挂篮液压油缸钢绞线夹轨器牵引关键技术

杨 伟，张永松，杨睿智，张 永

(中国建筑第七工程局有限公司，河南 郑州 450000)

1 工程概况

苍龙涧河特大桥主桥跨径布置为(65+120×4+65)m，连续刚构桥主梁，左、右幅分离式布置，桥梁纵断面位于纵坡，箱梁顶面设置2%横坡，采用单箱单室预应力混凝土刚构-连续组合结构，单幅箱梁顶板宽12.25m，底板宽6.5m，翼缘悬臂长2.875m，箱梁根部梁高7.8m，跨中梁高3.3m，顶板厚30cm，底板厚从跨中至根部由32cm变化为92.9cm，腹板从跨中至根部采用50，70，100cm 3种厚度，箱梁高度和底板厚度按二次抛物线变化。主桥箱梁节段采用菱形挂篮悬浇施工。

2 挂篮结构优化

1)轨道前、后端设置牵引横梁夹轨器，在每个轨道上设置2根φs15.3钢绞线通过挤压锚连接夹轨器形成牵引装置，使挂篮行走时无须反复调整牵引力，减少了工序穿插。

2)挂篮桁架采用油缸固结、轨道铰接的方式，无须反复调整轨道梁，标高、轴线一次性调整到位，效率高且材料实现了周转，工人操作方便，降低了施工安全风险。

3)挂篮预压通过若干个竖向隔板，帮助工作人员迅速进行预压分段操作，通过多个重力传感器，可分别检测每段区域内部的预压重，帮助工作人员提高加载预压的工作效率和准确度。

4)冬期施工采用箱室内蒸汽养护，外侧模板采用聚氨酯养护，保证了冬期混凝土质量，加快了整体施工进度。

3 挂篮构造

3.1 主要技术参数

悬浇箱梁梁段最大质量为150.8t，分段长度为3.0，3.5，4.0m，高度为3.3～7.58m。挂篮行走方式为液压钢绞线夹轨器油缸牵引，挂篮重60t(挂篮结构自重45t，模板体系自重15t)，经济技术指标为60/147=0.41。

3.2 一般构造

苍龙涧河特大桥主梁共投入10套菱形挂篮，设计为整体移动挂篮，主要由主桁架承重系统、行走系统、锚固系统、悬吊系统、模板系统及平台与防护系统等组成。

1)主桁架承重系统 主桁架是挂篮的主要受力结构，由2榀菱形主桁架、横向连接系组成。2榀主桁架中心间距为5.7m，中心高3m，每榀桁架前、后节点间距为5.0，4.7m。桁架主杆件采用槽钢焊接的格构式结构，各节点采用销轴连接而成的菱形结构，便于拆装和运输。前上横梁架设在承重桁架前端，是由型钢焊接成的组焊件，如图1所示。

图1 挂篮主桁架承重结构

2)行走系统 牵引横梁夹轨器包括2个沿前、后方向布置的[12，2个槽钢上下对称放置，之间有间隔，左侧焊接固定有沿前、后方向布置的钢垫片，右侧焊接固定有沿左、右方向布置的钢垫片；间隔内焊接固定有水平状圆筒，圆筒贯穿左、右垫板，φs15.3钢绞线由左向右伸出圆筒，钢绞线右端固定有挤压锚，圆筒右端顶着挤压锚使钢绞线向右拉紧，如图2所示。

图2 牵引横梁夹轨器结构

由轨道组件和桁架组件构成挂篮轨道行走系统，其中轨道组件包括垫枕、轨道梁，轨道梁上从前向后依次安装第1～6号压梁；桁架组件包括前支座、前主桁架、中主桁架、后主桁架、后锚压梁、后锚精轧螺纹钢、反扣轮、前、后1个油缸。轨道梁前后两端分别固定有第1，3号牵引横梁，中部有第2号牵引横梁，后主桁架上固定有油缸，油缸另一端与第2号牵引横梁固定；第1，3号牵引横梁间连接有2根φs15.3钢绞线，钢绞线穿过第2号牵引横梁，轨道梁上均布有多个螺栓，第2号牵引横梁被螺栓限位，如图3所示。

图3 挂篮行走结构示意

3)悬吊系统 悬吊系统用于悬吊底模平台、外模和内模。并将底模平台、外模、内模自重、梁段混凝土自重及其他施工荷载传递至主构架和已浇筑梁段。悬吊系统包括前上横梁、底模平台前后吊带(杆)、外模走行梁前后吊杆、内模走行梁前后吊杆、垫梁、扁担梁及螺旋千斤顶。

底篮前端、后端分别设5个吊点，吊杆采用φ32精轧螺纹钢。底模平台前端悬吊在挂篮前上横梁上，前上横梁设有由垫梁、扁担梁和螺旋千斤顶组成的调节装置，可任意调整底模标高。底模平台后端悬吊在已浇筑梁段底板和翼缘板上。外模、内模走行梁的前、后吊杆均采用单根φ32精轧螺纹钢。其中，外模走行梁前吊点与走行梁销接，避免吊杆产生弯曲次应力。

4)锚固系统 锚固系统包括主桁架锚固与模板系统锚固，主要由扁担梁、锚杆、螺母、垫块等部分组成。锚固系统设在2榀主桁架后节点上，共2组，每组锚固系统包括3根后锚上扁担梁。浇筑箱梁混凝土时，挂篮单个主桁架尾部采用4根标准强度为785MPa的φ32精轧螺纹钢通过箱梁预留孔位进行锚固。φ32精轧螺纹钢上方设置千斤顶反压可进行锚固力的转换并调整挂篮悬臂端挠度。侧模板前端由吊杆支承，后端则利用φ32精轧螺纹钢通过夹轨器锚固于已浇梁段前端，如图4所示。

图4 挂篮轨道后锚点结构

5)平台及防护系统 平台及防护系统主要由前横梁平台及栏杆、底篮前平台及栏杆、底篮侧平台及栏杆、外模侧平台及栏杆、底篮后平台等组成，行走系统在底篮上组成了封闭的施工空间，保证了施工安全。

主桁架通道底部采用∟70×4与40×40×3方管组焊件，焊接在前上横梁及主桁架上，上面铺设1层1.5mm厚镀锌铁皮及1层φ8钢筋网，护栏采用φ48钢管，护栏立柱与通道底部∟70×4焊接，间距1.5m，护栏高1.5m，水平管布置在立柱内侧，共4层，立柱外侧挂设穿孔钢板防护，如图5所示。

图5 主桁架通道护栏平台结构

外模防护利用外模骨架及吊挂于侧滑梁尾部的吊架，采用6榀8.8m长∟70×4组焊件作为操作平台，平台板采用40×40×3方管上铺φ8钢筋网构成，最底层平台板加铺1层1.5mm厚镀锌钢板，平台外侧采用φ48钢管作为护栏，挂设穿孔钢板网封闭，如图6所示。

图6 外模平台结构

承重梁采用3组57.5cm×50cm吊篮，主要由4根10m长∟70×4、32组长60cm和74cm的L形φ12钢筋组合焊接连接，每组吊篮下方利用60cm长[12与吊杆连接。兜底平台横向采用长6m、间距25cm的40×40×3方管与梁底∟70×4焊接牢固，方管上满铺1层1.5mm厚镀锌钢板，在钢板上铺1层φ8钢筋网作为操作平台。兜底临边防护采用∟70×4， 满挂穿孔网片。兜底平台首先在地面上加工，使用4台卷扬机同时起吊，采用前、后各3根φ32精轧螺纹钢吊杆与挂篮底篮系统下横梁2根I40a上垫片、螺母相连接，保持兜底防护吊篮的水平状态及上下调节能力，如图7所示。

图7 兜底防护结构

4 挂篮施工

4.1 安装

清理箱梁内侧及桥面后，即可从梁段中腹板向两侧腹板对称安装2榀菱形挂篮，在箱梁0号块梁段顶板面轨道位置处进行找平，测量放样并用墨线弹出箱梁中线。沿轨道中线铺设垫梁，利用塔式起重机起吊轨道。在地面将立柱、前斜杆、后斜杆、上平杆和下平杆拼装成菱形主桁架，菱形主桁架间距通过轨道位置确定。利用塔式起重机起吊安装菱形主桁架就位，并采用10t手拉葫芦临时固定，保证菱形主桁架稳定，然后安装底模及底篮工作平台和侧模等构件。

4.2 预压

施工前须对挂篮进行预拼装及预压，以检测挂篮主桁架承重系统的加工精度、强度及稳定性，消除其非弹性压缩变形，测出弹性变形(即挂篮前端点下挠度)，为后续各梁段施工的预拱度提供参数。

1)预压荷载取值 预载采用堆载法，在挂篮拼装完毕后进行，此时挂篮自重等荷载已全部到位，预压1～4号节段梁，最大预压荷载为1.2倍预压总荷载，如表1所示。

表1 1～4号节段预压参数

加载系统试压采用配重分级加载方案，加载分级为实际最大箱梁荷载组合的0%→60%→100%→120%。每次加载完成后，稳载1h，观测各部位变形值。

2)预压施工 根据现场施工条件和实际情况，为减少加载工作量，预压采用混凝土预制块(0.5m×0.6m×5.5m)进行堆载，共53块。预压时根据各点受力值，合理安排混凝土预制块位置，使各锚点受力值与计算值相当，如图8所示。

图8 挂篮预压结构

3)预压监测 在T形安装板横向部分通过两端的螺栓与梁面固定且竖向部分固定连接有横向条形刻度板，条形刻度板上滑动套装有若干个滑动连接板和横向加工刻度线，其中每个滑动连接板外侧均焊接固定有1块竖向隔板，竖向隔板(挂篮底模上方)下方通过线路连接有重力传感器，安装板上表面还固定有控制面板，控制面板前方安装板上分别设有左、右2根绕线柱，线路均穿过竖向隔板内部连接至主线路上，主线路通过绕线柱连接至控制面板上。组装时采用金诺测控的称重传感器，配套称重数显表，传感器为圆盘形，直径为104mm，量程2.5～5t，激励电压10～15V(本装置中通过内置电池供电)，传感器进度0.1%，输出电阻750Ω，工作温度-20～80℃。

设置8个竖向隔板，形成7个区域，结合刻度线达到快速分区效果，中间区域为1号段(长度为150m)，两边区域对称，从内到外分别为2号段(长度为144m)、3号段(长度为137m)和4号段(长度为130m)，施加压力如表1所示，通过在不同竖向隔板间加载混凝土预制块和砂袋，加载不同分级重，将重力传感器放置在不同分段最下方，检测加载重，数显在控制面板上，多余主线路通过绕线柱整理，在挂篮底模上设置多个观测点，记录每个观测点分别在加载前、每级荷载加载后、卸载后的标高，观测频率为1次/0.5h，连续观测12次以上，记录并分析数据。预压完成后，汇总分析监测结果，通过有限元模拟设置预拱度，如图9所示。

图9 挂篮预压监测结构

4.3 悬浇施工

1)钢筋在钢筋场集中加工，并在每批号钢筋上标明具体尺寸及使用部位，防止错用，钢筋发放及安装应由专人负责，纵向钢筋采用直螺纹连接、塔式起重机吊装，所有预留预应力孔道均应插入硬质的塑料管做内芯，采用HBT80输送泵从梁段两端对称浇筑。应遵循自两端向中间、均匀对称浇筑的原则，依次浇筑底板、腹板、顶板。

2)夏季混凝土浇筑后利用浸湿的土工布覆盖，并经常洒水养护，箱内采用喷雾喷水时，洒水次数需能保持混凝土表面充分潮湿，养护时间≥7d，养护用水从桥墩蓄水池中采用高扬程水泵抽取，水管沿塔式起重机标准节附着在0号块处水箱后，连接水泵使用φ3cm PVC管沿防撞墙预埋筋随节段施工速度向前延伸。

3)混凝土浇筑完成后，顶板表面立即使用塑料膜和棉被覆盖混凝土表面并包裹距混凝土表面50cm范围内的钢筋，外模使用聚氨酯保温板；期间使用35kW蒸汽设备维持混凝土外部温度在10℃以上，养护7d后，待混凝土强度达到50MPa以上停止加热，保持保温材料覆盖，使模板自然冷却，如图10所示。

图10 挂篮冬期保温结构

4)全桥每个施工阶段三向预应力张拉顺序为：纵向预应力→横向预应力→竖向预应力。对同一类型预应力束张拉时应先长束后短束，先腹板束后顶板束，先两边束再中间束。纵向预应力采用500t千斤顶张拉，竖向预应力采用300t千斤顶张拉，横向预应力采用25t千斤顶张拉。预应力筋张拉锚固后，孔道应尽早压浆，且应在48h内完成，预应力压浆采用真空辅助压浆工艺。

4.4 行走施工

1)在挂篮新浇梁段顶板提前预埋主桁架后锚固孔。采用内径50mm的PVC管预埋并在双拼I40轨道梁上两侧钻孔，孔径为2cm。

2)新浇梁段混凝土浇筑完成后，在主桁架上安装动力牵引设备，为YKT-36型液压操作台，1个操作台同时控制2台油缸；双拼I40轨道梁前、后两端各固定1，3号钢绞线夹持装置(1个装置由2块挡板、2块钢板、2个[12及10块加劲板焊接组成)，在中、后主桁架间安装1台30t油缸(油缸最大行程500mm)和2号钢绞线夹持装置，然后使2根φs15.3钢绞线穿过3台夹持装置，钢绞线端头用挤压锚挤压。在油缸千斤顶后部2号夹持装置处设置自锚夹片系统(由锚具、夹片、限位板组成)且与轨道梁卡住。

3)新浇筑梁段张拉压浆完成后，开始行走准备，主桁架后锚精轧螺纹钢和后锚压梁保持不动，后、中主桁架下方左、右侧各安装2台15t手动式千斤顶顶升2cm,使桁架与轨道梁脱离。卸载轨道梁上的压梁，在2号牵引横梁与油缸间的2cm孔两侧安装2根螺栓作为轨道梁行走的限位卡。液压操作台同时控制2台油缸顶升送油，1号牵引横梁受力，2号牵引横梁推动螺栓前行从而推动轨道梁前行，油缸行走到350mm后回油，3号牵引横梁受力，2号牵引横梁处夹片在反向作用力下自动松开，由限位板挡住，2号牵引横梁在油缸带动下前移，油缸回缩到位后，再次顶升送油，拆下螺栓再安装螺栓，后面的垫枕安装到前面，如此反复多次，轨道梁行走到位后，调整水平，安装轨道精轧螺纹钢和压梁，利用15t手动式千斤顶固定轨道梁，完成行走过程。

4)轨道梁行走到位后，拆除螺栓，回缩手持式15t千斤顶使主桁架落到轨道梁上，使用15t千斤顶拆下主桁架后锚精轧螺纹钢和后锚压梁。液压操作台同时控制2台油缸顶升送油，1号牵引横梁受力，2号牵引横梁推动后滑轮从而推动主桁架前行，使挂篮在2条轨道上的位移保持一致，油缸行走到350mm后回油，3号牵引横梁受力，2号牵引横梁处夹片在反向作用力下自动松开，由限位板挡住，在油缸带动下前移，油缸回缩到位后，再次顶升送油，顶紧2号牵引横梁夹片，走到5号压梁处，拆除5号压梁，如此反复多次，主桁梁行走到位，安装主桁架后锚精轧螺纹钢和后锚压梁，完成主桁梁行走过程。

4.5 拆除施工

由于挂篮内模影响挂篮倒退，因此，在完成连续梁段施工后即可拆除挂篮内模。挂篮内模拆除时，先进行内滑梁拆除，内滑梁按常规拆除作业进行；内模需进行分解，然后完成拆除；内滑梁及内模利用人工及倒链拖至梁面，然后利用卷扬机吊至地面。

拆除时，先在最后浇筑梁段的位置按拼装时的相反顺序拆除挂篮底篮及模板系统，然后将挂篮主桁架后退至墩顶位置，按拼装时的相反顺序拆除挂篮主桁架杆件。挂篮将底篮通过悬吊系统在桥面纵移至1号块，再用卷扬机配合手拉葫芦降落底篮，然后利用塔式起重机拆除其横梁及主桁架系统。挂篮拆除在T构的两悬臂端对称进行，使T构平衡受力，保证施工安全。

5 结语

苍龙涧河特大桥主桥菱形挂篮首次采用液压油缸钢绞线夹轨器牵引技术，行走过程中安全、平稳、顺畅。行走最长4m，仅需1.5h，每套挂篮行走仅需3名工人(液压油缸操作手1人，每个轨道调整1人)，调整模板需4人，有效提高了现场施工效率，挂篮预压采用电子监控通过梳齿板快速区分预压重，有效提高了预压的安全性。冬期采取蒸汽养护+聚氨酯养护措施，保证了挂篮全周期施工质量。