某公路跨线桥主桥悬浇挂篮施工技术控制要点

严建新

（上海浦东地产有限公司，上海市 201318）

1 工程背景介绍

1.1 工程概况

某公路S2跨线桥主桥为35 m+50 m+35 m（P16～P19）变截面连续箱梁，箱梁底宽9.3 m，顶宽16.15 m，为单箱双室箱梁，分东西向独立式上下行左右两幅，两幅桥位中央分隔带为17 m。作为在建的轨道交通，主桥的机动车道、非机动车道及人行道均跨越S2高速公路，幅宽为2×16.3 m；人行道过高速公路后设梯道落地，宽度为2×3.6 m；引桥则只设机动车道以及非机动车道，宽为2×13.3 m。

跨线桥桥梁起点桩号为K10+276.540，终点桩号为K11+097.540，桥面线形大部分位于道路直线段上，仅K10+276.540～K10+308.493部分位于R=2 000 m的圆曲线（右偏）上。跨线桥在K10+542.540处跨越外环运河，在K10+323.708处跨越北一灶港，桥梁与S2高速公路的交角为2.645°，与外环运河的交角为2.204°，与北一灶港的交角为5.138°。跨线桥过S2高速公路后，分别在东北、东南、西南、西北角各设置一处梯道。由于S2高速公路路面标高较高，为6.20 m（设计图提供），根据设计意图，航三公路主桥在跨越S2高速公路时，采用4套菱形挂篮平衡法分节段对接施工，中跨合拢放在最后。预应力采用低松弛钢绞线，箱梁与墩采用橡胶支座连接，P18设置抗震型固定支座。P17～P18墩主桥梁底增加800 mm×800 mm的钢筋混凝土立柱6个，作为0#块临时支座，合拢后拆除临时支座进行体系转换。

1.2 地质情况

该工程勘察等级为乙级。场地地基土属软弱场地土类型，建筑场地类别为IV类。抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度为0.1g，设计地震第一组。该场地在20 m深度范围内无饱和成层连续分布的砂层和粉质粉土层存在，故设计时该地块可不考虑液化问题。无断裂、滑坡等不良地质灾害。根据场地工程地质条件分析、评价该场地为稳定场地。地下水高水位埋深为0.5 m，低水位埋深为1.5 m。第七层承压水对4 m基坑不会产生突涌等不利影响。

2 跨线桥施工挂篮设计

2.1 挂篮结构计算分析

挂篮采用菱形挂篮，由厂家按照0#块结构尺寸进行加工制作。挂篮侧模按0#块外侧模板尺寸制作，模板尺寸长为5.3 m×2.9 m，共4块。钢板厚度为6 mm。模板肋骨筋为8#槽钢，间距300 mm，其中长4.3 m的侧模将用作挂篮侧模。挂篮主桁架横宽尺寸18 m，主桁架前挑5.3 m，主桁架行走部长4.95 m。

荷载参数的确定。箱梁荷载：取不同悬浇施工节段长度中最具代表性的 1号块（129.0 t）、4号块（130.3 t）、8号块（136.2 t）分别计算；外模自重：一侧模板自重按 5 t计,两侧模板共计 10 t；内模及底模自重：一套内模自重为 5 t，底模为0.06 t/m，端模为 0.7 t；挂篮自重（未计模板重量）：48 t；施工荷载：人群荷载 0.017 t/m,输送泵管 0.3 t，振捣器 0.2 t；风荷载：780 Pa。

荷载系数的选定。混凝土超载系数按照施工技术规范取 1.05，抗倾覆系数取 1.50，挂篮空载纵移时的冲击系数取 1.30，混凝土浇筑时的动力系数取1.2[1]。

荷载组合方式。按照最不利布载原则，确定以下几种荷载组合方式进行挂蓝稳定性计算分析[2]。荷载组合Ⅰ：混凝土重+挂篮自重+施工、人群机具+动力附加系数（强度计算）；荷载组合Ⅱ：混凝土重+挂篮自重（刚度计算）；荷载组合Ⅲ：挂篮自重+冲击附加系数（行走稳定性）。

2.2 挂篮行走系统

每个挂篮设置行走轨道两组,每组轨道布置2根焊接工字钢。行走轨道通过锚轨梁和铺杆锚固于已浇筑的轮主梁。每个后节点设置一套行走轮。行走轮上端与后节点销接,行走轮下端反扣于轨道上翼缘底面[3]。挂篮行走时在每个前支点后端安装一台60 t液压千斤顶作为驱动,牵引锚固于轨道前端的精轧螺纹钢时挂篮整体前移。

2.3 挂篮施工工艺分析

在进行拼装之前首先进行准备工作，先进行0#块支架预压钢筋混凝土施工临时锁定，再进行支架拆除，在完成了准备工作之后即可进行挂篮拼装，挂篮拼装的工艺流程如图1所示。

图1 挂篮施工工艺

2.4 有限元计算假定

（1）箱梁翼缘板混凝土及侧模重量通过滑梁、扁担梁和吊杆分别传至前一段已施工完的箱梁顶板和挂篮主桁的上前横梁上。

（2）箱梁顶板混凝土及内模重量通过滑梁、扁担梁和吊杆分别传至前一段已施工完的箱梁顶板和挂篮主桁的上前横梁上。

项目总预算约18.83亿元（其中中央财政约占64.9%，地方预算约占35.1%），按照3年基本建成、5年基本完善的原则安排进度。

（3）箱梁底板混凝土及底模、腹板混凝土、前悬吊系、底篮重量分别由前一段已施工完的箱梁和挂篮主桁的上前横梁承担。

（4）挂篮主桁的主梁、立柱和斜拉钢带之间的连接假定为铰结。

（5）对于桁架结构的上前横梁、底篮前横梁、底篮后横梁、上中横梁等结构中焊接点处理为刚性节点。

2.5 有限元模型构建

挂篮计算采用有限元分析软件SAP2000对结构物进行整体三维空间建模。建模过程中按照设计假定将主梁、立柱和斜拉钢带之间的连接视为铰结[4]。荷载均以均布荷载分别作用在内、外滑梁及底篮纵梁上。所有支点均视为铰支座，并将各种材料及其材料特性输入，以计算挂篮主要杆件变形、挂篮总体挠度以及各构件的强度。根据不同的施工工况和荷载组合求得挂篮构件的应力和变形，并多次调整挂篮结构的几何尺寸，以达到满足规范要求和尽可能使挂篮重量减轻[5]。

3 挂篮的稳定性分析

3.1 挂篮的工作原理

该工程采用液压驱动式棱形挂篮。挂篮主构架采用棱形结构，刚度较大，变形小。挂篮的底模板前端悬挂在主构架上，后端吊于箱梁底板；内模通过两根内滑梁承担，内滑梁前端吊在主构架上，后端吊在箱梁上，内模向前推进时可在内滑梁滚动；外模通过4根吊带吊在主构架上。挂篮在浇灌混凝土时，锚固装置固定在桥面上；移动时，首先解除锚固装置，然后开动液压油缸将挂篮向前推进。

3.2 挂蓝荷载试验

拼装完成后，对挂篮各个部位进行承载力实验和变形测试。挂篮荷载试验的目的是消除挂篮的非弹性变形，检测挂篮的弹性变形值[6,8]。根据施工荷载对挂篮的总受力采用模拟加载方法。

根据设计图纸，悬臂浇筑梁段的最大节段重量为132.70 t，加载重量为施工荷载的1.2倍，即159.24 t，我们用3 m×5 m的圆形水桶堆载，累计堆载5个，总荷载160 t。两端挂篮对称用水桶进行逐级加载，按50%、100%、120%三级加载，加载总重160 t。每级加载后，持荷30 min，最后一级持荷1 h，用测量仪器测量挂篮在加载下各个部位的变形（挠度值）。加载完成后持荷48～72 h，再测量挂篮再加载下各个部位的变形（挠度值）。然后分三级进行卸载，分别测出各阶段的弹性变形值，绘出弹性变形曲线，作为各浇筑各节段的控制标高，最后结合设计的标高进行综合考虑。

挂篮的压载试验：用25 t吊机将混凝土预制块吊到0#块段上的规定位置，但是考虑到安全因素，模拟梁段的重量分布情况，进行堆放，要求堆放整齐。

压载期间，在挂篮的四周设钢管栏杆和安全网，杜绝事故隐患。各作业人员分工明确，做到有序施工。由于挂篮由纵、横体系组成，因此在测设标高时要测出梁段的根部、中部、端部3个位置，每个断面测5个点，做好原始记录[7]。测量分级加载的叠加值、分级卸载的回弹值及卸载完毕的残留变形值后，经过对上述数据的收集处理，确定不同荷载情况下的不同节段时挂篮的预抛高值，并在加载过程中经常观测挂篮各主要受力部件的状况、变形状况、焊接件的情况、吊杆的状况，为最后挂篮的实施做好一切准备。

3.3 底篮平台计算

由图2～图5计算模型可知，底纵梁受最大弯矩在 1#块，最大弯应力为160.9 MPa＜1.3×145 MPa=188.5 MPa(容许抗弯)，满足强度要求。底纵梁受最大剪力在1#块，最大剪应力为23.1 MPa＜85 MPa（容许抗剪），满足强度要求。

图2 1#块底篮平台剪应力（单位:MPa）

图3 1#块底篮平台弯应力（单位:MPa）

图4 2#块底篮平台剪应力（单位:MPa）

图5 2#块底篮平台弯应力（单位:MPa）

4 施工技术要点

4.1 挂篮结构组拼

根据现场情况，挂篮采用50 t汽车吊进行安装，安装按以下步骤[9]进行：挂篮拼装在0#块浇筑完成，预应力张拉完成，且支架拆除之后进行，挂篮的吊杆孔在0#块施工已经预留。

挂篮拼装主要顺序如下：（1）挂篮的主桁架在施工场地上拼装完成；（2）安装挂篮底部轨道垫梁；（3）安装行走轨道；（4）安装轨道上压梁和轨道下压梁；（5）安装反扣轮组合前支座；（6）吊装主桁架；（7）挂篮主桁架后端锚固固定；（8）安装竖向平联支撑桁架、后锚平联和水平支撑；（9）安装挂篮前上横梁；（10）安装挂篮前吊杆——挂篮底篮吊杆，内、外滑梁吊杆；（11）在地面上2号块底下拼装挂篮底篮——后下横梁、前下横梁、纵梁和底模板；（12）用4个10 t 15 m长链导链滑车将底篮提升到1#块下方接近设计标高，穿后下横梁吊杆和前下横梁吊杆，用千斤顶将前后下横梁带紧，底模的前端调整到立模标高，将后下横梁与1#块前端带紧；（13）将导链滑车固定在翼缘板预留孔和前上横梁上，将外侧模连同外滑梁和外导梁提升上去，后端用悬挂在翼缘板上的吊带，与滚动吊架和承重吊架连起来，前端用前上横梁上的吊带将外滑梁和外导梁前端吊起来，再根据立模标高调整外侧模的高度；（14）整个挂篮拼装完成后，检查挂篮的主桁架和平联是否安装牢固，行走和锚固系统，以及底篮和外侧的吊杆是否收紧，底模的后端与1#块底板之间的间隙是否满足要求。

4.2 模板系统

模板系统包括底模、外模、内模、堵头模四部分，采用“侧包底”、“端包侧”方案。

底模：底模采用大块钢模直接铺于底篮上。

外模：包括模板、骨架及滑梁。支承模板及骨架的滑梁前端悬吊于主桁，后端的内侧悬吊于前段已浇箱梁翼板，外侧悬吊于主桁；浇筑混凝土时设置锚杆锚于前段已浇箱梁翼板。挂篮前移时，外模滑梁随同前移，外模亦随同前移。箱梁块段长度变化时，需在外模前端接长相应长度的模板，同时，随着箱梁高度的变化，拆除外模底节模板及骨架。

内模：包括模板、骨架及滑梁等[10-12]。支承模板及骨架的滑梁前端悬吊于主桁，后端悬吊于前段已浇箱梁顶板。内模移动方法同外模。腹板部分内模腹板高度变化采用增减组合钢模板的方式来实现，骨架的竖肋与横肋连接处设铰以利拆模。内外模采用对拉螺杆连接。

堵头模板：根据箱梁腹板浇筑高度，分块分次立模。根据挠度值设置预拱度。同时清洗干净墩顶位置的杂物、砂浆、石子和混凝土，并进行洒水湿润。为了保证模板的水平缝和竖向缝光顺、不漏浆，模板的拼接接缝采用泡沫双面胶进行连接，并用砂轮对接缝进行抛光处理。对于底模须待0#块整体施工完成预应力张拉后方可拆除，侧模可待混凝土强度达到规范要求后即可拆除[13]。每次拆模后均将模板表面清理干净并涂抹机油，确保在下一次使用时模板不锈蚀。在下次拼装使用前1～2 h用干净抹布擦除干净后重新涂刷新机油或其他脱模剂，方可立模浇注混凝土。

对于第一次底板混凝土浇筑，必须超过腹板底承托位置以上，考虑到浇筑承托位置时混凝土会产生侧压流动效果，因此在第一层浇筑时，待箱梁内底板浇筑完成后浇筑承托时在底板顶面四周设置宽为20～30 cm的环形反压模板。模板安装时应及时上好螺栓和拉杆，端头螺母应紧固到位[14]。第二层浇筑时，可在底板上设置支撑进行支挡，顶板浇筑采用在箱内钢管支架作为顶板托架。

4.3 挂篮行走方法

挂篮行走分为以下几个步骤：接长并锚固挂篮轨道，在轨道表面放置镀锌铁皮、涂润滑油[15]。拆下底模后吊带、松解内外模前后锚杆，并确认模板已经和混凝土脱离，内模和内模架落于降低的内滑梁上，外模板落于底模走行纵梁上；拆除主桁架的后锚杆让后支座受力，放松底模前吊带，使底模离开梁体 100 mm左右；进行走行前的安全检查，重点检查部位为挂篮两轨道是否相对水平和与桥轴线平行，轨道锚固和支垫情况，挂篮前后支座，挂篮上是否有人员在作业；每片主桁架各用一个20 t的倒链牵引，带动挂篮底模、侧模和内模同步前移，滑行时对接缝进行处理，尤其是对拉杆头进行处理，防止锈水污染混凝土表面。进行修补和处理时挂篮不能移动；到位后及时安装底模后吊带，内外滑梁吊杆和挂篮主桁架后锚固装置，将临时受力状态变为永久受力状态，确保施工安全。

5 结语

本文重点论述了挂篮的设计、稳定性和施工技术要点，通过挂篮的结构计算、行走系统、施工工艺等进行的验证分析，同时可以看出所选用的挂篮形式具有足够的稳定性。分析了某跨线桥主桥施工技术的3个要点，为某公路跨线桥主桥的顺利施工提供了一定的参考依据。

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