郝建鋒

（中鐵十五局集團(tuán)第五工程有限公司，天津 300133）

0 引言

掛籃澆筑技術(shù)既不需設(shè)置其他支撐結(jié)構(gòu)，也不需要采用大型的吊裝裝置，而且施工作業(yè)簡便，施工成本低，可以有效保證建筑工程品質(zhì)。

1 掛籃施工工程簡介

潼榮高速公路瓊江河大橋位于重慶潼南縣太安鄉(xiāng)與田家村的交匯處且與河流呈 75°夾角并橫跨瓊江河；底部構(gòu)造采取雙肢實心橋墩、承臺樁基礎(chǔ)；橋臺分為樁柱式及重力式橋臺，并采用擴(kuò)大基礎(chǔ)；上部構(gòu)造采用（50 m+90 m+50 m）三跨預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)箱梁，箱梁根部高度 5.5 m，跨中梁高度 2.5 m，頂板厚度 30 cm；本橋箱梁高度和底板厚度均按二次拋物線逐漸變化，底板厚度從跨中至箱梁根部由 32 cm 演變?yōu)?70 cm，腹板從跨中至箱梁根部分兩段采用 65 cm、4 0 c m 兩種厚度。箱梁箱底寬 6.75 m，翼緣懸臂長 3.0 m，頂板橫向?qū)?12.75 m［1］。

懸澆節(jié)段最大控制重量設(shè)計為 1 331 kN，掛籃懸臂澆注箱梁最重塊段為 1# 塊，其重量為 130 t。設(shè)計定為每個懸澆“T”梁在縱向方向?qū)ΨQ劃分 10 個節(jié)段，箱梁 0 號塊節(jié)段長度 12 m（包括墩兩側(cè)各外伸 3.0 m 的長度），梁段數(shù)量與梁段長度從箱梁根部至跨中分別為 4 m×3.5 m、6 m×4.0 m 兩類，節(jié)段懸澆總長為 38 m。

2 本工程掛籃設(shè)計結(jié)構(gòu)形式

瓊江河大橋設(shè)計使用菱形掛籃，菱形桁片由普通熱軋槽型鋼搭設(shè)構(gòu)成，前橫梁由雙 HN450×200 的熱軋窄翼緣 H 型鋼構(gòu)成，吊桿采用φ32 精軋螺紋鋼，底籃腹板下縱梁為 HN400×200 的型鋼，底籃前托梁由雙 H N450×20 0 型鋼組成，底籃后托梁雙 HN450×200 型鋼組成。

掛籃主桁體系重 10.6 t（含配件）、前橫梁 3.0 t、吊桿及吊具重 7.5 t、底托結(jié)構(gòu)體系 11.4 t、側(cè)模及底模結(jié)構(gòu) 12.0 t、內(nèi)模 3.0 t、端模 0.5 t（估算）、行走體系 5.3 t，整個菱形掛籃系統(tǒng)總重約 53.3 t，掛籃重與最大號塊的比值為 0.41∶1，滿足設(shè)計要求［2］。

瓊江河大橋設(shè)計使用菱形掛籃如圖 1 所示。

圖1 瓊江河大橋菱形掛籃結(jié)構(gòu)設(shè)計圖（單位：cm）

3 掛籃底籃及吊桿施工時受力計算

3.1 加強(qiáng)縱向梁施工時整體變形值

本工程加強(qiáng)縱向梁以 1# 塊為例，計算縱梁受到負(fù)荷影響時的彎曲應(yīng)力及最大豎向撓度。

1）腹板處混凝土受力荷載。

設(shè)計 1# 塊梁段長度 3.5 m，由 3 根加強(qiáng)縱梁共同承受；其中，混凝土動力系數(shù)設(shè)計為 1.2，人群及機(jī)具負(fù)荷為 2.5 MPa，混凝土超灌系數(shù)設(shè)計為 1.05，鋼筋混凝土比重取G＝26 kN/m3，加強(qiáng)縱梁間腹板寬 0.9 m（每邊由 4 片縱梁承擔(dān)），箱梁兩端高度分別為 5.510 m 和 4.90 m。

計算得出：q1=（5.510+4.90）×0.9×4÷（2×4）×26×1.05=127.89 kN/m。

2）加強(qiáng)縱梁上的均布荷載。

若底模板重量按 1 kN/m2計，計算得出：

模板荷載為：q2=1×0.9=0.9 kN/m；

傾倒及振搗混凝土所產(chǎn)生的荷載；q3=4×0.9 =3.6 kN/m；

人群及機(jī)具荷載為：q4=2.5×0.9=2.25 kN/m；

計算得出：qi=q1+q2+q3+q4=134.64 kN/m。

3）加強(qiáng)縱梁受力時最大彎矩。

考慮到不利施工因素最終系數(shù)荷載為：148.62 kN/m；

每根加強(qiáng)縱梁上的均布荷載為：q=qi/n=148.62/3 =49.54 kN/m；

支點反力分別為：RA=（49.54×2.573×2.725/4.44）cos7.8°=77.51 kN；

RB=（49.54×1.868×2.725/4.44）cos7.8°=56.27 kN；

最大彎矩：Mmax=4 9.5 4×2.7 2 5×2.5 7 3÷ 4.44×（0.505+2.725×1.868÷2÷4.44）×cos7.8°= 84.34 kN/m。

4）縱梁受到負(fù)荷影響時彎曲應(yīng)力及整體變形值。

腹板處縱梁選用 H N400×200 的型鋼，截面特性參數(shù)為：A=8 412 mm2；Wx=1 185 000 mm3；Ix=237 000 000 mm4。

彎曲應(yīng)力：σw=M/W=84.34×106÷1 185 000=71.17 MPa ＜f=145 MPa，計算所得數(shù)值滿足設(shè)計要求。

根據(jù)上述計算可得，當(dāng)縱梁受到負(fù)荷影響時的最大豎向撓度=整體變形值 Δ：Δ=6.7 mm＜6 000/400 =15 mm，滿足設(shè)計整體變形要求［3］。

3.2 普通縱梁施工時整體變形值

本工程普通縱向梁以 1# 塊為例，計算縱梁在受負(fù)載影響時的彎曲應(yīng)力及最大豎向撓度。

1）普通縱梁上的均布荷載。

設(shè)計 1# 塊梁段長度 3.5 m，底板設(shè)計荷載由 6 根普通縱梁共同承受，模板按 1 kN/m2重量計，計算得出：

底模板混凝土荷載：q1=（0.921+0.873）×4.9× 4÷（2×4）×26×1.05=120 kN/m；

模板荷載：q2=4.9×1=4.9 kN/m；

施工機(jī)械及群體荷載：q3=4.9×2.5=12.25 kN/m；傾倒與振搗混凝土所產(chǎn)生的荷載：q4=（2+2）×4.9 =19.6 kN/m；

普通縱梁上的均布荷載為q i=q1+q2+q3+q4=156.75 kN/m。

2）普通縱梁受力時最大彎矩。

每根普通縱梁上的均布荷載為：q=qi/6=156.75/6 =26.13 kN/m；

支點反力分別為：RA=（26.13×2.573×2.725/4.44）×cos7.8°=40.89 kN ；

最大彎矩：Mmax=26.13×2.725×2.573/4.44× （0.505+2.725×1.868÷2÷4.44）×cos7.8°=44.07 kN/m。

3）縱梁在受負(fù)載影響時彎曲應(yīng)力及整體變形值。

底板處縱梁選用 HN400×200 型鋼，查表得出截面特性參數(shù)為：A=8 412 mm2；Wx=1 185 000 mm3；Ix=237 000 000 mm4。

彎曲應(yīng)力：σw=M/W=50.80×106÷1 185 0 0 0 =42.86 MPa＜f=145 MPa。

根據(jù)上述計算可得，縱梁在受負(fù)載影響時的最大豎向撓度=整體變形值Δ：Δ=26.13×cos7.8°× 2.725×2.54÷24EIx［（4×4.44-4×2.542÷4.44-2.7522÷4.44）×2.1-4×2.13÷4.44＋（2.1-0.538）4÷2.725÷2.54］=0.67 mm＜6 000/400=15 mm。

計算所得結(jié)果滿足設(shè)計整體變形要求。

3.3 托架梁施工時受力計算

1）前后托梁分別承擔(dān)底部荷載百分比。

根據(jù)普通縱梁的計算結(jié)果得出：支座反力RA= 40.89 k N，RB=29.68 k N，RB/（RA+RB）=29.68÷（40.89+29.68）×100 %=42 %。

由計算得出，前托梁承擔(dān)底部荷載的 42 %，后托梁承擔(dān)底部荷載的 58 %。

2）設(shè)計腹板處每根底縱梁的集中荷載：77.51 kN，如圖 2 所示。計算得出，后托梁承擔(dān)底板處的荷載：（68.56+2.65）×58 %=41.30 kN。

圖2 每根底縱梁受力集中荷載簡圖（單位：kN）

3）前托梁吊桿強(qiáng)度。采用 SM-Slover 計算前托梁受力分析。假設(shè)前托梁由腹板兩側(cè)吊帶共同承受設(shè)計荷載，則每根吊帶所受荷載計算為R，如圖 3 所示。

圖3 前托梁受力荷載簡圖

計算得出：R=186 508.17+81 916.29=268 769.46 N=268.8 kN，當(dāng)設(shè)計吊桿采用φ32 mm 精軋螺紋鋼筋時，驗算吊桿強(qiáng)度σ。

計算得出：σ=R/A=268 769.46÷803.84=334 MPa＜560 MPa，滿足設(shè)計要求。

3.4 掛籃倒退時前橫梁受力計算

掛籃倒退時，前橫梁承受負(fù)荷=（掛籃底托系統(tǒng)荷載+外側(cè)模荷載+提吊系統(tǒng)荷載）×12.5 %，設(shè)計沖擊負(fù)荷系數(shù)取 1.05。根據(jù)設(shè)計計算得出掛籃倒退時：P=32×10×1.05×12.5 %=42 kN。掛籃倒退時前橫梁受力設(shè)計如圖 4 所示。

圖4 掛籃倒退時前橫梁受力設(shè)計圖

彎曲應(yīng)力值：σw=M/W=296.69×106÷2 593 043.520 7=114.42 MPa＜f=145 MPa，滿足設(shè)計要求。

最大剪應(yīng)力：［τ］max=［τ］/A=84×103÷20 215.022 1 =4.16 MPa＜85 MPa，滿足設(shè)計要求。

4 掛籃主桁架施工時受力計算

4.1 澆筑 1 號塊時受力計算

1）混凝土重量+超載重量：G=140×10×1.2= 1 680 kN；設(shè)計前吊點承受混凝土荷載的 43 %，故計算所得：G1=1 680×43 %=722.4 kN。

2）掛籃設(shè)計荷載計算：設(shè)計要求，本工程前橫梁重計：3.1×10=31 kN；其中，前吊點承受荷載=（底籃+側(cè)模+內(nèi)模+端模+作業(yè)平臺）×43 %；計算所得：

P1=27.6×10×43 %=118.68 kN。

3）設(shè)計前吊點承受施工機(jī)械和群體負(fù)荷的 43 %，計算所得：P2=2.5×4×12×43 %=51.6 kN。

4）設(shè)計傾倒和振搗砼負(fù)荷的 43 %，計算所得：

P3=4×4×12×43 %=82.56 kN。

5）單片主桁前吊點荷載：計算的所得：P=

（G1+P1+P2+P3+31）/2=（722.4+118.68+51.6+82.56+31）

/2≈503.12 kN。

本工程所用菱形掛籃采用 9 根鋼筋后錨，φ25 mm 的精軋螺紋鋼筋抗拉強(qiáng)度為 298 kN，F(xiàn)=298 ×9=2 682 kN，設(shè)后錨力為Q，則：504×4.4=Q×4.4；

解得：Q=504 kN＜2 682 kN；

安全系數(shù)S=2 682/504=5.32，滿足設(shè)計安全要求。

4.2 掛籃空載行走時受力計算

1）掛籃空載行走安全系數(shù)驗算。

掛籃設(shè)計的模板體系、吊帶體系、作業(yè)平臺等總重約 33.647 t，作用于主結(jié)構(gòu)前吊點時的總負(fù)荷為：

P1=33.647×50 %=16.82 t。

掛籃前進(jìn)時，最大沖擊點負(fù)荷系數(shù)設(shè)計規(guī)定為 1.3，計算得出單個前吊點負(fù)荷為：P=16.82

×10×1.3/2=110 kN。

掛籃空載位置前移時，每個反扣輪的最大極限承載力為 70 kN，靠反扣輪及配重塊平衡其傾覆力；設(shè)反扣力為Q，則 125×4.44=Q×4.44。

計算得出：Q=110 kN，故每個輪子所能承載的壓力計算得出：110/4=27.5 kN＜70 kN，設(shè)計每片桁架后有兩對反扣輪，安全系數(shù)S=70 kN/27.5 kN=2.55＞2.0，滿足設(shè)計安全條件。

2）掛籃空載行走時，反扣輪輪壓在腹板邊緣產(chǎn)生局部擠壓力計算。本工程設(shè)計的菱形掛籃行走鋼軌為槽鋼，該槽鋼在下部按設(shè)計要求焊接-10 mm 蓋板，上部焊接-12 mm 蓋板和-4 mm 厚度的不銹鋼材，本工程施工過程中為了進(jìn)一步增加掛籃行走安全穩(wěn)定性，在兩槽鋼間增設(shè)橫向加強(qiáng)筋。

反扣輪在行走過程中，集中輪壓力在腹板邊緣所產(chǎn)生的局部擠壓力按設(shè)計要求計算如下：

最大彎矩計算得出：M=Px=27.5×0.08=2.2 kN·m；

彎曲應(yīng)力計算得出：σ=M/Wy=2.2×106÷32 678 =67.32 MPa＜145 MPa，滿足設(shè)計要求。

5 本工程合攏段施工技術(shù)

5.1 掛籃改吊架

瓊江河大橋主橋橋跨是連續(xù)梁橋，在箱梁合龍段澆筑時即進(jìn)行了體系轉(zhuǎn)換過程。在合龍時，合龍順序和工藝都需要嚴(yán)格控制，因為也是全橋梁受力狀態(tài)和線形控制的關(guān)鍵工序。

按照設(shè)計規(guī)定，在合龍時應(yīng)該首先進(jìn)行邊跨合龍，再進(jìn)行中跨合龍。合龍時，梁體兩端中線所產(chǎn)生的誤差可在各節(jié)段澆筑時逐段調(diào)節(jié)，以滿足合龍設(shè)計需求。而為了梁體整體線形，最后形成的少量誤差可通過壓重法（水箱加壓法、試驗臺加壓法、砂袋法）進(jìn)行微調(diào)。

瓊江河大橋主橋合攏段均為 2 m 的標(biāo)準(zhǔn)長度，采用吊架支撐澆筑合攏段混凝土，合龍吊架由掛籃改造而成。全橋箱梁合龍從邊至中進(jìn)行，即先合龍邊跨，再合龍中跨。瓊江河大橋如掛藍(lán)改吊架如圖 5 所示。

圖5 掛藍(lán)改吊架圖（單位：cm）

掛籃懸澆施工完畢后，將一側(cè)掛籃退到橋墩附近。合攏段采用單只掛籃改裝合龍吊架，掛籃改吊架需確保底平臺與懸掛系統(tǒng)基本不變，僅對上主梁構(gòu)造進(jìn)行改造，保留主縱梁與上橫梁及其后錨固系統(tǒng)形成吊架。

5.2 合攏段臨時鎖定

本橋梁在合攏段內(nèi)預(yù)埋由 15 mm 厚鋼板及φ25 鋼筋組成的預(yù)埋件，預(yù)埋件尺寸為 0.8 m（橫橋向）×1.1 m（縱橋向），埋設(shè)位置距梁端≥ 20 cm，錨固鋼筋與預(yù)埋鋼板采用雙面焊接。工字鋼采用 I30 工字鋼，長 4 m，與預(yù)埋鋼板四周滿焊，綴板四周與工字鋼滿焊，焊縫高度≥8 mm。

5.3 模板安裝

吊架上橫橋向布置的 12 cm×12 cm 木枋上，底模為 1.2 cm 橋工板，正對腹板下方分配鋼管間距不大于 10 cm，腹板倒角處鋼管間距≤ 20 cm，底板下方鋼管間距≤ 30 cm。模板安裝如圖 6 所示。

圖6 模板安裝圖（單位：cm）

5.4 預(yù)拱度設(shè)置

因考慮到本工程連續(xù)剛構(gòu)橋橋面適當(dāng)上拱有利于長期受力，根據(jù)設(shè)計要求在主跨跨中設(shè)置 36 mm 預(yù)拱度，邊跨設(shè)置最大 10.9 mm 預(yù)拱度，橋面設(shè)置成平滑曲線。預(yù)拱度以主橋中心為對稱軸對稱設(shè)置。其余各點的預(yù)拱度則以中點為最大限度，并按二次拋物線加以分?jǐn)偂８鶕?jù)計算出來的箱梁底板高度，對箱梁底模高度重新進(jìn)行調(diào)整。

施工時根據(jù)時間情況，對如施工溫度、掛籃構(gòu)造等進(jìn)行嚴(yán)格的施工控制，以保證橋梁線形。橋梁線形監(jiān)控采用第三方監(jiān)控，以便各 T 構(gòu)順利合龍，成橋線形必須接近原設(shè)計線形。因此，設(shè)計要求的精度限制和誤差調(diào)整的控制措施，都必須對建筑工期不產(chǎn)生根本性的不良影響。

6 掛籃施工的安全質(zhì)量性問題

1）主橋懸臂端結(jié)構(gòu)澆筑。橋懸臂結(jié)構(gòu)端澆筑，必須通過一次性施工的方法來確保澆筑安全質(zhì)量，在澆筑過程中，作業(yè)人員必須貫徹落實對稱平衡的基本準(zhǔn)則，并進(jìn)行不對等重力的合理調(diào)節(jié)，使其限制在單個梁段的底板自重范圍內(nèi)。施工過程中若遭遇大風(fēng)、暴雨等不良天氣時，需要采取有效的防護(hù)措施來保證單 T 的穩(wěn)定性。

2）邊跨位置施工。邊跨直線段必須一次施工完畢，并根據(jù)預(yù)壓階段的實際數(shù)值和施工管理的實際需要，設(shè)定好預(yù)拱度和底模高度。在進(jìn)行邊跨預(yù)應(yīng)力鋼束張拉作業(yè)的過程中，必須保證箱梁結(jié)構(gòu)和支撐均可以在水平方面進(jìn)行自由變形，在加密底模與支架及承重柱間鋼管距離的同時，也必須確?；炷潦┕きh(huán)節(jié)梁體本身的穩(wěn)定性與可靠性。在邊跨預(yù)應(yīng)力張拉建立后，可以直接對交接墩簡支梁一側(cè)的帽梁進(jìn)行澆筑施工。

3）主梁合龍施工。施工人員必須嚴(yán)格按照國家施工標(biāo)準(zhǔn)的要求進(jìn)行作業(yè)，以確保施工質(zhì)量與設(shè)計的統(tǒng)一性。同時，合龍溫度與合龍順序也必須保持一致，即從兩邊向中間施工。合龍澆筑時必須采用合龍架；但若是邊跨合龍，則可以采用立模澆筑的施工方式，首先將掛籃適當(dāng)后移，然后將其拆除，再重新安裝合龍支架。這個過程中必須加大懸臂結(jié)構(gòu)一端的重量，并做好支撐模和綁扎等工作，對外部預(yù)應(yīng)力鋼管進(jìn)行安裝，在確定合龍溫度達(dá)到設(shè)計條件后，方可完成混凝土施工作業(yè)［4］。

7 結(jié)語

綜上所述，在橋梁工程施工建設(shè)中，掛籃施工技術(shù)將具有更加廣闊的應(yīng)用，對比于傳統(tǒng)建筑施工技術(shù)，掛籃施工技術(shù)將能夠?qū)κ┕み^程加以簡化，同時具備了結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、成本低、施工過程簡單、穩(wěn)定性強(qiáng)的優(yōu)點，也可以協(xié)助施工單位在對施工進(jìn)行成本控制和對施工質(zhì)量加以管理的同時，促進(jìn)了工程建設(shè)效益的提升。對于施工技術(shù)方面，為了把掛籃施工技術(shù)有效地運(yùn)用于橋梁施工中，就必須結(jié)合實際情況，制定科學(xué)合理的施工組織規(guī)劃，并進(jìn)行施工管控，充分發(fā)揮掛籃施工技術(shù)的優(yōu)勢，實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益、社會效益和安全效益的提高。Q