任 涵

(中交第一公路勘察設(shè)計研究院有限公司，陜西 西安 710065)

0 前 言

掛籃懸臂技術(shù)是我國橋梁建筑工程中常用的一種技術(shù)，且運(yùn)用范圍比較廣泛。掛籃懸臂技術(shù)對掛籃的具體要求為：結(jié)構(gòu)組成簡單、按照拆除快捷、靈活性高、便于移動、結(jié)構(gòu)安全、具有較強(qiáng)的剛度與穩(wěn)定性、質(zhì)量偏輕、操作性不強(qiáng)。掛籃是一種能夠獨(dú)立移動的活動支架，懸掛在梁端上[1]。在實際施工過程中，諸多工序都需要以掛籃作為工作面展開，例如澆筑混凝土、鋼筋綁扎與緊固、模板安裝與拆除等。

1 工程概況

某工程的具體情況為：橋梁全長123 8 m，主橋為(85 m+4×160 m+85 m)連續(xù)剛構(gòu)，最大墩高153 m，兩側(cè)引橋分別為8跨、6跨先簡支后連續(xù)箱梁。

2 施工方案

設(shè)計圖紙中的主柱墩高度設(shè)計為153 m，所以選擇使用預(yù)埋托架作為橋梁施工過程中的主要承重主體。在實際施工時所產(chǎn)生的各種豎向作用力全部由墩身承載。為了保證施工的安全性，選擇分層澆筑混凝土，第一次澆筑部位是腹板、底板以及橫隔板；第二次澆筑的部位是翼緣板與頂板。

3 懸臂澆筑施工

3.1 掛籃設(shè)計

掛籃結(jié)構(gòu)比較簡單，主要由吊掛、模板、張拉、移動、緊固、承載等多個系統(tǒng)組成。此次設(shè)計的掛籃屬于菱形結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)類型的掛籃重量一般控制在50 t以內(nèi)，主架是3棍，主架之間的間距控制在5.8 m。每一個施工階段的箱梁質(zhì)量最大不超過166 t。掛籃結(jié)構(gòu)中的底籃構(gòu)件包括模板、縱向梁提、橫向梁提。其中，縱向梁體使用的是32a型鋼材，橫向梁體則使用H40H型鋼材，吊桿使用的是32 mm螺紋鋼，模板安裝以后使用千斤頂進(jìn)行定位。澆筑混凝土?xí)r，掛籃結(jié)構(gòu)的前半部分荷載會借助吊桿逐漸轉(zhuǎn)移至橫向梁體上，同時掛籃后半部分的荷載也會通過吊桿轉(zhuǎn)移到上一個節(jié)段的梁體上。

3.2 掛籃結(jié)構(gòu)驗算

3.2.1 掛籃荷載計算

橋梁的最大節(jié)段是2號塊，該節(jié)段的長度是3.5 m，重166 t，長度是4 m，箱梁的寬度是12 m。2號塊的面荷載P1為27.66 kPa，施工荷載P2為1.5 kPa；混凝土澆筑時振搗所產(chǎn)生的荷載P3為2.0 kPa；橋梁底部模板的荷載P4為0.83 kPa；外側(cè)模板的荷載P5為192 kN；縱向梁體的荷載P6為1.37 kPa；內(nèi)側(cè)模板的荷載P7為1.83 kPa；橫向梁體的荷載P8為90 kN。

通過對橋梁施工過程中的掛籃結(jié)構(gòu)荷載進(jìn)行計算，得出掛籃結(jié)構(gòu)中的底部模板縱向梁體所受到的荷載P為33.36 kPa。在此基礎(chǔ)上對主架所承受的荷載進(jìn)行論證，混凝土澆筑過程中所產(chǎn)生的荷載假設(shè)由箱梁與主架各承受一半，那么橫向梁體所受到的荷載就P為2 352.18 kN。由于前上部分的橫梁是整個掛籃結(jié)構(gòu)中承受荷載最大的一個部位，所以選擇使用2H40型鋼組裝。

3.2.2 掛籃結(jié)構(gòu)計算

利用有限元計算出析架部分的作用力與變形量，進(jìn)一步分析得出豐行架的最大位移距離是12 mm,析架的作用力最大是140 MPa，通過這些數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)掛籃結(jié)構(gòu)的設(shè)計完全符合建筑工程施工規(guī)范要求。

利用Midas Civil有限元軟件對掛籃進(jìn)行整體建模，見圖1。

圖1 有限元模型圖

以橋梁的前半部分橫梁的荷載進(jìn)行分析，橫梁上裝置有6個吊點(diǎn)、4個滑梁、4個導(dǎo)梁，通過計算得出橫梁的荷載q為70.67 kN/m，設(shè)計圖紙中橫梁由H400型鋼組裝而成，每一塊型鋼的荷載為35.34 kN/m。

具體的計算結(jié)果如下所示：①掛籃支點(diǎn)的計算得出：各個掛籃支點(diǎn)的反力數(shù)值依次為：199.3、195.2、199.3 kN；②彎矩的計算得出：117.8 kN·m；③剪力計算得出：107.6 kN；④應(yīng)力計算得出：符合設(shè)計及規(guī)范要求；⑤位移計算得出：14 mm,掛籃的剛度滿足設(shè)計及規(guī)范要求。

再對掛籃結(jié)構(gòu)的橫梁進(jìn)行計算，其中下橫梁部分選擇6根吊桿當(dāng)做支點(diǎn)。前下橫梁與后下衡量所承受的荷載基本一樣，為了便于分析，選擇使用前下橫梁進(jìn)行研究。通過計算得出前下橫梁所承受的荷載P為1 176 kN，前下橫梁由H400型鋼組裝而成，其中每一片型鋼所受到的荷載是46.37 kN/m。

具體的計算結(jié)果如下所示：①彎矩計算得出：60.9 kN·m；②剪力計算得出：102.2 kN；③下橫梁應(yīng)力計算得出：符合設(shè)計及規(guī)范要求；④下橫梁變形計算得出：位移為0,掛籃結(jié)構(gòu)的剛度符合設(shè)計及規(guī)范要求。

3.2.3 掛籃穩(wěn)定性計算

當(dāng)掛籃運(yùn)動至下一個澆筑部位后，那么在空載環(huán)境下掛籃的穩(wěn)定性最差，此時掛籃的力臂處于最大值，相應(yīng)的掛籃所承受的傾浮力也最大。在這個場景中，施工荷載為2 kN；內(nèi)側(cè)模板的荷載為110 kN；底部模板的荷載為82.18 kN；外側(cè)模板的荷載為160 kN，橫梁所受到的荷載為54 kN，掛籃在移動的過程中荷載為319.1 kN。

因此，掛籃的每一個析架所應(yīng)該承受的荷載為106.5 kN，輪組的荷載為112.7 kN，主體結(jié)構(gòu)與輪組使用貝雷銷連接，其中貝雷銷的面積為1 962.5 mm2，安全系數(shù)是10.17，剪力為1 147 kN，結(jié)合這一組數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)掛籃完全符合設(shè)計及規(guī)范要求。

雖然反扣輪組裝置有8個軸承，但是在實際施工的過程中掛籃所受到的作用力不均勻，因此，為了保證掛籃作業(yè)過程中的安全問題，假設(shè)在實際作業(yè)的過程中僅僅只有4個軸承在承受作用力，那么每一個軸承受到的作用力為48.5 kN，4個軸承所受到的總作用力為194 kN，這一數(shù)據(jù)明顯超過112.7 kN，說明軸承的安全性能滿足設(shè)計要求。

相鄰的兩個軸承使用固定軸進(jìn)行連接，所以需要四個固定軸，固定軸的直徑是60mm。結(jié)合前文的研究結(jié)果來看，由于掛籃的支點(diǎn)受力不均勻，所以為了保證掛籃在移動過程中的安全性和穩(wěn)定性，做出一個假設(shè)，若掛籃在實際作業(yè)的過程中僅僅只有兩個固定軸產(chǎn)生作用，那么每一個固定軸受到的剪力為19.9 kN，說明固定軸的安全性符合設(shè)計要求。

3.3 掛籃拼裝

當(dāng)0號塊與1號塊施工結(jié)束，支架完全拆除以后，對掛籃進(jìn)行拼裝，主桁架的拼裝工作在地面上進(jìn)行，然后安裝上下壓梁、移動軌道、墊梁以及支座，完成以后安裝掛籃的橫梁與吊桿。底籃也在地面安裝，然后逐步將底板提升到設(shè)計標(biāo)高值，同時對滑梁、側(cè)模進(jìn)行調(diào)整，以滿足設(shè)計要求。

3.4 掛籃荷載試驗

當(dāng)掛籃安裝完成以后檢測掛籃的變形程度和承載能力。橋梁的節(jié)段最大質(zhì)量為166 t，意味著掛籃的加載重量為199.2 t。墩柱兩邊的掛籃是逐漸加大承載，最終總重量不超過200 t。每次加載結(jié)束以后保持2～3 h，檢測掛籃各部位的撓度值，最后對掛籃進(jìn)行分級卸載。

經(jīng)過實驗以后得出：掛籃在加載的情況下降最大數(shù)值是38 mm,最小值是12 mm。掛籃在分級卸載后，最大的回升數(shù)值是25 mm,最小回升數(shù)值是0。結(jié)合實驗結(jié)果來看，現(xiàn)場使用的撓度值設(shè)計的是18 mm。

3.5 箱梁線形控制

在對線形控制進(jìn)行分析時必須兼顧掛籃各節(jié)段的自重、施工荷載、變形量、張拉作用力等相關(guān)影響因素。在掛籃作業(yè)前，先核算出掛籃每一個節(jié)段的撓度值，結(jié)合所獲取到的撓度值合理確定出預(yù)拱度。在澆筑混凝土的過程中，應(yīng)精準(zhǔn)測量出每一個節(jié)段的實際標(biāo)高，最終采用撓度值與實際結(jié)果共同分析的方式來實現(xiàn)線形控制，而后根據(jù)不同節(jié)段的預(yù)拱度逐一調(diào)整梁段的線形[2]。

3.6 合龍段施工

掛籃結(jié)構(gòu)的底部模板平臺下降至地面以后開展拆除工作，主桁架則使用機(jī)械進(jìn)行拆除，在這個過程中，中跨的掛籃移動至合龍節(jié)段，利用吊桿與14號塊進(jìn)行連接。當(dāng)掛籃移動至指定地點(diǎn)以后，將14號塊的實際標(biāo)高與設(shè)計標(biāo)高進(jìn)行對比，假若二者之間的誤差在合理范圍以內(nèi)，即可直接拼裝，假若超出合理范圍，則應(yīng)該二次調(diào)整以后再拼裝[3]。

必須保證在骨架焊接之前預(yù)壓，沙袋、水的重量與混凝土的重量相同。合龍段的骨架由多種不同鋼管共同組成，其中勁性鋼管8根，鋼管的墊板下面鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)，焊接鋼筋骨架時選擇在夜間氣溫最低時進(jìn)行?；炷恋膹?qiáng)度標(biāo)號是C50，利用混凝土泵車完成澆筑，混凝土的初凝時間不應(yīng)小于8 h。

4 結(jié)束語

大跨度連續(xù)剛構(gòu)橋的施工工序較為復(fù)雜，其中所涉及到的各種技術(shù)要求非常嚴(yán)格。所以，現(xiàn)場管理人員必須保證橋梁支撐結(jié)構(gòu)的安全性與穩(wěn)定性，盡可能選擇先進(jìn)合理的施工工藝，這樣才能有效保證工程質(zhì)量。結(jié)合整體情況而言，該橋梁的施工效果比較理想，能夠給類似橋梁工程提供借鑒。

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