连续刚构桥挂篮施工工艺及稳定性分析

2022-10-22韦道松

西部交通科技 2022年7期

韦道松

(广西桂通工程管理集团有限公司，广西南宁 530029)

0 引言

挂篮是桥梁悬臂浇筑施工过程中的主要施工机械，挂篮的可靠性和稳定性直接影响着桥梁施工安全。随着桥梁设计跨度和宽度的不断增大，对挂篮的设计和应用提出了新的要求，挂篮的设计正向着系列化、规格化、工厂化、标准化、规范化以及新型化发展。随着桥梁设计宽度的增加，挂篮的主桁架间距也随之增大，对挂篮横向稳定性的影响颇大，但是目前关于宽幅连续刚构桥挂篮稳定性的研究还比较鲜见[1-5]。为此，本文对大宽度连续刚构桥挂篮施工进行设计和施工工艺的探讨，同时分析了挂篮在不同误差和不同工况下的稳定性，以期能为桥梁的悬臂挂篮浇筑施工提供借鉴。

1 工程概况

某桥位于云南省昆明市嵩明县和官渡区境内，桥梁全长649.28 m，桥跨径组成为(6×40) m T梁+(73+135+73) m连续刚构+(3×40) m T梁，最大墩高为103 m。主桥边跨现浇段长4.26 m，采用托架现浇法施工，边、中跨合龙段长度均为2 m，采用吊篮现浇施工，其他梁段采用挂篮对称悬臂浇筑施工。

2 挂篮设计

按照结构形式的不同，可将挂篮划分为平行桁架式、平弦无平衡重式、弓弦式、三角形组合梁式、菱形桁架式以及滑动斜拉式等，但不同结构形式的挂篮其主要组成结构是基本相同的，一般由主桁系统、悬吊系统、底篮系统、模板系统、锚固系统、行走系统以及操作平台防护系统等七个系统组成。遵循减轻挂篮自重、节约施工时间、保证施工质量与施工安全、改善施工环境以及挂篮适用性等原则，本工程在菱形挂篮基础上，设计了(73+135+73) m跨连续梁挂篮作为悬臂浇筑的主要施工机械，如图1所示。与其他结构形式的挂篮相比，该型挂篮具有受力明确、没有压弯杆件存在、采用销轴连接、结构更加稳固等特点，其主要参数为：挂篮自重130 t，适用最大梁段重281.8 t，适用施工最大节段长4.0 m，适用梁体底板宽度为13 m，顶板宽度为20.25 m；适用主梁高3.2～7.837 m。其走行方式为全液压走行，浇筑混凝土和挂篮行走时的抗倾覆稳定系数为2.0。

(a)侧面

(b)正面图1 (73+135+73) m挂篮结构示意图

3 挂篮施工工艺

3.1 挂篮拼装

当0#、1#节段施工完成后方可进行挂篮的拼装施工，挂篮拼装的主要步骤是：找平及铺设轨枕→安装后吊挂组件和前滑座→安装主桁系统→安装挂篮前上横梁→利用扁担梁和精轧螺纹钢进行锚固→安装外模和外导梁→安装底篮系统→安装内模系统→调整挂篮和模板系统的位置和标高。

3.2 挂篮预压

挂篮在主墩0#、1#块顶部拼装完成并锚固牢固后，利用0#、1#块托架预压时在承台上预埋的6个预压点共12根40b工字钢，在底板前端前下横梁腹板位置处通过千斤顶张拉预应力钢绞线的方式进行预压。预压采用分级加载方式，分别取最重悬浇梁段重量的24%(279 kN)→48%(558 kN)→72%(837 kN)→96%(116 kN)→120%(1 395 kN)依次进行加载。

3.3 挂篮悬臂浇筑工艺

当挂篮拼装和预压完成后，每个T构从2#块开始进行悬臂浇筑施工。按照悬臂浇筑的施工流程，将其分为四个步骤：(1)0#、1#节段梁体浇筑阶段，此阶段主要是进行支架安装、预压，铺设底模及安装侧模，埋设预埋件和布置预留孔；(2)挂篮模板拼装阶段，先进行底板及腹板位置钢筋绑扎，把内模从0#、1#节段内腔中拉出就位，再进行顶板部分钢筋绑扎，并按要求放置预埋件和布置预留孔；(3)2#节段梁体浇筑阶段，浇筑过程中不能提前松开腹板位置的拉杆，以防止发生模板胀模现象，混凝土浇筑完成后需达到设计强度要求后才进行梁体预应力的张拉作业；(4)挂篮前移阶段，当前一段梁体预应力施工完成后，先拆除内、外模对拉杆，收拆内模侧板，然后松开各承重吊杆，松除挂篮走行轨道的锚固和后锚扁担梁上的锚杆，接着使用千斤顶顶推或牵引挂篮移动，待挂篮移动到设计位置后，对挂篮重新固定，最后进行浇筑施工。挂篮悬臂浇筑工艺流程如图2所示。

图2 挂篮悬臂浇筑工艺流程图

4 误差对挂篮稳定性的影响

4.1 误差设置

在挂篮悬臂施工过程中，由于受到各种因素的影响，容易产生结构失稳。按照实际工程中常见的挂篮失稳类型，可分为对称分岔失稳、不对称分岔失稳以及跳跃失稳三类。造成挂篮横向稳定性问题的主要原因有拼装误差和环境误差。因此，本小节对两种误差及多因素影响时，不同施工工况下挂篮稳定性进行分析。

拼装误差：在挂篮拼装过程中要求主桁架结构垂直放置在箱梁腹板上，但实际操作时往往存在着一定偏差。规范要求主桁架结构与竖直方向的偏角造成的顶端唯一且不能超过杆件高度的1/1 000，并应≤1 cm。因此，可将拼装误差引起的偏角取值范围设置为0～5°，并对不同施工工况下(空篮工况、浇筑工况、行走工况)的挂篮稳定性进行分析。

环境误差：挂篮施工属于高处作业，受施工环境的影响不可避免，特别是风力的影响。本文选取风力0～9级时，不同施工工况下的挂篮稳定性进行分析。

混合误差：为了分析多种因素对挂篮稳定性的影响，选取了横向风力为6级、安装偏角为5°时的混合误差，对不同施工工况下的挂篮稳定性进行分析。

4.2 拼装误差的影响

计算分析得到不同工况下挂篮稳定系数随偏差角度的变化特征如图3所示。由图3可知：在同一工况下，随着偏差角度的增大，稳定系数有逐渐减小的趋势。行走工况下稳定系数下降幅度最大，下降了0.66，其次为空篮工况，下降了0.24，再次为浇筑工况，下降了0.034；在相同拼装误差影响下，空篮工况下挂篮的稳定系数最大，行走工况下的稳定系数居中，浇筑工况下的稳定系数最小。这说明在拼装误差影响下，空篮工况的稳定性最好，浇筑工况的稳定性最差。

图3 偏差角度对挂篮稳定系数的影响变化示意图

4.3 环境误差的影响

计算分析得到不同工况下挂篮稳定系数随风力等级的变化特征如图4所示。由图4可知：相同工况下，随着风力等级的增大，稳定系数逐渐降低，但减小趋势和幅度有所不同。当挂篮处于空篮工况下，风力等级在0～5级时，稳定系数基本不变；当风力等级达到6级后，稳定系数逐渐下降，且风力等级越大，稳定系数的下降幅度越大；当风力达到9级后，稳定系数下降了13.45。当挂篮处于浇筑工况时，风力等级对挂篮稳定性基本没有影响，且风力等级达到9级后，稳定系数才降低了0.006。当挂篮处于行走工况，当风力等级为0～2级时，对稳定性没有影响；当风力等级达到3级之后，稳定系数逐渐降低；当风力等级为9级时，稳定系数减小了3.672。在相同风力等级下，不同工况稳定系数从大到小依次为：空篮工况>行走工况>浇筑工况，说明在悬臂混凝土浇筑施工过程中，挂篮的稳定性是最差的，此时的安全风险最高。

图4 风力等级对挂篮稳定系数的影响变化示意图

4.4 混合误差的影响

取偏差角度为5°，风力等级为6级的混合误差对挂篮稳定性进行分析，并与单个误差因素影响的稳定系数进行对比，结果见下页图5。从图5中可知：当只存在风力等级为6级环境因素影响时，在空篮工况、浇筑工况以及行走工况下的稳定系数分别为29.89、4.679和12.5；当只存在偏差角度为5°拼装误差影响时，稳定系数分别为29.85、4.646和12.51；当存在拼装误差和环境误差混合影响时，稳定系数分别为29.6、4.625和12.23。由此可见，在混合误差影响下，挂篮的横向稳定系数有一定程度下降，但下降幅度比较小。