三角形掛籃設計及懸灌施工探討

彭飛

摘要 為探索橋梁寬度增大后掛籃設備在連續鋼構梁懸臂澆筑施工中應用的技術要點，文章以某跨河寬幅變截面預應力混凝土連續箱梁橋為例，結合橋梁實際提出三角掛籃施工方案，并對三角掛籃結構展開設計分析，對其受力性能進行模擬。基于此，從掛籃施工和連續箱梁懸灌施工等方面對寬幅箱梁橋三角掛籃施工要點展開探討。結果表明，掛籃懸掛于已經張拉錨固的箱梁梁段后可為模板安裝、鋼筋綁扎、預應力管道安裝、混凝土灌注、壓漿等提供施工平臺。三角形掛籃因結構合理、受力均衡，在寬幅箱梁橋結構中具有廣闊的應用前景。

關鍵詞 三角形掛籃；設計；懸灌混凝土；合龍

中圖分類號 U445.4文獻標識碼 B文章編號 2096-8949（2024）03-0078-03

0 引言

掛籃是連續鋼構梁懸臂澆筑施工中常用的設備，其可靠性對橋梁施工安全及質量十分關鍵，掛籃設備在橋梁工程中的應用由來已久，但隨著交通量的增大以及橋梁設計寬度的增加，對掛籃施工提出了更高要求。在橋面變寬后，掛籃主桁架間距必須增大，在一定程度上削弱了掛籃結構的橫向穩定性，也為安全施工埋下隱患。部分施工單位憑借工程經驗展開掛籃結構設計，受力驗算時對橫向穩定性考慮不周，僅通過增設各類橫聯的方式預防掛籃失穩。

為此，該文依托跨河橋梁實際，對三角掛籃在寬幅箱梁懸臂澆筑施工中的應用展開分析研究，以期為掛籃設備在寬幅橋梁施工中的較好應用提供參考。

1 工程概況

某橋梁長1.12 km，主橋以上主要按照混凝土連續箱梁形式設計，該箱梁結構采用的是變截面形式，逐孔逐跨則采用50 m寬懸臂澆筑梁體+4×80 m懸臂澆筑梁體+50 m懸臂澆筑梁體結構；橋梁總設計寬度為14.5 m，箱梁底部和側部翼緣板設計寬度依次為8 m和3.25 m。分別按照3.5 m和4 m確定懸澆施工節段的長度。

通過掛籃結構展開該混凝土連續箱梁橋懸臂澆筑的過程中，梁段依次被劃分成不同節段以展開分次分段澆筑施工；為保持結構受力平衡，主墩兩側對應節段主要展開對稱懸澆；對于0#段則借助支架法展開混凝土澆筑施工，剩余的節段完全通過掛籃澆筑完成。此后，采取常規方式（即邊跨—中跨）展開合龍。考慮該預應力連續箱梁橋為變梁高設計，掛籃中的鋼模板結構必須能夠順著橋梁建設方向自由移動，包括底模、側模、內模等在內的其余結構則全部采取分離式設計，為掛籃結構截面尺寸的優化調整提供可能[1-3]。

2 三角形掛籃設計

2.1 三角形掛籃結構

結合施工進度及安全要求，該橋梁3#墩及5#墩2個T構采用掛籃施工，必須配備4套掛籃。為節省空間，提升工效，采用普通輕型三角掛籃，該形式掛籃包括錨固系統、走行系統、模板系統和承重系統等部分，主要部件有三角形桁架、底平臺、吊點、模板等。

（1）桁架。三角掛籃以三角桁架為主要的承力結構，承重大梁主要借助布置在其前部和后部的支點支撐在縱向走行滑道結構處，掛籃向前走行的過程完全借助以上兩類支點實現。此類掛籃的桁架結構主要包括若干組桁架大梁，其間主要借助萬能桿橫向聯結。此類架體最終通過相應型號的銷軸支設在縱向大梁結構處。相應數量的斜拉板則通過高強螺栓聯結縱梁、立柱等主體性結構。

（2）底部平臺。此類平臺的承重系統主要設定在前后下橫梁處。考慮節段前部以及后部梁底的高程全部采用非固定設計思路，只能借助支撐鉸座結構實現底籃縱梁與下橫梁體系的聯結。前、后下橫梁處均分別設置2根工字鋼雙拼部件。

（3）吊點。該預應力混凝土箱梁橋施工所采用的三角結構掛籃以吊點為關鍵性傳力體系，結合該體系受力特征，吊點裝置的類型主要有主、副、邊、中等，適用于不同的結構。為取得較好的底平臺高程控制效果，必須將千斤頂調節裝置布置在以上各種類型的吊點的相應位置，最終借助吊桿實現吊點和底平臺下部橫梁之間的有效聯結。此外，將設計強度750 MPa、直徑Ф32 mm的精軋螺紋鋼材料提前預埋在箱梁腹板結構中，同時設置豎向預應力后錨筋，起到提升三角掛籃結構受力穩定性及施工可靠性的效果。

（4）模板。該結構主要包括底模、端模、內模、外側模等，為優化三角掛籃結構整體受力，減輕重量，以木模板為其內模結構的主要材料，剩余部件則全部使用鋼模板。內模體系主要借助內支架于箱梁內部相應位置處懸吊布置；而外模體系主要借助托梁在上橫梁相應位置懸吊設置；借助相應數量的拉桿及高強螺栓將該三角掛籃結構中的內、外模有效聯結。最后在底平臺分配梁位置處支設底模。

2.2 三角形掛籃傳力原理

對于此種形式的掛籃結構而言，內、外頂模主要起到支撐和分擔頂板及翼緣板重量的關鍵性作用，故主要作為即將澆筑施工梁段的支撐體系使用。此類部件以上的結構重量則相應分攤至縱滑梁后由其承擔，經過以上傳遞后掛籃結構受力最終由底籃縱橫梁、前上橫梁、底板結構分擔[4-7]。

2.3 受力分析

該研究主要借助Ansys軟件建立該預應力混凝土箱梁橋三角形掛籃有限元分析模型，為保證模擬分析結果存在較大的安全裕度，相關參數按照施工階段的最大荷載進行取值。與常規的一般平面桿系模型相比，按照該研究設計思路所構建起的空間有限元模型能較好展示出各桿件、模板的受力程度以及潛在的變形屬性，較好防止一般平面桿系模型內由于三角形主桁架桿件合并等操作而造成的桿件受力、變形等過程及結果的均化現象[8-10]，對三角掛籃整體變形控制及施工高程控制也更為有利。

縱梁、底模前橫梁及上前橫梁最大內力和應力模擬結果，具體見表1。根據表中結果，縱梁下弦桿橫橋向剪力較大，斜桿上下部均為壓應力。在底模前橫梁處設置縱梁，其反力集中施加至底籃前橫梁，將吊桿錨固點作為約束處理后所得出的約束反力即為吊桿力。根據模擬結果，斜桿受力較大，上弦桿受力較小。

根據表中的受力情況模擬取值，該預應力混凝土箱梁橋掛籃懸臂澆筑施工期間全部構件應力模擬值均符合鋼結構材料應力限值；混凝土懸臂灌注整個期間三角形掛籃不會發生超出允許值的變形，意味著該橋梁結構所采用的掛籃方案切實合理，掛籃結構整體具備較大的剛度，便于施工過程中高程及線形控制。

3 掛籃施工

該預應力混凝土連續箱梁橋三角形掛籃施工流程如圖1所示。限于篇幅，該研究僅對其中關鍵性的流程展開分析。

3.1 0#段現澆

該橋梁主要將0#段布置在橋墩上方，必然面臨較大的圬工工程量。為保證施工質量，必須將通過萬能桿件所拼裝而成的支架結構提前牢固設置在墩頂結構的左右兩側，此后依次展開橋墩最末尾節段位置處預埋鐵件的施工以及節點板的拼裝與焊接。待以上施工過程全部結束后，借助預壓過程將支架結構所潛在的非彈性變形進行消除，同時采取適用的檢測手段展開支架相應桿件下撓程度以及強度等參數取值情況的檢測[11-15]。

3.2 掛籃安裝

將預制場預制且初步拼裝好的各部件運抵工地，將試拼場地暫且設置在岸邊平臺處，按照設計操作流程以及起吊設備額定起重量展開相應組件的拼裝施工，從而將各桿件拼裝成完整的三角形結構。此后借助拖船和浮吊等輔助性運輸船舶將掛籃成品運抵0#段箱梁頂拼裝。

3.3 掛籃結構的預壓

三角形掛籃結構作為新安裝的結構，必定存在潛在的非彈性變形，若在安裝后直接施工，必然引發較大的變形和移位，不利于施工安全和質量控制。為此，在橋位處對此類掛籃結構依次進行靜載試驗以及掛籃剛度、強度及穩定性的實時檢驗，取得較好地消除非彈性變形的效果。通過油壓千斤頂向掛籃分級施荷預壓，為保證預壓期間結構安全與穩定，各T構2臺掛籃應同時施荷預壓，按照設計荷載的20%、40%、70%、90%、100%逐級加載[4]，待張拉至設計荷載后持荷12 h并卸荷。其間檢查掛籃各桿件焊縫開裂情況，記錄荷載值和位移變形觀測值。其中，懸臂澆筑施工期間三角形掛籃變形的比較見表2。相應梁段掛籃變形實測值全部小于理論值，掛籃結構安全穩定性有保證。

4 連續箱梁懸灌施工

4.1 梁段混凝土灌注

采用泵送方式展開梁段混凝土懸臂灌注施工，為確保結構線形勻順，必須在已澆筑梁段實測記錄的基礎上適當調整后澆筑梁段，以不斷消除誤差。各梁段均按照底板、腹板、頂板的次序一次灌注成型，以減少接縫。混凝土灌注施工期間所需布置的定位筋網架按0.5～0.8 m間距設置，避免混凝土灌注期間波紋管上浮。

4.2 直線段混凝土現澆

按照設計方案，此預應力連續箱梁梁橋直線段長5 m，該段落所對應的過渡墩恰好布置于水體之中，借助鋼管樁結構打進河床起到固定效果。樁頂則主要借助萬能桿件展開相應拼裝。該直線段所對應的另外一個水中墩則布置在岸坡處，主要通過支架法展開其樁身混凝土的灌注施工。以上過程中所涉及的支架結構全部借助型鋼牢固焊接。按照以上流程所搭建好的支架結構也必須借助千斤頂設備展開牽拉和預壓，取得較好地消除結構非彈性變形的效果。

4.3 合龍施工

主要采用懸臂灌注的方式展開該預應力混凝土箱梁橋連續梁段澆筑施工，出于整個施工過程穩定性的考慮，按照先邊跨后中跨合龍的施工次序展開，從而使該箱梁橋結構順利地由雙懸臂形態向單懸臂形態轉變，并隨著合龍施工任務的最終完成，使整個橋梁結構轉變為連續梁形式的受力。

其中，邊跨合龍段混凝土澆筑過程必須借助掛籃底模架展開，而在跨中段合龍期間，相鄰的掛籃結構必須一退一進，錯開走行，從而形成受力合理、結構優化的合龍段支架結構體系。

5 結論

工程應用結果表明，三角寬幅掛籃自重輕、重心低、結構穩定、拼裝簡便，主構件受力明確，滿足寬幅箱梁橋施工要求。在掛籃設計過程中充分考慮主桁不均衡受力，確保了施工安全及質量。該寬幅箱梁橋應用三角掛籃施工設備后，每段箱梁施工周期從原計劃的10 d縮短為8 d，施工進度明顯加快，也為橋梁提前完工投運后經濟效益和社會效益的發揮提供了保證。

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