單側變寬非對稱結構的掛籃設計與施工

摘要：基于某單側變寬橋項目，對該非對稱結構段開展掛籃設計。考慮到跨越現有鐵路，施工難度大，采用變異菱形結構掛籃，并對該段掛籃懸澆施工關鍵環節開展分析，以減小施工荷載的影響，保證施工安全。計算結果表明，采用變異菱形結構掛籃，能降低前吊點高度，且掛籃內力分布更合理。該工程竣工后，施工階段和交工后結構內力狀況滿足設計要求，且橋梁合龍精度滿足設計要求，成橋線形逼近目標線形，表明對于含非對稱段橋梁結構可采用變異菱形結構掛籃。

關鍵詞：變異菱形；掛籃設計；施工技術

1 工程概況

1.1 工程基本情況

某橋梁項目跨越鐵路，設計采用（55+122+80）m預應力變高不對稱連續梁，先沿平行于鐵路方向掛籃懸澆，后采用轉體工藝，轉體完成后依次施工邊跨合攏段、中跨合攏段。

本工程主跨采用預應力混凝土變高不對稱連續梁，橋梁位于直線段，其跨徑布置為（55+122+80）m，主橋全長257m。 45#墩0#號塊長度5.7m，梁高5.904～5.631m；懸臂共13個節段，節段梁高5.631～3.2m。46#墩0#塊長度8.7m，梁高8.728～8.37m；懸臂共18個節段，節段梁高8.37～3.2m。45號墩懸澆梁懸臂長度44.95m（變寬段）+46.35m（普通段），變寬段梁面寬29.5～32.98m，普通段梁面寬29.5m；46號墩懸澆梁懸臂長度70.35m（變寬段）+72.85m（普通段），變寬段梁面寬29.5～33.52m，普通段梁面寬29.5m。

1.2 總體施工流程

主橋掛籃懸澆施工涉鐵主要施工內容包括45#墩和46#墩墩頂梁段及懸澆梁段施工、懸澆梁橋面附屬（防撞墻、防拋網）施工。其中45#墩3-13號塊、46#墩2-18號塊采用掛籃法施工。

總體施工流程如下：45#墩0#-1#塊預應力張拉壓漿完成后施工2#塊，2#塊預應力張拉壓漿完成后進行掛籃拼裝及預壓。利用掛籃施工3#塊，3#塊施工完成后，脫開掛籃底模，進行掛籃走形至下一梁段，依次反復，至13#塊施工完畢。13#塊預應力張拉壓漿完成后同步拆除懸臂兩端掛籃。46#墩0#-1#塊預應力張拉壓漿完成后進行掛籃拼裝及預壓，利用掛籃施工2#塊。2#塊施工完成后，脫開掛籃底模，進行掛籃走形至下一梁段，依次反復，至18#塊施工完畢。18#塊預應力張拉壓漿完成后同步拆除懸臂兩端掛籃。保證45#、46#墩懸澆梁施工同步進行，并優先保證46#墩懸澆梁的施工進度，掛籃懸臂澆筑結束前提前進行44#墩、47#墩邊跨現澆段施工。

2 掛籃設計方案

目前，由于三角掛籃與菱形掛籃結構簡單、計算分析簡潔以及受力合理等優點而廣為使用[1]。本工程部分段單側加寬，為非對稱結構，考慮到結構本身的不對稱性，導致掛籃變形、結構自重與混凝土徐變收縮等產生的內力并不對稱，墩位置易出現較大的傾覆力矩，施工難度大。且相鄰既有鐵路，施工空間有限。將本工程掛籃設計為變異菱形結構，結合菱形掛籃與三角掛籃的優點，降低前吊點高度，加強受力穩定和平衡，同時便于工人操作。所采用的掛籃結構如圖1所示。不同于常規的菱形結構掛籃，前橫梁端主構架為銳角三角形，以此降低前吊點高度，從而減少懸掛和取下掛籃的施工難度。同時設置前橫梁端主構架水平距離為5.5m，長于后錨梁端主構架水平距離，以降低傾覆彎矩。

2.1 掛籃通用設計

梁體為單箱四室，單支掛籃配置5片主構架。主桁架整體采用雙[36b#普通熱軋槽鋼焊接，前橫梁及前后托梁均采用采用雙 HN500×200 型鋼組焊，中門架由[8#組焊，底縱梁采用I36工字鋼，內外導梁、底導梁均采用雙[32b#普通熱軋槽鋼焊接。吊桿與后錨桿采用 PSB830φ32mm精軋螺紋鋼，且吊桿外部套PVC管。后錨梁采用[32#槽鋼制作，長度2.5m，間距可調。

2.2 變寬段掛籃結構設計與驗算

2.2.1 結構設計

該連續梁變寬段從0#塊中心線開始，外側以放射線形式變寬，0#塊中心梁頂寬29.5m，變寬段合攏段梁頂寬33.512m。腹板1為水平直線，腹板2、3、4、5皆向外進行傾斜，如圖2所示。

掛籃主構架及軌道安裝于腹板之上，與腹板呈—條直線，腹板1上的主構架與橫梁、中門架垂直，點焊加固。腹板2、3、4、5上的主構架與橫梁、中門架呈一定角度，為方便掛籃行走，根據實際角度制作安裝在橫梁位置的滑動套筒及安裝在中門架位置的限位擋塊。

后錨固桿采用PSB830φ32精軋螺紋鋼，單片主構架配置6根。后錨梁采用[32#槽鋼制作，單片主構架配置3根。后錨桿下端與梁體接觸位置安裝斜墊塊，從而使后錨桿垂直受力。

2.2.2 驗算

查施工設計圖，最大懸灌重量梁段質量為240.4t，掛籃自身質量77.2t。進行強度驗算時，考慮到偏心荷載，取1.4倍的系數。上部荷載計算公式如式（1）：

（1）

式中：G為上部荷載，單位為kN；ξ=1.4，為所取的系數；m1為最大懸灌重量梁段質量，單位kg；m2為掛籃質量，單位kg；g取10N/kg。

前下橫梁線荷載計算公式如式（2）：

（2）

式中：q為前下橫梁線荷載，單位為kN/m；P是單側翼板荷載；B為橫梁寬度，單位為m。

施工變寬段底板寬為29.5～33.52m，對最不對稱處進行驗算。普通段梁面寬29.5m，變寬度寬為33.52m，橫梁寬度為63.02m。前下橫梁線荷載q=26.55kN/m，代入Midas軟件，建立掛籃有限元模型，取最不利工況，得到最大剪力Qmax=160.59kN，最大彎矩Mmax=80.5kN·m。前下橫梁由雙HN500×200型鋼組焊。截面面積A=2×112.3cm2，截面模量Wx=2×1807cm3，慣性矩Ix=2×46800cm4。

最大剪應力計算如下式（3）：

（3）

最大彎曲應力計算如式（4）：

（4）

其余構件強度驗算見表1。經驗算可知，本單側變寬梁采用設計的變異菱形結構整體穩定性、強度、抗傾覆能力均滿足規范要求，吊桿、主桁架和后錨固系統等局部構件也滿足規范要求。

3 施工關鍵技術

3.1 掛籃拼裝及預壓

掛籃的拼裝與預壓是確保掛籃結構穩固和安全的重要步驟。這個過程涉及將掛籃的各個部件組裝在一起，并施加適當的預壓力，以確保在掛籃投入使用前，其結構能夠承受預期的負載。

掛籃構配件為廠制，掛籃進場后進行驗收，結構尺寸要求與設計圖紙一致，模板幾何尺寸運行偏差+5mm，且在掛籃施工前要進行預壓。掛籃拼裝時，拼縫錯臺允許偏差為2mm，模板拼裝后模板軸線允許偏差為8mm。在拼裝位置繪出行走軌道軸線，將行走軌道軸線誤差控制為10mm。由于其為變異菱形結構，主構架組裝完成后需保證對角線正確。

墩柱東西兩側各停放一臺起重機進行掛籃安裝，總體安裝順序為：軌道墊梁→軌道→主桁→中門架→后錨梁→后下橫梁→前上橫梁→前下橫梁→底?！鈱Я杭皾L動吊架→側模滑移就位。吊裝掛籃主桁、掛籃橫梁、支架橫梁等大型構件吊裝時，設置攬風繩，人工輔助，以避免構建擺向鐵路。

3.2 鋼筋及預應力管道施工

橫向預應力管道與縱向預應力管道采用塑料波紋管，以減小摩阻損失。而豎向預應力管道由于承受較大的應力，采用鐵皮波紋管[2]。在縱向與豎向管道最高位置設置排氣孔，以確保預應力管道內無氣泡。

3.3 混凝土澆筑

當模板、鋼筋以及各預埋件施工完畢，進行混凝土澆筑?？紤]到施工荷載對掛籃結構的影響，澆筑過程中，使用兩臺泵車同步澆筑，并控制兩側混凝土澆筑的最大不平衡方量在8m3以內，以保持兩懸臂端混凝土施工速度的平衡。一次性灌筑成型，按照底板、腹板、頂板的順序進行混凝土澆筑，確保頂板的澆筑從翼板與腹板交點開始，向翼板邊緣和頂板中部進行，并減少施工接縫。澆筑完畢后進行預應力張拉壓漿。

3.4 掛籃行走

3.4.1 行走流程

掛籃行走流程見圖3。采用液壓缸頂推行走，前行走支座采用滑移式。行走前需進行檢查，后錨孔與其他預留孔位置和尺寸是否準確，掛籃關鍵位置保險裝置是否到位；以及滑梁懸吊系統的安全性。

脫模時先同步下放底籃后吊桿，再同步下放前吊桿，避免短吊桿出現無法卸脫。底籃與底滑梁前端掛在前上橫梁，使掛籃模板系統完全脫離梁體。

由于其為非對稱結構，為避免施工引起額外的偏心荷載，需確保各片主桁前后行進位置偏差不得大于10cm[3]。對于變寬段，腹板2、3、4、5上的主構架與橫梁、中門架呈一定角度，選擇使用絲杠/電動絲杠連接每片主構架，輔助方向調整。

3.4.2 拆除工藝

施工完成后，在原位進行掛籃拆除工藝，即在45#墩13#塊以及46#墩18#塊進行掛籃拆除工作。在相應位置預埋空洞，后期吊桿通過該孔下放底籃。掛籃拆除順序：底籃（底橫梁、底模）及側模整體下放→外導梁及滾動吊架拆除→底模及側模拆除→底橫梁拆除→頂橫梁拆除→中門架及主桁拆除→后錨及軌道拆除。由于鄰近營業線，長臂機械禁止朝鐵路方向旋轉，施工時大臂自遠離鐵路側轉向線路側，施工完成后沿施工時旋轉路徑返回。

3.5 附屬施工

由于鄰近營業線，為避免施工時對線路等造成影響，本工程在掛籃底部設置托底防護平臺，防止掛籃施工懸臂節段時落物墜落。懸澆梁施工期間所用的鋼筋、波紋管、小型模板等橋面材料，由起重機停放至梁體遠離鐵路側（鐵路30m范圍外）吊放至橋面，然后用人工或叉車轉運使用地點。材料轉運時將材料捆扎牢靠。施工場地平整及硬化時，向遠離鐵路側做0.5%排水坡，自鐵路側向鐵路外側進行排水。

4 結束語

基于某單側變寬橋項目，對該非對稱結構段開展掛籃設計?？紤]到跨越現有鐵路，施工難度大，采用變異菱形結構掛籃，并對該段掛籃懸澆施工關鍵環節開展分析，以減小施工荷載的影響，保證施工安全。計算結果表明，采用變異菱形結構掛籃，能降低前吊點高度，且掛籃內力分布更合理。

項目整體施工階段未發生質量與安全問題，竣工后各項檢測結果均達到設計目標要求，橋梁合龍精度滿足設計要求，成橋線形逼近目標線形。由此表明，對于單側變寬非對稱結構，采用變異菱形結構掛籃能很好地滿足施工需求的同時，對主體結構產生較小的影響。

參考文獻

[1] 方淑君，楊耀，阮翔，等. 三角形掛籃和菱形掛籃有限元對比分析[J]. 公路工程，2017 （1）： 55-59.

[2] 王水龍.預應力塑料波紋管道摩阻損失試驗研究[J].中國市政工程，2014（1）：18-19+90-91.

[3] 溫利強，申鐵軍，高鵬.橋梁懸臂段掛籃研究及行走速度影響因素分析[J].山西建筑，2022，48（9）：171-172+177.

[4] JTG/T 3650—2020， 公路橋涵施工技術規范[S].