菱形挂篮在双线铁路桥施工中的应用

李大伟，张振伟，张 磊

(1.黑龙江省公路勘察设计院;2.东北林业大学土木工程学院)

菱形挂篮在双线铁路桥施工中的应用

李大伟1，张振伟2，张 磊2

(1.黑龙江省公路勘察设计院;2.东北林业大学土木工程学院)

以跨既有线滨绥线特大铁路桥挂篮悬臂施工为背景，介绍了菱形桁架挂篮的组成结构和施工方法。并根据连续梁铁路桥悬臂施工的特点，对挂篮进行设计及验算。同时结合工程实际情况，提出挂篮施工的安全质量保证措施，对以后类似挂篮施工具有一定的借鉴作用。

菱形挂篮;连续梁;铁路桥

我国的挂篮设计和制作已全部适应悬臂施工向轻型、高强、大跨发展的需要。目前，逐渐发展为施工越来越方便，受力越来越合理，结构越来越轻型，应用也越来越广泛。挂篮是桥梁工程中悬臂施工的主要设备，按主要承重结构形式分为桁架式挂篮、斜拉式挂篮、型钢式挂篮及混合式挂篮4种。菱形桁架挂篮的主要受力构件为二力杆结构，能够充分利用材料的性能，具有受力明确、结构轻巧、拆装锚固方便的特点。因此，跨既有线滨绥线特大铁路桥采用菱形桁架式挂篮进行悬臂施工。

1 工程概况

跨既有线滨绥线特大铁路桥为双线预应力混凝土连续箱梁桥，位于红花岭东南，横跨牡绥线。主桥跨径32 m+48 m+32 m(见图1)，梁全长L=113.2 m。桥体按整幅设计，箱梁为单箱单室变截面连续箱形梁，梁底曲线采用二次抛物线变化，墩顶支点处梁高3.5 m，跨中最小梁高2.5 m，顶板宽11.7 m，底板宽6.4 m，外翼板悬臂长2.65 m，悬臂底板端厚40 cm，根部底板厚60 cm。全桥施工分为8个施工节段，悬浇段最大长度3.45 m，悬浇段采用挂篮分段对称悬臂施工。

图1 跨径布置及施工节段图(单位:mm)

2 挂篮构造

菱形挂篮主要由主桁架、行走及锚固、吊杆、底托、内模支架、内滑梁及提吊、前横梁、模板等部分组成。

(1)主桁架系统

主桁架是挂篮的主要承重结构，挂篮桁架采用型钢制作，两片分别立于箱梁腹板位置，其间用角钢组成平面联结系，主桁架各杆件间采用直径φ79 mm材质为40Cr的钢销轴销接。在主桁架上弦杆前端设有前横梁，用于悬吊各前吊杆，前横梁上设操作平台和护栏以便于施工及安全。主桁架竖杆之间采用中门架连接，以加强两片菱形架的稳定性。竖杆两侧各设一个侧面吊架，用于悬吊挂篮底托系统及外侧模，便于挂篮的行走和倒退。在靠近竖杆内侧设可拆装式爬梯，方便施工人员上下操作。

(2)吊杆系统

吊杆系统包括前吊带和后吊带组成，前吊带的作用是将悬臂灌筑箱梁的底板、腹板、顶板混凝土及底模板重量传至桁架上，后吊带的作用是将底模板荷载传至已成箱梁底板上，每根吊杆均为φ32精扎螺纹钢筋，吊杆顶设有2台16 t螺旋顶，通过槽型钢横杆来调整高度，长短吊杆，按箱梁的底板的宽度要求设制。

(3)行走及锚固系统

挂篮在悬浇完一段箱梁，混凝土强度达到50 MPa，预应力筋张拉完毕后开始前移。挂篮前移时，通过后锚千斤顶转换到滚筒上，由锚固在箱梁上的锚杆来平衡倾覆力矩，用手动倒链配合液压千斤顶前移。由后锚压梁与箱梁翼板及顶板上预留孔穿预应力筋连接并锚固，穿锚杆与主桁架后结点锚固。

(4)模板平台

模板平台即底模和侧模(含内模)，外侧模板采用钢模板以提高梁体表面光滑度，利于保证浇筑梁体混凝土质量，底模为钢模板。底模平台通过前，中横梁吊挂在主桁架上，前上横梁由二根槽型钢组成，通过四根长吊杆与底模前下横梁相连，后侧两根长吊杆设置在箱梁悬臂外侧与底模后下横梁相连，两根短吊杆直接通过箱梁底板预留孔直接将后下横梁锚固在箱梁底板上;后锚梁由两根工字钢组成，通过两吊杆将主桁架锚固在腹板内侧的箱梁桥面板上。

3 挂篮验算

3.1 挂篮设计参数

根据施工梁段重量及长度设计挂篮参数。1#梁段长为3 m、混凝土方量为37.6 m3;2#梁段长为3.45 m、混凝土方量为38.87 m3，综合考虑以2#梁段为计算依据。施工行走时的抗倾覆安全系数≥2.0，锚固系统的安全系数≥2.0。最重梁段重量为1 010 kN，考虑到胀模等因素，取1 050 kN。施工人员及材料等施工荷载取2.5 kPa。风荷载取780 Pa。挂篮自重取360 kN。混凝土偏载为0.08 ～0.1 G，0.1 G=9.39 t。挂篮锚固精轧螺纹钢筋和吊挂用精轧螺纹钢筋均采用Ⅳ级钢筋，主要受力连接均用高强螺栓。

3.2 挂篮结构验算

(1)挂篮主桁架验算

各荷载组合中主桁杆件最大拉应力σt=80 MPa，最大压应力σc=73 MPa，均小于允许应力。单片主桁架最大挠度f=14.6 mm＜20 mm。满足规范要求。

(2)主桁架后锚固力验算

抗倾覆系数取2，所需锚固力不小于871.6 kN。后锚固点用四根直径32 mm的精轧螺纹钢筋(Ⅳ级)锚固，其锚固力为2 412 kN。后锚固力满足规范要求。

(3)走行反扣力验算

走行时，挂篮主要受力为挂篮自重和模板重(还有风载、不同步荷载)，单片主桁架承受力为110 kN，所需轨道锚固力为125.5 kN，走行抗倾覆系数取2，则锚固力应不小于251 kN，实际的轨道锚固力为720 kN。所以走行所需的反扣力满足要求。

(4)主桁架连接销轴强度验算。

销轴为45#钢，直径 φ89 mm，剪切应力 τ=74 N/mm2＜［τ］=125 MPa。主桁架连接销强度满足要求。

4 挂篮的特点

跨既有线滨绥线特大铁路桥在既有线上悬浇施工，挂篮结构设计除满足强度、刚度和稳定性，结构设计合理、简单、受力明确，桥面标高及梁体线型易于控制;重量轻，加工制造、拼装及折卸方便;施工快速、无平衡重、作业面阔。挂篮重量与梁段混凝土的重量上最大比值控制在0.36。挂蓝在混凝土悬浇及走行抗倾覆安全系数为2.0。

5 挂篮施工方法

(1)挂篮安装

挂篮在已浇筑的0#、1#梁段上整体拼装。按照主桁支承(轨道)、主桁、前后上横桁及吊挂系统、底平台、锚固的顺序逐步安装。拼装安成后，通过手动倒链将挂篮前移，再将底模、侧模系统起吊到位，通过吊带销接完成全部拼装。

(2)挂篮的移动

在每一梁段混凝土浇筑及预应力张拉完毕后，挂篮将移至下一梁段位置进行施工，直到悬臂浇注梁段施工完毕。挂篮前移时工作步骤如下:①当梁段预应力张拉、压浆完成后，进行脱模。②拆除底模后锚杆，此时底篮后横梁仅用吊带吊住。③手动倒链(液压千斤顶)前移。拖动至下一梁段位置就位，锚固主桁架，做好支点，落下千斤顶。④挂篮后结点进行锚固。⑤安装底模后锚杆。⑥安装侧模吊杆，调整后滑梁架。⑦调整模板位置及标高。⑧待梁段底板及腹板钢筋绑扎完毕后，组拼内模到位，调整标高后，即可安装梁段顶板钢筋。⑨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)挂篮结构拆除

箱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篮及模板系统，然后将挂篮主桁架后退，按拼装时的相反顺序拆除挂篮主桁杆件。挂篮的拆除在两悬臂端对称地进行，使主梁平衡受力，保证施工安全。

6 挂篮施工安全质量保证措施

(1)组织相关技术人员学习技术标准、规范和施工图纸，组织现场操作人员进行岗前培训，使技术干部及操作工人熟知标准，理解规范，掌握施工操作要领。

(2)挂蓝必须经测试后方可使用，测试荷载为设计荷载的2倍以上，挂篮制作中各种材料的力学性能应符合相关标准，避免材质影响结构安全。

(3)首次浇筑前施工单位应会同设计、业主、监理及监控单位共同核准各施工节段控制截面预拱度。

(4)在挂篮每次浇筑前，应检查模板各拉杆螺丝是否拧紧，主桁后锚是否锚固牢固;侧模锚固牢固，确保万无一失。

(5)现浇箱梁预留孔位要准确，且直径不小于6 cm，不得有遗漏。

(6)在张拉预应力钢束时，严禁在千斤顶后站人，所有操作人员必须站在千斤顶两侧，对张拉完毕没有压浆的钢束，严禁随意敲击、碰撞。

(7)挂篮前移时，应保证两边的不平衡力矩差符合设计要求。

7 结语

预应力混凝土连续梁铁路桥采用菱形挂篮进行悬臂施工已经是一项成熟的施工工艺，该施工方法具有节点少，拼装简单，质量轻，行走方便，就位准确，便于调整，能极大地提高工作效率等特点。实践证明，目前国内悬浇箱梁施工中，菱形挂篮具有实用、安全、节约成本的特点，值得推广。

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［5］容新.桥梁菱形挂篮设计与施工［J］.黑龙江交通科技，2008，(1):167-168.

U445

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1008-3383(2012)02-0059-02

2011-12-23

李大伟(1983-)，男，哈尔滨市人，助理工程师，从事道路、桥梁结构工程设计研究。