宽幅部分斜拉桥箱梁挂篮设计要点

卢元刚 王胜男 杨友安

(1.安徽省交通规划设计研究院，安徽合肥 230088; 2.合肥工业大学建筑设计研究院，安徽合肥 230009)

随着城市的发展，宽幅城市桥梁在近年也愈来愈多，大跨度宽幅桥梁的设计、施工是桥梁工程遇到的一个难题，特别是挂篮施工的宽幅桥梁。本文结合某大桥，介绍宽幅挂篮设计中在处理挂篮刚度、施工安全、防止分段处箱梁出现错台现象等问题时挂篮设计的一些特色。

1 桥梁概述

某大桥主桥为(80+140+80)m部分斜拉桥，塔高23.5 m，桥塔采用单面索结构，每个塔共设9对斜拉索，主梁为二次抛物线变截面预应力钢筋混凝土整体式箱梁，箱梁在主塔处高度4.68 m (梁底至中央分隔带顶)，跨中合龙段处高度2.68 m，箱梁宽34 m，顶板厚28 cm。底板厚度为90 cm～25 cm;腹板厚度从70 cm向60 cm，50 cm渐变。拉索区每5 m布置一道横梁，并与斜拉索索距对应。主桥上构箱梁共2个“T”，各有14对悬浇段，其中梁段数及梁长从墩顶至跨中依次为：1号～5号梁段为5×3.4 m，6号～13号梁段为8×5.0 m，14号～15号梁段为2×4.0 m，合龙段为2.0 m。0号、1号块拟采用支架现浇施工，2号～15号块采用挂篮悬浇施工。悬臂浇筑最重梁段为6号梁，重约463.5 t。主桥横断面图见图1。

图1 主桥横断面图

2 施工过程概述［1］

其中第5步、6步挂篮施工流程图见图2。

图2 挂篮施工流程图

3 挂篮结构概述［2，3］

根据桥梁设计图，悬臂浇筑节段按长度3.4 m，5 m，4 m划分，单墩每侧共计14节段，2号～15号节段采用挂篮悬臂施工，节段重量323.637 t～372.14 t，其中最重节段为6号节段，长5 m，混凝土重量463.5 t。

采用三角形轻型挂篮作为主要悬浇设备，三角形挂篮自重131.3 t，考虑施工荷载后总重60 t，适应最大梁重555 t，最大梁长5 m，全桥共投入4套(2个T)挂篮施工。挂篮结构主要采用成品型钢经加工而成(见图3)。挂篮主要由以下部分组成：桥面三角形主桁系统(含主纵梁、立柱、节点、拉板、横联桁架、前、后支座);悬吊、行走系统(含横梁系统、行走系统、悬吊系统);锚固系统(含后锚系统、轨道梁锚固系统);模板系统(含底模、外侧模板)。

图3 挂篮结构示意图

1)三角形主桁系统(见图4)。

图4 挂篮主桁架结构示意图

2)悬吊系统。前吊系统中主要受力位置均采用Q345钢板吊带，一套挂篮前吊带共10根，外侧模行走梁前吊带2根。吊带插销采用Q420贝雷销，预紧后锚固时，在贝雷销与垫梁或垫板间以铁板塞紧，并通过各种厚度的铁板微调梁底高程。

后吊系统中，箱室底板位置及行走梁后吊位置均采用Q345钢板吊带，一套挂篮后吊带共6根，外侧模行走梁后吊带共4根。为方便立模、调模，部分采用精轧螺纹钢吊杆，一套挂篮后吊杆共12根。

3)行走系统见图5，图6。

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4)锚固系统见图7。

4 宽幅挂篮设计创新点［4］

本桥总宽34 m，桥梁较宽，在箱梁施工过程中，挂篮各主桁、悬吊系统受力不均匀，挂篮易于扭曲，为此针对此桥上述挂篮系统均进行了专门设计和优化，具体如下：

1)挂篮整体刚度的加强设计。

为降低挂篮在浇筑混凝土过程中的沉降，防止箱梁不同节段新旧混凝土结合面因挂篮在混凝土浇筑加载过程下挠过大而开裂，降低施工监控难度，确保成桥线形，通过对挂篮构件进行加强的技术措施对挂篮的整体刚度进行优化，将挂篮的前端挠度由原来的45 mm降至20 mm以内。

图5 挂篮前支座结构示意图

图6 挂篮后支座结构示意图

图7 挂篮锚固系统示意图

其措施主要包含：将原前吊横梁下弦杆以下增设加强弦杆，形成三水平弦杆横梁，并且将前吊横梁与主桁架纵梁搁置处增设竖向弦杆进行加强，以增大前吊横梁的刚度，前吊横梁与主桁架之间增设斜撑，前吊横梁高度由原来的1 220 mm加强为2 440 mm。

挂篮主桁架拉板截面原设计中的 4 000 mm2增大为5 600 mm2，主桁拉板上加焊一块加强钢板增大受拉面积，减小变形。

将主桥原设计中每套挂篮底篮前吊杆中间10根换成吊带，底篮后吊杆中锚固在底板上的6根换成150 mm×20 mm的大截面面积吊带，外模行走梁前后吊杆换成吊带。

2)挂篮局部刚度的加强设计。

挂篮在箱梁节段混凝土浇筑过程中，由于各锚系在前吊横梁上的吊带因布置位置的不同而受力不同，导致其主拉的底篮前横梁各点的沉降下挠不同。当挂篮前吊横梁刚度偏小时，会导致吊带主拉的底篮前横梁各点间的沉降差偏大，致使挂篮底篮前吊横梁在混凝土浇筑加载过程中，呈波浪状挠曲变形，影响混凝土箱梁节段的外形尺寸及在挂篮前移至下一节段浇筑位置后，导致模板与箱梁底面无法接触紧密而造成错台、漏浆。

因此，本次采用增大前吊横梁刚度(同前)、增加前吊横梁吊带数量、调整前吊横梁吊带位置，以使各个前吊横梁吊带受力趋于均匀，相互之间沉降差控制在5 mm以内。

同时将底篮后横梁下弦杆采用6 mm钢板进行加强。

3)确保结构安全性的设计。

a.由于挂篮前吊横梁高宽比较大，在挂篮混凝土浇筑、前移过程中易于发生平面外挠曲失稳，因此通过在前吊横梁与后吊贝雷架梁间增设双层平联以增加其平面外稳定性;b.原设计采用精轧螺纹钢作为挂篮的吊杆。精轧螺纹钢在实际使用时，因受撇、电弧烧伤等原因，承载力会大幅降低，易于脆断，影响挂篮的整体性安全。因此在悬吊系统中通过采用普通Q345材质的吊带代替精轧螺纹钢吊杆，提高挂篮的整体安全性。

4)防止箱梁底部漏浆及错台的优化设计。

在挂篮悬臂浇筑的混凝土箱梁施工过程中，在施工待浇筑梁段混凝土时，挂篮底篮后锚点一般锚固在已浇筑梁段的底板上，底模板伸入已浇筑梁段底板一定的距离，以确保新旧混凝土的结合(有一搭接段)。

混凝土浇筑时，由于前后锚点吊杆长度不同及受力大小的不一样，底篮受载会以后锚点为轴心不可避免的发生转动式下挠变形(即挂篮前端下挠大，后端小)，致使挂篮底篮模板与已浇箱梁混凝土底板底面分离，在底模板与已浇箱梁混凝土底板底面间形成缝隙，混凝土会在该缝隙处流出而造成漏浆及错台，影响混凝土的外观质量。由于该处混凝土的外泄，易于造成梁段新旧混凝土结合面形成质量薄弱面，如图8所示。

图8 挂篮底篮下挠易于形成的质量通病说明图

一般施工中，通过对后锚点施加预紧力，使挂篮底篮模板与已浇箱梁混凝土底板底面间形成预压力的方式，减小该处因混凝土浇筑时挂篮底篮下挠形成的缝隙。

当挂篮后锚点离梁断面越近，底篮模板与已浇箱梁混凝土底板底面间预压力越大，锚固效果越好，浇筑时挂篮底篮模板与已浇箱梁混凝土底板底面缝隙越小，漏浆及错台就越小。反之，则越大。因此，将挂篮后锚点由原来距端面1 500 mm调整为500 mm。

挂篮后锚点纵向布置示意图见图9。

图9 挂篮后锚点纵向布置示意图

5 结语

主桥挂篮为上构箱梁的安全、高质、高效施工奠定了坚实的基础。宽幅桥梁在挂篮浇筑时，各主桁架受力不均匀，箱梁模板易于扭曲，要求加强挂篮刚度;保证前后吊系统安全;同时在施工中易于挂篮移动及调整梁底标高等一系列问题，本次挂篮设计中通过有效的优化设计均逐个解决，为主桥顺利合龙提供了前提条件。

［1］ JTG 041-2001，公路桥涵施工技术规范［S］.

［2］ 周呈强.预应力悬臂箱梁宽幅式挂篮施工设计［J］.公路，2002(11)：45-46.

［3］ 汤少青，汪芳进，周祖干.漳州战备大桥挂篮设计［J］.桥梁建设，2002(1)：26-28.

［4］ 曹 瑞，冯家彪，何 勇，等.关于对挂篮结构的创新研究［A］.四川省公路学会桥梁专委会2000～2001的桥梁学术讨论会［C］.2001.