圖6 外模平臺結構

承重梁采用3組57.5cm×50cm吊籃，主要由4根10m長∟70×4、32組長60cm和74cm的L形φ12鋼筋組合焊接連接，每組吊籃下方利用60cm長[12與吊桿連接。兜底平臺橫向采用長6m、間距25cm的40×40×3方管與梁底∟70×4焊接牢固，方管上滿鋪1層1.5mm厚鍍鋅鋼板，在鋼板上鋪1層φ8鋼筋網作為操作平臺。兜底臨邊防護采用∟70×4， 滿掛穿孔網片。兜底平臺首先在地面上加工，使用4臺卷揚機同時起吊，采用前、后各3根φ32精軋螺紋鋼吊桿與掛籃底籃系統下橫梁2根I40a上墊片、螺母相連接，保持兜底防護吊籃的水平狀態(tài)及上下調節(jié)能力，如圖7所示。

圖7 兜底防護結構

4 掛籃施工

4.1 安裝

清理箱梁內側及橋面后，即可從梁段中腹板向兩側腹板對稱安裝2榀菱形掛籃，在箱梁0號塊梁段頂板面軌道位置處進行找平，測量放樣并用墨線彈出箱梁中線。沿軌道中線鋪設墊梁，利用塔式起重機起吊軌道。在地面將立柱、前斜桿、后斜桿、上平桿和下平桿拼裝成菱形主桁架，菱形主桁架間距通過軌道位置確定。利用塔式起重機起吊安裝菱形主桁架就位，并采用10t手拉葫蘆臨時固定，保證菱形主桁架穩(wěn)定，然后安裝底模及底籃工作平臺和側模等構件。

4.2 預壓

施工前須對掛籃進行預拼裝及預壓，以檢測掛籃主桁架承重系統的加工精度、強度及穩(wěn)定性，消除其非彈性壓縮變形，測出彈性變形(即掛籃前端點下撓度)，為后續(xù)各梁段施工的預拱度提供參數。

1)預壓荷載取值 預載采用堆載法，在掛籃拼裝完畢后進行，此時掛籃自重等荷載已全部到位，預壓1～4號節(jié)段梁，最大預壓荷載為1.2倍預壓總荷載，如表1所示。

表1 1～4號節(jié)段預壓參數

加載系統試壓采用配重分級加載方案，加載分級為實際最大箱梁荷載組合的0%→60%→100%→120%。每次加載完成后，穩(wěn)載1h，觀測各部位變形值。

2)預壓施工 根據現場施工條件和實際情況，為減少加載工作量，預壓采用混凝土預制塊(0.5m×0.6m×5.5m)進行堆載，共53塊。預壓時根據各點受力值，合理安排混凝土預制塊位置，使各錨點受力值與計算值相當，如圖8所示。

圖8 掛籃預壓結構

3)預壓監(jiān)測 在T形安裝板橫向部分通過兩端的螺栓與梁面固定且豎向部分固定連接有橫向條形刻度板，條形刻度板上滑動套裝有若干個滑動連接板和橫向加工刻度線，其中每個滑動連接板外側均焊接固定有1塊豎向隔板，豎向隔板(掛籃底模上方)下方通過線路連接有重力傳感器，安裝板上表面還固定有控制面板，控制面板前方安裝板上分別設有左、右2根繞線柱，線路均穿過豎向隔板內部連接至主線路上，主線路通過繞線柱連接至控制面板上。組裝時采用金諾測控的稱重傳感器，配套稱重數顯表，傳感器為圓盤形，直徑為104mm，量程2.5～5t，激勵電壓10～15V(本裝置中通過內置電池供電)，傳感器進度0.1%，輸出電阻750Ω，工作溫度-20～80℃。

設置8個豎向隔板，形成7個區(qū)域，結合刻度線達到快速分區(qū)效果，中間區(qū)域為1號段(長度為150m)，兩邊區(qū)域對稱，從內到外分別為2號段(長度為144m)、3號段(長度為137m)和4號段(長度為130m)，施加壓力如表1所示，通過在不同豎向隔板間加載混凝土預制塊和砂袋，加載不同分級重，將重力傳感器放置在不同分段最下方，檢測加載重，數顯在控制面板上，多余主線路通過繞線柱整理，在掛籃底模上設置多個觀測點，記錄每個觀測點分別在加載前、每級荷載加載后、卸載后的標高，觀測頻率為1次/0.5h，連續(xù)觀測12次以上，記錄并分析數據。預壓完成后，匯總分析監(jiān)測結果，通過有限元模擬設置預拱度，如圖9所示。

圖9 掛籃預壓監(jiān)測結構

4.3 懸澆施工

1)鋼筋在鋼筋場集中加工，并在每批號鋼筋上標明具體尺寸及使用部位，防止錯用，鋼筋發(fā)放及安裝應由專人負責，縱向鋼筋采用直螺紋連接、塔式起重機吊裝，所有預留預應力孔道均應插入硬質的塑料管做內芯，采用HBT80輸送泵從梁段兩端對稱澆筑。應遵循自兩端向中間、均勻對稱澆筑的原則，依次澆筑底板、腹板、頂板。

2)夏季混凝土澆筑后利用浸濕的土工布覆蓋，并經常灑水養(yǎng)護，箱內采用噴霧噴水時，灑水次數需能保持混凝土表面充分潮濕，養(yǎng)護時間≥7d，養(yǎng)護用水從橋墩蓄水池中采用高揚程水泵抽取，水管沿塔式起重機標準節(jié)附著在0號塊處水箱后，連接水泵使用φ3cm PVC管沿防撞墻預埋筋隨節(jié)段施工速度向前延伸。

3)混凝土澆筑完成后，頂板表面立即使用塑料膜和棉被覆蓋混凝土表面并包裹距混凝土表面50cm范圍內的鋼筋，外模使用聚氨酯保溫板；期間使用35kW蒸汽設備維持混凝土外部溫度在10℃以上，養(yǎng)護7d后，待混凝土強度達到50MPa以上停止加熱，保持保溫材料覆蓋，使模板自然冷卻，如圖10所示。

圖10 掛籃冬期保溫結構

4)全橋每個施工階段三向預應力張拉順序為：縱向預應力→橫向預應力→豎向預應力。對同一類型預應力束張拉時應先長束后短束，先腹板束后頂板束，先兩邊束再中間束。縱向預應力采用500t千斤頂張拉，豎向預應力采用300t千斤頂張拉，橫向預應力采用25t千斤頂張拉。預應力筋張拉錨固后，孔道應盡早壓漿，且應在48h內完成，預應力壓漿采用真空輔助壓漿工藝。

4.4 行走施工

1)在掛籃新澆梁段頂板提前預埋主桁架后錨固孔。采用內徑50mm的PVC管預埋并在雙拼I40軌道梁上兩側鉆孔，孔徑為2cm。

2)新澆梁段混凝土澆筑完成后，在主桁架上安裝動力牽引設備，為YKT-36型液壓操作臺，1個操作臺同時控制2臺油缸；雙拼I40軌道梁前、后兩端各固定1，3號鋼絞線夾持裝置(1個裝置由2塊擋板、2塊鋼板、2個[12及10塊加勁板焊接組成)，在中、后主桁架間安裝1臺30t油缸(油缸最大行程500mm)和2號鋼絞線夾持裝置，然后使2根φs15.3鋼絞線穿過3臺夾持裝置，鋼絞線端頭用擠壓錨擠壓。在油缸千斤頂后部2號夾持裝置處設置自錨夾片系統(由錨具、夾片、限位板組成)且與軌道梁卡住。

3)新澆筑梁段張拉壓漿完成后，開始行走準備，主桁架后錨精軋螺紋鋼和后錨壓梁保持不動，后、中主桁架下方左、右側各安裝2臺15t手動式千斤頂頂升2cm,使桁架與軌道梁脫離。卸載軌道梁上的壓梁，在2號牽引橫梁與油缸間的2cm孔兩側安裝2根螺栓作為軌道梁行走的限位卡。液壓操作臺同時控制2臺油缸頂升送油，1號牽引橫梁受力，2號牽引橫梁推動螺栓前行從而推動軌道梁前行，油缸行走到350mm后回油，3號牽引橫梁受力，2號牽引橫梁處夾片在反向作用力下自動松開，由限位板擋住，2號牽引橫梁在油缸帶動下前移，油缸回縮到位后，再次頂升送油，拆下螺栓再安裝螺栓，后面的墊枕安裝到前面，如此反復多次，軌道梁行走到位后，調整水平，安裝軌道精軋螺紋鋼和壓梁，利用15t手動式千斤頂固定軌道梁，完成行走過程。

4)軌道梁行走到位后，拆除螺栓，回縮手持式15t千斤頂使主桁架落到軌道梁上，使用15t千斤頂拆下主桁架后錨精軋螺紋鋼和后錨壓梁。液壓操作臺同時控制2臺油缸頂升送油，1號牽引橫梁受力，2號牽引橫梁推動后滑輪從而推動主桁架前行，使掛籃在2條軌道上的位移保持一致，油缸行走到350mm后回油，3號牽引橫梁受力，2號牽引橫梁處夾片在反向作用力下自動松開，由限位板擋住，在油缸帶動下前移，油缸回縮到位后，再次頂升送油，頂緊2號牽引橫梁夾片，走到5號壓梁處，拆除5號壓梁，如此反復多次，主桁梁行走到位，安裝主桁架后錨精軋螺紋鋼和后錨壓梁，完成主桁梁行走過程。

4.5 拆除施工

由于掛籃內模影響掛籃倒退，因此，在完成連續(xù)梁段施工后即可拆除掛籃內模。掛籃內模拆除時，先進行內滑梁拆除，內滑梁按常規(guī)拆除作業(yè)進行；內模需進行分解，然后完成拆除；內滑梁及內模利用人工及倒鏈拖至梁面，然后利用卷揚機吊至地面。

拆除時，先在最后澆筑梁段的位置按拼裝時的相反順序拆除掛籃底籃及模板系統，然后將掛籃主桁架后退至墩頂位置，按拼裝時的相反順序拆除掛籃主桁架桿件。掛籃將底籃通過懸吊系統在橋面縱移至1號塊，再用卷揚機配合手拉葫蘆降落底籃，然后利用塔式起重機拆除其橫梁及主桁架系統。掛籃拆除在T構的兩懸臂端對稱進行，使T構平衡受力，保證施工安全。

5 結語

蒼龍澗河特大橋主橋菱形掛籃首次采用液壓油缸鋼絞線夾軌器牽引技術，行走過程中安全、平穩(wěn)、順暢。行走最長4m，僅需1.5h，每套掛籃行走僅需3名工人(液壓油缸操作手1人，每個軌道調整1人)，調整模板需4人，有效提高了現場施工效率，掛籃預壓采用電子監(jiān)控通過梳齒板快速區(qū)分預壓重，有效提高了預壓的安全性。冬期采取蒸汽養(yǎng)護+聚氨酯養(yǎng)護措施，保證了掛籃全周期施工質量。