变幅式宽体箱梁多桁片挂篮施工技术研究

文 / 中交路桥建设有限公司海外分公司 朱正伟

引言

挂篮是目前变截面箱梁悬臂施工中的主要设备，在当代桥梁工程施工中已经广泛应用，具有自重相对较小，构造简单、结构稳定、安拆方便、重复利用率高，适用性强等特点，但在一些特殊截面的悬浇箱梁施工时，需要对挂篮结构进行设计详细研究。

本文依托在建的菲律宾EP桥上部结构挂篮施工为依托，在挂篮使用过程中不断进行优化和改进，提高挂篮的安全性，节约成本，为今后类似工程提供借鉴。

工程概况

本项目为中国政府对菲律宾政府援建的两座桥项目工程之一，桥址位于首都大马尼拉地区makati市，大桥横跨当地帕西格河，大桥全长212m，桥宽21.65m，双向4车道设计，为左右幅整体箱梁。主桥采用（40+66+40）m变截面箱梁斜腿刚构结构，下部结构采用Y型墩和矩形承台群桩基础。主桥南岸边跨横跨现有主干道，交通繁忙，只能临时改移道路不可封闭；北岸边跨场地相对宽敞，是钢筋加工及材料存放主要场地。

重难点分析

整体式箱梁设计

主桥上部结构采用四箱室变截面箱梁设计，左右幅为整体结构，箱梁顶板宽21.65m，腹板厚80cm，边腹板两侧无翼缘板，箱梁整体宽度较大，在挂篮设计时须充分考虑挂篮单个桁片受力及桁片组的整体协调性。挂篮底板宽度过大，且在南岸一侧受净空高度极大限制，底板设计可选择形式不多。

斜腹板+变幅设计

整个箱梁边腹板均为1∶2倾斜设计，顶板宽度维持21.65m不变，随着箱梁高度由墩顶向跨中位置逐渐变小，箱梁底板宽度在不断变大，底模和侧模无论采用侧包底还是底包侧的结构形式，都会给挂篮模板调整带来一定难度。

波形钢腹板

箱梁外腹板为钢筋混凝土+波形钢腹板组合结构，波腹板位于腹板外侧，厚度8mm，主要起到箱梁外形装饰作用，波腹板通过内侧铆钉锚固在混凝土内。在挂篮施工过程中波腹板安装及精确定位是重点。

挂篮设计

主要设计参数

根据类似工程施工经验，挂篮主桁架采用菱形结构，五片桁架组合设计形式，主桁立柱之间由型钢桁架连接为整体。主要参数如下：

①最大悬浇梁段重量：277.9t；②最大悬浇梁段长度5.2m；③行走方式：液压油缸顶推前移；④模板提升方式；螺旋千斤顶提升；⑤挂篮自量控制在139t（0.5倍最大块段重量）以内；⑥最大挠度：＜20mm；⑦抗倾覆稳定系数：走行时大于2，浇注时大于2。⑧主桁杆件安全系数：大于2。⑨吊杆和锚杆安全系数：大于2。

主要结构设计

（1）主桁架承重系统。主桁由双拼槽32型钢组成，分为前后腹杆、立柱、上下水平杆，主桁各杆件之间全部采用销轴连接。前端设有前上横梁，用于悬吊各前吊杆，前上横梁上设置施工操作平台及护栏。（2）挂篮模板系统。模板设计均按全断面一次性浇注连续箱梁混凝土考虑；因箱梁高度及底板宽度每个梁段各不相同，从适用性和安全性考虑，底模和侧模之间采用底包侧形式。（3）挂篮提吊系统。挂篮悬吊系统主要由横梁、钢吊带、精轧螺纹钢和千斤顶等组成。钢吊带采用厚32mm宽140mm钢板加工。

挂篮施工

挂篮拼装

根据现场吊具的实际起吊能力，将各部位大件在地面预先组拼，分块吊装。主要构件拼装顺序如下：主桁组拼—安装轨道—主桁吊装—主桁锚固—主桁平联—上前横梁—前后吊带（杆）—前后下横梁—底篮纵梁—底模—侧模顶模。

挂篮预压

因本桥腹板纵向主筋为Ф36mm钢筋，图纸要求0#箱梁预埋外伸钢筋长2m，1#箱梁总长仅有3.5m，底模空间无法满足堆载预压要求；另跨中一侧挂篮下方为帕西格河，河面净空仅4m，无法采用反拉和吊挂预压。综合对比选用较为便捷的牛腿反顶预压。在三个中腹板位置安装三个反顶牛腿，因边腹板为倾斜设计，无法实现预压；采用3台500t液压千斤顶分别安装于中腹板牛腿下方，建模计算出中腹板对应的前横梁各支点反力，千斤顶安照计算的反力顶推牛腿和挂篮底板达到预压目的。

技术研究及建议

主桁设计

本桥单端挂篮主桁共5片桁架，经建模计算桁架前支点反力依次为275.2KN、672.3KN、578.4KN、672.3KN、275.2KN，数据中可见两侧边腹板桁架支点反力不足中桁架的一半，理论上边桁架结构强度可以大幅降低。基于3个原因：①保持各主桁行走时步调一致；②便于下一个项目挂篮改制利用；③在挂篮预压时两侧边腹板桁架无法预压，通过提高两侧桁架结构的安全储备，弥补两侧主桁无法预压的不足；所以将5片桁架结构统一。

行走系统

本挂篮依靠主桁与轨道之间的液压千斤顶提供动力，每个主桁安装一台，通过油泵一拖五中控阀向5个液压千斤顶统一供油，实现同步行走。滑船与型钢轨道之间设有加强钢板摩擦面，在摩擦面涂黄油做润滑剂。单个行走千斤顶可提供70t顶推力，如果将主桁的水平杆用水平型钢桁片连接为一整体，确保水平桁片具有足够的强度（＞14.5KN）和刚度(变形＜2cm)前提下，将第2、4道主桁千斤顶取消，依靠第1、3、5道主桁带动第2、4道主桁整体前移是可行的,或者用第2、4道主桁带动第1、3、5道主桁前移，理论上完全可行。单个液压千斤顶+海运费成本为1.5万元，以单端挂篮配3个行走千斤顶计算，全桥可节省8个液压千斤顶共计12万元，水平型钢桁片总成本约5万元，此项可为项目节约成本12-5=7万元。

外模系统

本桥箱梁两侧外腹板斜率为1∶2不变，底板宽度随梁高减小而逐步变宽。为了满足外腹板斜率和底板宽度的变化需求，设计意图是将挂篮外侧模板和背后桁架片沿箱梁底板边线逐块切割，施工过程中会造成两个问题：①全桥合龙后，所有外侧模全部成为废料，无法周转；②现场手工切割外侧钢模，会造成侧模与底模之间接缝参差不齐，严重影响混凝土外观质量。

箱梁边腹板外侧设计有一层厚8mm波形钢腹板，该钢板不参与结构受力，仅作为外腹板造型用。钢腹板内表面设置剪力钉，与现浇箱梁混凝土连接为整体，在混凝土浇筑时，同时起到模板作用。因此在挂篮设计时，该部分的模板可以进行简化设计，可省略面板，侧模桁架能够固定波形钢腹板即可。

底模滑梁

本桥为左右幅整体箱梁，单箱四室结构形成了箱梁横向宽度长、块段重量大的特点，箱梁底板最大宽度达19.6m，前后下横梁长达23.5m，如采用一般的下横梁设计，横梁型钢自身挠度与连接螺栓孔空隙叠加会造成横梁中部下挠过大，不能满足施工要求，甚至可能造成连接部位因应力过大断裂。采用双拼H45型钢采用螺栓连接成整体，现场实测达25cm。

（1）设置底模滑梁。在通常挂篮设计中均无底模滑梁这一结构，为了减小挂篮行走时后下横梁连接处的连接钢板和螺栓应力，减小下挠量，在下横梁下放设置两道滑梁，滑梁前端与上前横梁吊带连接，后端通过滑车与内箱后锚相连，通过前吊带或滑车后锚调整滑梁与下横梁的紧密程度，使下横梁与滑梁共同受力，稳步行走。

（2）节点位置设加强钢板。首先将螺栓连接钢板与主梁型钢焊接成整体，消除螺栓孔间隙引起的下挠；在连接点的内外侧型钢翼缘板位置焊接两块4000mm*430mm*14mm钢板，使横梁中间4m范围的型钢形成箱体，增加下横梁刚度。从计算结果可以看出，加强后的后下横梁最大应力为85Mpa，挠度为12mm，远小于螺栓连接时的挠度值，对下横梁进行适当加强完全可以满足施工需要。

北岸边跨施工组织探讨

本桥边跨长40m，其中直线段长5.92m，合龙段长2m，单侧悬浇梁仅有5个块段共长22.4m，两侧边跨均位于陆地，其中南岸边跨横跨现有道路，交通繁忙，北边跨位于陆地上，且地质状况良好，桥下净空4m，具备支架现浇施工的条件。

结语

（1）挂篮悬浇施工一直是变截面箱梁的主要施工方法，在新挂篮设计及加工过程中应充分考虑挂篮的通用性和便利性，本项目挂篮在设计中不仅考虑了本桥悬浇箱梁使用，同时参考了即将开工的新建项目箱梁设计，经过简单的现场改造即可投入到新项目中使用，大大提高了该挂篮的周转利用率，降低了施工成本。（2）在新型设备如挂篮、桥面吊机、移动模架等设备设计过程中，应充分召开专家讨论会，进行桌面推演，尽量模拟施工中每个环节，把问题解决在萌芽状态。（3）本项目已经全部完工并通车，实践证明本桥挂篮的实施经验可以应用到类似工程当中。