悬臂梁挂篮施工的探讨与分析

2010-08-15俞鸿宪

黑龙江交通科技 2010年4期

俞鸿宪

(中铁四局第五工程有限公司)

悬臂浇筑法施工从 20世纪 60年代由前西德首先使用以来,发展至今,已成为修建大中跨径桥梁的一种有效施工手段,悬臂浇筑法是利用悬臂原理以挂篮为支承逐段浇筑。日本预应力混凝土工业协会《关于预应力混凝土长大桥梁的调查研究报告》指出,1972年后建造的跨径大于 100m以上的桥梁近 200座,其中悬臂法施工的主要设备已有多种类型,有些国家如日本、法国等已有定型的系列化产品。我国从 20世纪 80年代开始使用这种技术以来,也已取得了巨大的成就。因此,总结并比较各种类型挂篮的优劣,对今后的应用及其发展有着重要意义。

1 挂篮的特点

(1)利用斜拉桥特有的永久性斜拉索作为施工挂篮前支点,挂篮中端悬吊在已浇好的梁段上,将传统挂篮的单悬臂受力状态改变为简支正弯矩受力状态,从而既大大提高了挂篮承载力,又减轻了挂篮自重。挂篮一次浇筑长度可达8m,大大加快了施工进度。

(2)利用挂篮自身的水平推力装置平衡斜拉索索力引起的水平分力,解决了挂篮纵向限位问题。前支点通过采用弧形梁、前锚梁,解决了空间索引起的挂篮上锚固点的三维变化问题。

(3)将挂篮的主体置于斜拉桥主梁的下面,利用后行走系统反顶主梁底部来省去所有的压重。挂篮采用小起小落工艺,操作简便,安全可靠。

(4)利用万能杆件拼装成的挂篮,大大减少了新制构件加工量,提高了构件的周转率,降低了成本。

2 挂篮施工特点

挂篮悬臂施工除了有节约脚手架,降低施工工作量,减少施工环节的优点外,还有许多其他施工工艺不具备的优点,主要表现在以下几方面。

(1)挂篮施工作业面宽阔,便于钢筋及预应力管道安装,能提高施工速度,缩短梁段施工循环周期,根据实际工程箱梁施工情况,梁段最短周期为 5 d,平均 6～8 d;

(2)桁架在轨道上走行,无需平衡重,方便、移动灵活、平稳,外模、底模随桁架一次就位,挂篮时间短,一般只需 2～4 h即可就位;

(3)工程使用挂篮自重轻,利用系数高,是我周转使用次数最高的模板体系;

(4)挂篮的纵向安装尺寸小,只要有 12m的梁段宽度即可安装两套挂篮,起步时两套挂篮不需连在一起再解体,拼装就位快,1套挂篮2～3 d即可拼装就位;

(5)挂篮刚度大,弹性变形小,立模时只需 1次调整标高,浇筑混凝土过程中不需再调整;

(6)挂篮使用的材料均为常用材料,加工制造简单,一般桥梁工地均可现场加工。

3 挂篮施工的施工要点及安装

3.1 挂篮加工、试拼装与检验

挂篮应由专业厂家或专业加工队负责,严格按照挂篮设计图纸的要求加工,加工后进行试拼装与检验,确保加工质量与精度。

3.2 挂篮试压

为确保悬臂施工安全,在挂篮正式安装使用前对挂篮进行静载试压试验。挂篮试压分为主桁架和底篮试压。分级加载,加载最大重量为施工最大梁重的 1.2倍,然后分级卸载。以检验挂篮的实际承载能力、稳定性及安全可靠性;对设计计算图式及技术参数进行验证;根据实测值推算各梁段挂篮的竖向变形为施工预拱度提供参考数据。消除非弹性变形,并测量变形值;对挂篮加工、焊接、拼装质量进行检验。

3.3 挂篮走行

当已浇梁段张拉压浆完成后,进行挂篮走行移动。其步骤如下。

(1)采用千斤顶放松斜拉带,用倒链滑车将前托梁和外侧模固定在已浇梁体上,拆下斜拉带;

(2)拆开内外滑梁的后吊杆,放松主梁的其他约束,以压轮器更换压紧器;

(3)采用倒链滑车将主梁系统连同滑梁滑移到要浇筑梁段的设计位置,并锚固主梁系统于已浇梁体,连接内外滑梁于后横梁上;

(4)放松底篮及侧模在梁体上的约束,将底篮及侧模落在外滑梁上,再解开其约束,通过外滑梁,利用倒链滑车将其牵移到要浇筑梁段的设计位置;

(5)安装斜拉带及下后锚带,调整模板,限位锚固,绑扎底、腹板钢筋等;

(6)通过内滑梁,利用倒链滑车移动内模系统就位,并绑扎顶板钢筋等;

(7)调整标高及斜拉带。全面检查,符合要求后灌注梁体混凝土。

3.4 挂篮安装要点

(1)挂篮安装工艺流程。

滑道底面找平→滑道盒、燕尾板安装、锚固→前后支座安装→主桁架安装、锚固→上横梁安装、固定→外模板(含走行装置、悬吊与锚固系统)安装→底篮及底模板(含悬吊与锚固系统)安装→内顶模板(含托架、走行装置、悬吊与锚固系统)。

(2)挂篮安装注意事项。

单个“T”构提吊长 24m单层四排主桁架(约 10 t)安装在支座上,并将两组连接为整体,主桁架之间用横向连杆联为一体;同时用上、下锚扁担梁和精扎螺纹钢筋将主桁架后锚点锚固。要求每根锚杆预紧力不少于 30 t,且受力要均匀。在箱梁底板和腹板钢筋绑扎完后,现场安装内模板系统(包括走行装置)。要求内模的后吊杆预紧力不少于 15 t,且受力要均匀。挂篮的拼装是高空作业,两端要同时对称进行拼装,控制好挂篮的结构尺寸。

(3)挂篮立模要点。

通过吊杆与吊带调整,对底模、外模、内模的平面位置与标高进行测量,并通过全站仪与水准仪对模板的中线位置、标高及相对尺寸有效控制、调整与定位。

(4)钢筋制安要点。

现场绑扎时按设计要求进行平面尺寸的测量放样,再按照放样标记依次安装各种钢筋;先绑扎底板钢筋,安装好底板端模,并支垫好混凝土垫块,底板上下层钢筋须用架立钢筋连成一个整体;再绑扎腹板钢筋,与底板钢筋连接牢固;安装内模托架及内模,最后绑扎顶板和翼板钢筋。要求纵向钢筋水平顺直、竖向钢筋必须垂直。

(5)预应力钢筋、管道和锚具安装要点。

应与钢筋绑扎同步进行安装,在腹板钢筋绑扎时,即可进行纵向预应力波纹管和锚垫板,以及竖向预应力波纹管、精轧螺纹钢与下端锚垫板的安装和定位。在顶板和翼板钢筋安装时,即可进行纵向预应力管道、竖向预应力上端锚垫板和横向预应力波纹管与锚垫板的安装和定位。按照设计图纸的布置要求对预应力束和管道的座标和平面位置进行放样和安装,定位筋固定,安装好的管道必须平顺、流畅、无折角。

(6)以箱梁全断面一次悬浇施工技术为例对要点进行说明。

①混凝土输送。

若箱梁设计为 C50混凝土,属于高强混凝土,采用拌合站集中搅拌,严格控制水灰比,坍落度在 10～14 cm,使混凝土的各项性能指标满足设计与现场施工要求。用 2～3台混凝土罐车运输到墩位下,经单台输送泵泵送到梁段处同时对称进行梁段浇筑。

②混凝土入仓及分料方法。

在内顶模的支撑托架上附着混凝土入仓及分料系统;混凝土经过泵管,进入顶模料斗,再经过溜槽按要求连续均匀地进入箱梁底、腹板。

③混凝土浇筑工艺与方法。

箱梁采用混凝土全断面一次悬浇法,先底板、后腹板、最后浇筑顶板、翼板;混凝土浇筑宜选在一天中温度较低的时间内进行,以减少温度应力的影响。

底板混凝土浇筑:混凝土自由卸落高度控制在 2.0m以内,出料口混凝土堆积高度不超过 0.5m。分层浇筑高度控制在 30 cm左右,混凝土的振捣以插入式为主。

腹板混凝土浇筑:因腹板较窄,钢筋和预应力管道密集,为防止混凝土离析,除按底板混凝土浇筑方法外。严格控制每梁段上、下游腹板对称浇筑且高差小于 1m,以保证挂篮平衡受力。腹板混凝土的振捣采用 6～8m长定制专用的插入式振捣棒和配用 2 kW以上振动器。

顶板、翼板混凝土浇筑:直接利用输送泵管道进料,浇筑完腹板顶端剩余部分混凝土后,再浇筑梁段顶板、翼板混凝土。按从待浇梁段前端往已浇梁端处的顺序浇筑,加强预应力筋锚固区以及其他钢筋密集部位的振捣,避免振动器碰撞预应力管道,预埋件、锚固端垫板等。

(7)预应力穿束、张拉和管道压浆施工。

箱梁设计为三向预应力结构,梁段混凝土达到 90%的设计强度后进行预应力钢束(钢筋)的穿束、张拉、压浆。张拉工作开始前,对张拉千斤顶和压力表进行配套标定,确定张拉力与压力表读数之前的曲线关系,张拉程序为 0→初张拉力(10%的控制力)→设计张拉吨位→持荷 2min→锚固。张拉顺序为:先纵向后横向、竖向,要交错对称张拉。张拉后,应尽早压浆。

3.5 挂篮脱空、前移、就位

(1)挂篮脱空。

先将底模前后横梁上的前后吊杆放松下降 10 cm左右,使底模板脱离底板混凝土底面,解除底模后吊杆与底板混凝土的连接。再拆卸外模与内模的对拉螺杆与解除两者之间其他约束连接,将两侧外模行走梁上的前后吊杆放松下降20 cm左右,使外模脱离翼板混凝土底面与腹板混凝土侧面。最后用手拉葫芦将内顶模下端通过连接铰向内收拢,再将内模行走梁上的前后吊杆(吊带)放松下降 15 cm左右,使内顶模托架携内模整体脱离顶板混凝土底面与腹板混凝土侧面。

(2)挂篮前移、就位。

先在已浇梁段上找平,铺设与锚紧滑道,并在两侧滑道上做好前移距离标记,在其前端焊接临时限位挡块;再在主桁架尾部用10 t手拉葫芦配钢丝绳打保险。通过两台 5 t卷扬机配转向滑轮、钢丝绳等反向拖拉主桁架前支座使之携底模、外模同步前移到位。挂篮前移到位后,按照其安装的相关要求进行立模就位,进入下一梁段施工。