浅析高架桥悬臂挂篮施工技术

浅析高架桥悬臂挂篮施工技术

张志明

广州市公路工程公司广东广州510000

摘要：目前在桥梁施工中最主要的一项技术即是悬臂挂篮技术，其在桥梁施工中具有操作方便、施工速度快、成本低等优点。本文结合工程实例，对挂篮的设计与挂篮悬臂浇筑施工工艺进行论述，以为我国桥梁施工提供更有效的理论方法。

关键词：桥梁；挂篮结构；适用性；施工工艺

引言

随着社会经济的持续发展，许多高水平的桥梁施工技术得以快速发展和普遍应用，悬臂挂篮技术便是其中之一。在目前桥梁施工中，由于悬臂挂篮具有操作方便、结构轻等优点在各式桥梁施工中得以广泛的应用。利用悬臂挂篮技术进行施工中，挂篮需要在空中活动支架上进行移动，其结构相对较为复杂，而且许多材料和工序都需要在挂篮上完成施工，对施工技术具有较高的要求，所以加强悬臂挂篮施工技术的控制非常必要。

1工程概况

该工程上部结构为（40m+60m+40m）变截面连续梁桥。其结构宽度宽、高度高，位于高架第3层，整幅施工每块段的质量较大；同时，桥梁位于大圆曲线上，半幅超高，桥梁底板宽度渐变。该工程箱梁为单箱五室变宽变高截面，箱梁顶宽31.5米，支点处梁高3.5米，箱梁底宽20.4米，跨中处(梁高2.0米)箱梁底板宽22.5米。0号块段长10.0米，合龙段长2.0米，1～2号节段长3.5米，3～4号节段长4.0米，5～6号节段长4.5米，最重悬臂浇筑段为1号段，其重约289.4t;质量最小的为4号段，其重约243.4t。连续箱梁0号块段在支架上浇筑，采取一次性立模整体浇筑的施工方案;1～6号块悬臂段施工采用挂篮悬臂对称浇筑。中跨、边跨合龙段均采用合龙段吊架施工，边跨直线段在支架上现浇。

2挂篮的设计

2.1三角桁架型挂篮的结构组成

为了保证挂篮悬臂浇筑施工的安全，在摇篮设计时决定在施工中每单端采用4副主桁架；由于工程位于超高段上，因此，将2副主桁架拼成1联(见图1)，同时在底模设计时，因为底板宽度渐变，横坡不同，在中线处设计成下横梁铰接，即在下横梁在中线处穿孔，通过锚栓将两侧下横梁铰接，可以方便地调节横坡;因该桥有5个箱室，若采用整体刚性内模一方面将增加挂篮自重，另一方面将影响挂篮整体移动的灵活性，因此本文采用竹胶板内模。由于左、右半幅的底模采用铰接，在挂篮整体移动时底模将发生一定的变形，所以本文在底模上设置2道下滑梁，如此既能保证挂篮移动时的灵活性，又增加了挂篮的整体性能。本文采用三角桁架型挂篮结构组成如图1所示。

图1三角桁架型挂篮纵、横断面示意

根据梁体宽度特点，挂篮的主桁架采用三角形钢桁架，每道桁架长度为10.5m，各杆件均由2［40b拼焊而成，分别布置于箱梁两侧边腹板及中腹板处，主桁的间距分别为9.24，4.75，9.24m。主桁间通过前上横梁和主桁横联构成整体，主桁横联为2［10焊接而成。

挂篮的前、后横梁各设置12道吊带，吊带采用JL32精轧螺纹钢。挂篮的前上横梁采用双拼I45a，前下、后下横梁为双拼［40。

底板纵向分配梁采用I28a(腹板部位间距取250mm，箱室部位间距取730mm)，背楞采用［6(间距为300mm)，侧模和底模均采用6mm厚钢板。由底板纵向分配梁和前、后下横梁组成整体施工平台。

后锚采用2+1组(2组正常施工中使用，1组为备用)JL32精轧螺纹钢锚固，后锚通过双拼I20a扁担梁锚固桁架。

走行系统由前后支腿、钢轨及轨枕组成，作为挂篮主桁滑移时的滑行设施。

此外，各构件通过补强板、销板、垫板、螺栓、加强板、连接板、托板等组成整体。

2.2三角桁架型挂篮结构的适用性分析

根据《公路桥涵施工技术规范》JTG/TF50—201116.5mm的要求，挂篮与悬浇梁段混凝土的质量比宜≤0.5，挂篮的最大变形(包括吊带变形的总和)应≤20mm。

本文依托工程的主梁悬浇节段恒荷载为2434～2894kN，本文所述的三角桁架型挂篮总计重力荷载约1040kN。1040/2894=0.36＜0.5且1040/2434=0.42＜0.5，满足规范要求。

根据上述三角桁架型挂篮的结构组成及实际工程的荷载情况，利用MIDAS/Civil进行了建模计算，挂篮主桁、各横梁与纵梁等材料的受力及变形均能满足要求，挂篮结构的总体变形为17.2mm＜20mm，满足规范要求。

本文所述的三角桁架型挂篮的自重及受力变形情况能够满足依托工程的施工要求，同时，采用三角桁架型挂篮施工保证了被跨越路线的正常通车及其结构安全。

3挂篮悬臂浇筑施工工艺

依据工程实际，梁体施工的总体过程主要有临时固结墩施工、0号块施工、挂篮悬臂浇筑施工、边跨现浇及合龙段施工等几个部分，本文主要针对挂篮悬臂浇筑施工部分进行阐述。

3.1挂篮制造和安装

3.1.1挂篮制造与验收

挂篮选择有相关资质的厂家定做，进场前对材料质量、构件数量、组装尺寸等相关细节进行详细检查，由于挂篮关系整个工程的施工质量及施工安全，主要受力构件需经检测，确保构件原材无内部损伤。具体要求包括以下几个方面。

(1)主桁架的装配位置和主要尺寸必须符合设计图纸的要求，并达到相关规定的精度要求，各连接部位的连接形式正确。

(2)按图纸和规范要求，确保焊缝质量。焊缝表面平整饱满、焊缝宽度均匀、焊缝尺寸合格，不得出现咬边、弧坑、焊瘤、表面气孔、表面裂纹等现象。

(3)滑道的布设要求平整光滑，摩阻小，铺拆方便，能反复使用。

(4)下横梁、底模纵梁、吊杆及后锚系统的制造和安装必须达到设计要求，各连接节点的位置正确，尽量减少结构的安装应力。挂篮采用的模板必须满足其刚度和平整度要求。

(5)挂篮支撑平台除要有足够的强度外，还应有足够的平面尺寸，以满足梁段的现场作业需要。挂篮在厂内试拼后，解体装车运至现场，吊车吊至已浇好的0号块顶面进行拼装。

3.1.2挂篮安装

三角桁架型挂篮的安装顺序为:拼装挂篮滑道、安装前后支腿→拼装挂篮主桁、安装后锚固→安装上横梁→安装前、后吊带→主桁锚固并调整横梁位置→吊挂两侧底模平台→安装外侧模→试压→调整模板尺寸及标高→进行梁体钢筋、预应力制孔、梁体混凝土等施工。

三角桁架型挂篮的安装具体包括以下几个方面。

(1)安装主桁架及其配件，先将基座安装好，再将三角形钢桁架安放在工作位置，保证三角形钢桁架平直，用精轧螺纹钢进行锚固。

(2)安装主桁横联，横联由双拼［10焊接而成，使用高强螺栓与主桁架连接。

(3)安装前上横梁。前上横梁采用双拼I45a，每隔1m焊接10mm厚钢板，前上横梁用销子与主桁架连接。

(4)安装锚梁、扁担梁、各吊杆等。悬吊平杆安装完成后用型钢将悬吊平杆和主桁下平杆进行斜连并焊接牢固，以免挂篮行走时摆动。

(5)安装底模。在桥墩下搭设平台，将前、后横梁安装完成后，在横梁上按照设计好的间距安装纵梁，在纵梁上铺设间距为15cm木方，并仔细检查调整及加固，最后铺设底模。在主桁前吊点及已施工梁顶各设2组滑轮组，通过钢丝绳悬吊于前、后下横梁相应位置上，通过卷扬机悬吊底模至相应位置。安装底锚，同时安装前下横梁各铰点。

(6)安装外模导梁及翼模。先将翼模及滚轮架组装在导梁工作位置上，在导梁尾部焊挡块;将翼模和导梁一起吊至工作位置，后部用精轧螺纹钢锚固，然后安装导梁前吊带吊住导梁前部。外模导梁中部有一孔，此孔为预留锚固用，当挂篮纵移时此孔用精轧螺纹钢及连接件吊住后下横梁。

挂篮安装完成后，在挂篮加载前要仔细检查各主要受力处安装情况，检查并调整各吊杆的受力位置，使各吊杆受力均匀。挂篮安装完成后设置相应的工作平台以方便施工，并在工作平台外侧设置护栏以保证安全。

3.2挂篮调整和预压

挂篮主桁架和底篮系统安装完毕后，对其平面位置和标高进行观测。根据观测结果，将挂篮调整到施工的正确位置。

挂篮调整完毕后进行挂篮系统的预压施工，预压材料为砂袋，采用汽车式起重机与人工配合吊装，最大加载按设计恒荷载(2890kN)的1.2倍考虑，加载分4级:一级为50%，二级为70%，三级为100%，四级为120%。每一级加载完成后进行持载观测，并对挂篮各部位进行全面检查，并做好详细记录，变形稳定后进入下一级加载。预压砂袋尽量按照混凝土浇筑的恒荷载分布进行布置，待挂篮变形稳定后方可卸载，卸载过程中按加载的相反顺序进行，并观测逐级卸载过程中的变形情况，根据观测的数据绘制变形-时间曲线，并对观测结果进行分析，为实际施工提供依据，以方便立模标高的调整，从而减小施工中因挂篮变形而造成的箱梁线形和标高误差。

在预压完成以后开始进行模板、钢筋等施工，浇筑混凝土前再次对挂篮进行测量观测，并根据测量结果将挂篮调整到施工正确位置，反复观测和调整以减小施工误差。

3.3悬臂浇筑施工

本工程悬浇箱梁采用混凝土泵车浇筑，由于桥梁位于立交第3层，空间位置较高且宽度较宽，选用57m臂长的泵车两边同时对称浇筑。

在0号块浇筑完成后混凝土强度达到设计强度的90%且龄期达7d后，张拉预应力并完成压浆。在已完成施工的0号块梁顶拼装挂篮各部件，依次对称施工1～6号块件。

每段悬浇的长度均按设计要求进行，各块件均一次性浇筑完成。在挂篮悬臂施工前建立连续梁线形控制点、桥梁中线控制点。悬臂浇筑过程中，做好箱梁块件悬浇的监测、监控工作。在每块件施工时，注意预埋挂篮安装、锚固等各类孔道。

梁段混凝土悬臂浇筑时，严格遵照对称、平衡的原则进行，严格控制各块件的浇筑速度及混凝土用量，严格控制箱梁顶、底板厚度。在混凝土浇筑时，严格控制施工荷载，力求两端平衡，以确保施工安全。

3.4挂篮纵移

在每一梁段完成混凝土浇筑及预应力张拉压浆后，挂篮将移至下一梁段进行施工，直到悬臂浇筑梁段施工完毕。挂篮纵移的工作步骤如下。

(1)当前梁段预应力张拉、压浆完成后，进行脱模(脱开底模、侧模)。

(2)用千斤顶将挂篮前支点顶起，拖动轨道至下一梁段位置就位，锚固轨道，落下千斤顶，使滑船压在轨道上。

(3)挂篮后节点进行锚固转换，将上拔力转给后锚小车。

(4)拆除底模后锚杆，后下横梁锚固在外模导梁上，拆除侧模后端的内吊杆，用导梁后端吊住。

(5)对4片主桁架分别采用水平千斤顶顶推及手拉葫芦牵引前移，前移速度尽量保持一致，每前行约0.5m时精确测量前行距离，并进行校正以保证4片主桁架同步，主桁系统、底模、侧模一起向前移动，直至下一梁段位置。

(6)挂篮就位后，挂篮后节点进行锚固转换，将上拔力由锚固小车传给主桁后锚固系统。

(7)安装底模后锚杆，安装侧模、内模后吊杆。

(8)根据待浇筑梁段的实际情况调整模板位置及标高。

(9)待梁段底板及腹板钢筋绑扎完毕后，将内模拖动到位，调整标高后即可安装梁段顶板钢筋。

(10)梁段混凝土浇筑及预应力张拉完毕后，进入下一个挂篮移动循环。

3.5挂篮结构拆除

主梁悬臂浇筑梁段施工完毕后，进行挂篮结构拆除。拆除时，先在最后浇筑梁段的位置按拼装时的相反顺序拆除挂篮的底平台、模板系统及挂篮主桁杆件等。挂篮的拆除应在T构的两悬臂端对称进行，使T构平衡受力，保证施工安全。

4结语

综上所述，悬臂挂篮技术作为一种高质量的桥梁施工技术，在桥梁施工整个过程中拥有着不可替代的地位。该技术在施工中有效的缩短了工期，降低了桥梁整体施工造价的成本，大大地提高了施工的经济效益，也保证了施工的安全性和可靠性，是一项值得推广的技术。在桥梁实际施工中，应要考虑到工程的实际情况和施工设计要求，合理地对挂篮进行设计；同时，一定要掌握桥梁挂篮施工技术要点，熟悉技术注意事项，才能真实促进桥梁施工进度，加强桥梁施工的安全性，从而使工程的质量得以保证。

参考文献

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