桥梁工程挂篮悬浇施工应用技术分析

2022-08-17刘丹

运输经理世界 2022年8期

关键词：线形节段挂篮

刘丹

（江西省现代路桥工程集团有限公司，江西上饶 334000）

0 引言

挂篮悬浇技术具备性能强、整体性好、抗扭刚度大等特点，在桥梁工程中得到广泛应用。因此，分析挂篮悬浇技术工艺要点、明确技术应用方案可给桥梁工程建设奠定良好的基础。

1 工程概况

某混凝土桥梁长度约为850m，主拱圈高度为3.5m，宽度为7.0m。由于该工程施工条件比较险峻，考虑到工程施工质量与施工进度，在经过现场勘测后决定采用挂篮悬浇技术进行施工。

2 拱圈施工总体方案

该工程的主拱圈结构设计为斜拉扣挂篮悬臂浇筑与劲性骨架组合形式，具体方案如下：首先进行1段支架悬浇拱脚并安装挂篮；其次浇筑2段混凝土，在强度达标后开始张拉锚索；再次将挂篮逐一前移，并浇筑3～14段；然后施工到合龙部位的24.65m 钢桁拱架处时，不需要设置扣锚索，而是通过悬臂拼装方式完成劲性骨架合龙；最后浇筑外包混凝土，形成主拱架。

3 挂篮悬浇施工关键技术

3.1 三角桁架式挂篮

三角桁架式挂篮的结构可以有效地消除悬臂浇筑自重大、长度长的问题。三角桁架挂篮的组成结构较为复杂，具体如图1所示。分析其结构可以发现，C型挂钩布置在主桁架两侧，利用行走装置与浇筑完成的拱箱顶部连接，并利用斜拉吊带与其他部位连接。锚杆安装在主桁架上，作用是提升吊篮。为了避免现场施工中挂篮对已有节段拱箱形成过大的作用力，导致应力过高的情况，将锚吊杆固定在浇筑完毕的拱圈顶板、隔板等部位上，利用扣锚索消除拉力作用，并通过隔板对顶板的支撑作用消除应力影响。挂篮采用钢吊带与挂钩销轴连接。技术人员经过系统计算可知：挂篮长度为16.9m，自重为82.5t，可以承载1886kN 以及宽7m 的拱箱，悬臂浇筑长度在8m 左右，转动倾角为39.6。底模结构应用大模板的形式，有效地控制拱圈线形，挂篮利用底模形成的弧形，在大模板之间形成微小转角，并可以调整线形。在浇筑作业开始之前的立模过程中，需要综合分析挂篮与滑道垫的变形情况，预防拱圈结构发生裂缝或者平顺度不合格的情况。

图1 三角桁架式挂篮结构布置

3.2 挂篮拼装

主拱圈1节段施工结束之后，开始进行三角桁架挂篮拼装施工，并实施主拱圈的悬浇作业。在拼装挂篮的过程中，按照挂钩—后篮—前篮的顺序完成，如图2所示。拼装环节，应做好顶推结构以及反滚轮的重量控制，并进行拱圈节段质量检查。浇筑作业环节，组织专人进行现场检查，一旦发现有任何异常情况，必须及时停止浇筑作业，分析异常原因，排除问题后才能继续开展浇筑作业。

图2 挂篮拼装顺序

3.3 挂篮预压

在挂篮投入使用前，应进行加载预压试验检测，以确定挂篮质量是否达到设计要求。经过预压操作之后，可以有效地消除非弹性变形，并获取挂篮变形参数，为拱桥悬浇施工、线形控制提供依据。挂篮预压荷载试验应根据静力等效原则开展。在拼装工作结束后，布置竖向锚索，组建固定工作平台，包含竖向锚索、基座、工字钢箱梁等部位，利用钢绞线安装到挂篮悬臂端面的反拉纵梁处，并加载预压。在加载的过程中，按照拱圈2段重量1886kN 进行，根据30%—70%—100%—110%—120%的顺序进行，检测挂篮前端沉降参数值，每个连接部位都符合要求后，间隔一定时间开始进行下一级张拉，最终张拉到120%，如果没有发生异常变化，且记录沉降参数，合格后卸载预压。该工程经过加载试验可知：挂篮前端最大下挠参数值在20mm 以内，在加载120%时发生，达到工程的实施标准。

3.4 挂篮前移

据实际经验分析，因为拱箱顶板跨径较大，极易发生变形导致质量不合格的情况，所以在进行挂篮前移的环节，应在内部设置滑梁支撑结构，辅助拱圈浇筑作业。内部滑梁支撑结构与挂篮连接后形成整体支撑结构，并可以根据现场施工要求与挂篮同步行走。挂篮前移按照下述步骤进行。

其一，对第N 段进行浇筑的过程中，于前部50cm的位置上预设2 个吊孔，为第N+1 段纵向主梁后端吊挂点。吊挂点的位置上所使用的吊杆主要是利用精轧螺纹钢调节螺母进行调整，纵向主梁前部吊挂点直接设置在横向主梁上，并利用钢箱支撑与挂篮固定。纵梁上设置分配梁桁片，以支撑拱圈顶部，在桁片支撑位置上，可以应用木楔调节顶板底模弧度，从而使其高程、弧度达到标准。

其二，在第N+1 段扣锚索张拉施工后，即可进行该节段的挂篮行走轨道安装，并在悬臂部位上放置端部挂篮行走千斤顶，将千斤顶与挂篮C 型挂钩锚拉点连接，使挂篮行走更加顺畅。

其三，即将安装N+2 段时，将吊挂位置精轧螺纹吊杆拆除，取下分配梁，主梁与挂篮可以同时完成行走。

其四，挂篮安装或者前移到设定的位置之后，安装反力座，通过螺栓与拱箱底板连接，达到稳固性标准。根据现场的距离、位置进行止推千斤顶调整，直接与反力座接触，使得反力座的下滑力能够顺利地传输到拱圈底板，即完成止推系统的安装。挂篮前移作业中，为了使前移达到安全性标准，应将左右两侧同步对称施工，避免操作不规范造成变形、挂篮偏移等问题，对结构产生不利影响。

为了能够有效地抵消挂篮在拱肋节段悬臂形成的剪力，可在拱圈底板预埋止推反力座钢板，在挂篮行走到规定位置时，与反力座钢板连接，达到止推系统运行标准。首先根据挂篮安装位置确定拱圈底板反力座结构，然后通过安装底板钢筋形成预埋止推反力座钢板，最后是调整挂篮顶部止推千斤顶，与反力座稳定连接，将反力座产生的下滑力传输给拱圈底板，保证止推系统稳定运行。

3.5 挂篮倒退和拆除

挂篮倒退时，将挂篮浇筑时所应用的行走轨道作为倒退轨道，设置2 台同步牵引卷扬机，从主拱跨中部位将挂篮沿着已经浇筑完成的节段反向退回到拱脚位置。在整个倒退作业中，要结合挂篮自重参数，分析倒退过程中所形成的钢丝绳反拉力大小，以明确具体的滑轮组绕组数量，并安装定滑轮结构以调整钢丝绳的走向，从而有序地解决在倒退中出现的多次转向问题。由于挂篮设置在主拱顶面部位，在拱圈上形成的下滑力比较小，可以应用液压助力千斤顶实现倒退行走。随着挂篮逐步下移，挂篮倾角与下滑力呈增大趋势，千斤顶的顶推力将逐步减小，直到不需要千斤顶挂篮也能够自动行走。确定挂篮倒退时拆除千斤顶的最佳时间段：以挂篮倒退的受力条件为出发点，设计挂篮下滑临界平衡方程，明确不需要助推千斤顶的临界倾角，在挂篮倾角大于临界倾角的情况下，可以将千斤顶拆除。具体倒退作业流程如图3所示。

图3 挂篮倒退施工流程

在挂篮倒退环节应用千斤顶的情况下，操作人员与千斤顶必须保持足够的安全距离，避免千斤顶打滑造成人员伤害。为了避免滑轮组钢丝绳和拱圈产生较为严重的摩擦反应，卷扬机与挂篮之间应布置导向滚轮，让钢丝绳在滚轮引导下运行。挂篮倒退结束后，在拱脚部位按照规定工序和标准拆除挂篮：通过浇筑完成节段的吊孔安装吊杆，以临时固定挂篮，并按照前篮—后篮—挂钩的顺序完成挂篮拆除作业。

4 施工控制

4.1 提高施工精准性

主拱圈现场施工中，核心要点就是确保任何条件下结构受力都不会超出允许的范围，并且保证在主拱圈结构部分施工后，结构的受力形态、线形与设计方案都是一致的。因此，主拱圈悬浇施工环节，现场施工人员应全面了解截面变化的情况，并且掌握主拱圈和设计线形之间的差距。分析工程的结构特点，在主拱圈的施工环节，要同时控制截面应力和主拱圈线形。根据工程的技术方案要求，采取如下控制措施：以设计方案为基础，现场施工人员设置完善的几何控制体系，并由设计人员利用有限元软件分析其结构线形、应力等参数，如果存在不合理的设计，需要及时改进设计方案；通过扣索力、节段浇筑方式进行全面控制，达到拱圈现场控制标准。考虑到工程现场施工的具体情况，及时调整现场施工的温度、混凝土收缩以及徐变、临时荷载等参数，以消除对拱圈应力、线形等产生的负面影响。经过最终施工效果分析可知：该工程桥梁结构施工结束后，其拱圈线形的施加测量参数值与理论参数值相差在2.5cm 以内；实际测量应力参数值与理论应力参数值变化的趋势相同，偏差不超过0.5MPa，完全符合技术标准。

4.2 做好现场施工技术管理

在桥梁现场施工中，应制定科学合理的管理制度，明确岗位人员责任，并严格落实到位。在现场施工中，每个分项工程都必须有明确的责任人，以便于在出现问题后立即确定责任人。同时，应严格落实安全管理控制措施，及时排查安全隐患，以提高工程安全性，保证现场施工顺利进行。

4.3 悬浇箱梁施工安全管理

为了能够提高悬浇箱梁结构的质量水平，必须加强临时结构控制，以确保结构强度、刚度以及稳定性符合要求。在正式施工前，要对现场人员进行安全技术培训，使其了解安全施工技术要求，并对安全管理制度、工作流程有足够的了解。在现场危险区域应设置防护栏、上下梯、人行道等防护性设施，落实安全管理标准。在张拉作业的过程中，做好千斤顶的操作和记录工作，保持对称张拉作业。在箱梁悬臂部分施工中，两侧堆放的材料、设备应保持平衡，两侧重量差要控制在15t 以内。在挂篮、托架组装工作结束后，应对现场施工结构进行全面检查，签字确认验收合格后，将托架压重以消除非弹性变形。