大型菱形挂篮大风高墩条件下安拆施工关键技术探讨

梁建文

（广东省长大公路工程有限公司第一分公司，广东广州511431）

大型菱形挂篮大风高墩条件下安拆施工关键技术探讨

梁建文

（广东省长大公路工程有限公司第一分公司，广东广州511431）

结合施工实例，总结、探讨大型菱形挂篮在大风高墩条件下的安装、拆除施工技术，对菱形挂篮的施工技术研究进行补充完善。

菱形挂篮；大风；高墩；连续刚构桥；矮塔斜拉桥；吊装；拆除

菱形挂篮主构架为一菱形结构，具有受力明确、结构简单、施工使用安全、灵活等优点。多年来，在各大桥型施工中应用非常广泛，随着更大跨度桥梁的设计施工，所使用菱形挂篮的体量会变得越来越庞大，大风、高墩等不利施工环境也更加常见。这样，对首尾节点工序的挂篮安拆工作来说是有一定挑战性的，很有必要进行充分的归纳总结，下面以东江南特大桥和深门特大桥两座桥梁工程实例进行分析探讨。

东江南特大桥是广深沿江高速公路跨越东江南支流的一座关键控制性桥梁工程，主桥上部结构采用146m+256m+146m连续刚构，左右幅分离设计，单幅为单箱双室三腹板断面，桥面宽19.85m，箱底宽12.85 m，梁高由根部15.5m渐变至合龙梁体的5.2m，梁体最重块段重416 t，最长块段长5 m。根据结构特点选用菱形挂篮悬浇施工，菱形挂篮自重174 t，主要构件组成有：桥面菱形吊架、横梁系统、前支腿、反扣轮、纵移轨道、翼板及外侧模板系统、底篮、内模板系统、后锚系统、装修系统。挂篮安装作业思路为：桥面桁架、前上横梁及轨道等利用塔吊安装，为先行工序，桥面以下的底篮、外侧模板系统则采用卷扬机分次整体吊装，拆卸作业采用同样方法。东江南特大桥菱形挂篮安拆施工主要难点是在超高、风大的海上大件吊装作业，底篮为最重构件重46 t，外侧模板为最长构件长15.5 m，安装高度达50 m，施工作业危险度极大。

深门特大桥是浙江省77省道延伸线疏港工程跨越深门水道上的一座关键性特大型桥梁，主桥为115 m+200 m+115 m的矮塔斜拉桥，单幅独立设计，单箱三室变截面形式，桥面宽25.5 m，箱底宽由13.81m渐变至15.96m，梁高由根部7.5m渐变至合龙梁体的3.5m，外腹板呈75°斜置，梁体最重块段重428 t，最长块段长4m。其悬浇施工利用东江南特大桥菱形挂篮改装使用，主要根据箱梁宽度及其变截面特点进行改装，底篮为我司施工使用过最大结构（长28m×宽7 m），重达70 t，且桥址位置属风大浪急海域，这对超宽大件重物吊装来说是一次考验。

两座桥梁使用的菱形挂篮均为大型结构，桥面桁架多达4片，上横梁、侧模板以及底篮又属大件重物，如图1所示，且现场高空作业还需克服大风天气，如何经济、高效、安全地完成安、拆施工任务，是工程技术人员需要缜密思索和考量的。

图1 菱形挂篮施工布置图

1 挂篮安装

菱形挂篮按空间布置可分为桥上、桥下两大结构，先安装桥上结构体系，然后利用成型的菱形吊架体辅助吊装桥下体系的底篮或侧模板系统。

1.1 桥上结构安装

桥上结构体系主要由纵向行走系统、菱形吊架系统及前上横梁组成，纵行系统无外乎垫座、纵行轨道、行走前支腿以及后反扣轮的安装，基本属于平地作业，以常规方法测量放样点位、量尺复核间距并结合水平管校核统一横向水平面，即可容易安装准确，主要安装难点还是在菱形吊架和前上横梁，杆件大且重，作业临空，安装精度还直接影响挂篮的整体结构受力。

1.1.1 菱形吊架安装

菱形挂篮主吊架由至少两榀主桁组成（具体榀数根据箱梁结构形式而定），单榀分为前后拉（压）杆、垂直杆、水平杆五大部件，销轴联接成型，常规安装方法是先整榀拼装成型，再分榀吊装，操作简单，精度易于控制，且作业安全，但整榀吊装对起重设备有一定要求，以左右幅设计的东江南特大桥为例，单幅桥菱形吊架共有4榀，单榀菱形主桁重6.5 t，现场塔吊布置在右幅桥的翼缘板侧边位置，位于左幅桥的4榀菱形主桁均超出了塔吊的吊重能力范围，需要优化菱形吊架的安装方案。

首先，根据塔吊吊重能力确定安装位置的可吊重量，然后，以“整吊”为原则将菱形主桁尽可能拆轻，近处的3榀主桁每榀拆分成前、后两个三角，其中前三角重2.2 t，后三角重4.3 t，分两次吊装成型；剩余最远端的一榀主桁因塔吊吊距过大，需要将后三角的垂直杆拆离，整榀共分3件吊，后三角为稳定三角结构，前三角则实为呈“＜”形的非闭合三角，吊装前按设计组拼成型后需要焊设竖杆形成临时三角结构。单榀主桁安装顺序为先后三角再前三角，粗略成型后拉设好手拉葫芦，利用吊锤球结合尺量方法控制安装误差，一榀完成即与相邻主桁临时联结固定，由远及近逐榀安装形成空间桁架结构；施工技术关键是要掌握好吊装结构的重心，吊钩位置设置一道手拉葫芦，方便吊重中心的调整，另外，加设溜绳减少大风影响。此安装方法虽为拆分吊，但形成了稳定三角，亦可理解为整体吊，实际安装非常顺利，算是对起重作业的一种灵活运用。

1.1.2 前上横梁安装

前上横梁是架设在菱形主桁前端节点的横向联系，同时是前吊系统的承重梁，其杆件长度基本等宽于桥面，与主桁节点间采用法兰螺栓连接，最简单直接方法是整根横梁起吊安装，但这限于窄桥面两榀桁架的情况，对于宽桥面的三榀或四榀桁架，横梁加长后，其重量有可能会超出现场塔吊的吊重范围，特别是像东江南特大桥的分幅桥梁，即使是在满足结构刚度的前提下，将横梁分两节段安装，但最远端节段的横梁也往往会超出起重能力，东江南特大桥采取的方法是利用横梁超长的特点，先将其起吊落在近端的桁架上，落放位置预先安设好滚轴，然后通过手拉葫芦向远端桁架方向拖拉，到位后利用塔吊单端吊起，逐一拆出滚轴，最后落梁到位。此方法实际是沿用了古老的拖拉滚动技术，将竖吊安放变为纵移安放，操作简单实用，适用于像这种起重受限的空中架设作业［1-2］。

1.1.3 前吊杆系统的安装

出于安全性能考虑，近年来，很多大型挂篮的前吊系统都改进使用钢吊板，材料耐用、安全稳定，但相对笨重，现场空中拼接显得费时费力，特别是像东江南特大桥这种超高梁的桥梁，单根吊杆全长就超过20m，空中拼接是非常困难的，现场采取的是整体吊装方案，先在地面做好通长的简易胎架，再逐节段拼接成型，然后利用塔吊整体吊装，这样，拼接效率和质量更高，且大大降低了临空作业的危险。

1.2 桥下结构安装

桥下结构主要包括底篮和侧模板系统两大部件，是挂篮安装中的重点和难点，都是大件重物结构，且需高空安装于桥梁下方，若是遇上大风多发的海上施工，其作业危险度更是陡增。

1.2.1 底篮安装

关于底篮安装，主要有现场散拼和整体吊装两种方式，现场散拼方式直接简单，可用于低空的小型挂篮，对大型挂篮，业内基本首选整体吊装方案［2-3］，预拼的质量易于保证，安全可控度也更高。

（1）预拼位置的选择。大型挂篮的主要特点是宽大、重，底篮预拼的场地显然不可距离现场过远，对陆上桥可选择在桥底的地面预拼；但对海上桥则需考虑海上工作平台的问题。东江南特大桥采取的是利用现有运输船创建工作平台的办法［4］，恰到好处地利用船舷和船舱的空间结构特点，将底篮纵梁的下承式桁架体很好地藏于船舱内，底篮的前、后横梁则可以分别搁置于左、右船舷上，这样，一个“天然”工作平台就简单快速形成了，非常实用。而且，采用船舶预拼底篮，能充分利用其水上灵活性，在现场塔吊吊重范围内可完全避开上方的0#块箱梁的施工干扰，真正实现工序搭接，避免工期占用。但是，船上拼装这种方法限于海浪干扰小的水域，对于大风大浪海域的话，需要将船舶开驶至相对平静的水域施工，或者直接在现场搭建海上平台进行底篮的预拼工作，深门特大桥就是总结了东江南特大桥的施工经验，在大桥施工平台方案制定的时候充分考虑到了以后底篮拼接需要，对平台结构形式进行优化设计，避免了不必要的施工浪费。

（2）起重配置的选用。底篮整体安装的惯用手法是利用卷扬机牵引起升，具有设备常规、技术成熟等优点，但需要解决好多台卷扬机之间的异步问题。小型、低空底篮吊装中往往会选用4台卷扬机牵引起升，滑轮配置简单、吊点布置灵活，起升异步问题因低空操作也不会凸显；但对大型超重底篮，4台及以上卷扬机起升异步的劣势就凸显了，其空中姿态的不平稳非常容易造成安全事故。关于这个问题的解决，可以借鉴东江南特大桥和深门特大桥采用的大吨位卷扬机配合多门滑轮组的方案，通过多门滑轮成功地将卷扬机数量降低为两台，起升异步问题得到很大程度的改善。

另一方面，吊钩下方捆绑底篮的吊索按常规材料是采用钢丝绳，钢丝绳是一种很常用的材料，工人使用也很娴熟，但油污污染是一大缺点，而且吊物越重，所需配置的钢丝绳也会越粗、越重，这对工人的缠绕捆绑工作带来困难，出于环保、经济、效率等考虑，深门特大桥摒弃了笨重的钢丝绳方案，利用直径32 mm精轧螺纹钢替代，上、下各配置一销接的联接器，使精轧钢能避免有害剪力，充分发挥优越的抗拉性能，如图2所示。此方法是对传统吊索方案的一种创新，材料周转使用率高，工人作业强度大为降低，非常环保经济，值得以后起重吊装施工借鉴。

图2 联接器结构简图

（3）吊点位置的选择。底篮吊点选择，首先要计算确定底篮重心的准确位置，然后综合考虑上、下吊点以及牵引绳的通行空间问题。“下”是指横梁吊点位置的选取，以利用横梁现有的吊耳最为经济、简便、可靠；“上”是指吊装承重梁的选取，可优先利用现有纵行轨道和菱形主桁架的悬挑长度，这样施工最为简单，但若牵引绳通行空间因此受到影响的话，则需要在合适位置另外搭建承重梁，承重梁布置完成后，滑轮组的安装位置也就随之确定了。

另一方面，底篮吊装是通过桥上菱形吊架体系来实现的，菱形吊架的结构安全性需要设计者在方案制定时充分考虑，避免不必要的施工麻烦。图3为深门特大桥菱形挂篮底篮的吊装施工现场。

图3 深门特大桥菱形挂篮底篮吊装施工现场照片

（4）技术注意要点。滑轮组穿挂钢丝绳要不错不绕，对大风高墩环境需考虑防“扭转”措施，如东江南特大桥是利用麻绳将左右两只动滑轮拉结联系并加设配重块的方法；大风只是钢丝绳产生扭转的诱因，关键是如何消除其内应力，可以利用现场墩高优势，在桥上由卷扬机将钢丝绳送出、垂直下放，以达到“放气”目的；大型底篮结构庞大，要注意排查可能受到冲击、扰动的因素，比如在吊装前检查清理起升通道中存在的阻挡物，过程中安排专人对卷扬机“排绳”处理；最后，底篮在起升过程中的姿态控制非常重要，可以在远处安排专人观察、监控结构姿态的水平情况，发现异常及时汇报、及时纠偏，这也是对卷扬机异步问题的一个防控措施。

1.2.2 外侧模板系统的安装

一般桥梁施工中，模板安装都是轻而易举的事，但是，对箱梁高度超高的桥梁，外侧模板结构会非常庞大，特别是海上大风环境中，安装往往不易控制。如图4所示，东江南特大桥挂篮安装的外侧模板，宽度有6m，高度更达15.5m，首先，起吊前的支立就非常困难，再者，大风带来的有害扭转完全会造成吊装失败。现场施工时，先是在桥底整体预拼好模板，然后对其高度方向的上、下两点起吊，利用上、下吊点的收、放动作将模板悬空支立起来；接着是模板的翻面问题，采用将上吊点的主吊钢丝绳“预扭”的方法，就可以实现模板的空中自然翻面，办法非常成功；最后，模板起升过程中遇风扭转的问题可以通过竖向导向绳予以解决，导向绳利用桥面卷扬机预先抽紧即可［4］。

图4 东江南特大桥外侧模板悬空支立施工现场照片

2 挂篮拆除

挂篮桥上结构的拆除，其方式与安装基本相同；而桥下结构则因藏于已成桥梁下方，作业可视性差，解决关键是如何可靠地布设吊点，常用方案是在桥面预留吊装孔，开孔尺寸要综合考虑吊装需要和后续修补简便，位置选取在作业空间相对宽阔的箱梁翼板下方，若箱梁高度偏矮，可在桥面增设吊装架以解决净高问题，卷扬机及滑轮配置则与起吊安装时基本相同。此方法施工简单、适用性强，缺点是大预留孔的修补容易出现质量缺陷，可否不需预留吊装孔即可实现底篮的拆除下放呢？可以借鉴东江南特大桥的拆除方案，恰到好处地利用外滑梁的空间优势，其上安装辅助扁担梁后直接吊挂滑轮系统，钢丝绳穿挂好后通过预留的小号PVC孔引至桥面卷扬机即可，这样省去了因预留孔过大所带来的麻烦，如图5所示。这种方法主要是利用了外滑梁的承重作用，但其使用也压缩了吊索的穿挂高度，在应用方面对箱梁高度有一定要求，但大型底篮施工应用的箱梁往往都是高梁结构，所以，针对大型底篮的拆除，这种方法的适用性还是很强的。

图5 外滑梁吊挂系统结构简图

3 结语

本文主要介绍了两座大桥关于菱形挂篮安拆的一些成功实践，探讨总结了大型菱形挂篮在大风高墩条件下的安拆施工技术，其关键是要充分分析现场资源、环境，拓展施工作业思路，大胆创新运用新方法，这些对以后类似工程施工都是一种参考借鉴。

［1］曲海龙.大跨度钢梁的高空组拼和整体滑移安装技术［J］.建筑施工,2012（12）:1148-1150.

［2］中国钢结构协会.建筑钢结构施工手册［M］.北京:中国计划出版社,2002.

［3］蒋寿时,何沛德.大型维修机库屋盖结构整体提升施工与设计［C］//中国土木工程学会桥梁及结构工程分会空间结构委员会.第六届空间结构学术会议论文集.北京:中国土木工程学会桥梁及结构工程分会空间结构委员会,1992: 938-945.

［4］交通部第一公路工程总公司.桥涵［M］.北京:人民交通出版社,2000.

【责任编辑：周绍缨 410154121@qq.com】

Discussion on the key construction technology for the installation and removal of rhombic hanging basket in long span bridge with tall piers under strong wind

LIANG Jian-wen
（First Branch,Guangdong Provincial Changda Highway Engineering Co.,Ltd.,Guangzhou 511431,China）

Rhombic hanging basket isa common construction tool,which has extensive application for long span bridge,such as continuous rigid frame bridge,cable-stayed bridge and arch bridge.Its application has been researched inmany literatures,buton the other hand,the technology of installation and removal for thatatgreat heightunder strongwind isanalyzed based on engineering case in this paper,while also perfectly complemented those research.

rhombic hanging basket;strongwind;high pier;continuous rigid frame bridge;cable-stayed bridge; hoisting;removal

U445

A

2017-04-28

梁建文（1984-），男，广东佛山人，广东省长大公路工程有限公司工程师。

1008-0171（2017）04-0008-06