連續剛構橋懸臂現澆施工菱形掛籃荷載試驗控制要點分析

摘要：大跨徑橋梁懸臂掛籃施工技術要求高，安全管控壓力大。以云南宣會高速公路牛欄江特大橋為例，主要對菱形掛籃拼裝、荷載試驗、測量觀測、變形觀測、數據分析幾個方面進行討論。進行分級預壓試驗，加載至箱梁施工荷載狀態的120%，支架變形量小于1mm/h時，掛籃預壓沉降趨于穩定，掛籃結構安全。加載試驗為類似菱形掛籃懸臂現澆施工提供技術支持和參考。

關鍵詞：菱形掛籃懸臂現澆預壓試驗 控制要點

中圖分類號：U445.4

Analysis ofthe KeyControl Points of the Load Test of Diamond-Shaped Hanging Baskets in theCast-in-Place Cantilever Construction ofContinuous Rigid Frame Bridges

QIAN Jun1LIU Wenming2XU Hongyang2

1.Yunnan Commmunications Investment & Construction Group Co.， Ltd.; 2.Yunnan Yunling Gongda Highway Engineering Co. ， Ltd.， Kunming， YunnanProvince， 650000 China

Abstract： The cantileverconstruction technologywith hanging basketsof large-span bridgeshas high requirements and high safety controlpressure. This article takes the Niulanjiang Bridge on the Xuanwei-Huize Expresswayin Yunnan as an example，andmainlydiscusses the assembly of diamond-shaped hanging baskets， theload test， measurement observation， deformation observation and data analysis.A graded preloading test is conducted， and when it isloadedto 120% of the construction load state of the box girder and the deformation of the support is less than 1mm/h， the preloading settlement of the hanging basket tends to be stable， ensuring the safety of the hanging basket structure. The load test provides technical support and reference for similarcast-in-place cantilever construction withdiamond-shaped hanging baskets.

Key Words：Diamond-shaped hanging basket; Cast-in-placecantilever; Pre-compression test; Key control point

橋梁工程施工，特別是高墩施工、懸臂掛籃施工、斜拉橋、懸索橋等危大工程和特殊橋型施工的安全風險尤為突出。工程中，綜合考慮施工成熟性、跨越能力、適應性等，使得連續剛構橋梁得到廣泛應用 [1]。本文依托牛欄江特大橋工程項目，對連續剛構懸臂澆筑施工荷載試驗技術要點進行探討，為今后連續剛構懸臂澆筑施工提供參數設置依據和技術指導。

1工程概況

1.1 橋梁概況

宣威至會澤高速公路牛欄江特大橋為跨越牛欄江及省道S303長巧線公路而設。主橋采用預應力混凝土連續剛構橋，跨徑布置為100 m+180 m+100m。剛構懸臂段采用掛籃對稱懸澆，現澆節段長3～4.5m，最大懸澆主梁節段混凝土重215t。掛籃作為懸臂施工法最重要的設備，掛籃結構的強度、剛度以及穩定性參數達標與否影響到施工人員的安全和整個工程質量[2]。

1.2 掛籃拼裝

掛籃為懸臂施工提供可移動的操作平臺，作為施工臨時支架及模板支架，有效為施工人員提供施工過程中鋼筋骨架、模板架設、砼澆筑、縱橫向預應力鋼束張拉等作業平臺和支撐點，極大提升了施工的安全性和效率[3]。牛欄江特大橋連續剛構橋施工采用后支點菱形掛籃，自身重量110 t。掛籃拼裝前，對掛籃桿件、部件的外形尺寸，栓孔的間距，重要部位的焊縫質量，模板面板是否有焊接變形等進行檢查。菱形掛籃安裝流程：走行系統→錨固系統→菱形桁架→提吊系統→底模→內外模。

2 掛籃性能預壓試驗

為確保連續剛構橋掛籃施工安全，應開展掛籃預壓試驗，驗證掛籃錨固系統牢靠性，確定施工過程中掛籃變形范圍值，并消除掛籃的非彈性變形[4]。根據《公路橋涵施工技術規范》及有關規范、標準、設計資料的要求，在掛籃正式使用前進行加載試驗，以測定其彈性及非彈性變形量，確保掛籃施工中的安全穩定。

2.1 荷載試驗

根據承載能力驗算和穩定性驗算要求，應根據不同荷載工況尋找最不利荷載組合形式，對結構在不同荷載組合工況下進行受力分析[5]。箱梁懸澆最重梁段為2號梁段（1號梁段已采用托法施工）澆筑混凝土方量為82.6m3，鋼筋重12.5t，最大懸臂澆筑重量約215t，故選擇2號梁段上的荷載進行加載試驗。

2.2 掛籃預壓荷載組合

設計荷載：2號梁段長3m，C55混凝土的配合比設計容重為25.3kN/m3；內模自重2.09t； 2號梁段混凝土自重：25.3kN/m3×82.6=2089.78kN；掛籃模板重量為20kN；人群荷載：3×7×1.1=23.1kN；混凝土施工振搗荷載：3×7×1=21kN；鋼筋重量：12.5×10=125kN

G總＝2089.78+20+23.1+21+125=2278.88kN模擬實際混凝土重量的準確位置，并以此作為沉降的初始態。綜合考慮了以上各種因素，確定的預壓荷載系數為120%，即基準載荷為228×1.2=273.6t。在反力架上通過調整千斤頂的力值來達到預壓的目的，分別按136.8t（50%）、218.88t（80%）、228t（100%）、273.6t（120%），對掛籃分級加載試驗，各級加載均間隔2h觀測，測量各測點的標高值。根據加載前后的變形量，準確計算彈性變形量和非彈性變形量。

3 測量觀測

用記號筆標注荷載加載觀測試點并標號。首先，測量初始狀態下觀測點標高；其次，根據加載等級分別測量對應等級的觀測點標高；最后，記錄分級卸荷后的觀測點標高。

3.1 預壓觀測

分階段加載后，測量各測點的標高值；待加載至120%后靜置24 h再次測量各個測點的標高值。

3.2 卸載程序

加載后，待菱形掛籃變形穩定，方可開展卸荷工作。卸載與加載順序相反，卸載共分為4個步驟，依次開展左右對稱的卸載；過程中應避免突然卸載，造成受力不均勻而影響安全。

3.3 反力架施工

3.3.1施工工藝

通過測定荷載施加過程中掛籃主要構件的受力及變形參數，從而計算菱形掛籃在行走和施工過程的受力參數。在2號塊與1號梁段間斷面腹板處分別預埋I45a工字鋼和精軋螺紋鋼，作為菱形掛籃固定反力架。采用200t千斤頂開展頂推加載。為防止應力集中，需在千斤頂上放置分配墊梁。應確保吊裝反力架C點對準千斤頂，如圖1所示。在B點位置，需用兩根精軋螺紋鋼錨固，確保反力架軸線與腹板重合。通過千斤頂施加荷載，以便模擬不同加載等級。

反力架的結構：在1號塊混凝土澆筑時，應在腹板預埋錨固I45a工字鋼和精軋螺紋鋼，待混凝土強度達到要求后，再進行反力架安裝。施工完成后，需確保反力架縱軸線與梁體腹板豎向中心線重合。

3.3.2荷載計算

2號梁段總重：預壓荷載應取最大節段混凝土荷載的120%，本項目最重為2號梁段，節段混凝土方量82.6m3，混凝土容重25.3kN/m3，則混凝土荷載為：F=82.6×25.3=2089.78kN；每個斷面設置兩個反力架，則每個反力架預壓力為P=2089.78/2=1044.89kN，荷載按照布置在斷面重心處，其荷載作用在距1號塊節段線160cm處（即距后下橫梁210cm），按照簡支梁計算兩根前吊帶的總內力應為：F=950×210/535=372.9kN。

此荷載采用反力架配合千斤頂施加在掛籃底模平臺對應腹板的4根I40a工字鋼縱梁上，千斤頂的施力位置距前下橫梁222.6cm處，則換算千斤頂的作用力應為：F施=372.9×535/222.6=896.2kN，則千斤頂的施力荷載取值為897kN，120%超載預壓則施工荷載值應為1146.2kN。

3.3.3反力架計算

（1）強度計算。由圖1可知，N2=P×2.226/3=1042×2.226/3=773.164kN，N1=3.736/3×P=1297.516kN。槽鋼28a截面積為40.034cm2。桿件AC用雙拼槽鋼28a，則σ=1297.516/80.068=16.205MPa﹤[σ]= 188.5MPa，滿足要求。因為AC桿最長，受力最大，因此BC桿受力均滿足施工。

（2）穩定性計算。反力架計算時，將其簡化為兩端固定的壓桿模型，長度系數取μ=0.5。λ=0.5×373.6/10.9=17.138﹤[λ]=100，按壓桿穩定進行計算，長細比λ=17.138，根據《路橋施工計算手冊》查得：穩定系數ψ=0.9。σ=P/（ψA）=1042×103 /（0.9×80.068×102）=41MPa﹤[σ]= 188.5MPa，通過計算后，穩定性系數滿足要求，即剛度滿足要求。

（3）錨固鋼筋。采用32mm冷拉精軋螺紋鋼筋作為錨固鋼筋，鋼筋抗拉強度標準值785MPa，吊桿直徑32mm，A=804.2mm2，受到N3=773.164kN拉力，共3根精軋螺紋鋼，單根錨固鋼筋拉力N4=257.721kN。σ＝N4/A=257.721/804.2×1000=320MPa<f/2=392.5Mpa，應力值小于設計允許值，滿足2倍安全系數。

（4）錨固長度。鋼筋與混凝土之間存在握裹力，其計算公式為：τ=P/ul。C55混凝土抗拉強度設計值為ftd=1.89MPa。受到的總拉力N=773.164kN，單根的拉力為P=257.721kN。鋼筋截面周長u=32×3.14mm。則混凝土受到的握裹力為： τ=257.721×1000/32×3.14×L﹤1.89。得L＞1357mm，安全起見，取L=1500mm，滿足要求。

4 變形觀測

4.1 觀測部位

首次掛籃懸澆前，對掛籃系統進行預壓及觀測，建立觀測控制網。設置位置包括：每片主桁前支腿處、每片主桁的后錨處、前底橫梁吊帶、上前橫梁吊帶、每片主桁的前端銷子。

4.2 觀測內容

掛籃主桁的非彈性變形、豎向彈性變形及撓度曲線。

4.3 觀測方法

對每個加載工況測量，測量記錄加載至120%的變形量，觀察掛籃受力的情況。每隔2 h觀測一次。觀測掛籃沉降變形，當支架變形量小于1mm/h時停止觀測，此時變形趨于穩定。觀測數據用水準儀測定，應對每級加載均應測量記錄。測量間隔時間2 h測量，變形穩定后，應持載24 h，方可開展卸載工作，卸載順序與加載順序相反，測量要求與加載相同。

4.4 數據分析

掛籃卸載完畢，根據測量數據，計算掛籃非彈性變形及彈性變形值，并繪制掛籃撓度曲線。根據撓度曲線確定以后各梁段掛籃的彈性變形，為后續施工提供準確的數據依據。

5 結語

本文研究分析菱形掛籃在連續剛構懸臂現澆施工過程中安全控制措施和要點，先驗算掛籃結構力學指標；再結合掛籃預壓及承載力試驗獲取力學指標實際應用值進行對比，確保掛籃各構件在橋梁施工過程中的安全性。預壓試驗加載至施工荷載狀態的120%，支架變形量小于1mm/h時，掛籃預壓沉降趨于穩定。

參考文獻

[1]鄭明考.橋梁連續剛構懸臂澆筑施工技術要點[J].交通世界，2022（35）：170-172.

[2]孫晗.菱形掛籃新型軌道設計與結構優化分析[D].南昌：華東交通大學，2022.

[3]耿浩宇.懸臂澆筑法掛籃參數化建模關鍵技術研究[D].石家莊：石家莊鐵道大學，2024.

[4]文芳.預應力混凝土連續梁橋懸臂現澆施工關鍵技術研究[J].工程技術與應用，2023（20）：54-56.

[5]董連成，李培，朱景紅.大跨度連續剛構橋菱形掛籃結構的數值模擬與試驗分析[J].黑龍江科技大學學報，2023，33（2）：54-56.