彭飛

摘要 為探索橋梁寬度增大后掛籃設(shè)備在連續(xù)鋼構(gòu)梁懸臂澆筑施工中應(yīng)用的技術(shù)要點(diǎn)，文章以某跨河寬幅變截面預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁橋?yàn)槔Y(jié)合橋梁實(shí)際提出三角掛籃施工方案，并對(duì)三角掛籃結(jié)構(gòu)展開設(shè)計(jì)分析，對(duì)其受力性能進(jìn)行模擬。基于此，從掛籃施工和連續(xù)箱梁懸灌施工等方面對(duì)寬幅箱梁橋三角掛籃施工要點(diǎn)展開探討。結(jié)果表明，掛籃懸掛于已經(jīng)張拉錨固的箱梁梁段后可為模板安裝、鋼筋綁扎、預(yù)應(yīng)力管道安裝、混凝土灌注、壓漿等提供施工平臺(tái)。三角形掛籃因結(jié)構(gòu)合理、受力均衡，在寬幅箱梁橋結(jié)構(gòu)中具有廣闊的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞 三角形掛籃；設(shè)計(jì)；懸灌混凝土；合龍

中圖分類號(hào) U445.4文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 B文章編號(hào) 2096-8949（2024）03-0078-03

0 引言

掛籃是連續(xù)鋼構(gòu)梁懸臂澆筑施工中常用的設(shè)備，其可靠性對(duì)橋梁施工安全及質(zhì)量十分關(guān)鍵，掛籃設(shè)備在橋梁工程中的應(yīng)用由來已久，但隨著交通量的增大以及橋梁設(shè)計(jì)寬度的增加，對(duì)掛籃施工提出了更高要求。在橋面變寬后，掛籃主桁架間距必須增大，在一定程度上削弱了掛籃結(jié)構(gòu)的橫向穩(wěn)定性，也為安全施工埋下隱患。部分施工單位憑借工程經(jīng)驗(yàn)展開掛籃結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，受力驗(yàn)算時(shí)對(duì)橫向穩(wěn)定性考慮不周，僅通過增設(shè)各類橫聯(lián)的方式預(yù)防掛籃失穩(wěn)。

為此，該文依托跨河橋梁實(shí)際，對(duì)三角掛籃在寬幅箱梁懸臂澆筑施工中的應(yīng)用展開分析研究，以期為掛籃設(shè)備在寬幅橋梁施工中的較好應(yīng)用提供參考。

1 工程概況

某橋梁長(zhǎng)1.12 km，主橋以上主要按照混凝土連續(xù)箱梁形式設(shè)計(jì)，該箱梁結(jié)構(gòu)采用的是變截面形式，逐孔逐跨則采用50 m寬懸臂澆筑梁體+4×80 m懸臂澆筑梁體+50 m懸臂澆筑梁體結(jié)構(gòu)；橋梁總設(shè)計(jì)寬度為14.5 m，箱梁底部和側(cè)部翼緣板設(shè)計(jì)寬度依次為8 m和3.25 m。分別按照3.5 m和4 m確定懸澆施工節(jié)段的長(zhǎng)度。

通過掛籃結(jié)構(gòu)展開該混凝土連續(xù)箱梁橋懸臂澆筑的過程中，梁段依次被劃分成不同節(jié)段以展開分次分段澆筑施工；為保持結(jié)構(gòu)受力平衡，主墩兩側(cè)對(duì)應(yīng)節(jié)段主要展開對(duì)稱懸澆；對(duì)于0#段則借助支架法展開混凝土澆筑施工，剩余的節(jié)段完全通過掛籃澆筑完成。此后，采取常規(guī)方式（即邊跨—中跨）展開合龍?？紤]該預(yù)應(yīng)力連續(xù)箱梁橋?yàn)樽兞焊咴O(shè)計(jì)，掛籃中的鋼模板結(jié)構(gòu)必須能夠順著橋梁建設(shè)方向自由移動(dòng)，包括底模、側(cè)模、內(nèi)模等在內(nèi)的其余結(jié)構(gòu)則全部采取分離式設(shè)計(jì)，為掛籃結(jié)構(gòu)截面尺寸的優(yōu)化調(diào)整提供可能[1-3]。

2 三角形掛籃設(shè)計(jì)

2.1 三角形掛籃結(jié)構(gòu)

結(jié)合施工進(jìn)度及安全要求，該橋梁3#墩及5#墩2個(gè)T構(gòu)采用掛籃施工，必須配備4套掛籃。為節(jié)省空間，提升工效，采用普通輕型三角掛籃，該形式掛籃包括錨固系統(tǒng)、走行系統(tǒng)、模板系統(tǒng)和承重系統(tǒng)等部分，主要部件有三角形桁架、底平臺(tái)、吊點(diǎn)、模板等。

（1）桁架。三角掛籃以三角桁架為主要的承力結(jié)構(gòu)，承重大梁主要借助布置在其前部和后部的支點(diǎn)支撐在縱向走行滑道結(jié)構(gòu)處，掛籃向前走行的過程完全借助以上兩類支點(diǎn)實(shí)現(xiàn)。此類掛籃的桁架結(jié)構(gòu)主要包括若干組桁架大梁，其間主要借助萬能桿橫向聯(lián)結(jié)。此類架體最終通過相應(yīng)型號(hào)的銷軸支設(shè)在縱向大梁結(jié)構(gòu)處。相應(yīng)數(shù)量的斜拉板則通過高強(qiáng)螺栓聯(lián)結(jié)縱梁、立柱等主體性結(jié)構(gòu)。

（2）底部平臺(tái)。此類平臺(tái)的承重系統(tǒng)主要設(shè)定在前后下橫梁處?？紤]節(jié)段前部以及后部梁底的高程全部采用非固定設(shè)計(jì)思路，只能借助支撐鉸座結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)底籃縱梁與下橫梁體系的聯(lián)結(jié)。前、后下橫梁處均分別設(shè)置2根工字鋼雙拼部件。

（3）吊點(diǎn)。該預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁橋施工所采用的三角結(jié)構(gòu)掛籃以吊點(diǎn)為關(guān)鍵性傳力體系，結(jié)合該體系受力特征，吊點(diǎn)裝置的類型主要有主、副、邊、中等，適用于不同的結(jié)構(gòu)。為取得較好的底平臺(tái)高程控制效果，必須將千斤頂調(diào)節(jié)裝置布置在以上各種類型的吊點(diǎn)的相應(yīng)位置，最終借助吊桿實(shí)現(xiàn)吊點(diǎn)和底平臺(tái)下部橫梁之間的有效聯(lián)結(jié)。此外，將設(shè)計(jì)強(qiáng)度750 MPa、直徑Ф32 mm的精軋螺紋鋼材料提前預(yù)埋在箱梁腹板結(jié)構(gòu)中，同時(shí)設(shè)置豎向預(yù)應(yīng)力后錨筋，起到提升三角掛籃結(jié)構(gòu)受力穩(wěn)定性及施工可靠性的效果。

（4）模板。該結(jié)構(gòu)主要包括底模、端模、內(nèi)模、外側(cè)模等，為優(yōu)化三角掛籃結(jié)構(gòu)整體受力，減輕重量，以木模板為其內(nèi)模結(jié)構(gòu)的主要材料，剩余部件則全部使用鋼模板。內(nèi)模體系主要借助內(nèi)支架于箱梁內(nèi)部相應(yīng)位置處懸吊布置；而外模體系主要借助托梁在上橫梁相應(yīng)位置懸吊設(shè)置；借助相應(yīng)數(shù)量的拉桿及高強(qiáng)螺栓將該三角掛籃結(jié)構(gòu)中的內(nèi)、外模有效聯(lián)結(jié)。最后在底平臺(tái)分配梁位置處支設(shè)底模。

2.2 三角形掛籃傳力原理

對(duì)于此種形式的掛籃結(jié)構(gòu)而言，內(nèi)、外頂模主要起到支撐和分擔(dān)頂板及翼緣板重量的關(guān)鍵性作用，故主要作為即將澆筑施工梁段的支撐體系使用。此類部件以上的結(jié)構(gòu)重量則相應(yīng)分?jǐn)傊量v滑梁后由其承擔(dān)，經(jīng)過以上傳遞后掛籃結(jié)構(gòu)受力最終由底籃縱橫梁、前上橫梁、底板結(jié)構(gòu)分擔(dān)[4-7]。

2.3 受力分析

該研究主要借助Ansys軟件建立該預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁橋三角形掛籃有限元分析模型，為保證模擬分析結(jié)果存在較大的安全裕度，相關(guān)參數(shù)按照施工階段的最大荷載進(jìn)行取值。與常規(guī)的一般平面桿系模型相比，按照該研究設(shè)計(jì)思路所構(gòu)建起的空間有限元模型能較好展示出各桿件、模板的受力程度以及潛在的變形屬性，較好防止一般平面桿系模型內(nèi)由于三角形主桁架桿件合并等操作而造成的桿件受力、變形等過程及結(jié)果的均化現(xiàn)象[8-10]，對(duì)三角掛籃整體變形控制及施工高程控制也更為有利。

縱梁、底模前橫梁及上前橫梁最大內(nèi)力和應(yīng)力模擬結(jié)果，具體見表1。根據(jù)表中結(jié)果，縱梁下弦桿橫橋向剪力較大，斜桿上下部均為壓應(yīng)力。在底模前橫梁處設(shè)置縱梁，其反力集中施加至底籃前橫梁，將吊桿錨固點(diǎn)作為約束處理后所得出的約束反力即為吊桿力。根據(jù)模擬結(jié)果，斜桿受力較大，上弦桿受力較小。

根據(jù)表中的受力情況模擬取值，該預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁橋掛籃懸臂澆筑施工期間全部構(gòu)件應(yīng)力模擬值均符合鋼結(jié)構(gòu)材料應(yīng)力限值；混凝土懸臂灌注整個(gè)期間三角形掛籃不會(huì)發(fā)生超出允許值的變形，意味著該橋梁結(jié)構(gòu)所采用的掛籃方案切實(shí)合理，掛籃結(jié)構(gòu)整體具備較大的剛度，便于施工過程中高程及線形控制。

3 掛籃施工

該預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁橋三角形掛籃施工流程如圖1所示。限于篇幅，該研究?jī)H對(duì)其中關(guān)鍵性的流程展開分析。

3.1 0#段現(xiàn)澆

該橋梁主要將0#段布置在橋墩上方，必然面臨較大的圬工工程量。為保證施工質(zhì)量，必須將通過萬能桿件所拼裝而成的支架結(jié)構(gòu)提前牢固設(shè)置在墩頂結(jié)構(gòu)的左右兩側(cè)，此后依次展開橋墩最末尾節(jié)段位置處預(yù)埋鐵件的施工以及節(jié)點(diǎn)板的拼裝與焊接。待以上施工過程全部結(jié)束后，借助預(yù)壓過程將支架結(jié)構(gòu)所潛在的非彈性變形進(jìn)行消除，同時(shí)采取適用的檢測(cè)手段展開支架相應(yīng)桿件下?lián)铣潭纫约皬?qiáng)度等參數(shù)取值情況的檢測(cè)[11-15]。

3.2 掛籃安裝

將預(yù)制場(chǎng)預(yù)制且初步拼裝好的各部件運(yùn)抵工地，將試拼場(chǎng)地暫且設(shè)置在岸邊平臺(tái)處，按照設(shè)計(jì)操作流程以及起吊設(shè)備額定起重量展開相應(yīng)組件的拼裝施工，從而將各桿件拼裝成完整的三角形結(jié)構(gòu)。此后借助拖船和浮吊等輔助性運(yùn)輸船舶將掛籃成品運(yùn)抵0#段箱梁頂拼裝。

3.3 掛籃結(jié)構(gòu)的預(yù)壓

三角形掛籃結(jié)構(gòu)作為新安裝的結(jié)構(gòu)，必定存在潛在的非彈性變形，若在安裝后直接施工，必然引發(fā)較大的變形和移位，不利于施工安全和質(zhì)量控制。為此，在橋位處對(duì)此類掛籃結(jié)構(gòu)依次進(jìn)行靜載試驗(yàn)以及掛籃剛度、強(qiáng)度及穩(wěn)定性的實(shí)時(shí)檢驗(yàn)，取得較好地消除非彈性變形的效果。通過油壓千斤頂向掛籃分級(jí)施荷預(yù)壓，為保證預(yù)壓期間結(jié)構(gòu)安全與穩(wěn)定，各T構(gòu)2臺(tái)掛籃應(yīng)同時(shí)施荷預(yù)壓，按照設(shè)計(jì)荷載的20%、40%、70%、90%、100%逐級(jí)加載[4]，待張拉至設(shè)計(jì)荷載后持荷12 h并卸荷。其間檢查掛籃各桿件焊縫開裂情況，記錄荷載值和位移變形觀測(cè)值。其中，懸臂澆筑施工期間三角形掛籃變形的比較見表2。相應(yīng)梁段掛籃變形實(shí)測(cè)值全部小于理論值，掛籃結(jié)構(gòu)安全穩(wěn)定性有保證。

4 連續(xù)箱梁懸灌施工

4.1 梁段混凝土灌注

采用泵送方式展開梁段混凝土懸臂灌注施工，為確保結(jié)構(gòu)線形勻順，必須在已澆筑梁段實(shí)測(cè)記錄的基礎(chǔ)上適當(dāng)調(diào)整后澆筑梁段，以不斷消除誤差。各梁段均按照底板、腹板、頂板的次序一次灌注成型，以減少接縫?；炷凉嘧⑹┕て陂g所需布置的定位筋網(wǎng)架按0.5～0.8 m間距設(shè)置，避免混凝土灌注期間波紋管上浮。

4.2 直線段混凝土現(xiàn)澆

按照設(shè)計(jì)方案，此預(yù)應(yīng)力連續(xù)箱梁梁橋直線段長(zhǎng)5 m，該段落所對(duì)應(yīng)的過渡墩恰好布置于水體之中，借助鋼管樁結(jié)構(gòu)打進(jìn)河床起到固定效果。樁頂則主要借助萬能桿件展開相應(yīng)拼裝。該直線段所對(duì)應(yīng)的另外一個(gè)水中墩則布置在岸坡處，主要通過支架法展開其樁身混凝土的灌注施工。以上過程中所涉及的支架結(jié)構(gòu)全部借助型鋼牢固焊接。按照以上流程所搭建好的支架結(jié)構(gòu)也必須借助千斤頂設(shè)備展開牽拉和預(yù)壓，取得較好地消除結(jié)構(gòu)非彈性變形的效果。

4.3 合龍施工

主要采用懸臂灌注的方式展開該預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁橋連續(xù)梁段澆筑施工，出于整個(gè)施工過程穩(wěn)定性的考慮，按照先邊跨后中跨合龍的施工次序展開，從而使該箱梁橋結(jié)構(gòu)順利地由雙懸臂形態(tài)向單懸臂形態(tài)轉(zhuǎn)變，并隨著合龍施工任務(wù)的最終完成，使整個(gè)橋梁結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)檫B續(xù)梁形式的受力。

其中，邊跨合龍段混凝土澆筑過程必須借助掛籃底模架展開，而在跨中段合龍期間，相鄰的掛籃結(jié)構(gòu)必須一退一進(jìn)，錯(cuò)開走行，從而形成受力合理、結(jié)構(gòu)優(yōu)化的合龍段支架結(jié)構(gòu)體系。

5 結(jié)論

工程應(yīng)用結(jié)果表明，三角寬幅掛籃自重輕、重心低、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、拼裝簡(jiǎn)便，主構(gòu)件受力明確，滿足寬幅箱梁橋施工要求。在掛籃設(shè)計(jì)過程中充分考慮主桁不均衡受力，確保了施工安全及質(zhì)量。該寬幅箱梁橋應(yīng)用三角掛籃施工設(shè)備后，每段箱梁施工周期從原計(jì)劃的10 d縮短為8 d，施工進(jìn)度明顯加快，也為橋梁提前完工投運(yùn)后經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益的發(fā)揮提供了保證。

參考文獻(xiàn)

[1]孫峰， 徐士征. 復(fù)雜水域大跨度寬幅現(xiàn)澆箱梁大型掛籃懸澆施工技術(shù)探析[J]. 安徽建筑， 2022（8）： 45-46+93.

[2]羅兵. 掛籃施工時(shí)寬幅混凝土箱梁橫向框架的受力分析[J]. 城市道橋與防洪， 2021（5）： 177-179+21.

[3]丁麗榮， 徐鳳銀. 寬幅懸澆箱梁施工工藝及質(zhì)量控制淺析[J]. 公路交通科技（應(yīng)用技術(shù)版）， 2019（2）： 163-166.

[4]羅文強(qiáng)， 彭嘉欣， 龍?jiān)泼? 寬幅預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁三角掛籃懸臂澆筑施工[J]. 建筑技藝， 2018（S1）： 288-290.

[5]汪海旺， 章新生. 大跨度懸灌連續(xù)梁三角掛籃設(shè)計(jì)與施工[J]. 價(jià)值工程， 2011（16）： 82.

[6]徐艷秋. 松花江特大橋三角形掛籃的設(shè)計(jì)與施工[J]. 北方交通， 2009（1）： 80-82.

[7]吳艷朋. 三角形掛籃的設(shè)計(jì)方案及懸灌施工技術(shù)[J]. 城市建設(shè)理論研究（電子版）， 2012（29）： 1-6.

[8]付高遠(yuǎn). 懸灌梁三角形掛籃的聯(lián)體與解體施工方案[J]. 鐵道建筑， 2006（5）： 14-15.

[9]鄭明考. 懸灌連續(xù)梁三角形掛籃施工技術(shù)應(yīng)用[J]. 交通世界， 2023（Z1）： 234-237.

[10]姜保權(quán). 談三角形掛籃設(shè)計(jì)驗(yàn)算與應(yīng)用[J]. 工程建設(shè)與設(shè)計(jì)， 2013（1）： 144-148.

[11]鞠江. 路橋工程掛籃懸灌施工技術(shù)應(yīng)用探討[J]. 黑龍江交通科技， 2020（9）： 123+125.

[12]孫紅， 解勇. 連續(xù)箱梁掛籃設(shè)計(jì)與施工[J]. 中國(guó)市政工程， 2007（6）： 30-31+35+87.

[13]李世茂. 懸灌連續(xù)梁掛籃施工技術(shù)[J]. 華北水利水電學(xué)院學(xué)報(bào)， 2009（6）： 30-34.

[14]胡永. 寬幅箱梁懸臂掛籃設(shè)計(jì)與施工技術(shù)[J]. 公路交通技術(shù)， 2007（2）： 110-112+120.

[15]徐華軒. 預(yù)應(yīng)力混凝土槽型連續(xù)梁掛籃設(shè)計(jì)與施工[J]. 國(guó)防交通工程與技術(shù)， 2010（3）： 11-13+4.