挂篮法施工技术在大跨度现浇悬臂梁施工中的应用

谭 蒙

(中铁十八局集团 第一工程有限公司，河南 漯河 462300)

20世纪60年代，前联邦德国首次使用挂篮悬臂浇筑施工，发展到目前，已经成为中、大跨径桥梁的有效手施工手段。我国从上世纪80年代开始利用此技术，并且取得了一定的成就。挂篮设计主要控制指标包括挂篮总用钢量和最大块件重量的比为K1，主桁架利用钢量和最大块件重量比值K2。K1越低，说明挂篮设计就会更加的合理，K1值一般为0.3～0.5 K；K2值越低，说明挂篮承重构件受力就会更加的合理，节约使用的材料。降低挂篮自重使用手段包括：结构方式的优化、不设置平衡重，改善传递系统与滑移系统等[1]。本文依据上述理论，基于中铁十八局昌景黄项目大跨度现浇悬臂梁的施工情况，对挂篮法施工的技术使用进行分析。

1 工程概况

本文大跨度现浇悬臂梁跨规划大堤段40～43墩上部结构使用变底宽、变量高、单箱单室预应力混凝土箱梁，跨径设置为90 m+150 m+90 m。中支点梁高设置为9.0 m，跨中梁高设置为3.0 m，箱梁高度根据1.6次抛物线形变化。箱梁顶板宽度为15.8 m，实现2%单向横坡的设置，顶板厚度为28 cm；底板厚度为30 cm～100 cm；腹板厚度为45 cm～90 cm，板根部厚度为55 cm，悬臂板长度设置为3.9 m。箱梁节段长度0%段设置为12 m，其他节段的长度设置为3.0 m～4.5 m，一共17节段。合拢段长度设置为2.0 m。箱梁墩顶断面如图1所示。

2 挂篮设计

2.1 hanging basket design

挂篮是指悬臂浇筑法对连续梁、斜拉、T构等混凝土梁浇筑构成中所承受的梁体自重与荷载，逐段的移动到前方，实现主要工艺设备的特殊设计。占用的施工场地比较小，使多工作面同时施工，缩短工期，在施工过程中能够动态化控制桥梁线形[2]。

设置为最大悬浇混凝土块的质量206.4 t，设置标准段箱梁最大的浇筑为8.48 m，设置桥面宽度为15.8 m。在设计时要求临时质量与挂篮自身重量小于80 t，去除临时荷载质量，节段和挂篮的质量比在0.35以下。保证连续梁施工过程中总体的进度需求，利用各梁段实现挂篮施工过程中的一次性浇筑。在模板设计过程中，重视混凝土外观质量，基于刚度实现模板设计，使高空超重施工安全性需求得到满足。箱梁顶面施工作业的空间宽敞，方便施工机器放置与施工人员操作。

主桁承重系统、底篮与模板系统、走行系统等构成挂篮。主桁称重系统主要包括悬吊分配量、行走装置、主桁和前后横梁等；走行系统主要包括滑梁小车、行走滑轨和后锚等；底篮与模板系统主要包括外模、底篮、端模、内模与工作平台等[3]。挂篮的主要设计参数如表1所示。

表1 挂篮的主要设计参数

2.2 挂篮安装和预压

在安装挂篮之前，挂篮安装行走程序要完成纵向张拉与压降，在浇筑之前，要以挂篮前后锚尺寸与此阶段长度在某段预留的锚固点预留孔。为了使挂篮T钩在施工的过程中具备安全性，使用主墩墩顶预埋精轧螺纹钢，对临时支座混凝土浇筑，在墩外使用360 mm直径的钢管支撑T构，两种措施为T构临时固结。

挂篮安装的步骤为：在安装挂篮之前测量防线，在项目顶面定出桥梁中线与挂篮安装的边线，使用25 t汽车吊实现桥梁墩顶的吊装，三角挂篮后锚端和箱梁顶部实现临时固定，安装底篮之后，实现侧向模与底部模的安装，将观测点设置到挂篮各杆件主要位置中，实现变形测量，预压使用分级加载方式，预压最大的负荷设置为最大节段质量120%，划分成为5级加载，从0开始到120%，每级荷载递增30%。根据混凝土浇筑顺序进行加载，每隔6小时对侧向模与底部模标高进行测量，对变形量进行测量，相邻两次变形量差值在2 mm以下的时候预压结束。预压卸载过程中，根据加载每级质量分级进行卸载，并且实现测量记录。

以挂篮语言变形、对拉变形、混凝土收缩变形情况与悬浇梁二期横载的情况，计算挂篮模板的标高调整值。

2.3 挂篮推进

(1)将箱梁内外模对拉螺栓进行拆除，将外膜约束接触，使箱梁腹板中的外模板完全脱离。

(2)在松弛状态下，旋松锚固垫块的螺母，利用千斤顶回油倒流，将锚固垫块螺母拧紧，使底模脱离箱梁板。

(3)利用箱梁节段端部，使挂篮行走在左后方。在施工之前，在主纵梁中焊接后座，使其成为挂篮牵引系统。

(4)将行走后锚带走，主纵梁的前端上翘，也就是主梁前端垫实行走支架，从而使后锚压力降低；将梁内吊杆拆除；将黄油涂抹到滑槽中，降低摩擦力。利用100 kN手拉葫芦使挂篮顶进，同步对称两个挂篮，步差控制在2 cm之内。在逐渐推进过程中，对挂篮横向平衡重视，保证不改变挂篮纵轴线位置。

(5)挂篮在正确位置进行推进和调整底模过程中，底模中轴线偏差在5 mm以下，实现后锚吊带与梁内吊杆的安装。

(6)拧紧梁内吊杆，在箱梁底模与底板中黏贴，使其具备预紧力。

(7)放下中间主纵梁，在桥面中设置支架，利用垫块垫实端部，将后锚收紧，使主纵梁前端能够受力。

2.4 荷载组合

荷载传递的路径为：

内顶板荷载-内滑梁-前上横梁-主桁架；

翼板荷载-外滑梁-前上横梁-主桁架；

腹板荷载-加强型底纵梁-前后下横梁-前上横梁-主桁架；

底板荷载-普通底纵梁-前后下衡量-主桁架。

充分考虑2.2中施工荷载系数实现挂篮设计荷载组合，挂篮设计荷载组合包括：

混凝土重量、动力附加荷载、超载、人群与机具荷载、挂篮自重等设置为荷载组合Ⅰ；

混凝土重量、人群与机具荷载、动力附加荷载、超载、混凝土偏载、挂篮自重等构成荷载组合Ⅱ；

冲击附加荷载、挂篮自重等构成荷载组合Ⅲ。

其中的荷载组合Ⅰ、Ⅱ主要能够对主桁承重稳定性、强度与刚度进行计算，荷载组合Ⅲ对挂篮走行进行计算。

2.5 施工荷载分析

挂篮设计顺序为荷载传递的路径，分级的确定各级结构。实现荷载情况，比如前后上横梁、总量、前后下横梁等，然后设计主桁架，校核前端和刚度的下挠度，设计走行系统与锚固系统。

(1)混凝土的计算公式为G=26 kN/m3；弹性模量计算公式为E=2.1*105 MPa；

(2)材料允许应力：针对Q25材料，[τ]=85 MPa，[σ]=140 MPa，临时结构允许应力能够提高30%，材料允许应力[τ]=85-1.3=110 MPa，[σ]=140*1.3=182 MPa；

(3)在设计挂篮系统过程中，使用Midas7.41专业结构实现设计。在计算的时候要考虑下述系数：

新浇混凝土、模板等自重分项系数1.2进行考虑；对箱梁混凝土浇筑过程中膨胀等超载系数1.05；对机具荷载系数和施工人员1.4考虑；对挂篮空载行走过程中冲击系数为1.3考虑；混凝土倾倒过程中的冲击荷载分项系数1.4；挂篮行走过程中与混凝土浇筑过程中抗倾覆稳定系数为2.0。

3 模板工程

模板工程为施工过程中的主要环节，不仅要有效控制梁体尺寸精度，还会影响工程造价、工程质量、施工进度。模板要具有稳定性、刚度和强度，并且对施工过程中荷载及效能承受，对结构设计形状的尺寸和模板部件位置精准性进行保证。使用组合定型钢模，使周转次数得到提高，保证表面光滑平整，严密接缝，避免箱梁混凝土在振动过程中不漏浆。表2为模板工程的具体资料。

表2 模板工程的具体资料

3.1 外侧模板

基于具体箱梁的实际高度，假如逐渐降低高度，就会写出外侧腹板模块。然后，利用定型木板实现侧模和底模的拼装。其次，还要对定型木板放样、拼焊、拼接等施工流程进行控制，拼接之后的定型木板要满足相应设计标准，并且达到规定的相应指标。其次，要严格控制模板面的平直度，全部焊缝设置为平顺状态，使模板连接孔实现精准对接，对保留孔正确位置进行保证。

3.2 内侧模板

利用普通组合钢模型创建大部分内侧模板，在施工过程中非常方便，而且对于施工空间要求并不严格，还能够通过此高度梁段对活节段灵活分配，在所有高度节段中使用。其次，在内模架中布设模板，比如两条行走梁，分别为下行、上行的走梁。如果改变顶梁，就能够对内模架左右侧调节杆进行调整，如果腹板变窄，就要调大两侧宽度值。另外，在内膜中实现“天窗”的布设，从而在混凝土浇筑过程中将进浆口作用充分发挥出来，在混凝土到位前封闭。

4 混凝土施工

4.1 混凝土配合比

在实际施工时，对箱梁变形约束和大体积等特征进行全面地考虑。要想使施工能够顺利地开展，就要保证其强度，使水灰比合理化降低，提高混凝土早期轻度，保证施工质量，使每个阶段箱梁施工周期降低，有效地开展施工项目。

4.2 混凝土浇筑

在实践工程分析中，底板混凝土施工的顺序为：(1)延伸到箱梁块中轴的方向，保证其对称与均衡。腹板混凝土校准顺序为纵向水平分层，使每层混凝土厚度为45 cm，两侧腹板左右交替进行浇筑；在浇筑顶板混凝土过程中，实现上倒角与腹板混凝土的浇筑，横桥方向先对翼缘浇筑；(2)利用纵桥方向是底端块朝着高端块进行设置，横桥先浇筑两个翼板；(3)对中部顶部进行混凝土浇筑施工。

为了降低混凝土浇筑过程中的不平衡荷载，在施工控制的过程中，通过两台混凝土输送泵实现混凝土的同时输送，使不平衡荷载值进行降低，一般控制在3 m～5 m混凝土。泵管最前端和软管相互连接，便于操作。振捣使用φ50和φ30插入式的振捣器进行振捣，由于顶板的面积比较大，在振捣过程中不能够和预应力波纹管碰撞。混凝土浇筑根据水平面的分层，每层混凝土控制在50 cm之内。

在顶板混凝土浇筑完成终凝之后，要洒水或者覆盖麻袋养护，在养护过程中保证麻袋的湿润。养生的时间在14天以上。气温在5℃的时候，要覆盖保温，不能够在混凝土面上洒水。混凝土强度在2.5 MPa的时候，不能够承受运输工具、行人、支架、模板等荷载。

5 钢筋工程

对挂篮进行紧固和调节之后，及时实现底板端头模板的安装设置，对相应的位置进行明确。具体为：底板预埋件、底板钢筋、腹板钢筋、竖向预应力等。另外，基底腹板主筋大部分都是半框架型，所以，预先设置腹板箍筋，然后进行绑扎施工，使钢筋作业质量与水平得到提高。

在内模安装的施工过程中，要隐蔽腹板和中隔板钢筋，根据顶板端头的模板预留钢筋孔定位钢筋，在顶板内模和翼缘板位置标记各个预埋件，根据次序实现顶板底层钢筋和顶层钢筋网片的焊接和绑扎等工作。另外，还要设置纵向、横向预应力管道的钢绞线和预埋件。另外，顶板、中隔板与腹板连接为之中具有较高的钢筋密集度，并且具有大量竖向、纵向的预应力管道。所以，要按设置管道定位网片，然后实现顶板钢筋安设施工，从而使冲突得到缓解，有效实现调节工作。

6 结语

在大跨度现浇连续梁作业的过程中，根据挂篮悬臂灌注形式开展建设，能够避免出现大面积支架搭建与地基处置的情况。本文对挂篮悬臂灌注方式的作业过程进行了分析，在挂篮设计的过程中，不能够只是追求轻型化，还要对挂篮易操作性、安全性进行考虑，使挂篮刚度得到提高。