橋梁施工中單側(cè)懸臂掛籃法施工技術(shù)應(yīng)用分析

周先楷 （安徽省交通建設(shè)股份有限公司，安徽 合肥 230000）

0 前言

橋梁懸臂掛籃施工是指在橋梁上部結(jié)構(gòu)施工的過程中對(duì)稱或不對(duì)稱地進(jìn)行兩邊施工，既起到了加快工期，節(jié)約成本的作用，也能讓橋梁結(jié)構(gòu)體系不斷地完善與優(yōu)化。從施工質(zhì)量與橋梁適應(yīng)性的角度分析，掛籃對(duì)于修建變截面的橋梁更易操作，且鋼筋連續(xù)性與混凝土整體性出色，符合技術(shù)要求。

1 掛籃類型與選型原則

1.1 掛籃類型

從掛籃類型來(lái)看，國(guó)內(nèi)外在混凝土懸灌施工中主要使用的是平弦無(wú)平衡重掛籃與弓弦式掛籃。前者是在平行桁架式掛籃的基礎(chǔ)上取消壓重，然后按照實(shí)際需求沿著主桁縱向滑移。由于掛籃底部的傾覆力矩減少，不需要進(jìn)行平衡壓重就可以進(jìn)行錨固處理。后者則是從平行桁架式掛籃演變而來(lái)，主要特點(diǎn)在于受力更加合理，在安裝過程中結(jié)構(gòu)內(nèi)部可以預(yù)施應(yīng)力，取消平衡重，整體重量較輕[1]。

1.2 選型原則

由于掛籃研究設(shè)計(jì)的技術(shù)水平要求較高，在選型方面需考慮到結(jié)構(gòu)、重量、施工拆卸等多個(gè)方面的因素。但總體來(lái)看可以分為兩種類型，一是直接通過后端平衡重平衡前端的傾覆力矩，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，行走方便；另一類則是利用萬(wàn)能桿件設(shè)計(jì)進(jìn)行拼裝，非標(biāo)加工量較少，通用性顯著，可以取消平衡重。

2 掛籃結(jié)構(gòu)技術(shù)分析

2.1 形式確定

形式確定需要結(jié)合工程結(jié)構(gòu)的特征與本身的傳力機(jī)理展開分析。由于各塊段混凝土均采用一次澆筑，所以掛籃應(yīng)該具備足夠的剛度，按照箱梁結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與設(shè)計(jì)的要求，掛籃主要包括主桁承重系統(tǒng)、底籃、懸吊系統(tǒng)、行走系統(tǒng)與模板系統(tǒng)幾個(gè)部分組成。另外在展開計(jì)算分析之前，應(yīng)明確掛籃的傳力機(jī)理，如圖1所示。

圖1 掛籃傳力機(jī)理

2.2 結(jié)構(gòu)計(jì)算分析

結(jié)構(gòu)計(jì)算分析需要結(jié)合荷載參數(shù)、荷載系數(shù)與荷載組合方式來(lái)進(jìn)行。荷載參數(shù)的確定包括箱梁荷載、外模與內(nèi)模自重、施工荷載等。按照最不利布載原則，需要確定不同的荷載組合方式進(jìn)行穩(wěn)定性分析。系數(shù)方面，超載系數(shù)按照施工要求取值1.05，抗傾覆系數(shù)取值1.50，混凝土澆筑時(shí)的動(dòng)力系數(shù)取值1.20。在計(jì)算過程中還需要考慮到混凝土澆筑受力狀態(tài)，即混凝土剛剛澆筑完畢，還無(wú)法考慮初凝對(duì)于結(jié)構(gòu)影響的階段，該階段的混凝土重量全部作用在掛籃之上，同時(shí)還包括混凝土澆筑、施工荷載的影響等，需要分別計(jì)算底籃、吊桿、后錨等結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度與掛籃整體抗傾覆能力。如果處于行走狀態(tài)，還需要針對(duì)結(jié)構(gòu)展開分析。

掛籃計(jì)算可以采用有限元分析軟件展開建模，建模過程中按照設(shè)計(jì)假定將梁柱之間的連接判定為鉸結(jié)，根據(jù)材料特性來(lái)分別計(jì)算掛籃總體撓度與構(gòu)件強(qiáng)度。例如在結(jié)構(gòu)離散化完成之后就可以對(duì)典型單元進(jìn)行特殊分析，對(duì)單元中位移分布進(jìn)行架設(shè)，按照所選擇的位移模式來(lái)導(dǎo)出位移關(guān)系式。

2.3 強(qiáng)度分析

按照建立的有限元分析模型可以展開應(yīng)力計(jì)算分析，將各部位的應(yīng)力值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)后，將最不利的荷載組合進(jìn)行計(jì)算。主要包括應(yīng)力計(jì)算結(jié)果、剛度計(jì)算結(jié)果與抗傾覆驗(yàn)算的結(jié)果。

3 單側(cè)懸臂掛籃技術(shù)工藝分析

3.1 拼裝工藝

拼裝前通過鋪設(shè)枕木的方式來(lái)調(diào)整腹板頂面高差，保持掛籃水平。另外在完成準(zhǔn)備工作后即可進(jìn)行掛籃拼裝，包括行走小車安裝、內(nèi)外?；喊惭b、模板安裝等。拼裝的要點(diǎn)在于內(nèi)模系統(tǒng)與外模系統(tǒng)的安裝。外模系統(tǒng)安裝時(shí)需要在鋼圍堰區(qū)域搭設(shè)拼裝平臺(tái)，然后利用塔吊配合將滑車組提升到位，讓模板固定在箱梁頂板與掛籃上前衡量之上。內(nèi)模系統(tǒng)的安裝則先將箱梁頂板內(nèi)模組裝成形后用螺紋鋼筋錨固與掛籃上前衡量區(qū)域，再安裝內(nèi)側(cè)模板。對(duì)于第一次的底板混凝土澆筑工作，需要考慮到澆筑承托位置時(shí)混凝土?xí)a(chǎn)生側(cè)壓流動(dòng)效果，在第一層澆筑時(shí)也應(yīng)該注意螺栓與拉桿的處理。第二層澆筑時(shí)則可以在地板上設(shè)置支撐，并利用鋼管支架作為頂板托架[2]。

3.2 加載實(shí)驗(yàn)

加載實(shí)驗(yàn)的主要目的在于通過測(cè)量掛籃在不同荷載作用下的內(nèi)力，了解掛籃結(jié)構(gòu)在工作狀態(tài)下是否滿足預(yù)期的技術(shù)要求。掛籃加載實(shí)驗(yàn)可以采取堆載法進(jìn)行，貫徹項(xiàng)目包括后錨上橈值、主桁上前橫梁跨中變形、應(yīng)力監(jiān)測(cè)結(jié)果等。

在進(jìn)行正式實(shí)驗(yàn)接在前，首先利用第二級(jí)荷載進(jìn)行預(yù)加載，一方面保持工作結(jié)構(gòu)進(jìn)入正常狀態(tài)，另一方面也更好地對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試。在保障組織工作與系統(tǒng)測(cè)試工作結(jié)束之后，重復(fù)進(jìn)行預(yù)加載2次后展開正式加載。實(shí)驗(yàn)選擇在結(jié)構(gòu)溫度區(qū)域穩(wěn)定的環(huán)境下進(jìn)行，全部測(cè)點(diǎn)在正式加載實(shí)驗(yàn)前進(jìn)行荷載讀數(shù)，然后對(duì)不同儀器所測(cè)量的數(shù)值進(jìn)行實(shí)時(shí)分析，了解控制部位的應(yīng)力狀況。但需要注意的問題在于，如果控制測(cè)點(diǎn)變位超過了允許范圍，則應(yīng)該停止加載實(shí)驗(yàn)[3]。

3.3 撓度與混凝土模塊的控制

單側(cè)懸臂掛籃施工環(huán)節(jié)中如果撓度與混凝土模塊出現(xiàn)質(zhì)量問題，必然影響工程質(zhì)量。此時(shí)需要對(duì)影響撓度數(shù)值的因素進(jìn)行分析，包括懸臂裝置設(shè)備、重力荷載情況、環(huán)境溫度變化等。另外，可以采用監(jiān)控網(wǎng)對(duì)混凝土模塊進(jìn)行質(zhì)量控制，可以選擇在橋面墩頂區(qū)域安裝監(jiān)控系統(tǒng)，對(duì)于可能產(chǎn)生的誤差進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與分析報(bào)告，通過系統(tǒng)配合完成控制工作。

3.4 施工要點(diǎn)分析

施工要點(diǎn)分析需要從掛籃模板系統(tǒng)、行走方法與箱梁懸臂澆筑施工三個(gè)方面來(lái)展開。

按照不同節(jié)段長(zhǎng)度，掛籃懸臂施工也應(yīng)該按照不同的方法進(jìn)行。從模板系統(tǒng)來(lái)看，包括底模、外模、內(nèi)模等不同部分。底模直接鋪于底籃之上，外模則位于主桁，澆筑混凝土?xí)r隨著箱梁高度的變化與長(zhǎng)度的變化，考慮是否要拆除外模模板與骨架。內(nèi)模則包括模板、骨架、滑梁等，前端懸吊與主桁，后端則懸吊于箱梁頂板區(qū)域，內(nèi)外模采用對(duì)拉螺桿進(jìn)行連接。

掛籃行走時(shí)首先在軌道表面鋪設(shè)鍍鋅鐵皮，在拆下蒂姆之后，確認(rèn)模板是否與混凝土保持脫離，內(nèi)模與外模架落于內(nèi)滑梁之上。最終行走前進(jìn)行安全檢查，分析軌道是否保持水平，并確定錨固與支墊情況。實(shí)際滑行時(shí)對(duì)接縫、拉桿頭進(jìn)行處理，避免銹水影響混凝土表面，并將臨時(shí)受力狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橛谰檬芰顟B(tài)[4]。

懸臂掛籃施工技術(shù)的支撐力顯著，在運(yùn)載施工材料時(shí)也應(yīng)更加靈活。為了保障對(duì)于混凝土的張拉，可以在操作臺(tái)上精確安裝支架模板，更好地進(jìn)行混凝土澆筑與鋼筋配置。必要時(shí)應(yīng)安裝豎向預(yù)應(yīng)力管道與豎向預(yù)應(yīng)力筋，內(nèi)側(cè)模板同樣需進(jìn)行調(diào)整。最后在吊帶預(yù)留孔設(shè)計(jì)完畢之后，對(duì)懸臂掛籃進(jìn)行澆筑，觀測(cè)測(cè)點(diǎn)標(biāo)高。

4 結(jié)語(yǔ)

本文主要分析了掛籃懸臂施工技術(shù)及其實(shí)際應(yīng)用，在此基礎(chǔ)上對(duì)該類型的掛籃利用通用進(jìn)行計(jì)算后，重點(diǎn)對(duì)其強(qiáng)度與剛度特性展開了研究。結(jié)果表明，懸臂掛籃法及其施工要點(diǎn)能夠滿足施工技術(shù)規(guī)范的要求，具有足夠的承載力，可以滿足未來(lái)施工的實(shí)際需要。在未來(lái)的橋梁工程當(dāng)中，還應(yīng)該注重掛籃選型，依照多維度的條件展開分析，在技術(shù)方面進(jìn)行優(yōu)化處理。