壶口黄河特大桥挂篮地面预压施工要点

曹善亮

摘要：挂篮预压重要，挂篮构造，设计荷载及分布，预压方法，预压荷载施加步骤，测量结果，数据处理。

关键词：高墩大跨，三角挂篮、计算荷载、预压方法、预压步骤、弹性变形、非弹性变形。

中图分类号：K928文献标识码： A

引言：挂篮预压非常重要，通过消除变形完善桥梁结构造型，减少桥梁病害发生。

挂篮预压在高墩大跨悬臂施工中的作用非常重要，壶口黄河特大桥是青岛至兰州高速公路（临汾至吉县段）跨越黄河的关键和控制性工程，该桥全长757m。上部结构为（120+3×175+96）m预应力混凝土刚构-连续组合体系桥。梁体为直腹板箱梁，箱梁顶宽12m，底宽7m，翼缘板悬臂长2.5m。0号块中心高度为11m，合拢段处箱梁中心高度为4.5m，中间高度按照抛物线变化，合拢段底板厚0.3m，底板厚度按照抛物线变化。梁体混凝土采用C60高性能混凝土，主梁按照三向预应力设计。

块段施工采用三角形挂篮施工工艺，该挂篮适应最大梁段重为220T，适应最大梁段长5m，梁高变化范围11—4.5m，走形方式为无平衡重走形，挂篮自重约57.8T.该三角形挂篮由主桁架、提吊系统、走行及锚固系统以及模板系统共四部分组成，其优点表现为结构简单，受力明确；挂篮前端及中部工作面开阔，可以从挂篮中部运输砼，便于轨道的安装以及腹板、底板钢筋的吊装，加快施工进度；设有走形装置，移动方便，内模能整体抽拉；取消了平衡重，利用竖向预应力的锚具锚固轨道，利用勾板沿轨道行走；本挂篮主要材料为普通型钢，加工制作简单；可用于合拢段施工；挂篮抗倾覆系数大于等于2.0。

挂篮设计和计算荷载如下：

①悬臂浇注砼结构最大重量2000kN；

②人群及机具荷载取2.5kN/m2；

③风荷载取800Pa；

④钢筋砼比重取值为26kN/m3；

⑤超载系数取1.05；

⑥新浇砼动力系数取1.2；

⑦挂篮行走时的冲击系数取1.1；

⑧抗倾覆稳定系数不小于2；。

为了确保块段质量及施工阶段安全性要求，按照设计及规范相关规定，对挂篮进行预压，地面预压操作简便、安全，既能节约成本又能缩短操作时间，该施工工艺在现代高墩大跨挂篮施工中得到了充分推广，就挂篮预压分以下几个方面进行。

一、挂篮预压试验目的：

1.通过预压试验，检查挂篮主桁架、前后吊及底模架的加工及安装质量，验证挂篮各主要受力部件结构安全性。

2.消除三角形桁架非弹性变形，测定弹性变形，为连续梁悬臂施工线形控制提供依据。

二、挂篮预压试验方法：

在施工现场平整一块试验场地，试验工作场地约为10×10米。

1、主桁架预压方法

预压前先将挂篮主构架在平整好的场地内组装好，并按两个一对做好标记，首先采用汽车吊将两根外模走行梁按间距4m平铺在场地上，然后将两片挂篮主桁架平躺安装在两走行梁上，两片主桁架相对而放，在顶点下装4根钢垫枕，下支点装2根钢垫枕并用扁担梁锚固及4Φ32精轧螺纹钢对拉锚固。在前端节点处拼装扁担梁，扁担梁用Φ32精轧螺纹钢筋连接，预压时采用一台YC100型千斤顶压扁担梁，其作用力通过Φ32精轧螺纹钢筋传递给挂篮的主桁架，达到预压的目的。

2、前后吊（销座、销子和吊带（杆））的加载方法：

在实验场地上将两个底模前（后）底横梁对称布置，选择较短吊带（吊杆）将两根底横梁连接，在销座两内侧用两台YC60千斤顶顶压底横梁，千斤顶的作用力通过底横梁传递给销座、销子和吊带（杆），达到检验销座、销子和吊带（杆）的目的。

3、底模架的加载方法

在场地上将两组3I56b底模架放置在垫梁上，在两端支撑处拼装一组扁担梁，每组扁担梁用2根Φ32精轧螺纹钢筋连接，两内侧面各放1根3m轨道梁，用两台YC60千斤顶顶压轨道梁。3I56b底模架之间采用10mm钢板间隔50cm绑焊在工字钢外侧，以使3根工字钢形成整体。

三、挂篮预压荷载分配

预压荷载主要是根据挂篮在悬臂浇筑过程中实际荷载来取值的，由于黄河特大桥1号块混凝土悬臂浇筑各构件的重量:最小梁段重量57t，单片主桁架承受荷载14.43t,底模吊带承受荷载28.86t,底模架9t；最大梁段重量198t，单片主桁架承受荷载49.46t,底模吊带承受荷载98.92t,底模架22.95t。

四、预压工况及程序

1、主桁架预压工况及加载程序

主桁架预压工况按照挂篮空载、挂篮承受最小梁段混凝土、挂篮承受最大梁段混凝土及挂篮承受最大梁段混凝土110%四种工况进行预压，其荷载值根据前述分别为136KN、278KN、621KN、683KN。

那么预压加载程序为：

（1）初始荷载到 136KN持荷2h

（2）第二次加载到 278KN持荷2h

（3）第三次加载到 621KN持荷2h

（4）第四次加载到 683KN持荷2h

卸超载步骤，按加载程序逆向逐级卸荷。同时，反复加载、卸载三个循环。

2、底模吊前后吊带预压工况及加载程序：

底模吊带预压主要检查销座、销子（孔）加工质量，因此底模吊带预压工况按照挂篮承受最大梁段混凝土110%工况进行预压即可，其荷载值根据前述为1141KN。

那么预压加载程序为：

（1）初始荷载到 114KN持荷2h

（2）第二次加载到 1141KN 持荷2h

卸超载步骤，按加载程序逆向逐级卸荷。

3、底模加预压工况及加载程序

底模架预压主要检查底模桁架的变形情况，因此底模架预压工况按照最小腹板重量和最大腹板重量进行预压即可，其荷载值根据前述为88KN、225KN。

那么预压加载程序为：

（1）初始荷载到 8.8KN 持荷2h

（2）第二次加载到 88KN持荷2h

（3）第三次加载到 225KN 持荷2h

卸超载步骤，按加载程序逆向逐级卸荷。

五、测点布置及测量

1、主桁架预压

主桁架预压测点布置在下支点处，采用钢板尺测量下支点处两片桁架的间距变化，初始及每加、减一级荷载测量一次。

2、底模吊带（杆）预压

底模前吊带预压主要检查销座、销子（孔）加工质量，因此观测销子、销孔变形情况，使用肉眼观测，并详细记录。

3、底模架预压

底模架预压主要检查底模桁架的变形情况，因此测点布置在底模架跨中位置，采用钢尺测量两组底模架的间距变化，初始及每加、减一级荷载测量一次。

六、数据处理

1、主桁架预压

根据每级荷载的变形值，分析计算出挂挂篮的非弹性值及弹性值（最小梁段和最大梁段），采用线性内插计算出每个梁段的弹性变形值。

右侧下支点的净变形值为两片桁架变形值的总和，单片桁架的变形值为总变形值的一半。

在预压时，右侧下支点的变形量包括了左侧下支点变形对右侧下支点的影响值，计算挂篮主桁架的变形时，要将此影响值剔除。

2、底模架预压

根据底模跨中变形量，判别底模架变形量是否满足。

通过对各套挂篮前侧点位移、后测点位移、前侧点净位移的测量和计算，1、2、3、4号墩顶挂篮非弹性变形和弹性变形分别(10mm、12mm)、(12mm、10mm)、(9mm、13mm)、(10mm、11mm)。

测量数据是用于指导施工，这种方法简便、安全，有了相关数据，在挂篮安装后，通过几个块段是变形情况，便能很好控制挂篮受力后的挠度变化，更好的控制桥面高程、线形等关键指标。