低墩大跨連續(xù)剛構(gòu)橋菱形掛籃施工安全優(yōu)化分析

關(guān)鍵詞：連續(xù)剛構(gòu)橋；掛籃施工；大縱坡；鉸接裝置；全封閉防護中圖分類號：U488.23 文獻標(biāo)識碼：A DOl：10.13282/j.cnki.wccst.2025.03.027文章編號：1673-4874（2025）03-0093-04

0 引言

連續(xù)剛構(gòu)橋掛籃懸臂澆筑施工技術(shù)目前已非常成熟，國內(nèi)采用該類橋梁施工技術(shù)跨越既有線路的項目越來越多，其中菱形掛籃因其優(yōu)越的結(jié)構(gòu)體系及成熟的施工工藝而被大量應(yīng)用[1-5]。近年部分橋梁在設(shè)計過程中為了減少橋梁總長和跨徑，降低總造價，采用了低墩小凈空、大縱坡的方式進行跨線設(shè)計和施工，該類橋梁采用常規(guī)掛籃施工技術(shù)難以滿足安全和穩(wěn)定性要求。本文在跨漢十高速公路高架橋項目主橋 8^? 和 9^? 墩掛籃懸臂施工過程中，結(jié)合連續(xù)剛構(gòu)橋結(jié)構(gòu)形式，通過對菱形掛籃的行走、懸吊、防護等系統(tǒng)存在的不足進行深入分析，制定優(yōu)化方案，改良掛籃部分安全結(jié)構(gòu)，從而滿足掛籃施工中的安全性和穩(wěn)定性，確保連續(xù)剛構(gòu)橋施工過程安全。

1工程概況及工程難點

1. 1 工程概況

跨漢十高速公路高架橋全長 1339.30m ，效果圖如圖1所示。其中，主橋為三聯(lián)，采用 （95+150+95）| m預(yù)應(yīng)力混凝土變截面現(xiàn)澆剛構(gòu)一連續(xù)組合體系梁橋，最大縱坡為 4.65% ，接近規(guī)范允許縱坡極值。主橋 8^? 主墩高8m，9^# 主墩高 12m ，左右分幅，通過150m主跨跨越漢十高速公路主線、甘夏灣互通D匝道及G匝道，掛籃在高速公路正上方施工長度達 72m ，箱梁底部距離高速公路路面最小垂直距離為 。懸澆箱梁根部高度為9.0m ，懸臂端部高度為 3.5m ，箱梁頂寬 12.75m 底寬6.75m 。采用單箱單室結(jié)構(gòu)，節(jié)段最大重量為 1^? 塊，混凝土方量為 80.4m³ （約 2131.6kN） 。設(shè)計要求掛籃及模板總重量應(yīng) ? 100t。

1.2工程施工難點

（1）橋梁跨越高速公路主線及雙向兩個匝道，在高速公路正上方施工長度達 72m ，安全防護要求高，必須設(shè)置全封閉防護系統(tǒng)。區(qū)域存在10級大風(fēng)歷史，全封閉防護系統(tǒng)防風(fēng)等級要求高，設(shè)計要求掛籃系統(tǒng)總重量應(yīng)?100t 全封閉防護系統(tǒng)將極大地占用掛籃系統(tǒng)總重量，在進行全封閉防護設(shè)計時需盡量減小重量和尺寸。

（2）橋梁為低墩小凈空，在高速公路上最小凈空為7.3m ，為保證行車安全掛籃全封閉防護底籃與高速公路的凈空應(yīng) gt;5.5m ，僅給掛籃施工預(yù)留了1.8m的施工作業(yè)凈空，對全封閉系統(tǒng)整體空間和穩(wěn)定性具有極大的挑戰(zhàn)。

（③主橋最大縱坡為 4.65% ，接近規(guī)范允許縱坡極值，箱梁底板設(shè)置有二次拋物線弧形，在施工中掛籃懸吊系統(tǒng)與底籃系統(tǒng)的連接點容易形成不垂直受力狀態(tài)。

（4）大縱坡掛籃在行走時需考慮行走小車整體穩(wěn)定 性，避免掛籃因為縱坡較大出現(xiàn)失穩(wěn)或行走困難的情況。

（5）全封閉防護內(nèi)進行掛籃施工為受限空間作業(yè)，較長的鋼筋、波紋管等材料，在安裝時存在困難，極易與全封閉防護系統(tǒng)發(fā)生碰撞或擦掛，影響高速公路上方施工安全。

2掛籃設(shè)計

2.1掛籃選型與設(shè)計

目前市面上應(yīng)用最廣的掛籃類型為菱形掛籃和三角掛籃，鑒于該橋為大縱坡連續(xù)剛構(gòu)橋梁，且處于多風(fēng)地段，三角掛籃行走穩(wěn)定性相對較差，而普通菱形掛籃前上橫梁較高會增加掛籃懸吊系統(tǒng)整體高度，結(jié)合項目實際情況，主橋懸臂現(xiàn)澆選擇了優(yōu)化改良后的軌行式菱形掛籃。該掛籃在普通菱形掛籃的基礎(chǔ)上將前上橫梁高度降低，縮短懸吊系統(tǒng)高度的同時又增加了抗風(fēng)能力，提高穩(wěn)定性。掛籃主要由主桁承重系統(tǒng)、懸吊系統(tǒng)、錨固系統(tǒng)、行走系統(tǒng)、模板系統(tǒng)、平臺防護系統(tǒng)等部分組成，其剖面圖如圖2所示。

由于整個掛籃總重量應(yīng) ? 100t，而跨高速公路側(cè)全封閉防護系統(tǒng)附著于掛籃上，其重量需計入掛籃系統(tǒng)總重量，全封閉兜底防護需預(yù)留12t的重量，模板系統(tǒng)需預(yù)留15t的重量，掛籃實際重量需控制為 lt;73t ，因此掛籃的每個構(gòu)配件需進行專項設(shè)計后再逐一加工。掛籃主桁系統(tǒng)為兩片菱形主梁，均采用雙拼[40a對扣焊接后在其腹板加焊鋼板而成；節(jié)點板與各桿件連接采用銷接，前上橫梁為兩根50工字鋼加焊鋼板；平聯(lián)橫梁采用22a焊接；中橫梁采用 120mm× 120mm和 120mm×60mm 方鋼管焊接；底籃前后橫梁采用雙拼45工字鋼加鋼板焊接；底籃縱梁采用22a工字鋼、雙拼10槽鋼、12mm鋼板節(jié)點板焊接。掛籃懸吊系統(tǒng)系統(tǒng)由20 0mm×30 mm鋼吊帶、 ?45 mm的40cr合金結(jié)構(gòu)鋼組成。內(nèi)外滑梁長為12m ，采用雙拼 40^? 槽鋼加1cm厚鋼板焊接而成。掛籃行走系統(tǒng)主要是由2根軌道、2個行走小車、2個前支腿和墊梁組成。經(jīng)過專項設(shè)計，掛籃各構(gòu)配件最終總重量控制為70t（不含模板系統(tǒng)、防護系統(tǒng)）。

2.2 全封閉防護設(shè)計

為防止在高速公路上進行掛籃懸臂澆筑施工掉落雜物，需對掛籃底部和四周設(shè)置全封閉防護。全封閉防護設(shè)計需在確保防護性能的同時保證重量 ?12t ，全封閉防護兜底采用14.5m長的 20^? 槽鋼雙拼加工成1組，用10mm厚鋼板焊接組合成底兜承重橫梁，每套底兜架2組底橫梁，槽鋼在吊桿處設(shè)10mm鋼板加勁肋，縱梁采用8^? 槽鋼，每根下料長度為 7.5m ，間距為60cm布置一根，共25根，采用焊接方式與橫梁連接。底板采用3mm花紋鋼板滿鋪在縱梁上，鋼板與縱梁進行間斷點焊，鋼板與鋼板之間搭接≥20cm（見圖3）。

現(xiàn)場實測跨越處高速公路路面高程后反算求得路面與懸臂現(xiàn)澆梁底最小距離為7.3m，考慮行車安全掛籃全封閉防護底籃與高速公路的凈空應(yīng) ，僅給掛籃施工預(yù)留了1.8m施工作業(yè)凈空。為保證全封閉兜底的穩(wěn)定性，兜底底橫梁用32mm精軋螺紋鋼筋吊桿懸掛固定在掛籃前后的下橫梁上，前后各5個吊點，單個兜底共10個吊點。

全封閉防護立面采用焊接方式設(shè)置防護，下部1.2m采用3mm鋼模板全封閉，鋼模板與兜底花紋鋼板采用間隔1m間斷點焊，鋼模板上部至高度高出橋面1.2m范圍采取8mm網(wǎng)孔鋼絲網(wǎng)進行全封閉。防護主骨架及欄桿采用40 ）min×60mm×3mm 方鋼管焊接在鋼模板上，8mm網(wǎng)孔鋼絲網(wǎng)采用角鋼進行鑲邊，確保拼接嚴絲合縫。為提高抗風(fēng)能力在全封閉防護在掛籃內(nèi)部設(shè)置雙層連墻件，全封閉防護總重量控制為10t，如圖4所示。

3掛籃優(yōu)化及解決措施

3.1開窗式的掛籃全封閉防護技術(shù)

由于整體重量、外部尺寸受到限制，掛籃全封閉防護內(nèi)部操作空間受限，橋梁腹板、底板長鋼筋及預(yù)應(yīng)力管道安裝易與防護網(wǎng)擦掛、碰撞，為解決以上問題，需對全封閉防護系統(tǒng)進行優(yōu)化。利用合頁片使橋梁腹板和底板區(qū)域設(shè)置可開窗的防護網(wǎng)，釋放操作空間，在安裝較長的鋼筋、預(yù)應(yīng)力波紋管時打開防護網(wǎng)，有利于提供便利的安裝條件，長物體和材料在安裝完成后關(guān)閉防護網(wǎng)，起到全封閉防護效果，同時在遇到極端大風(fēng)天氣時可打開防護網(wǎng)起到減小迎風(fēng)面積的效果，提高全封閉防護安全性能如圖5所示。

3.2掛籃吊帶與底籃橫梁的鉸接技術(shù)

為解決大縱坡的條件下，掛籃懸吊系統(tǒng)與底籃系統(tǒng)的連接點容易形成不垂直受力狀態(tài)問題，項目部對吊帶和底籃鉸接裝置進行了改進，采用雙拼 20^? 槽鋼作為上下扁擔(dān)梁，夾具采用45mm的40cr合金結(jié)構(gòu)鋼棒，如圖6所示。優(yōu)化后的鉸接裝置無須在前后下橫梁上進行焊接，安裝和拆除簡單方便，鉸接位置可調(diào)節(jié)，遇大縱坡工況也可保證吊帶的垂直受力。

3.3掛籃行走后錨小車雙重鉸接技術(shù)

為解決大縱坡掛籃在行走時行走小車的整體穩(wěn)定性問題，避免掛籃因為縱坡較大出現(xiàn)失穩(wěn)或行走困難的情況，對傳統(tǒng)掛籃小車進行了改進和優(yōu)化。采用雙重鉸接技術(shù)，在后錨小車縱向和橫向分別采用插銷裝置設(shè)置一個鉸接點，如圖7所示，鉸接點可以釋放掛籃行走過程中前后和左右方向產(chǎn)生的應(yīng)力，提高掛籃行走穩(wěn)定性，同時該技術(shù)不易出現(xiàn)行走卡頓和行走不暢等問題，提高行走過程的工作效率。在掛籃行走過程中，當(dāng)出現(xiàn)兩側(cè)行走不對稱的問題時容易被發(fā)現(xiàn)，極大地提高了安全性。

4結(jié)語

為解決低墩小凈空、大縱坡跨線連續(xù)剛構(gòu)橋面臨的施工和安全難題，在既有掛籃基礎(chǔ)上，優(yōu)化和改進了掛籃吊帶與底籃的鉸接裝置、開窗式的掛籃全封閉防護系統(tǒng)以及掛籃行走后錨小車雙重鉸接技術(shù)，解決了跨漢十高速公路連續(xù)剛構(gòu)橋掛籃懸臂施工中的安全技術(shù)難題，項目的成功應(yīng)用表明了以上裝置及技術(shù)安全可靠，并得出如下結(jié)論：

（1）吊帶與底籃的鉸接技術(shù)可以確保在大縱坡和橋梁底板二次拋物線弧形雙加持下，吊帶能垂直受力，吊帶與底籃連接點受力均衡，鉸接裝置無須與掛籃下橫梁焊接，

可隨施工需要調(diào)節(jié)和移動鉸接裝置與下橫梁的相對位置，結(jié)構(gòu)簡單，制作方便，穩(wěn)定可靠。

（2）開窗式的掛籃全封閉防護技術(shù)可以在外部空間受限的情況下釋放操作空間，解決有限空間作業(yè)各項操作難題，尤其有利于掛籃施工過程中內(nèi)部長物體的安裝和拆除，提升了懸臂掛籃防護系統(tǒng)抵抗極端天氣的抗風(fēng)能力。

（3）掛籃主桁架與行走小車雙重鉸接技術(shù)可在鉸接點釋放各種應(yīng)力，掛籃行走過程更加流暢，提高行走過程工作效率。該連接方式的掛籃在安裝和拆除時采用插銷代替焊接，有利于掛籃重復(fù)利用，工人操作省時省力。掛籃行走過程中可以肉眼直接觀察鉸接點行走小車位置變化來判斷掛籃偏位及行走不均衡等問題，達到及時糾偏的目的，提高了整體安全系數(shù)。

參考文獻

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收稿日期：2024-06-05