道路桥梁施工中挂篮悬臂浇筑施工技术的应用研究

文／齐帅 中铁十二局集团第一工程有限公司 陕西西安 710000

引言：

挂篮悬臂施工技术是以挂篮为主要施工设备，可在已张拉锚固并与墩身连成整体的梁体上移动、逐段浇筑梁体混凝土的工法。挂篮悬臂浇筑施工技术适用于不受净空限制的高墩、大跨径连续梁桥、连续钢构桥等工程，具有结构轻、拼接简单、刚度大、变形小、无压重等特点[1]。本文结合某道路桥梁工程项目，深入研究了挂篮悬臂施工技术要点，旨在无=为道路桥梁工程施工提供有益参考。

1.工程概况

某道路桥梁工程为60m+100m+60m 三跨变截面连续箱梁，箱梁梁高按二次抛物线线形设计，连续箱梁设计采用三向预应力体系，纵向预应力分为腹板悬臂束、顶板悬臂束和边跨合拢束，预应力束采用ø15.2mm 钢绞线束，穿塑料波纹管孔，弹性模量Ep为1.95×105MPa。横向预应力采用4 根ø15.2mm 钢绞线，穿波纹管，单短张拉锚固。竖向预应力采用JL32 高强精轧螺纹钢筋，弹性模量Ep为2.0×105MPa。锚下控制应力为706.5 MPa，采用JL32 锚具锚固。

2.悬臂挂篮设计与验算

2.1 悬臂挂篮设计

挂篮锚固系待0#块、1#块混凝土强度达到90%时组装，张拉顶板横向、纵向及腹板预应力筋在0#块、1#块上组拼装，主纵梁采用2 组贝雷架组装，每组贝雷架4行，每组贝雷架间横向加固连接。

挂篮支架以承台为持力点，被累加每2 片1 组叠加拼装，纵向3 组，横向2 组。顶面横桥向布置2 组贝雷架，贝雷架于底模间采用I55 工字钢和60mm 厚ø400mm钢管调节支架高度[2]。

挂篮锚固系利用预埋JL32 竖向预应力筋与挂篮锚固，挂篮分离前每组4 个人锚固点，挂篮分离后每组6 个锚固点。主纵梁起步按5 片15.0m 长钢架对称布置于0#块、1#块上，主纵梁安装前上、前下、后上、后下主横梁。前上、前下主横梁采用6 根ø32mm 精轧螺纹钢锚杆连接，后下横梁中间通过3 个预留锚固孔与梁体底板锚固。

前上、前下横梁采用2 根I36 工字钢焊接制成，相邻工字钢间距为60～80mm，采用10mm 钢板焊接连接。

2.2 悬臂挂篮设计验算

根据工程设计，挂篮抗冲击系数1.2，偏载系数为1.2，行走抗倾覆系数为2.0，自锚系统安全系数为2.0，上水平限安全系数2.0，主纵桁容许最大挠度为2.8mm，主纵桁容许最大弯矩为788kN·m，主横梁最大容许挠度为10mm。

计算挂篮各项荷载时，主桁自重为10t，8 根18.0m长I36 横梁自重为8.6t，2 根15.0m 长和2 根11.0m 长I25 横梁自重为2.0t。底板、翼板和支点横梁自重为9.0t，模板自重约为10.5t，施工活载及人群荷载为1.5t，挂篮自重为30.1t，箱梁最大节段混凝土自重为128.86t，则计算各项荷载之和为1690kN。

吊杆承受拉力验算时，根据挂篮恒载计算，箱梁混凝土自重和各项荷载之和为1690kN，80%荷载由8 根吊杆承担，则计算吊杆受力为F=1690kN×80%=1352kN，则每根吊杆分担荷载为169kN ≤[F]=800 kN。左右翼板荷载占比挂篮恒载20%，由4 根ø32mm精轧螺纹钢承担，则计算螺纹钢承受荷载为42kN ≤[F]=800kN。根据吊杆承受荷载验算，吊杆承受拉力符合设计要求。

横梁及主纵梁受力验算时，分析主纵梁承受最大剪力位于15#梁块位置，其剪力80%由2 根横梁承担，各横梁由2 根I36 焊接形成整体，以主纵桁梁承受荷载1510kN 计算横梁承受剪力为377.5kN ≤[Q]=730kN，横梁挠度验算时，考虑其前上、前下横梁由6 根ø32mm精轧螺纹钢承担，后下横梁由5 根ø32mm 精轧螺纹钢承担，后上横梁仅在挂篮行走时承担挂篮自重，故无需考虑横梁挠度。

主纵桁梁受力验算时，贝雷架支点承受最大剪力为845kN，以每个支点剪力由4 片钢架分担计算，每片钢架承受剪力为211kN ≤[Q]=500kN。每片钢架上下由钢销连接，其承受剪力与钢架承受剪力相同，则计算各钢销承受剪力为105.6kN ≤[Q]=500kN。主纵桁贝雷架最大弯矩计算时，贝雷架最大剪应力为33.1MPa ≤[τ]=208MPa。主纵桁贝雷架最大弯矩为2173kN·m，以主桁2 组、每组8 片贝雷架计算，则每片贝雷架承受最大弯矩为272kN·m ≤[M]=788kN·m。计算主纵桁架最大挠度0.9mm ≤[f]=2.8mm。

综合验算该工程悬臂挂篮设计符合工程设计要求。

3.道路桥梁施工中挂篮悬臂浇筑施工技术

工程中，挂篮悬臂浇筑施工工艺流程为：0#、1#块施工→挂篮拼装和模板安装→挂篮行走→钢筋绑扎→箱梁浇筑施工→合拢段浇筑施工→预应力穿束→预应力张拉与封锚。

3.1 0#、1#块施工

工程中，为保持箱梁施工整体性、稳定性，便于挂篮组装，施工单位采用支架整体现浇0#、1#块。

支架安装时，以承台作为支架安装持力点，采用每2片/组叠加拼装贝雷架，纵桥向3 组，横桥向2 组。顶面横桥向设置2 组贝雷架。贝雷架与底模采用I55 工字钢连接，以ø400mm 钢管调节支架高度。

待支架组装完成后，现场施工人员测量弹出0#、1#块钢模板安装控制点和标高，经测量复核无误后作为0#块和1#块钢模板安装施工依据。

底模板安装时，支架底部安装I25 型钢，沿桥墩顶部两侧纵向铺设1.5m 长I25 型钢，型钢横向间距为500mm，与支架点焊固定。型钢上铺设50mm×80mm方木，方木与型钢采用铁丝绑扎牢固。方木上铺设底板，底板安装完成后测量、校正底模板标高、边线和中线，经校核无误后安装翼板。工程中，0#块和1#块腹板、翼板均为6.0mm 厚定型钢模板，模板支撑采用[12 型钢焊接、支撑。

待底板、腹板安装完成后，施工单位即绑扎钢筋，钢筋位置与预应力孔道冲突时，适当调整钢筋位置，禁止割断钢筋。由于该工程箱梁高度较大，为防止0#块和1#块箱梁现浇时出现胀模问题，施工单位采用钢木组合模板施工，内模采用碗扣架支撑腹板和横隔梁模板，横梁梁模板采用ø20 螺杆对拉固定。

待模板安装完成且经隐检验收后，施工单位即组织浇筑0#块和1#块混凝土，混凝土分层500mm 浇筑。现场浇筑施工时，先浇筑底板和横隔梁混凝土，腹板位置分层厚度为300～400mm，确保腹板位置混凝土振捣密实。混凝土浇筑完成后及时收光、拉毛混凝土表面，并加强混凝土养护管理。

3.2 挂篮拼装和模板安装

待0#块和1#块混凝土养护至达到设计强度90%后，施工单位即张拉顶板横向、纵向和腹板预应力筋，并在箱梁上拼装挂篮。工程中，挂篮共2 组，每组4 行，组间通过横向，连接加固。挂篮后锚为0#块和1#块预埋竖向预应力筋，通过连接器连接挂篮和竖向预应力筋，挂篮分离前设置4 个锚点，分离后设4～6 个锚点。主纵梁拼装时，起步5 片钢架对称锚固在0#块、1#块上，并在主纵梁上安装主横梁，其中，前上、前下主横梁次啊哟6 根ø32mm 螺纹锚杆连接，后下横梁结合组3 个预留锚孔与梁底板锚固连接，两侧采用锚杆加固连接。主横梁加工制作完成后，两侧下主横梁上各铺设12 根I25 工字钢作为纵向分配梁，拼接完成底模托架[3]。

挂篮4 个翼板、内顶板和底板一次安装成型，待挂篮横梁安和底模板安装就位后，施工单位即安装翼板，翼板两侧各设置2 个锚固吊点，前吊点位于挂篮上层前横梁上，后吊点位于已浇筑梁体混凝土上，采用2 根20 槽钢连接前后吊点。顶板吊点设置与翼板一致。

挂篮拼装完成后，施工单位对挂篮标高进行测量，挂篮标高为设计值加预拱度值，确保箱梁标高施工与设计相符。经测量挂篮标高后，施工单位借助千斤顶顶紧挂篮梁端，挂篮前端采用倒链葫芦调整校正标高，待校正、测量无误后紧固螺栓。待挂篮拼装完成后，施工单位借助吊车依次吊装底模、外侧模和内模，完成模板安装[4]。

3.3 挂篮行走

挂篮拼装完成后，施工单位找平0#块、1#块或已施工梁段顶面，在箱梁顶部铺设方木和轨道。放松挂篮内外模前后吊杆和底模架前后吊带，采用2 个10t 倒链将底模架后横梁悬挂于外模行走梁上。拆除后吊带和底模架横向连接，松开桁架后端锚固螺杆，在轨道顶面安装5t 倒链，标记设计移动位置，以倒链牵引主桁架前支座，带动挂篮主桁架、底模和外模前移。挂篮行走过程中，为确保挂篮行走安全、稳定，施工单位对称牵引挂篮，防止挂篮不同步前移出现施工安全事故，并对箱梁墩身造成不平衡力矩。行走过程中，施工单位现场随时检查挂篮后钩板、滑道与梁体锚固件，防止行走过程中挂篮行走倾覆[5]，发现异常时及时停止行走，及时处置后方可继续行走。挂篮行走到位后，安装后吊带并锚固桁架后端锚固螺杆，吊起底模。

3.4 钢筋绑扎

箱梁节段钢筋绑扎施工时，钢筋绑扎采用分片绑扎方式安装，钢筋绑扎时同步安装预应力筋，当钢筋绑扎与预应力筋抵触时，适当调整绑扎钢筋位置。钢筋接长采用双面焊搭接方式，搭接长度≥5d，端头预留搭接钢筋长度≥10d。

预应力管道安装与钢筋绑扎同步施工，箱梁节段预应力管道波纹管长度应满足箱梁节段长度要求。预应力管道接头中心应与预留管道接头重叠。为防止箱梁浇筑施工时混凝土堵塞预应力管道，施工单位采用胶带封堵预应力管道端部，待混凝土浇筑完成后清孔预应力管道。此外，考虑预应力管道刚度较小，箱梁浇筑完成后禁止上人踩踏，防止预应力管道堵塞影响预应力筋穿束[6]。

3.5 箱梁浇筑施工

工程中箱梁现浇混凝土采用商品混凝土浇筑施工，混凝土配合比严格按设计配合比计量投料，并加强混凝土混合料出料质量控制，确保混合料水灰比、坍落度、和易性、初凝时间等性能满足工程设计要求。

箱梁现浇施工时，依次浇筑底板、腹板和顶板，混凝土分层、对称浇筑，分层厚度为300～500mm。混凝土振捣时，振捣棒移动间距小于1.5 倍振捣作用半径，且振捣棒与侧模间距保持50～100mm，防止振捣棒碰撞侧模。箱梁张拉端钢筋加密区加密振捣，确保箱梁端部振捣密实。

考虑到该工程箱梁浇筑量大，施工期间可能出现浇筑中断问题，为避免新旧箱梁界面出冷缝，继续浇筑混凝土前，施工单位对已浇筑混凝土界面进行搓毛处理[7]，提高新旧混凝土结合强度，防止出现层间冷缝。

箱梁混凝土浇筑完成后，施工单位加强箱梁养护管理，防止箱梁混凝土养护不足而出现收缩裂缝、干缩裂缝等问题。

3.6 合拢段浇筑施工

合拢段施工前，施工单位清除箱梁上挂篮和配重，防止挂篮卸荷后造成箱梁不平衡反力造成节段纵向裂缝。合拢段箱梁刚性支撑和劲性骨架采用对称焊接方式，确保合拢段结构稳定。边跨合拢段模板采用支架支撑，中跨合拢段借助箱梁顶板、底板和翼板上预留孔作为合拢段模板锚固点。由于合拢段两端箱梁同步施工可能存在标高偏差，施工单位在合拢段施工前加强测量合拢段两端标高，对标高偏差采取配重施压处理[8]，确保合拢段两端标高满足设计要求，防止合拢段接头部位出现错台、裂缝问题。

3.7 预应力穿束

工程中，预应力箱梁结构体系为纵、横、竖三向预应力体系，其中，纵向和横向均采用高强度270 级ø15.24 mm 钢绞线，钢绞线强度fpk为1860MPa，弹性模量Ep为1.95×105MPa，张拉力为0.75fpk，竖向预应力筋采用ø32mm 螺纹钢。

预应力管道安装时，采用分段接长方式安装，接长部位套接较预埋波纹管直径大5.0mm 的波纹管，并以胶带缠绕紧密，确保预应力管道接长段密封，防止混凝土渗入管道内堵塞、影响预应力筋穿束。预应力管道与箱梁钢筋牢固绑扎，直线段管道与钢筋间隔1.0m 绑扎1 道，曲线段间隔0.5m 绑扎1 道。为防止预应力管道堵塞，施工单位在预应力管道内安装橡胶管，橡胶管直径较预应力管道小50mm，且具备一定弯曲性能和硬度。混凝土浇筑过程中，现场施工人员抽动橡胶管，防止局部预应力管道渗漏混凝土并堵塞管道。混凝土初凝后，抽出预应力管道内橡胶管。

预应力结构体系为纵、横、竖三向预应力体系，纵向、横向预应力筋采用钢绞线，钢绞线均采用ASTM416-92标准生产的高强度、低松弛270 级øs15.24mm 钢绞线,标准强度fpk=1860MPa,弹性模量Ep=1.95×105MPa,张拉控制应力采用0.75fpk，竖向预应力筋采用螺纹钢筋。

待箱梁端部浇筑完成后，施工单位垂直于预应力孔道中心线安装预应力筋锚垫板，锚垫板孔位与孔道中心线偏差≤5mm，防止锚垫板偏位严重造成钢绞线张拉扭曲损伤[9]。锚垫板螺旋筋与锚垫板焊接固定。

预应力筋钢绞线制作时，施工单位根据计算长度切割下料，采用砂轮机切割钢绞线，禁止采用电焊或气割，防止钢绞线出现有害变形影响穿束。钢绞线编束时，直线段保持顺直，无扭结、绕曲等问题。端部采用胶带缠绕密实，提高钢绞线整体性，便于穿束。

预应力筋钢绞线穿束时，施工单位利用带环钢绞线牵引预应力筋穿束，借助卷扬机将钢绞线自预应力管道穿入至另一端。

3.8 预应力张拉与封锚

待箱梁混凝土强度达到设计强度85%时方可预应力张拉。预应力张拉前，检查锚垫板下混凝土有无蜂窝、空洞等缺陷，针对缺陷部位采取补强处置措施。检查预应力张拉设备性能，校核设备和仪表。预应力张拉时，采用超张拉方法两端对称张拉施工，张拉顺序为：0 →初始张拉力（初应力σ0，持荷3min）→张拉至2σ0（测量伸长量）→分级加载（两端对称加载）→张拉至控制应力σk→持荷5min →张拉至105%σk→回油锚固（测量回缩量）→回油、退顶。

预应力张拉按张拉力和伸长量双控，实际伸长量与理论伸长量偏差≤6%，超出容许值时停止张拉，待分析原因后继续张拉施工。预应力张拉完成后48h 内封锚、孔道注浆，外露钢绞线长度为4～5mm。

孔道注浆自上而下依次施工，注浆作业一次施工完成，注浆压力为0.7MPa，待封锚端部冒浆且浆液稠度与注浆稠度一致后方可停止注浆[10]，并封堵出浆口。压浆端保持压力5min 且无漏浆问题后方可关压浆机，并封闭进浆口。

结语：

结合该工程施工实践经验表明，。相较于满堂架施工方案，、挂篮悬臂现浇施工方案可显著减少支设模板和支架工程量，节省了支架租赁、安拆费用、基础硬化和支架预压等费用，直接经济效益和间接经济效益良好。同时，挂篮悬臂现浇施工能够保持箱梁整体线形，防止因支架沉降造成梁体不均匀沉降、跳台等问题，有利于保证道路桥梁工程施工质量。