寬體掛籃的設(shè)計及應(yīng)用

唐明國

(南京交通建設(shè)項目管理有限責(zé)任公司，江蘇南京 210000)

懸澆法因其無須搭設(shè)落地支架、無須大型起重設(shè)備和運輸設(shè)備等突出特點，在大跨徑梁橋施工中成為首選的一種施工方法。江蘇省內(nèi)某主橋橋型為雙塔單索面混凝土部分斜拉橋，橋面寬26 m，雙向六車道。主跨為(63+100+63)m預(yù)應(yīng)力混凝土，主橋支承體系采用墩梁分離體系，主梁為單箱三室，1號塊最大重量為400 t，三向預(yù)應(yīng)力體系，采用三角形寬體掛籃施工。

1 掛籃特點

應(yīng)用在雙向六車道以上橋梁且橋面寬度超過20 m的掛籃稱做寬體掛籃。其除具備一般掛籃的節(jié)約周轉(zhuǎn)材料、效率高等特點外，另有以下特點:1)主桁一般超過2個，多采用4個及以上;2)承載能力強，梁段最大塊重量較大，一般超過300 t;3)橫向穩(wěn)定性好，不易變形。

2 掛籃設(shè)計及驗算

1)掛籃體系由主桁架系統(tǒng)、底平臺系統(tǒng)、模板系統(tǒng)、移動及固定系統(tǒng)組成。在設(shè)計掛籃時打破了傳統(tǒng)主桁架懸臂設(shè)計形式，采用了后錨部分長度短于主桁架的懸臂長度的獨特設(shè)計思路。三角形掛籃裝立面布置圖見圖1。

圖1 三角形掛籃立面布置

a.主桁架系統(tǒng)。主桁架是由6片三角形桁架組成的，在前上橫梁上設(shè)固定聯(lián)結(jié)點，豎向利用精軋螺紋鋼連接下掛下橫梁及分配梁、縱向外模移動梁以提高主桁的穩(wěn)定性和剛度。

b.底平臺系統(tǒng)。底平臺系統(tǒng)由分配梁、前后橫梁、橫木等組成，底平臺上鋪設(shè)模板。

c.吊帶系統(tǒng)。用以連接掛籃主桁架和底模平臺，吊桿用直徑32 mm的精軋螺紋鋼，底板箱梁截面范圍內(nèi)前后設(shè)計有前14根與上下橫梁聯(lián)結(jié)，后14根與已澆混凝土錨固。所有吊桿處只要是懸掛則用10 t手拉葫蘆做保險，同時利于放松移模架。施工中用2只50 t千斤頂對每根錨桿加有約350 kN的預(yù)緊力，使底模與成品混凝土夾緊不漏漿，而且承擔(dān)混凝土澆筑時的部分豎向分力。

d.模板系統(tǒng)。外模板采用鋼模板，與內(nèi)模木模板用對拉螺桿連接，外加支撐固定。內(nèi)模板支承設(shè)在內(nèi)導(dǎo)梁上。內(nèi)導(dǎo)梁與外導(dǎo)梁結(jié)構(gòu)一致。在有隔墻的箱室采用組合模板，以便于拆移。

e.移動及固定系統(tǒng)。掛籃移動時，使用千斤頂提升，在支撐點和后壓橫梁處放上滾筒，由錨固在箱梁上的錨桿來平衡傾覆力矩，由手動葫蘆前移。固定時，將支點和后壓橫梁處的滾筒抽出，采用箱梁翼板及頂?shù)装迳狭艨状╊A(yù)應(yīng)力筋連接并錨固，將將后壓橫梁與主桁錨固。

2)掛籃驗算。

a.主桁受力分析。掛籃是由6片主桁組成，根據(jù)對上橫梁的受力分析，可知6片主梁受力不相同，取最大受力:p=1.25ql=1.25×90.6×6.625=750.3 kN 來驗算主桁。將斜拉式掛籃簡化為鉸支結(jié)構(gòu)，主桁桿件受力簡圖如圖2所示。

圖2 掛籃主桁受力圖

b.主桁架撓度驗算。計算主桁架撓度以計算C點的豎向位移為準(zhǔn)。根據(jù)計算可知AB桿，BC桿，BD桿，AC桿所受的軸力為:NAB=1 366.2 kN，NBC=－1 171.1 kN，NBD=－1 777.9 kN，NAC=－899.7 kN。

當(dāng)荷載變?yōu)閱挝缓奢d時，AB桿，BC桿，BD桿，AC桿所受的軸力為:ˉNAB=1.822 kN，ˉNBC=1.562 kN，ˉNBD=－ 2.371 kN，ˉNAC=－1.2 kN。

C點的垂直位移為:

c.掛籃抗傾覆驗算。掛籃在懸臂澆筑時的抗傾覆驗算，即是驗算主桁后錨的扁擔(dān)梁。根據(jù)圖紙設(shè)計，每榀主桁后錨梁分別為后錨扁擔(dān)梁A，B和軌道扁擔(dān)梁，共8個錨點。根據(jù)前面對主桁架的分析，單榀桁架最大的后錨力為750.3 kN。

所以抗傾覆彎矩為:W抗=(300×8)×3.5=8 400 kN·m。

前吊帶產(chǎn)生的彎矩為:W=750.3 ×4.8=3 601.4 kN·m。

掛籃在前移時的抗傾覆驗算。

第一，荷載。掛籃空載前移時，作用于主桁架前端的荷載:

F1=前橫梁自重=6 480 kg。

F2=0.5 × 底籃自重=0.5 ×15 077.04=7 538.52 kg。

F3=0.5 × 滑梁自重=0.5 ×(1 111.7+651.79)=881.745 kg。

F4=0.5×(側(cè)模 +內(nèi)模)=0.5×(2×12 818.02+2×4 566.7)=17 384.72 kg。

F5=鋼吊帶自重=3 080.74 kg。

風(fēng)荷載取800 kPa，作用面積取 3 ×7 ×1.1=23.1 m2。

豎向風(fēng)荷載:F風(fēng)=800×23.1×0.4=7 392 kN。

作用于單榀主桁架前端的荷載(沖擊系數(shù)取1.1):

單個行走小車承受的反力:F=p=20.2 t。

第二，行走小車鋼吊帶強度。行走小車鋼吊帶采用16Mn鋼，截面為200 mm×20 mm。

第三，行走小車車軸強度。行走小車車軸采用45號鋼，直徑70 mm。

3 寬體掛籃懸澆施工操作要點

3.1 箱梁0號梁段施工

0號梁段施工一般采用落地支架和墩身預(yù)留牛腿托架的方法施工，前者多用在墩身低于20 m時，后者用于墩身較高或不具備落地支架施工條件的情況。該梁段的施工主要是為掛籃提供拼裝平臺。

3.2 掛籃拼裝

在已澆0號塊上整體拼裝。按照主桁支承、主桁、前后上橫桁及吊掛系統(tǒng)、底平臺、錨固的順序逐步安裝。拼裝完成后，通過葫蘆將掛籃前移，再將底模、側(cè)模系統(tǒng)起吊到位，通過吊帶銷接完成全部拼裝。1)主桁結(jié)構(gòu)拼裝。在箱梁0號頂面作為工作平臺，拼裝主桁橫向連接件。安裝后錨裝置，并用張拉油頂對后錨桿施加部分應(yīng)力(35 t)，以消除間隙和抵抗箱梁混凝土澆筑時的不平衡重力。安裝吊帶、吊桿、分配梁以及液壓提升裝置等前后模梁桁片與吊桿。2)底平臺和模板結(jié)構(gòu)拼裝。使用千斤頂提升，將底模后橫梁錨固在已澆筑節(jié)段端部底板。翼緣板處鋼吊帶將外模滑梁吊起。側(cè)模連接成整體后直接懸掛在外模滑梁上。安裝側(cè)向工作平臺。

3.3 掛籃試驗

1)制作掛籃完成后應(yīng)組織驗收，掛籃結(jié)構(gòu)各部位是否按照計算書和設(shè)計圖進(jìn)行選材制作。驗收合格后在現(xiàn)場進(jìn)行掛籃拼裝，并進(jìn)行荷載試驗的準(zhǔn)備工作。2)荷載試驗時，加載時應(yīng)按設(shè)計圖紙中最大節(jié)段的重量的1.2倍考慮，并按 30%，50%，80%，100%，120%的重量采用油頂逐級加壓，觀查掛籃主桁桿件在逐級加壓下有無異常發(fā)生并測量其產(chǎn)生的變形值，如加壓120%后主桁無異常變化且變形值小于2 cm可認(rèn)為掛籃安全系數(shù)是符合要求的。3)掛籃在0號段上拼裝完后，對掛籃進(jìn)行最大梁段重量的1.2倍進(jìn)行預(yù)壓，消除掛籃各結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的非彈性變形。橋梁監(jiān)控過程中應(yīng)將掛籃的彈性變形量計算到各梁段施工的立模標(biāo)高中。

3.4 掛籃移動

懸澆段在預(yù)應(yīng)力張拉完成后，可以進(jìn)行模板落架，掛籃前移。在落模時解除所有與混凝土連接的錨固和對拉螺栓，只有后上橫梁及后下橫梁有兩邊側(cè)吊桿相連，前上橫梁及前下橫梁吊帶下落一部分使底平臺與混凝土分離，掛籃處于懸空狀態(tài)。將掛籃后端錨固釋放，在支點和后錨橫梁處設(shè)置滾筒，用手拉葫蘆牽引前移到下一節(jié)段施工。

3.5 掛籃安裝及使用時的注意事項

1)掛籃在上0號塊前，須在地面上進(jìn)行預(yù)拼裝并檢查和檢測主要部件是否有異常變形。2)錨固預(yù)埋構(gòu)件是掛籃施工的重要部件，須確保構(gòu)件的材質(zhì)合格且無受損現(xiàn)象。錨固預(yù)埋件一般會使用部分腹板處的精軋螺紋鋼筋。錨固預(yù)埋件必須做承載力試驗。3)掛籃設(shè)計時，支點位置應(yīng)設(shè)置在混凝土箱梁的肋上并應(yīng)在支點的下方加設(shè)鋼板，以免箱梁頂板承受較大的集中荷載而遭受破壞。4)要認(rèn)真做好掛籃的安全防護(hù)設(shè)施，掛籃的上、下層必須有安全通道，掛籃三面應(yīng)由工作平臺并進(jìn)行臨邊設(shè)置，對于通車道路或航道上方的掛籃應(yīng)從掛籃的底部用密目網(wǎng)全封閉。5)掛籃使用前，應(yīng)按要求進(jìn)行加載試驗，以確定各承載部件能否達(dá)到施工要求。加載的重量為設(shè)計最重的箱梁段重量的1.2倍。采用逐級加載方法進(jìn)行并做好有效的防傾覆措施。6)掛籃在移位前，須進(jìn)一步完善掛籃的安全防護(hù)設(shè)施確保移動時不會有物件發(fā)生墜落，掛籃處的作業(yè)人員應(yīng)暫停施工，行走移位各作業(yè)人員接受安全技術(shù)交底，明確到各個崗位，將安全隱患進(jìn)行排查后方可進(jìn)行掛籃的行走作業(yè)。7)掛籃移動應(yīng)在張拉作業(yè)完成后進(jìn)行。掛籃移動時，應(yīng)安排專人進(jìn)行指揮，兩側(cè)掛籃對稱前移，減少兩側(cè)的不平衡從而減小臨時固結(jié)處的受力;6片主桁在手拉葫蘆牽引時必須同步一致工作，嚴(yán)防掛籃行走偏位，造成掛籃受扭力破壞而釀成事故。

4 結(jié)語

本工程采用4套掛籃同時施工，有效的縮短了工期，提高了經(jīng)濟(jì)效益。由于掛籃是自行設(shè)計并制造，經(jīng)過了多次優(yōu)化及驗算，減小了材料用量，節(jié)約了成本。由于寬體掛籃具有自重輕、剛度大、施工易控制、加工簡單、拼裝方便等特點，因此越來越多的應(yīng)用在城市環(huán)城高架橋梁的雙向六車道及以上車道的高墩、大跨徑橋梁的多箱室寬體橋梁的懸臂施工。

［1］路橋施工計算手冊［M］.北京:人民交通出版社，2001.

［2］GB 50017-2003，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范［S］.

［3］JTG/T F50-2011，公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范［S］.