东庄水库泾河斜拉大桥挂篮施工方案分析

吕鹏疆

（陕西省东庄建设有限责任公司，陕西礼泉713208）

东庄水库泾河斜拉大桥挂篮施工方案分析

吕鹏疆

（陕西省东庄建设有限责任公司，陕西礼泉713208）

挂篮施工是在复杂地形条件下，解决现浇混凝土梁无支撑条件的先进施工工艺，现在越来越多地运用到各类桥梁施工中，特别是在大桥和特大桥施工中，除解决技术可行外，成本效益更加显著。本文通过对东庄水库1#进场路下游泾河斜拉桥主梁挂悬浇篮施工组织设计分析研究，使工程技术人员对挂篮悬浇施工原理认识更趋明确，能熟练掌握挂篮悬浇施工组织设计的一般程序，抓住挂篮悬浇施工组织设计中的要点和难点以及挂篮安装行走中应注意的事项，抛砖引玉，为完善和推广这类先进施工工艺添砖添瓦。

施工工艺；挂篮；稳定分析及强度验算

1 工程概况

1.1 下游泾河大桥

东庄水库1#进场路是坝后低线路施工和电站运行永临结合的重要道路，下游泾河大桥为双跨不等跨斜拉桥，桥梁起终点桩号为K7+552.7-K7+705.7，全长153 m，主梁设置1.1%纵坡。桥跨布置形式为：6 m（右岸桥台）+103 m（右岸主跨）＋27 m（左岸主跨）+17 m（地锚结构）。该不等跨斜拉桥结构体系特点为：主梁与桥塔分离，设置活动支座，主梁与地锚固结连接。桥型布置如图1。

主塔采用82 m高钻石型混凝土塔，混凝土等级为C50，基础采用挖孔桩基础，直径为1.8 m，共16根。

上部结构主梁采用预应力混凝土单箱双室变截面箱梁，梁高3 m～4 m，宽16 m。底宽10.5 m，箱梁标准横断面（斜拉索处）如图2。

斜拉索采用OVM250型环氧喷涂钢绞线成品索，扇形双索面布置，全桥左右岸分别设置7对和11对。塔上固端锚固，梁端及地锚端张拉（见图1）。

图1 桥型布置图

图2 箱梁标准横断面

1.2 主要技术标准

（1）公路等级：水电场内二级道路；

（2）桥梁宽度：2×2.75 m（人行道及索区）+2×0.5 m（防撞护栏）+2×4.5 m（行车道）+2×0.25 m（侧向宽度）=16 m；

（3）桥面横坡：2%；

（4）设计荷载：汽车-60级、特-160；人群2.765 kN/m2；

（5）下游泾河大桥设计洪水频率：1/100，洪水位高程628.0m；

（6）抗震设防烈度7度，相应地震动峰值加速度0.135 g；

（7）通航等级：非通航。

2 施工方案选择

根据地形，主梁左岸主跨有支撑条件，右岸主跨没有支撑条件。为此，主梁左岸主跨采用支架现浇，右岸主跨采用挂篮悬浇施工，并对主梁进行分段设计：其中左岸主跨和主塔支撑段、地锚及右岸桥台支撑段支架现浇；右岸主跨挂篮悬浇，按照斜拉索纵向间距8 m，挂篮悬浇每段长度为4.0 m，共22段，合拢段长2.0 m。（支架现浇部分这里不与赘述）

3 挂篮悬浇施工组织设计要点分析

根据挂篮悬浇的力学结构，挂篮悬浇施工组织设计的要点：一是要保证悬浇结构稳定和强度要求；二是实现超静定结构下主梁线形和内力控制；三是确保挂篮行走和安装过程中的安全稳定。

悬浇结构稳定分析及强度验算分为桥梁整体悬浇稳定分析及强度验算和挂篮受力稳定分析及强度验算。主梁线形及内力控制是悬浇施工中，主梁维持平直的线形和设计的内力状态，以确保合拢体系转换后的主梁在各类承载下实现设计的受力传导。

4 桥梁整体悬浇稳定分析及强度验算

桥梁悬浇稳定整体上依靠跟进的斜拉索初张来实现，挂索要围绕主塔对称进行。斜拉索材料采用ΦS15.2 mm钢绞线，钢绞线弹性模量1.95 MPa×105 MPa，抗拉强度标准值1860 MPa。斜拉索按照施工张拉控制力（初拉力）输入，部分斜拉索在桥梁合拢后成桥后进行二次张拉（调索拉力）。根据半漂浮结构主塔稳定分析（具体计算过程略），悬浇施工过程中跟进的斜拉索初拉力和调索拉力计算结果见表1。

表1 斜拉索初拉力和调索拉力计算成果表（单位:kN）

以上初拉力和调索拉力均小于斜拉索抗拉强度标准值1860 MPa，故强度满足要求。

5 挂篮稳定分析及强度验算

挂篮采用菱形结构，每道腹板处一组菱形桁架，共三组，每组菱形桁架由5根杆件组成，分别为2根平杆、1根竖杆和2根斜杆，每根杆件均由双拼30#槽钢通过连接板焊接而成，杆件之间连接通过插销；挂篮后锚每组菱形架采用四根Φ32的40 Cr圆钢扯丝而成，共12根，其中，后锚压梁为双拼36b工资钢，共6根；挂篮吊杆系统由10根Φ32精轧螺纹钢筋和8根16 Mn吊带组成(30 mm×120 mm×12000 mm)，前吊为8根16 Mn吊带，后吊为10根Φ32精轧螺纹钢筋。上横梁由双拼45b工字钢及双拼20#槽钢焊接而成的桁架组成，前后底托梁均由双拼45b工字钢组成，底模纵梁采用双拼30#槽钢，底模纵梁与底托梁通过插销连接（挂篮总体布置如图3）。通过对主梁结构进行分析，可知1#节段荷载为悬浇过程中的最不利荷载，因此，取1#节段施工荷载进行挂篮设计计算。

图3 挂篮总体布置图

5.1 计算依据

钢结构设计规范（GB5007-2003）；建筑施工碗扣式脚手架安全技术规范（JGJ166-2008）；建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范（JGJ130-2011）；泾河东庄水利枢纽工程左岸进场道路第I标段施工图设计文件；装配式公路钢桥多用途使用手册；建筑地基基础设计规范；公路桥涵施工技术规范；路桥施工计算手册。

5.2 主要计算参数

（1）竹胶板截面特性值：［σ］=9 MPa，E=6×106KPa，W=

（2）10 cm×10 cm方木截面特性值：W=1.67×10-4m3，I=8.33×10-6m3，E=9×103MPa，［σ］=12 MPa，［τ］=1.7 MPa；

（3）10#工字钢截面特性值：W=49×103mm，I=245×104mm4，［σ］=215MPa，［τ］=125 MPa；

（4）贝雷片材料特性值：［σ］=273 MPa，［τ］=207 MPa；

（5）H588×300×12/20材料特性值：W=3853.19 cm3，I=113283.85 cm4，S=185.76 cm2；

（6）30#槽钢截面特性值：W=407.5 cm3，I=6181.5 cm4，S=44.4 cm2；

（7）45 b工字钢截面特性值：W=407.5 cm3，I=33760 cm4，S=111 cm2；

（8）Φ32精轧螺纹钢筋（PB930）特性值：抗拉强度设计值：747.6 KN；

（9）施工计算荷载：模板及支架自重：q1=2 KN/m2，新浇砼自重：q2=26 KN/m3，施工人员及机具荷载：q3=2.5 KN/m2，倾倒混凝土时产生的竖向荷载：q4=2.0 KN/m2，振捣时产生的竖向荷载：q5=2.0 KN/m2；

（10）施工计算均采用极限状态法。

5.3 菱形架稳定分析及强度验算

挂篮的稳定分析和强度验算按照荷载向挂篮传递的支撑次序逐次简化计算各级构件的弯矩、剪力引起的正应力和剪应力及最大挠度变形是否满足材料强度指标和规范要求。这里重点阐述一下菱形架的稳定分析和强度验算。

5.3.1 正常施工荷载情况下菱形架验算

根据逐次简化计算，在正常施工荷载作用下，上横梁传递至三组菱形架的竖向集中力分别为637.2 kN、558.1 kN和637.2 kN。左右两侧菱形架受力最大，取其中一组菱形架进行计算。通过Midas建模，如图4。

图4 菱形架轴力图

由图可知，1#和3#杆件承受轴向压力、2#和4#杆件承受轴向拉力，其中，1#杆件承受压力值最大为1271.9 kN，4#杆件承受拉力值最大为1335.2 kN。

1#受压杆件验算：

（1）稳定性验算

缀板间距为70 cm，则单肢对其轴的长细比为：λ1=70/3.79=18

查表得到φ=0.887

（2）强度验算

5.3.2 在非正常施工荷载作用下（混凝土偏载）

取混凝土偏载量为5 m3，约重13 t。则通过上述计算可知，其中一组菱形架受力为767.2 kN,另一组菱形架受力为507.2 kN,取受力最大一组菱形架进行验算，通过Midas建模可知1#杆件所受压力最大，为1466.3 kN,4#杆件所受拉力最大，为1539.7 kN。

4#受拉杆件验算：

1#杆件受压验算：

（1）稳定性验算

1#杆件长度为510 cm，换算长细比为：

缀板间距为70 cm，则单肢对其轴的长细比为：λ1=70/3.79=18

查表得到φ=0.887

（2）强度验算

5.3.3 挂篮后锚验算

挂篮后锚采用四根Φ32的40 Cr圆钢，单根40 Cr圆钢设计受力为418.0 kN，四根为1672.0 kN>779.5 kN，满足要求。

图5 反力图

5.3.4 挂篮走行过程中后锚验算

挂篮底模、侧模、翼缘板支架及前吊系统共计60 t，冲击系数取1.3，则每片桁架受力：t，通过Midas建模(图5)计算可知挂篮走行过程中作用于轨道翼缘上反力值为304.6kN,为保证挂篮走行安全，应对挂篮轨道翼缘与腹板位置处进行加焊处理。

通过以上计算可知，挂篮满足强度和稳定性要求，设计可行。

6 主梁线形及内力控制

斜拉桥在悬浇施工过程中，主梁会因为荷载不同产生各种偏位，为保证合拢后主梁线形和设计内力状态，在斜拉索严格按照初拉力输入情况下，需要对这些偏位提前设置预偏进行纠正。

6.1 主梁施工期偏位分析

主梁在悬浇施工中产生偏位包括：主梁在合拢前各悬浇节段由于自重产生竖向偏位；可能在横风作用下产生横桥向偏位。

6.2 主梁施工期偏位测算

主梁各悬浇节段因自重产生的竖向偏位通过计算总静载下各悬臂节段弹性变形获得，横风作用下产生横桥向偏位通过实测掌握。为保证竖向偏位计算的准确性，要控制施工精度，包括立模放样及节段混凝土方量。加强跟踪监测，对比实测与理论计算的误差，进行误差分析，制定调差策略，确保实际值沿着控制轨迹发展。

6.3 主梁线形监测

（1）测试断面

在每个节段的端部设置测试断面，主梁右主跨线形测试断面共计26个。

（2）高程测点布置

每个节段设2个高程测点，布置在斜拉索出梁口外侧，高程测点预埋直径28 mm钢筋，裸露长度保持2 cm。

利用精密水准仪测量，随悬臂浇筑节段跟踪实测高程：立模完成、预应力张拉完成、斜拉索张拉完成各测一次。测量工作宜在早晨10点前温度稳定时段完成。

（3）轴线偏位测点布置

中线测量是观测已施工节段的中线点相对于桥梁轴线的偏心距，选取中线点预埋直径28 mm钢筋并与棱镜基座连接。

利用全站仪测量，随悬臂现浇注阶段跟踪实测坐标：节段施工完成测量一次。测量工作宜在早晨10点前温度稳定时段完成。

7 挂篮施工注意事项

（1）挂篮安装完成后，班（组）长必须对挂篮后锚固系统、支点、吊带等进行全面细致的检查，确保其受力符合设计要求；

（2）斜拉索、钢板吊带、精轧螺纹钢筋吊带均为主要受力杆，其材质较为特殊，绝对不能在其上进行电焊作业，施工时要格外小心，不得烧伤斜拉带及吊带；

（3）挂蓝行走时，要确保吊带、模板等与挂蓝分离，并派专人观察行走是否正常。挂蓝、模板与箱梁或其他物品是否发生摩擦、牵挂，发现行走异常应立即停止，查明原因处理后再开始行走。

8 结语

挂篮悬浇施工工艺越来越多地被运用到各类桥梁和类桥建筑物施工中，尤其在大跨度的大桥、特大桥运用比小跨度、小矢跨比的小桥梁运用支架现浇的临时费用成本比更为节省，但缺点是工期因悬浇工序成分节式不断循环而较长，工艺难度和施工风险较大，因此，不同的工程，要根据不同的塔梁设计结构区别对待。

U448.27

B

1673-9000（2017）04-0136-04

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吕鹏疆（1973-），汉族，陕西礼泉人。工程师，主要从事水利工程建设工作。