伍豪 張瀟搏

（中交廣州航道局有限公司,廣東 廣州 510290）

1 工程概況

某特大橋5#～8#墩主橋為矮塔斜拉橋，主梁設(shè)計為大懸臂變截面單箱三室箱梁結(jié)構(gòu)，頂板寬度33.5 m，兩側(cè)翼緣板寬度均為8.5 m，翼緣板下設(shè)撐板，對應(yīng)位置設(shè)橫隔板，縱向布置間距為4 m、4.5 m，箱梁底寬16.5 m；梁高按二次拋物線由6#墩（橋塔）、7#墩（橋塔）各兩側(cè)3 m范圍內(nèi)梁高5 m漸變?yōu)?.5 m，不計0#塊與合龍段外，單邊懸臂澆筑節(jié)段分為4×3 m＋12×4.5 m，其中在澆筑4#塊時方量最大，為154 m3，重約400 t，其主梁截面形式如圖1所示。

圖1 4#塊主梁一般斷面圖（單位：mm）

2 超寬截面掛籃的設(shè)計

2.1 設(shè)計思路

針對掛籃支點位置可將掛籃形式分為前、后支點掛籃，前支點掛籃也稱牽索式掛籃，施工過程中利用待澆梁段斜拉索為掛籃前支點支撐力，后端錨固在已澆梁段上。后支點掛籃根據(jù)結(jié)構(gòu)形式又可分為3種：三角形式、菱形式及弓形式。本掛籃在設(shè)計選型過程中，考慮到本橋設(shè)計為矮塔斜拉橋，主梁存在無索區(qū)，所以牽索式掛籃不適用本橋懸臂現(xiàn)澆施工，同時對后支點掛籃受力特點、優(yōu)缺點進(jìn)行分析對比，如表1所示。

表1 常見掛籃優(yōu)缺點分析對比表

綜合考慮上述幾種掛籃的受力特點、優(yōu)缺點及穩(wěn)定性之后，掛籃設(shè)計選型在保證施工安全、方便的前提下，以懸臂現(xiàn)澆節(jié)段方量最大的4#塊各參數(shù)為主控條件，選擇菱形式掛籃進(jìn)行設(shè)計與施工。同時為解決超寬截面菱形掛籃多榀桁架同步行走穩(wěn)定性的問題，設(shè)想在菱形桁架片尾部增設(shè)豎向及水平平聯(lián)以增強(qiáng)超寬截面掛籃同步行走穩(wěn)定性，掛籃結(jié)構(gòu)布置如圖2、3所示。

圖2 4#塊澆筑掛籃立面圖（單位：mm）

2.2 掛籃組成

本套寬幅式懸臂澆筑掛籃主要由主桁系統(tǒng)、底籃系統(tǒng)、翼緣板施工平臺、錨固及行走系統(tǒng)、吊掛系統(tǒng)、模板及附屬系統(tǒng)組成。

圖3 4#塊澆筑掛籃斷面圖（單位：mm）

2.2.1 主桁系統(tǒng)

主桁系統(tǒng)采用4榀菱形桁架片及橫向平聯(lián)組成，為主要受力結(jié)構(gòu)；桁架片橫橋向布置間距為5.73 m、4.64 m、5.73 m，中心高5 m，下主梁前后支點距離5.9 m；桁架各桿件均采用雙40#b槽鋼+2 cm厚鋼板組焊成的箱形結(jié)構(gòu)，桿件節(jié)點處采用銷軸連接+連接鋼板焊接；橫向連接由2道豎向平聯(lián)和1道水平平聯(lián)組成，其主要作用是增加菱形桁架片的橫向穩(wěn)定性和降低主桁系統(tǒng)重心以達(dá)到增加整體穩(wěn)定性的效果；豎向平聯(lián)設(shè)置在距離菱形桁架片后支座1.3 m、3.3 m處；水平平聯(lián)用于連接2道豎向平聯(lián)。

2.2.2 底籃系統(tǒng)

底籃系統(tǒng)是組成掛籃的重要系統(tǒng)，主要由前上橫梁、前下橫梁、后下橫梁、底模板縱梁和底模形成，為底腹板模板安裝、鋼筋綁扎、混凝土澆筑等工序提供操作平臺，并直接承受砼自重荷載和施工活荷載。前上橫梁采用桁架型，由雙50#b槽鋼+2 cm厚鋼板組焊成的箱形截面梁；前下橫梁采用雙HN396×399×11×7型鋼組焊；后下橫梁采用桁架型，其主梁由雙40#b工字鋼+2 cm厚鋼板組焊，前后下橫梁中心距為6 m；縱梁采用雙40#b槽鋼，腹板下布置間距為500 mm，箱室下為950 mm，與前下橫梁采用螺栓銷接，與后下橫梁采用焊接。

2.2.3 翼緣板施工平臺

翼緣板施工平臺由反力梁、內(nèi)外導(dǎo)梁、翼緣施工分配梁組成。前端由前長吊帶連接在導(dǎo)梁下反力梁上，懸吊于前上橫梁上，后端由后長吊桿穿過吊架懸吊在已成梁段翼緣板上。

2.2.4 錨固及行走系統(tǒng)

錨固系統(tǒng)包括主桁架后錨固和滑道錨固，主桁架后錨固設(shè)在4榀主桁架的后支座處，采用2根反壓梁及其配套的4根錨桿，以平衡澆筑施工時產(chǎn)生的傾覆力矩，確保安全；行走系統(tǒng)包括桁架片前后支座、滑道及其墊梁、內(nèi)外導(dǎo)梁、吊架、千斤頂和卷揚機(jī)等設(shè)備。

2.2.5 吊掛系統(tǒng)

吊掛系統(tǒng)主要用于懸吊底籃系統(tǒng)和兩側(cè)翼緣板施工平臺，通過吊帶和吊桿將底模系統(tǒng)、翼緣板施工平臺、各模板系統(tǒng)、待澆筑段梁自重及施工活荷載傳遞到主桁系統(tǒng)及已完成梁段上。吊掛系統(tǒng)包括前長吊帶、后短吊桿、后短吊帶和后長吊桿。前長吊帶用于懸吊底籃系統(tǒng)和翼緣板施工平臺的前端；后短吊桿用于底板砼澆筑時，吊掛底籃系統(tǒng)后端；后長吊桿用于錨固吊架，懸吊翼緣板施工平臺后端；后短吊帶將后下橫梁吊掛在內(nèi)側(cè)導(dǎo)梁上，用于掛籃走行。本套掛籃吊帶設(shè)計采用厚32 mm，寬20 cm的鋼板吊帶，吊桿采用d=32 mm的精軋螺紋鋼筋。

前上橫梁共設(shè)置10處前長吊帶，其水平投影在底板區(qū)域的6根前長吊帶與前下橫梁連接，水平投影在翼緣板區(qū)域的4根前長吊帶與兩側(cè)翼緣板施工平臺前端導(dǎo)梁下的反力梁連接。底籃后端懸吊在已完成梁段底板處，通過后短吊桿與后下橫梁連接，共設(shè)置6組后短吊桿（1組為1個后吊點），每組采用3根φ32 mm的精軋螺紋鋼筋縱向錨固在已完成梁段底板內(nèi)。兩側(cè)翼緣板施工平臺后端由后長吊桿通過吊架懸吊在已成梁段翼緣板上。

2.2.6 模板及附屬系統(tǒng)

模板系統(tǒng)包括內(nèi)、外模板及其支撐系統(tǒng)，內(nèi)外模為散裝散拆的鋼模和模板，支撐系統(tǒng)采用扣件式鋼管支架；附屬系統(tǒng)包括施工時用的上下通道、操作平臺等。

3 工況確定及荷載計算

3.1 控制性計算工況

工況一：選擇4#塊混凝土澆筑工況，此工況具有代表作用，該節(jié)段梁懸澆砼重量最重，對結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性進(jìn)行驗算。

工況二：掛籃行走工況，此工況主要分析掛籃行走時整體穩(wěn)定性，保證整套系統(tǒng)安全。

3.2 荷載計算

①掛籃結(jié)構(gòu)自重荷載：軟件自動計入，由軟件輸入重力加速度系數(shù)即可；②4#塊混凝土自重荷載：取26 kN/m3；③模板自重荷載：取1.5 kN/m2；④施工人員及機(jī)械設(shè)備荷載：取2.5 kN/m2；⑤振搗砼荷載：取2 kN/m2；⑥風(fēng)荷載：按當(dāng)?shù)鼗撅L(fēng)壓計算。

4#塊節(jié)段先進(jìn)行底腹板及支撐板澆筑、后澆筑頂板和翼緣板，為簡化計算，本次節(jié)段梁砼自重荷載按全斷面計算。根據(jù)4#塊典型斷面圖，采用條分法將箱梁各區(qū)域的自重荷載轉(zhuǎn)化為線荷載，節(jié)段梁砼自重荷載示意圖見圖4。

圖4 節(jié)段梁砼自重荷載示意圖（單位：kN/m2）

3.3 荷載組合

對于一般構(gòu)件的強(qiáng)度計算，按照極限狀態(tài)法，荷載考慮分項系數(shù)——恒載1.2，活載1.4：

荷載組合Ⅰ：1.2×（①+②+③）+1.4×（④+⑤），用于工況一掛籃各構(gòu)件強(qiáng)度驗算；

荷載組合Ⅱ：1×（①+②+③），用于工況一掛籃各構(gòu)件剛度驗算；

荷載組合Ⅲ：1×（①+⑥），用于工況二掛籃行走整體穩(wěn)定性驗算。

4 結(jié)構(gòu)有限元分析

4.1 結(jié)構(gòu)模型

采用有限元分析程序Midas Civil進(jìn)行結(jié)構(gòu)建模前處理及分析驗算后處理，由于掛籃各桿件單元較多，為保證建模有條不紊，可根據(jù)掛籃實際拼裝順序及各桿件相互關(guān)系進(jìn)行建模。建模順序：菱形桁架片→平聯(lián)→前上橫梁→前長吊帶→前下橫梁→后下橫梁→底籃縱梁→底籃模板→導(dǎo)梁反力梁→導(dǎo)梁→翼緣澆筑平臺分配梁→后長吊桿→翼緣板及支撐架澆筑鋼管支架→翼緣板澆筑模板→行走后短吊帶。軟件模擬主要采用梁、板單元，全結(jié)構(gòu)共1 273個節(jié)點，1 771個梁單元，64個板單元（見圖5）。

4.2 邊界條件

外部約束：（1）掛籃后支點用固定鉸支座模擬，前支點用滑動鉸支座模擬，且均限制支點節(jié)點橫向平動；（2）后長、短吊桿均采用固結(jié)模擬。

內(nèi)部約束：（1）菱形桁架片各桿件連接處均采用銷接，用釋放梁段的抗彎剛度的方式模擬；（2）各桿件焊接采用剛體連接模擬；（3）桿件搭接處采用彈性連接模擬。

4.3 各工況計算結(jié)果

工況一計算結(jié)果見圖6～圖9。由圖6可得出，菱形桁片最大支反力為1 546.6 kN；由圖7可得出，最大位移為1.5 cm，發(fā)生在翼緣板澆筑平臺上的鋼管支架上；由圖8得出，掛籃在澆筑工況下，最大組合應(yīng)力為94.7 MPa，發(fā)生在翼緣板澆筑平臺下的導(dǎo)梁上；由圖9可看出，此掛籃在澆筑工況下，最易失穩(wěn)的部位為翼緣板澆筑平臺。

圖6 工況一：主桁支點反力（單位：kN）

圖7 工況一：整體位移圖（單位：mm）

圖8 工況一：組合應(yīng)力圖（單位：MPa）

圖9 工況一：掛籃整體穩(wěn)定性（臨界穩(wěn)定系數(shù)n=8.426）

工況二計算結(jié)果見圖10～圖12。掛籃前移時，松開底籃系統(tǒng)后短吊桿，后下橫梁通過2根后短吊帶懸掛在兩側(cè)內(nèi)導(dǎo)梁上。由圖10可看出，掛籃行走時，最大位移為8.8 mm，發(fā)生在后下橫梁跨中處；由圖11可得出，掛籃行走時，最大組合應(yīng)力為46 MPa；由圖12可看出，掛籃行走時，最易發(fā)生失穩(wěn)的部位為后下橫梁。

圖10 工況二：整體位移圖（單位：mm）

圖11 工況二：組合應(yīng)力圖（單位：mm）

圖12 工況二：掛籃行走整體穩(wěn)定性（臨界穩(wěn)定系數(shù)n=18.69）

5 寬幅式掛籃施工工藝

5.1 施工流程

掛籃拼裝流程：橋面清理及材料轉(zhuǎn)運（按安裝先后順序運至施工點）→測量放樣軌道中線及墊座安裝調(diào)平→安裝縱向軌道→安裝前、后支腿→安裝菱形桁片→安裝平聯(lián)→安裝后錨→前上橫梁安裝→前吊帶安裝→底籃系統(tǒng)安裝→吊架及內(nèi)外導(dǎo)梁安裝→翼緣板施工平臺安裝→模板及附屬系統(tǒng)。

5.2 主桁、錨固、吊掛系統(tǒng)安裝

施工安裝主要為：（1）清理橋面及預(yù)埋孔，放樣軌道中心線。（2）安裝軌道墊梁及軌道；墊梁里程方向誤差控制在10 cm以內(nèi)，待放置軌道后根據(jù)軌道高度再進(jìn)行加焊調(diào)平。（3）安裝縱移軌道并調(diào)平，首次調(diào)平軌道標(biāo)高誤差在±5 mm內(nèi)，后期施工誤差控制在±10 mm以內(nèi)，調(diào)平完畢后用反壓梁將軌道錨固在0#塊箱梁梁面上。（4）安裝前支腿、反扣輪。（5）分片安裝菱形桁片，第一片桁片安放后施加臨時支撐，第二片桁片安裝就位后與第一片之間施作臨時橫聯(lián)確保不失穩(wěn)，按此順序直到整個掛籃所有桁架片安裝完畢。菱形桁片橫橋向間距誤差控制在±5 mm以內(nèi)，用手拉葫蘆進(jìn)行調(diào)節(jié)，誤差采用吊線與拉尺相結(jié)合控制，確保桁架的垂直度及間距滿足要求。（6）安裝平豎橫梁。（7）安裝后錨，用型鋼或鋼板在縱移軌道與主桁片后節(jié)點之間墊平，以便在后錨安裝后，用螺旋千斤頂將后錨螺桿抽緊。（8）安裝前上橫梁及工作平臺。（9）安裝吊帶，吊帶先在預(yù)拼場地進(jìn)行拼裝，然后采用整體吊裝。

5.3 底籃系統(tǒng)、翼緣板施工平臺、附屬系統(tǒng)安裝

底籃系統(tǒng)按自底向上的順序進(jìn)行拼裝，在拼裝場地根據(jù)設(shè)計圖擺放前后下橫梁，安裝縱梁、底模。底模系統(tǒng)拼裝平臺采用兩層枕木搭設(shè)，枕木平臺頂鋪設(shè)一層1 cm鋼板減少橫梁與平臺間的摩擦，以利于橫梁位置微調(diào)。前后下橫梁吊裝擺放到位后放出中心線，并采取量對角線的措施保證前后下橫梁的位置準(zhǔn)確。前后下橫梁擺放到位后，即可拼裝縱梁，先嚴(yán)格設(shè)計間距安裝擺放兩端及中間的縱梁，然后采取拉對角線的方法復(fù)核距離，誤差控制在±5 mm以內(nèi)，再依次安設(shè)其他縱梁?？v梁與前下橫梁采用螺栓銷接，與后下橫梁采用焊接，焊接時先點焊，并間隔施焊，嚴(yán)禁不對稱施焊?？v梁安裝完畢后組織全面驗收，驗收合格后，即可安裝底模，底模安裝時嚴(yán)格控制位置及平面尺寸。

待前主桁系統(tǒng)、上橫梁、吊帶、主桁后錨及底籃后錨安裝到位后，全面驗收合格，即可進(jìn)行底籃系統(tǒng)整體吊裝。吊裝底籃采用卷揚機(jī)、滑輪、鋼絲繩及配套鎖扣進(jìn)行，用兩個定滑輪的吊帶布置在掛籃最外側(cè)縱移軌道上，將軌道與相應(yīng)的桁片用精軋螺紋鋼串聯(lián)，增加剛度。吊裝時采用2臺卷揚機(jī)，整體吊裝，單邊兩點吊。按圖布置轉(zhuǎn)向滑輪及動滑輪，鋼絲繩穿過滑輪組要確保不錯不繞。底籃系統(tǒng)吊裝前應(yīng)進(jìn)行試吊，將底籃垂直提升至高過拼裝場地20 cm，并持續(xù)1 min。正式吊裝設(shè)置專人指揮，并保證通訊良好。底籃提升過程中，時刻觀察底籃狀態(tài)，為防止底籃傾斜，底籃兩端高差宜控制在30 cm以內(nèi)。底籃系統(tǒng)安裝完成后，即可進(jìn)行安裝翼緣板施工平臺、模板系統(tǒng)和附屬系統(tǒng)。吊架和支撐板澆筑排架預(yù)先在施工場地內(nèi)拼裝完成，吊裝采用底籃吊裝時的兩臺8 t卷揚機(jī)。

5.4 掛籃移機(jī)

節(jié)段梁施工完畢后，放松掛籃前長吊帶、底籃系統(tǒng)后短吊桿，并調(diào)節(jié)前后下橫梁使底籃水平，放松翼緣澆筑平臺后吊帶，使翼緣澆筑平臺落于吊架上，錨固下平臺走行后吊帶，將掛籃調(diào)整至走行狀態(tài)，然后將掛籃行走軌道接長，用千斤頂牽引掛籃行走。軌道接長時，前后軌道用連接板和螺栓連接成一整體并用壓梁錨固，軌道中心距誤差≤5 mm。前端移機(jī)軌道打磨干凈，在前支腿移動范圍內(nèi)均勻涂一層黃油，減少前支腿與軌道間的摩阻力，并在軌道側(cè)面用紅油漆標(biāo)注尺寸（最小刻度10 cm），作為掛籃前移同步控制的標(biāo)尺。放松并卸掉掛籃后錨固系統(tǒng)，拆除后錨桿，使掛籃走行反扣輪徐徐受力，用液壓千斤頂向前推動掛籃，逐個拆除擋住反扣輪前進(jìn)的軌道上壓梁，掛籃行走速度≤10 cm/min，并及時在反扣輪后重新安裝軌道上壓梁，直到掛籃前移到位。

掛籃行走到位后，即可安裝掛籃后支點錨固系統(tǒng)，底籃系統(tǒng)后短吊桿、翼緣澆筑平臺后長吊桿，同時放松走行后吊帶，調(diào)整前后下橫梁，使底籃坡度適應(yīng)梁底坡度，最后錨固掛籃后錨及掛籃吊帶或吊桿，調(diào)整各模板高程。

6 結(jié)語

本文介紹的超寬幅變截面連續(xù)梁澆筑所采用的掛籃設(shè)計，在施工過程中充分考慮了菱形掛籃結(jié)構(gòu)特點和工程實際情況，分析了結(jié)構(gòu)在最不利工況下的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性，確保節(jié)段梁懸臂澆筑施工安全。實際在施工過程中，可在掛籃后短吊帶卸載前，把掛籃底板澆筑平臺上的雜物、翼緣澆筑平臺的鋼管腳手架等清除、卸載掉，以減輕掛籃走行時的負(fù)擔(dān)。同時掛籃走行時，應(yīng)關(guān)注后下橫梁的順橋向的穩(wěn)定性，在需要的時候可以把下弦與縱梁之間用兩道斜向連接桿相連，以保證掛籃行走穩(wěn)定。