连续刚构桥悬臂现浇施工菱形挂篮荷载试验控制要点分析

摘要：大跨径桥梁悬臂挂篮施工技术要求高，安全管控压力大。以云南宣会高速公路牛栏江特大桥为例，主要对菱形挂篮拼装、荷载试验、测量观测、变形观测、数据分析几个方面进行讨论。进行分级预压试验，加载至箱梁施工荷载状态的120%，支架变形量小于1mm/h时，挂篮预压沉降趋于稳定，挂篮结构安全。加载试验为类似菱形挂篮悬臂现浇施工提供技术支持和参考。

关键词：菱形挂篮悬臂现浇预压试验 控制要点

中图分类号：U445.4

Analysis ofthe KeyControl Points of the Load Test of Diamond-Shaped Hanging Baskets in theCast-in-Place Cantilever Construction ofContinuous Rigid Frame Bridges

QIAN Jun1LIU Wenming2XU Hongyang2

1.Yunnan Commmunications Investment & Construction Group Co.， Ltd.; 2.Yunnan Yunling Gongda Highway Engineering Co. ， Ltd.， Kunming， YunnanProvince， 650000 China

Abstract： The cantileverconstruction technologywith hanging basketsof large-span bridgeshas high requirements and high safety controlpressure. This article takes the Niulanjiang Bridge on the Xuanwei-Huize Expresswayin Yunnan as an example，andmainlydiscusses the assembly of diamond-shaped hanging baskets， theload test， measurement observation， deformation observation and data analysis.A graded preloading test is conducted， and when it isloadedto 120% of the construction load state of the box girder and the deformation of the support is less than 1mm/h， the preloading settlement of the hanging basket tends to be stable， ensuring the safety of the hanging basket structure. The load test provides technical support and reference for similarcast-in-place cantilever construction withdiamond-shaped hanging baskets.

Key Words：Diamond-shaped hanging basket; Cast-in-placecantilever; Pre-compression test; Key control point

桥梁工程施工，特别是高墩施工、悬臂挂篮施工、斜拉桥、悬索桥等危大工程和特殊桥型施工的安全风险尤为突出。工程中，综合考虑施工成熟性、跨越能力、适应性等，使得连续刚构桥梁得到广泛应用 [1]。本文依托牛栏江特大桥工程项目，对连续刚构悬臂浇筑施工荷载试验技术要点进行探讨，为今后连续刚构悬臂浇筑施工提供参数设置依据和技术指导。

1工程概况

1.1 桥梁概况

宣威至会泽高速公路牛栏江特大桥为跨越牛栏江及省道S303长巧线公路而设。主桥采用预应力混凝土连续刚构桥，跨径布置为100 m+180 m+100m。刚构悬臂段采用挂篮对称悬浇，现浇节段长3～4.5m，最大悬浇主梁节段混凝土重215t。挂篮作为悬臂施工法最重要的设备，挂篮结构的强度、刚度以及稳定性参数达标与否影响到施工人员的安全和整个工程质量[2]。

1.2 挂篮拼装

挂篮为悬臂施工提供可移动的操作平台，作为施工临时支架及模板支架，有效为施工人员提供施工过程中钢筋骨架、模板架设、砼浇筑、纵横向预应力钢束张拉等作业平台和支撑点，极大提升了施工的安全性和效率[3]。牛栏江特大桥连续刚构桥施工采用后支点菱形挂篮，自身重量110 t。挂篮拼装前，对挂篮杆件、部件的外形尺寸，栓孔的间距，重要部位的焊缝质量，模板面板是否有焊接变形等进行检查。菱形挂篮安装流程：走行系统→锚固系统→菱形桁架→提吊系统→底模→内外模。

2 挂篮性能预压试验

为确保连续刚构桥挂篮施工安全，应开展挂篮预压试验，验证挂篮锚固系统牢靠性，确定施工过程中挂篮变形范围值，并消除挂篮的非弹性变形[4]。根据《公路桥涵施工技术规范》及有关规范、标准、设计资料的要求，在挂篮正式使用前进行加载试验，以测定其弹性及非弹性变形量，确保挂篮施工中的安全稳定。

2.1 荷载试验

根据承载能力验算和稳定性验算要求，应根据不同荷载工况寻找最不利荷载组合形式，对结构在不同荷载组合工况下进行受力分析[5]。箱梁悬浇最重梁段为2号梁段（1号梁段已采用托法施工）浇筑混凝土方量为82.6m³，钢筋重12.5t，最大悬臂浇筑重量约215t，故选择2号梁段上的荷载进行加载试验。

2.2 挂篮预压荷载组合

设计荷载：2号梁段长3m，C55混凝土的配合比设计容重为25.3kN/m³；内模自重2.09t； 2号梁段混凝土自重：25.3kN/m³×82.6=2089.78kN；挂篮模板重量为20kN；人群荷载：3×7×1.1=23.1kN；混凝土施工振捣荷载：3×7×1=21kN；钢筋重量：12.5×10=125kN

G总＝2089.78+20+23.1+21+125=2278.88kN模拟实际混凝土重量的准确位置，并以此作为沉降的初始态。综合考虑了以上各种因素，确定的预压荷载系数为120%，即基准载荷为228×1.2=273.6t。在反力架上通过调整千斤顶的力值来达到预压的目的，分别按136.8t（50%）、218.88t（80%）、228t（100%）、273.6t（120%），对挂篮分级加载试验，各级加载均间隔2h观测，测量各测点的标高值。根据加载前后的变形量，准确计算弹性变形量和非弹性变形量。

3 测量观测

用记号笔标注荷载加载观测试点并标号。首先，测量初始状态下观测点标高；其次，根据加载等级分别测量对应等级的观测点标高；最后，记录分级卸荷后的观测点标高。

3.1 预压观测

分阶段加载后，测量各测点的标高值；待加载至120%后静置24 h再次测量各个测点的标高值。

3.2 卸载程序

加载后，待菱形挂篮变形稳定，方可开展卸荷工作。卸载与加载顺序相反，卸载共分为4个步骤，依次开展左右对称的卸载；过程中应避免突然卸载，造成受力不均匀而影响安全。

3.3 反力架施工

3.3.1施工工艺

通过测定荷载施加过程中挂篮主要构件的受力及变形参数，从而计算菱形挂篮在行走和施工过程的受力参数。在2号块与1号梁段间断面腹板处分别预埋I45a工字钢和精轧螺纹钢，作为菱形挂篮固定反力架。采用200t千斤顶开展顶推加载。为防止应力集中，需在千斤顶上放置分配垫梁。应确保吊装反力架C点对准千斤顶，如图1所示。在B点位置，需用两根精轧螺纹钢锚固，确保反力架轴线与腹板重合。通过千斤顶施加荷载，以便模拟不同加载等级。

反力架的结构：在1号块混凝土浇筑时，应在腹板预埋锚固I45a工字钢和精轧螺纹钢，待混凝土强度达到要求后，再进行反力架安装。施工完成后，需确保反力架纵轴线与梁体腹板竖向中心线重合。

3.3.2荷载计算

2号梁段总重：预压荷载应取最大节段混凝土荷载的120%，本项目最重为2号梁段，节段混凝土方量82.6m3，混凝土容重25.3kN/m³，则混凝土荷载为：F=82.6×25.3=2089.78kN；每个断面设置两个反力架，则每个反力架预压力为P=2089.78/2=1044.89kN，荷载按照布置在断面重心处，其荷载作用在距1号块节段线160cm处（即距后下横梁210cm），按照简支梁计算两根前吊带的总内力应为：F=950×210/535=372.9kN。

此荷载采用反力架配合千斤顶施加在挂篮底模平台对应腹板的4根I40a工字钢纵梁上，千斤顶的施力位置距前下横梁222.6cm处，则换算千斤顶的作用力应为：F施=372.9×535/222.6=896.2kN，则千斤顶的施力荷载取值为897kN，120%超载预压则施工荷载值应为1146.2kN。

3.3.3反力架计算

（1）强度计算。由图1可知，N2=P×2.226/3=1042×2.226/3=773.164kN，N1=3.736/3×P=1297.516kN。槽钢28a截面积为40.034cm2。杆件AC用双拼槽钢28a，则σ=1297.516/80.068=16.205MPa﹤[σ]= 188.5MPa，满足要求。因为AC杆最长，受力最大，因此BC杆受力均满足施工。

（2）稳定性计算。反力架计算时，将其简化为两端固定的压杆模型，长度系数取μ=0.5。λ=0.5×373.6/10.9=17.138﹤[λ]=100，按压杆稳定进行计算，长细比λ=17.138，根据《路桥施工计算手册》查得：稳定系数ψ=0.9。σ=P/（ψA）=1042×103 /（0.9×80.068×102）=41MPa﹤[σ]= 188.5MPa，通过计算后，稳定性系数满足要求，即刚度满足要求。

（3）锚固钢筋。采用32mm冷拉精轧螺纹钢筋作为锚固钢筋，钢筋抗拉强度标准值785MPa，吊杆直径32mm，A=804.2mm2，受到N3=773.164kN拉力，共3根精轧螺纹钢，单根锚固钢筋拉力N4=257.721kN。σ＝N4/A=257.721/804.2×1000=320MPa<f/2=392.5Mpa，应力值小于设计允许值，满足2倍安全系数。

（4）锚固长度。钢筋与混凝土之间存在握裹力，其计算公式为：τ=P/ul。C55混凝土抗拉强度设计值为ftd=1.89MPa。受到的总拉力N=773.164kN，单根的拉力为P=257.721kN。钢筋截面周长u=32×3.14mm。则混凝土受到的握裹力为： τ=257.721×1000/32×3.14×L﹤1.89。得L＞1357mm，安全起见，取L=1500mm，满足要求。

4 变形观测

4.1 观测部位

首次挂篮悬浇前，对挂篮系统进行预压及观测，建立观测控制网。设置位置包括：每片主桁前支腿处、每片主桁的后锚处、前底横梁吊带、上前横梁吊带、每片主桁的前端销子。

4.2 观测内容

挂篮主桁的非弹性变形、竖向弹性变形及挠度曲线。

4.3 观测方法

对每个加载工况测量，测量记录加载至120%的变形量，观察挂篮受力的情况。每隔2 h观测一次。观测挂篮沉降变形，当支架变形量小于1mm/h时停止观测，此时变形趋于稳定。观测数据用水准仪测定，应对每级加载均应测量记录。测量间隔时间2 h测量，变形稳定后，应持载24 h，方可开展卸载工作，卸载顺序与加载顺序相反，测量要求与加载相同。

4.4 数据分析

挂篮卸载完毕，根据测量数据，计算挂篮非弹性变形及弹性变形值，并绘制挂篮挠度曲线。根据挠度曲线确定以后各梁段挂篮的弹性变形，为后续施工提供准确的数据依据。

5 结语

本文研究分析菱形挂篮在连续刚构悬臂现浇施工过程中安全控制措施和要点，先验算挂篮结构力学指标；再结合挂篮预压及承载力试验获取力学指标实际应用值进行对比，确保挂篮各构件在桥梁施工过程中的安全性。预压试验加载至施工荷载状态的120%，支架变形量小于1mm/h时，挂篮预压沉降趋于稳定。

参考文献

[1]郑明考.桥梁连续刚构悬臂浇筑施工技术要点[J].交通世界，2022（35）：170-172.

[2]孙晗.菱形挂篮新型轨道设计与结构优化分析[D].南昌：华东交通大学，2022.

[3]耿浩宇.悬臂浇筑法挂篮参数化建模关键技术研究[D].石家庄：石家庄铁道大学，2024.

[4]文芳.预应力混凝土连续梁桥悬臂现浇施工关键技术研究[J].工程技术与应用，2023（20）：54-56.

[5]董连成，李培，朱景红.大跨度连续刚构桥菱形挂篮结构的数值模拟与试验分析[J].黑龙江科技大学学报，2023，33（2）：54-56.