懸臂掛籃橋梁施工技術(shù)的應(yīng)用

收稿日期：2024-01-29

作者簡介：吳建剛（1982—），男，大專，助理工程師，研究方向：道路與橋梁。

摘要 為充分發(fā)揮懸臂掛籃技術(shù)優(yōu)勢(shì)，克服不利自然條件對(duì)連續(xù)梁施工的影響，保障施工質(zhì)量與安全。文章以山西省太原市某橋梁工程為實(shí)例，介紹懸臂掛籃系統(tǒng)組成及設(shè)計(jì)方案，詳細(xì)論述懸臂掛籃施工技術(shù)的運(yùn)用要點(diǎn)及注意事項(xiàng)。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)，懸臂掛籃技術(shù)的運(yùn)用，能夠保證該橋梁線形符合設(shè)計(jì)要求，為安全施工提供保障，有效控制橋梁結(jié)構(gòu)形變，從根本上保障了工程質(zhì)量。

關(guān)鍵詞 橋梁工程；懸臂掛籃；施工技術(shù)；應(yīng)用

中圖分類號(hào) U445.4文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 B文章編號(hào) 2096-8949（2024）11-0147-03

0 引言

懸臂掛籃橋梁施工技術(shù)采用懸掛在主梁上方的掛籃來進(jìn)行施工作業(yè)，與傳統(tǒng)的腳手架或高架車相比，懸臂掛籃橋梁施工技術(shù)具有更高的安全性、效率和經(jīng)濟(jì)性。該技術(shù)可實(shí)現(xiàn)較大跨度的施工，減少地面支撐的需求，有效提高施工質(zhì)量和進(jìn)度控制能力?；诖?，該文結(jié)合具體工程案例，深入探討懸臂掛籃施工技術(shù)的應(yīng)用要點(diǎn)，對(duì)于助力橋梁工程的質(zhì)量與安全具有重要意義。

1 橋梁工程概況

山西省太原市某橋梁工程以橋梁中心為對(duì)稱軸做對(duì)稱布置，橋梁組成包括45 m+2×80 m+45 m。該橋梁的主梁結(jié)構(gòu)為預(yù)應(yīng)力混凝土單箱雙室連續(xù)箱梁，梁高變化呈現(xiàn)圓曲線特征。其中，中跨和邊跨的曲線段長度均是39.875 m，中跨部位有長度為2 m的直線段（合龍段），包括邊跨2 m直線段在內(nèi)共有8.4 m的直線段。該橋梁箱梁包括0#節(jié)段在內(nèi)共劃分為10個(gè)節(jié)段，其中0#節(jié)段長度為12.5 m，1～3#節(jié)段的長度均3.8 m，4～9#節(jié)段的長度均4.2 m，合龍段長度為2 m。該橋梁工程0#節(jié)段采取滿堂支架法施工，1～9#采取懸臂掛籃施工工藝，掛籃類型為菱形掛籃。

2 橋梁工程懸臂掛籃設(shè)計(jì)

該工程懸臂掛籃主要由主桁架系統(tǒng)、底籃系統(tǒng)、錨固系統(tǒng)等組成：

（1）其中主桁架的組成包括兩個(gè)菱形主桁架和水平接頭，在掛籃系統(tǒng)中具有核心受力的作用。該工程選用槽鋼焊接形式的桁架，其中心間距和前后節(jié)點(diǎn)間距分別是8 m和6 m。為保證整體框架結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，利用銷軸對(duì)主桁架進(jìn)行連接，并在豎桿位置設(shè)置橫向連接系統(tǒng)[1]。

（2）在懸臂掛籃系統(tǒng)中，底籃結(jié)構(gòu)承受著所有混凝土的荷載。該工程以大型鋼模板作為底籃底部混凝土模板，將HN400型鋼作為縱梁加工原料，前后梁以5.8 m為中心距。

（3）為了有效調(diào)節(jié)混凝土澆筑過程中所能形成的傾覆力矩，在主桁架的后節(jié)點(diǎn)位置安裝錨固系統(tǒng)，保證結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、施工安全。如表1所示為該工程懸臂掛籃設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)。

表1 懸臂掛籃設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)

序號(hào) 懸臂掛籃設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)

1 掛籃結(jié)構(gòu)承載力＞最大節(jié)段運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)

2 掛籃結(jié)構(gòu)滿載荷載＜8 000 kN

3 采取平衡設(shè)置，抗傾覆系數(shù)＞2.0

4 掛籃與梁段混凝土質(zhì)量比：0.3～0.7

5 最大變形量＜20 mm

6 自錨安全系數(shù)＞2.0

3 橋梁工程懸臂掛籃施工技術(shù)要點(diǎn)

3.1 懸臂掛籃結(jié)構(gòu)安裝作業(yè)，為后續(xù)施工提供良好條件

3.1.1 安裝主桁架作業(yè)

懸臂掛籃安裝施工現(xiàn)場(chǎng)如圖1所示。主桁架結(jié)構(gòu)采用菱形桁片和橫梁組成空間桁架，并在橫梁平面上安裝連接桿件以增強(qiáng)連接效果。在前后橫梁處分別設(shè)置兩片菱形桁片，菱形桁片具有穩(wěn)定性和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的特點(diǎn)，可以在空間中形成穩(wěn)定的桁架結(jié)構(gòu)。在橫梁的平面上安裝連接桿件，將兩片菱形桁片牢固連接，使整個(gè)結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定和堅(jiān)固。根據(jù)設(shè)計(jì)要求調(diào)節(jié)主桁架高度，在橫梁下方位置設(shè)置分配梁。為避免雨水對(duì)桁架結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響，在完成主桁架安裝后，于上方設(shè)置遮雨裝置。在對(duì)橫向連接桁架進(jìn)行安裝時(shí)，將長度為20 cm的豎向平聯(lián)安裝在桿件的兩端，將螺栓擰緊，在一片固定穩(wěn)妥的前提下再進(jìn)行后續(xù)安裝[2]。通過焊接的方式連接橫向桁架水平桿件與桿件上固定的角鋼，要求焊縫在8 mm以下。

圖1 懸臂掛籃安裝施工現(xiàn)場(chǎng)

3.1.2 安裝行走系統(tǒng)和錨固系統(tǒng)作業(yè)

該工程的懸臂掛籃結(jié)構(gòu)的行走系統(tǒng)由軌道、前后支點(diǎn)、精軋鋼等部分構(gòu)成。在具體安裝作業(yè)時(shí)，軌道面板與底板之間采取焊接連接，在兩側(cè)肋板與底板位置設(shè)置小孔，并對(duì)長軌（3 m）和短軌（1.5 m）進(jìn)行分別設(shè)置。在軌道面板位置安裝前支座，在后支座位置低滑輪進(jìn)行安裝。在安裝過程中，控制精軋鋼間的距離在50 cm左右，根據(jù)混凝土面高度調(diào)整軌道錨固深度，確保軌道在混凝土面以上30 cm。在安裝錨固系統(tǒng)時(shí)，以30型雙槽鋼作為主要材料，焊接固定。將梁體放置在主桁架的后支點(diǎn)位置，在精軋鋼的作用下使其可以穩(wěn)固錨固在梁段位置。

3.1.3 安裝掛籃底籃系統(tǒng)作業(yè)

在前下橫梁和后下橫梁位置對(duì)底籃的縱梁做臨時(shí)電焊處理，使其在平面內(nèi)成為一個(gè)整體。拼裝完成掛籃底籃結(jié)構(gòu)后，輔助使用卷揚(yáng)機(jī)將底籃結(jié)構(gòu)提起，到達(dá)指定位置后，配合使用葫蘆在主桁上掛吊。吊裝就位后，對(duì)吊桿進(jìn)行安裝，對(duì)底模板進(jìn)行鋪設(shè)。

3.1.4 安裝后下橫梁、前橫梁、底縱梁系統(tǒng)作業(yè)

在安裝后下橫梁時(shí)，先安裝橫梁吊具，將吊具的連接鋼板焊接在橫梁的雙拼型鋼結(jié)構(gòu)之間，將10 cm長的螺紋和吊桿在吊具上方設(shè)置。在安裝前橫梁時(shí)，對(duì)前上橫梁進(jìn)行水平墊平，確保其水平。在結(jié)點(diǎn)箱的位置，將前上橫梁進(jìn)行焊接連接，以確保橫梁穩(wěn)定性和安全性。同樣的方法安裝前下橫梁、后下橫梁。為避免起吊時(shí)出現(xiàn)搖晃，在起吊作業(yè)前，對(duì)橫梁使用兩個(gè)葫蘆吊住[3]。橫梁吊具位于橫梁的兩側(cè)，在橫梁吊具中擰入完成安裝的前上橫梁吊桿。在安裝底縱梁時(shí)，以設(shè)計(jì)方案為依據(jù)，對(duì)底縱梁進(jìn)行放置，對(duì)縱梁與前后下橫梁處采取焊接固定，完成安裝。

3.1.5 安裝模板系統(tǒng)作業(yè)

該工程懸臂掛籃系統(tǒng)的模板體系包括內(nèi)模板、外模板以及堵頭模板。其中外模板在拉桿結(jié)構(gòu)的輔助下和模板之間建立連接，在外部支撐體系的支撐下固定。支撐模板與滑梁前端在主桁架上懸吊，后端懸吊在箱梁翼板位置。內(nèi)模板與骨架滑梁在主桁架中懸吊，后端懸吊在澆筑后的箱梁頂板位置。內(nèi)外模板采取內(nèi)外支撐的方式固定。在堵頭模板安裝時(shí)，采取分塊拼裝工藝，要求施工人員嚴(yán)格控制誤差，確保各模板體系構(gòu)成完成的整體。

3.2 懸臂掛籃預(yù)壓施工，確保掛籃荷載合理

掛籃預(yù)壓是指在荷載作用下，對(duì)掛籃施加一定的預(yù)壓力，以消除掛籃的非彈性變形?？纱_保掛籃在施工過程中能夠承受超載荷載，并且保持穩(wěn)定的線形。

3.2.1 確定預(yù)壓范圍

該工程綜合分析現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，在預(yù)壓施工時(shí)選擇腹板預(yù)埋牛腿千斤頂反壓技術(shù)。在施工時(shí)，共計(jì)布設(shè)12個(gè)測(cè)量控制位置，其中8處設(shè)置在吊桿底板，4處設(shè)置在非吊桿底板。

3.2.2 預(yù)壓施工技術(shù)要點(diǎn)

預(yù)壓加載和卸載施工時(shí)（如圖2所示），嚴(yán)格落實(shí)以下技術(shù)要點(diǎn)：

（1）預(yù)壓時(shí)，最大荷載為掛籃系統(tǒng)可承受最大設(shè)計(jì)荷載的110%。

（2）采取分級(jí)加壓施工，第一次為總荷載的20%，依次增加20%荷載，直至完成110%的加載。

（3）縱向、橫向的荷載方式不同，對(duì)于前者從跨中到支點(diǎn)位置進(jìn)行有序荷載，對(duì)于后者從中心線向兩側(cè)位置進(jìn)行對(duì)稱加載。

（4）為保證預(yù)壓加載合理性，該工程在完成一級(jí)加載后，在加載的狀態(tài)下持續(xù)觀察12 h支架的沉降情況，若12 h沉降不足2 mm，則安排后續(xù)加載。

（5）完成分級(jí)加載并達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)后，有序組織掛籃預(yù)壓卸載施工，該工程卸載時(shí)，分2級(jí)進(jìn)行，每級(jí)卸載50%。

圖2 懸臂掛籃預(yù)壓加載施工現(xiàn)場(chǎng)

3.2.3 監(jiān)測(cè)預(yù)壓變形情況

在掛籃預(yù)壓加載過程中，由專人記錄每一個(gè)測(cè)量控制點(diǎn)的監(jiān)測(cè)值，對(duì)布點(diǎn)位置的加載荷載情況進(jìn)行計(jì)算。在達(dá)到110%的加壓荷載后，對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)量分析，了解支架的受力情況，在后續(xù)的24 h內(nèi)，每間隔12 h進(jìn)行一次監(jiān)測(cè)。若經(jīng)過連續(xù)24 h的監(jiān)測(cè)，所記錄的沉降平均值＜1 mm或者連續(xù)72 h的監(jiān)測(cè)，所記錄的沉降平均值＜5 mm，則判定達(dá)到預(yù)壓合格標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)于經(jīng)過預(yù)壓監(jiān)測(cè)超出上述標(biāo)準(zhǔn)的情況下，分析具體原因進(jìn)行調(diào)整，再次進(jìn)行預(yù)壓監(jiān)測(cè)，確保達(dá)標(biāo)后開展后續(xù)施工。

3.3 懸臂掛籃行走施工，確保結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性

3.3.1 掛籃行走準(zhǔn)備

在移動(dòng)掛籃時(shí)，可將手柄向下拉動(dòng)，使得鋼絲繩纏繞在滑輪上，從而提起掛籃。通過逐漸拉動(dòng)手柄，掛籃隨著鋼絲繩的拉伸而升高。在進(jìn)行后續(xù)施工前，對(duì)孔洞預(yù)留情況進(jìn)行全面核查，嚴(yán)格依照設(shè)計(jì)方案保證預(yù)留位置和尺寸的準(zhǔn)確性。在桁架的兩端吊掛下橫梁，對(duì)錨固在箱梁上的其他后下橫梁的吊桿進(jìn)行緩慢下放。在鋼絲繩、10 t葫蘆的輔助下，在側(cè)模的外滑動(dòng)導(dǎo)梁位置懸掛底籃的后下橫梁，發(fā)揮其保護(hù)作用。對(duì)底籃后吊桿采取下放操作，確保底籃和箱梁底部的距離在10～15 cm之間，對(duì)前吊桿進(jìn)行下放處理，確保前后下橫梁的頂面位于水平狀態(tài)，避免在前移下橫梁時(shí)出現(xiàn)失穩(wěn)情況[4]。在脫模時(shí)，為避免無法脫卸底模吊桿，由施工人員先對(duì)后吊桿進(jìn)行松解，再對(duì)前吊桿進(jìn)行松解。在前上橫梁位置掛設(shè)掛籃底籃，在主桁的平聯(lián)位置掛設(shè)底籃后端，內(nèi)模下方高度為10～15 cm。

3.3.2 結(jié)構(gòu)受力轉(zhuǎn)換

對(duì)行走小車、底籃結(jié)構(gòu)的行走吊桿，內(nèi)外部的滑梁行走懸吊總成進(jìn)行安裝。將底籃總成與內(nèi)外滑梁的總成拆卸后，在橋梁的各吊桿位置做好固定。為確保掛籃在前移過程中不會(huì)觸碰到其他結(jié)構(gòu)，確保完成澆筑的混凝土體均拆除模板。在后錨拆除環(huán)節(jié)，預(yù)留出兩個(gè)后錨起到保護(hù)，保證外側(cè)模處于平衡且穩(wěn)定狀態(tài)。為保證移動(dòng)過程的安全性，將軟保護(hù)裝置安裝在行走吊桿位置，結(jié)束結(jié)構(gòu)受力轉(zhuǎn)換。

3.3.3 掛籃行走施工

在掛籃行走環(huán)節(jié)，配合使用液壓千斤頂為前移提供動(dòng)力，使掛籃系統(tǒng)整體移動(dòng)至下一節(jié)段的指定位置。移動(dòng)之前，在主桁的后端掛設(shè)防傾千斤繩，在移動(dòng)時(shí)保持勻速，5～10 cm/min，同步釋放后梢10 t葫蘆。若在行進(jìn)過程中發(fā)現(xiàn)前進(jìn)困難，及時(shí)對(duì)行進(jìn)路線上是否有卡住情況進(jìn)行檢查。在行走時(shí)確保左右桁架處于平衡狀態(tài)，前主桁片和后主桁片距離＜10 cm，兩端主桁結(jié)構(gòu)移動(dòng)距離偏差＜1 m。完成掛籃行走后，檢查鋼絲繩、葫蘆等裝置，對(duì)發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)處理，進(jìn)行下一階段的施工。

3.4 懸臂掛籃混凝土作業(yè)，強(qiáng)化質(zhì)量偏差控制

如圖3所示，為懸臂掛籃混凝土澆筑現(xiàn)場(chǎng)。為保證橋梁施工質(zhì)量，落實(shí)如下技術(shù)要點(diǎn)：

（1）節(jié)段梁體施工時(shí)，澆筑與行走均保持對(duì)稱進(jìn)行，施工材料靠近0#節(jié)段梁放置，澆筑的同時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

（2）該工程所用的混凝土坍落度是13～15 cm，以從兩側(cè)向中間的順序進(jìn)行澆筑。隨著澆筑荷載的增加，由專人監(jiān)測(cè)支架桿件的受力穩(wěn)定性，若發(fā)現(xiàn)形變情況，及時(shí)停止施工。

（3）為便于箱梁混凝土的澆筑與振搗作業(yè)，在頂板或者腹板位置設(shè)置窗口。要求振搗作業(yè)人員操作振搗棒時(shí)禁止觸碰波紋管等設(shè)施，完成振搗工藝后，清理管道內(nèi)部的灰漿。組織進(jìn)行掛籃移動(dòng)，完成后續(xù)梁段的施工。

（4）混凝土澆筑施工質(zhì)量控制：①設(shè)計(jì)高程和懸臂梁段高程偏差≤10 cm；②合龍前兩懸臂高差≤10 cm；③設(shè)計(jì)中線和梁段模板中線偏差≤5 cm；④軸線偏差≤15 cm；⑤頂面高程偏差：±10 cm[5]。

3.5 懸臂掛籃拆除作業(yè)，保證施工安全

為保證作業(yè)安全，在掛籃拆除時(shí)以“后搭先拆、先搭后拆、對(duì)稱作業(yè)”為指導(dǎo)原則。拆除技術(shù)要點(diǎn)如下：

（1）確認(rèn)支撐和固定結(jié)構(gòu)完好，解開外模與底模之間的連接，逐段拆除外模結(jié)構(gòu)。

（2）拆除內(nèi)模及內(nèi)滑梁，解開內(nèi)模與底模之間連接，逐段拆除內(nèi)模結(jié)構(gòu)。

（3）拆除底模及平臺(tái)。

（4）拆除吊籃。

（5）解開前橫梁與支撐結(jié)構(gòu)之間連接，逐段拆除主構(gòu)件。

（6）拆除軌道。拆除作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)由專人指揮，確保作業(yè)安全。

圖3 懸臂掛籃混凝土施工現(xiàn)場(chǎng)

3.6 橋梁合龍段施工，完成懸臂掛籃施工作業(yè)

拆除一個(gè)掛籃，利用預(yù)留的一個(gè)進(jìn)行合龍施工。合龍段施工要點(diǎn)總結(jié)如下：

（1）合龍前將T梁上非必要荷載卸載，確保受力平衡狀態(tài)。

（2）箱梁合龍作業(yè)，先邊跨再中跨。

（3）在溫度相對(duì)較低的時(shí)間內(nèi)完成合龍作業(yè)。

（4）完成合龍段混凝土澆筑并進(jìn)行常規(guī)養(yǎng)護(hù)，達(dá)到一定強(qiáng)度后，組織預(yù)應(yīng)力施工。

（5）解除臨時(shí)支撐，完成施工。

4 結(jié)束語

相較于傳統(tǒng)的懸浮腳手架施工方式，懸臂掛籃技術(shù)能夠大幅提高橋梁施工的效率，保證作業(yè)安全與質(zhì)量。山西省太原市某橋梁工程嚴(yán)格落實(shí)懸臂掛籃施工技術(shù)要點(diǎn)，通過掛籃荷載預(yù)壓，保證施工作業(yè)安全，使橋梁施工流程得到進(jìn)一步優(yōu)化，獲得良好的施工效益。

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