大跨度桥梁施工中菱形挂篮悬臂浇筑施工技术分析

唐俊

(江苏金堰交通工程有限公司，江苏泰州225500)

0 引言

大跨度桥梁因跨度大，施工难度与风险大幅提升，而菱形挂篮悬臂浇筑施工具有结构受力简单、作业面空间充足、拼装方便等优势，可为大跨度桥梁施工提供充足便利，更好地解决大跨度桥梁施工中出现的问题，因而受到行业内的青睐与认可。但目前在施工技术实践中，不规范的操作严重影响了菱形挂篮悬臂浇筑施工效果。为充分体现该项技术价值，还需进一步优化、规范施工技术。

1 工程概况

兴顾公路改造工程（姜堰北段）项目K20+578.0 新通扬运河大桥工程，桥梁全长为676m，主桥上部构造设计为半截面连续悬浇箱梁（48m+80m+48m）。单幅桥则采用单箱双室截面形式的悬浇箱梁，箱梁顶板与底板宽度分别为20.5m、13m，顶板厚度为0.65m，底板厚度为0.3m，悬臂宽度为3.75m，根部箱梁高度为4.8m。箱梁总共分成11 个块段，其中0#块长为12m，1～4#块长3m，5～10#块长3.5m，合龙段长度为2m，仅有0#块采用特殊的搭设支架浇筑。

2 菱形挂篮设计

2.1 设计原则

菱形挂篮悬臂的规格有两种:一种为3m，另一种为4m。通常情况下，悬臂长度发生变化，挂篮整体重量也会有所变化，并会导致荷载以及结构受力情况同时发生变化。为避免施工过程中各环节、各项参数计算出现错误，会按照挂篮与0#梁块重量比1∶2 的原则进行设计，符合行业标准规定。但需注意，尺寸设计环节，必须保证为施工预留出充足的作业空间。

2.2 挂篮验算

按照工况要求展开挂篮受力验算，如浇筑工况、走行工况下应分别计算出挂篮强度参数、稳定性参数、刚度参数，每项参数必须符合行业规范标准。具体来讲，验算中要求挂篮最大形变不得超过2mm；自锚固系统安全系数、浇筑混凝土与行走抗倾覆安全系数、水平限位安全系数等均应保持在2.0 以上。

3 菱形挂篮安装

3.1 挂篮加工

加工施工操作中需注意以下事项：第一，按照施工设计要求尺寸加工挂篮所有构件，尺寸参数不得随意调整，所用材料性能与质量也应符合施工设计要求；第二，进行螺栓孔洞位置加工时，应使用数控切割机等机械设备进行操作，确保孔洞位置、尺寸的精准性；第三，焊接应坚持高效、精细的原则，组成挂篮的构件较多，焊接任务量大，必须对每部分进行精细划分，明确焊接处理要求，合理选择焊条与焊接工艺，焊接中严禁构件中出现破损、锈蚀情况，发现后需及时处理，避免出现质量问题；第四，焊接中焊缝的设置应以规定标准为依据；第五，加工构件中严禁出现螺栓孔洞尺寸过大问题，易导致结构出现非弹性变形；第六，加工中所有构件的误差必须控制在允许范围内[1]。

3.2 挂篮拼装

挂篮效果如图1所示，主要由五个系统构成。

图1 挂篮效果示意图

3.2.1 主桁架安装

有两片外形为菱形的桁片设置在前后横梁位置上，以横向设置方式使横梁组成空间桁架，联结杆件安装在横梁上下两层平面上，起连接与加固作用，保障主桁架的刚度与稳定性达到设计要求；主桁架杆件选择H 型钢，并于两侧焊接钢板、杆件之间销接50CrMnTi 销子，采用钢板与角钢进行前后横梁桁片平联；分配梁位于前后横梁下方，可用模板、底蓝悬挂当中，为避免露天环境下施工受天气环境的影响，可在桁架顶部安装遮雨棚。

3.2.2 行走与锚固系统安装

施工中挂篮在一段箱梁悬浇施工结束且预应力筋张拉完毕前进行前移，前移过程中需利用后锚千斤顶向行走小车施加上拔力，倾覆力矩通过反扣在工字型钢轨道上的行走小车进行平衡，前支点通过底贴四氟板组合滑船形式处理，最终由液压油缸提供动力实现顶推前移。行走系统由轨道、前/后支点、垫枕、后锚体系、锚固轨道精轧钢共同构成；该项目中轨道面板、底板等均为钢板焊接，于底板以及两侧肋板处设置小孔，并设置3m 长轨、1.5m 短轨各1 条；将前支座直接安装在轨道面板上，后支座上安装四个滑轮，同样于面板上直接安装；拼装时控制锚固轨道精轧钢之间保持50cm 间距，锚固深度高出混凝土面37±3cm；后锚装置采用30 双槽钢焊接制成，在主构架后支点上直接放置梁，并利用精轧钢将梁直接锚固在浇筑好的梁段上。

3.2.3 吊带系统安装

吊带系统的主要功能是连接底模平台以及主桁架，处于不同的位置发挥的作用也存在差异，安装中将上端悬吊在横梁桁片前后两个位置上，下端连接侧模分配梁或连接底平台，底膜系统的标高则通过液压装置的提升进行调节与控制。

3.2.4 底平台系统安装

底平台系统包括前后横梁与纵梁，前后横梁悬吊在主桁架上，模板直接在底平台上铺筑。进行混凝土浇筑施工时，后横梁应锚固在已完成的前段箱梁底板上。

3.2.5 模板系统安装

模板系统共包括三个组成部分，外模、内模以及堵头模板。外模通过拉杆与模板进行连接，并配合外部支撑加以固定；支承模板、滑架滑梁前端应悬吊于主桁架上，滑梁后端应在完成浇筑施工的箱梁翼板上悬吊，混凝土浇筑施工期间将其锚固在已完成的前段箱梁翼板上，模板拆除环节将锚固端放松，使其随着平台进行前移、下沉。内模的支撑模板以及骨架滑梁均悬吊在主桁架上，后端则在已完成浇筑施工的箱梁顶板上悬吊；当挂篮处于行走状态时，滑梁能够随挂篮完成同步前移；内模板在与外模进行对拉过程中需利用内支撑进行固定。堵头模板对安装位置精度要求较高，需严格控制误差，并通过钢筋布置完成分块拼装，与内外模之间连接成整体。

3.3 挂篮预压

挂篮预压的主要目的是消除挂篮产生的非弹性变形，通常计算中将挂篮产生的弹性变形量纳入梁段预拱度计算当中。预压压重通常为悬臂最重梁段的1.2 倍，该项目采用袋装砂堆载方式预压，共进行5 次加载，从空载加载至20%、50%、70%、100%、120%，卸载按照倒序进行，完成加载后，至少应停留30min，沉降趋于稳定后经观测获得变形数据，满载后应至少停留24h 再进行观测[2]。

3.4 挂篮验收

挂篮拼装以及预压结束后，由施工单位联合监理单位进行挂篮验收，验收中需细致查验组成挂篮各部分构件尺寸是否标准，焊接效果、焊条是否使用正确，构件表面有无油污与锈迹，以及主桁架立柱垂直度是否达标、锚固深度是否达标、滑道高差是否超标等，确保每项技术参数符合施工设计要求。

4 混凝土浇筑

第一，混凝土浇筑需从悬臂至根部进行，两侧悬臂浇筑量差值以及规格均应符合施工设计要求；第二，浇筑腹板时应从顶板处开始，并在进料口上覆盖卸料板，确保顶板部位初凝效果良好；第三，做好腹板与底板之前的倒角处理，边浇筑、边振捣，严禁混凝土翻浆，但振捣过程中不得直接接触波纹管；第四，严禁直接向钢筋网上倾倒混凝土，保证整体结构处于稳定状态；第五，为方便施工，提高混凝土灌注、振捣施工的便捷性，可将“天窗”安装在顶板、腹板处，腹板穿入布袋，并于沿腹板每隔1.2～1.5m 设置一个漏斗，以便充分振捣腹板；第六，不允许在钢筋上直接倾倒混凝土，以便减少对波纹管产生的冲击。

5 合龙段施工

合龙段施工前，第一，需要将相邻段之间供施工使用的挂篮拆除，并清理梁面上所有物件，于特定位置将配重水箱、所需机具设备安放好，复测梁段观测点标高，确定无误后，锁定永久支座，将临时支座拆除；第二，再次精测两面全部标高，其中紧邻两端顶面标高差异处于15mm 范围内时，则可进行下道工序，利用线性控制软件，对水箱配重方法进行优化，确保标高差异处于15mm 内，为合龙段施工创造良好条件。具体来讲，先进行边跨合龙，将边跨挂篮改为吊架，首先，两端分别支撑悬臂端与现浇段；其次，将劲性骨架安装在边跨合龙段，经绑扎钢筋与混凝土浇筑完成合龙；最后，待混凝土凝结强度达到设计要求的90%后，且混凝土养护时间超过7 天，对段顶、底板束、竖向预应力束进行张拉处理，按照先长束后短束的规则，而底板与顶板束张拉可交替进行。边跨合龙后进行中跨合龙，同样首先将挂篮改为吊架，但吊架两端均支撑悬臂端；其次，合龙温度与标高符合设计标准时，经焊接处理完成劲性骨架安装，并需绑扎钢筋与浇筑混凝土；最后后续段顶、底板束、横向束等位置的张拉施工与边跨一致，但完成张拉后需将中跨合龙段吊架拆除，实现体系转换。

6 施工质量与安全控制

6.1 施工质量控制

6.1.1 控制材料质量

施工前应对施工中所需的材料进行全面质量检测，包括钢筋、水泥、预应力筋、挂篮所有构件等，严禁在施工中出现质量或性能不达标材料。

6.1.2 规范挂篮安装

挂篮安装施工环节，轨道最易出现误差，应严格将安装误差控制在标准范围内。第一，轨道竖直预应力筋在横纵两个方向上的误差不得超过3mm；第二，完成拼装后，应在专人指导下使挂篮前移到指定位置上，保持挂篮与桥梁中线处于对齐状态，二者之间允许偏差为5mm 内；第三，现场勘测挂篮的变形情况，根据浇筑混凝土作业规范要求进行变形值调整，每次调整范围4～6mm。

6.1.3 控制梁体挠度

采用线性控制软件对混凝土浇筑过程中工序进度、材料数目、摆放位置、设备摆放情况进行控制，从而及时获取数据计算梁体挠度参数，其变化范围不得超过5mm，否则需立即查找导致挠度变大因素，经过调整后重新在软件中输入数据测算挠度，确保梁段标高数据得到可靠修正，消除累计误差，为后续合龙施工奠定良好基础。

6.1.4 做好水平测量

水平测量结果的精准度至关重要，第一，需合理设置观测点，避免数据离散性过大，且需在观测点上采用合适的方式做出标记，施工中对标记加以保护；第二，水平测量应在无风、晴朗的天气下进行，如果水平测量受地形条件影响，可在0#梁段顶面上设置水准点，梁段结束后参照水准点复测标高，及时通过线性控制与修正手段控制测量结果精准度。

6.2 施工安全控制

菱形挂篮悬臂浇筑施工作业危险系数高，挂篮安装、混凝土浇筑、挂篮使用、挂篮拆除等环节均存在危险性，必须采取合理的安全控制措施以及安全技术手段作为基本保障。

6.2.1 在施工环节

第一，施工过程中需要在滑道前端位置安装保险限位挡板，避免施工期间挂篮前移，且在下放吊梁过程中还需有专人进行水平位移情况观测；第二，挂篮移动应缓慢进行，施工中不得在底膜支架以及挂篮前端两个位置上随意增加荷载；第三，铺设轨道过程中，必须按照标准要求铺设，控制各项误差，铺设结束后按照要求张拉预应力筋，张拉1/2 即可；第四，观察轨道使用过程中有无脱焊问题；第五，浇筑混凝土时观测挂篮的变形情况，必须保持两侧混凝土浇筑量差值处于合理范围，否则会因偏载过大引发挂篮变形。

6.2.2 在使用环节

第一，行走轨道使用过程中，千斤顶顶升两侧轨道应保持相同速度，防止出现偏离与卡轨现象；第二，每次使用前均需检查前后横梁有无挂钩滑出滑槽现象、前后纵梁滑船以及滑道是否存在异常；第三，为预防使用中钢销因受弯被破坏，销接悬臂长度应控制在15～18cm。

6.2.3 在前移环节

第一，挂篮前移过程中必须保持两只挂篮对称同步进行，否则梁体平衡状态被打破，极易发生危险；第二挂篮行走速度不得超过10m/h，且在位于梁端1m处应降低速度，为方便控制速度应在走道上设置刻度；第三，前移过程中由专人进行指挥、发送统一信号；第四，充分利用挂篮上限位装置；第五，在后锚固拆除前，应委派专业人员检查锚固体系，待其可靠的转移至挂篮走道梁时进行拆除；第六，风力超过5 级的天气挂篮不得行走；第七，挂篮行走过程中不宜与梁体上其他任何部位发生挤挂；第八，为保障行走的流畅性，可在走道上涂抹黄油，起到润滑作用；第九，行走期间应由专人跟踪观测挂篮中线误差，并及时做出调整；第十，为保障走道梁锚固与后锚固长度充足，主梁顶面出现横坡后，走道梁底应做抄平处理，但不宜过高。

7 结语

综上所述，为实现菱形挂篮悬臂浇筑施工的价值与作用，应严格按照行业标准规范进行作业。但在高空操作中，风险系数升高，施工现场安全也应受到高度重视，采取有效的控制措施，保障施工质量与施工安全，进一步推广菱形挂篮悬臂浇筑施工技术在大跨度桥梁施工中的应用，提高施工移动速率，降低施工难度。