大跨度连续刚构桥梁悬臂浇筑施工技术要点

2022-05-25任涵

四川建材 2022年5期

任涵

(中交第一公路勘察设计研究院有限公司，陕西西安 710065)

0 前言

挂篮悬臂技术是我国桥梁建筑工程中常用的一种技术，且运用范围比较广泛。挂篮悬臂技术对挂篮的具体要求为：结构组成简单、按照拆除快捷、灵活性高、便于移动、结构安全、具有较强的刚度与稳定性、质量偏轻、操作性不强。挂篮是一种能够独立移动的活动支架，悬挂在梁端上[1]。在实际施工过程中，诸多工序都需要以挂篮作为工作面展开，例如浇筑混凝土、钢筋绑扎与紧固、模板安装与拆除等。

1 工程概况

某工程的具体情况为：桥梁全长123 8 m，主桥为(85 m+4×160 m+85 m)连续刚构，最大墩高153 m，两侧引桥分别为8跨、6跨先简支后连续箱梁。

2 施工方案

设计图纸中的主柱墩高度设计为153 m，所以选择使用预埋托架作为桥梁施工过程中的主要承重主体。在实际施工时所产生的各种竖向作用力全部由墩身承载。为了保证施工的安全性，选择分层浇筑混凝土，第一次浇筑部位是腹板、底板以及横隔板；第二次浇筑的部位是翼缘板与顶板。

3 悬臂浇筑施工

3.1 挂篮设计

挂篮结构比较简单，主要由吊挂、模板、张拉、移动、紧固、承载等多个系统组成。此次设计的挂篮属于菱形结构，这种结构类型的挂篮重量一般控制在50 t以内，主架是3棍，主架之间的间距控制在5.8 m。每一个施工阶段的箱梁质量最大不超过166 t。挂篮结构中的底篮构件包括模板、纵向梁提、横向梁提。其中，纵向梁体使用的是32a型钢材，横向梁体则使用H40H型钢材，吊杆使用的是32 mm螺纹钢，模板安装以后使用千斤顶进行定位。浇筑混凝土时，挂篮结构的前半部分荷载会借助吊杆逐渐转移至横向梁体上，同时挂篮后半部分的荷载也会通过吊杆转移到上一个节段的梁体上。

3.2 挂篮结构验算

3.2.1 挂篮荷载计算

桥梁的最大节段是2号块，该节段的长度是3.5 m，重166 t，长度是4 m，箱梁的宽度是12 m。2号块的面荷载P1为27.66 kPa，施工荷载P2为1.5 kPa；混凝土浇筑时振捣所产生的荷载P3为2.0 kPa；桥梁底部模板的荷载P4为0.83 kPa；外侧模板的荷载P5为192 kN；纵向梁体的荷载P6为1.37 kPa；内侧模板的荷载P7为1.83 kPa；横向梁体的荷载P8为90 kN。

通过对桥梁施工过程中的挂篮结构荷载进行计算，得出挂篮结构中的底部模板纵向梁体所受到的荷载P为33.36 kPa。在此基础上对主架所承受的荷载进行论证，混凝土浇筑过程中所产生的荷载假设由箱梁与主架各承受一半，那么横向梁体所受到的荷载就P为2 352.18 kN。由于前上部分的横梁是整个挂篮结构中承受荷载最大的一个部位，所以选择使用2H40型钢组装。

3.2.2 挂篮结构计算

利用有限元计算出析架部分的作用力与变形量，进一步分析得出丰行架的最大位移距离是12 mm,析架的作用力最大是140 MPa，通过这些数据可以发现挂篮结构的设计完全符合建筑工程施工规范要求。

利用Midas Civil有限元软件对挂篮进行整体建模，见图1。

图1 有限元模型图

以桥梁的前半部分横梁的荷载进行分析，横梁上装置有6个吊点、4个滑梁、4个导梁，通过计算得出横梁的荷载q为70.67 kN/m，设计图纸中横梁由H400型钢组装而成，每一块型钢的荷载为35.34 kN/m。

具体的计算结果如下所示：①挂篮支点的计算得出：各个挂篮支点的反力数值依次为：199.3、195.2、199.3 kN；②弯矩的计算得出：117.8 kN·m；③剪力计算得出：107.6 kN；④应力计算得出：符合设计及规范要求；⑤位移计算得出：14 mm,挂篮的刚度满足设计及规范要求。

再对挂篮结构的横梁进行计算，其中下横梁部分选择6根吊杆当做支点。前下横梁与后下衡量所承受的荷载基本一样，为了便于分析，选择使用前下横梁进行研究。通过计算得出前下横梁所承受的荷载P为1 176 kN，前下横梁由H400型钢组装而成，其中每一片型钢所受到的荷载是46.37 kN/m。

具体的计算结果如下所示：①弯矩计算得出：60.9 kN·m；②剪力计算得出：102.2 kN；③下横梁应力计算得出：符合设计及规范要求；④下横梁变形计算得出：位移为0,挂篮结构的刚度符合设计及规范要求。

3.2.3 挂篮稳定性计算

当挂篮运动至下一个浇筑部位后，那么在空载环境下挂篮的稳定性最差，此时挂篮的力臂处于最大值，相应的挂篮所承受的倾浮力也最大。在这个场景中，施工荷载为2 kN；内侧模板的荷载为110 kN；底部模板的荷载为82.18 kN；外侧模板的荷载为160 kN，横梁所受到的荷载为54 kN，挂篮在移动的过程中荷载为319.1 kN。

因此，挂篮的每一个析架所应该承受的荷载为106.5 kN，轮组的荷载为112.7 kN，主体结构与轮组使用贝雷销连接，其中贝雷销的面积为1 962.5 mm2，安全系数是10.17，剪力为1 147 kN，结合这一组数据可以发现挂篮完全符合设计及规范要求。

虽然反扣轮组装置有8个轴承，但是在实际施工的过程中挂篮所受到的作用力不均匀，因此，为了保证挂篮作业过程中的安全问题，假设在实际作业的过程中仅仅只有4个轴承在承受作用力，那么每一个轴承受到的作用力为48.5 kN，4个轴承所受到的总作用力为194 kN，这一数据明显超过112.7 kN，说明轴承的安全性能满足设计要求。

相邻的两个轴承使用固定轴进行连接，所以需要四个固定轴，固定轴的直径是60mm。结合前文的研究结果来看，由于挂篮的支点受力不均匀，所以为了保证挂篮在移动过程中的安全性和稳定性，做出一个假设，若挂篮在实际作业的过程中仅仅只有两个固定轴产生作用，那么每一个固定轴受到的剪力为19.9 kN，说明固定轴的安全性符合设计要求。

3.3 挂篮拼装

当0号块与1号块施工结束，支架完全拆除以后，对挂篮进行拼装，主桁架的拼装工作在地面上进行，然后安装上下压梁、移动轨道、垫梁以及支座，完成以后安装挂篮的横梁与吊杆。底篮也在地面安装，然后逐步将底板提升到设计标高值，同时对滑梁、侧模进行调整，以满足设计要求。

3.4 挂篮荷载试验

当挂篮安装完成以后检测挂篮的变形程度和承载能力。桥梁的节段最大质量为166 t，意味着挂篮的加载重量为199.2 t。墩柱两边的挂篮是逐渐加大承载，最终总重量不超过200 t。每次加载结束以后保持2～3 h，检测挂篮各部位的挠度值，最后对挂篮进行分级卸载。

经过实验以后得出：挂篮在加载的情况下降最大数值是38 mm,最小值是12 mm。挂篮在分级卸载后，最大的回升数值是25 mm,最小回升数值是0。结合实验结果来看，现场使用的挠度值设计的是18 mm。

3.5 箱梁线形控制

在对线形控制进行分析时必须兼顾挂篮各节段的自重、施工荷载、变形量、张拉作用力等相关影响因素。在挂篮作业前，先核算出挂篮每一个节段的挠度值，结合所获取到的挠度值合理确定出预拱度。在浇筑混凝土的过程中，应精准测量出每一个节段的实际标高，最终采用挠度值与实际结果共同分析的方式来实现线形控制，而后根据不同节段的预拱度逐一调整梁段的线形[2]。

3.6 合龙段施工

挂篮结构的底部模板平台下降至地面以后开展拆除工作，主桁架则使用机械进行拆除，在这个过程中，中跨的挂篮移动至合龙节段，利用吊杆与14号块进行连接。当挂篮移动至指定地点以后，将14号块的实际标高与设计标高进行对比，假若二者之间的误差在合理范围以内，即可直接拼装，假若超出合理范围，则应该二次调整以后再拼装[3]。

必须保证在骨架焊接之前预压，沙袋、水的重量与混凝土的重量相同。合龙段的骨架由多种不同钢管共同组成，其中劲性钢管8根，钢管的垫板下面铺设钢筋网，焊接钢筋骨架时选择在夜间气温最低时进行。混凝土的强度标号是C50，利用混凝土泵车完成浇筑，混凝土的初凝时间不应小于8 h。