大跨超宽连续箱梁挂篮施工技术

周应辉 （中铁四局集团有限公司，安徽 合肥 230023）

1 工程概况

某市公路特大桥为双向六车道，设非机动车道和人行道，主桥顶板宽34m，底板宽 24m。主桥采用55m+100m+120m+100m+55m一联5跨异型连续梁桥结构。桥墩采用V型墩身，箱梁采用单箱四室预应力混凝土结构，跨中梁高3m，腹板厚45cm，顶板厚26cm，底板厚25cm；V型墩墩顶处梁高6m，腹板厚80cm，顶板厚26cm，底板厚80cm；边墩墩顶处梁高5.5m，腹板厚60cm，顶板厚26cm，底板厚60cm。主梁梁底缘曲线均为二次抛物线变化。

主梁k3～k7跨每隔6.5m等间距设置挑臂加劲横梁，横梁厚0.45m。此外，箱梁在每个墩墩顶设置端横隔梁，V型墩顶分别设置1.8m厚的横隔梁，边墩墩顶横隔梁厚1.8m，过渡墩墩顶横隔梁厚1.2m。悬臂浇筑块段长度为3.25m，最大悬臂浇筑1#块段重361t。

主桥采用挂篮施工方法，逐段张拉预应力钢束的施工方法，箱梁顶面设双向2.0%横坡，箱梁采用三向预应力体系。断面图如图1所示。

2 超宽挂篮方案比选

图1 特大桥主桥断面图

图2 贝雷梁超宽挂篮结构示意图

根据设计图纸要求，需采用0#块梁段挂篮悬臂施工。根据分析大多数挂篮施工桥梁都采用左右分离式，顶板宽度在10m～18m之间，截面以单箱单室或单箱双室为主，且梁段较轻，一般不超过200t。而本桥的设计梁段超宽，翼缘板宽度较大，为单箱四室结构，为此需对施工采用挂篮的形式做对比分析。

根据对挂篮设计的对比分析发现，采用型钢制作菱形挂篮相对竖向刚度较大、变形小，但相对横向连接措施较多，挂篮行走同步困难，且经济适用性不强。而采用贝雷梁拼装成为一字挂篮，经过反复的论证研究，以贝雷梁为主体结构，配以横向联结系杆件组拼的形式施工，表现出以下几个优点：满足自重轻、拼装简单方便的要求；在安全得到基本保障后，利用已有材料，降低施工成本的要求；满足施工工序周期、适用性广泛的要求。

经过分析论证贝雷梁拼装一字挂篮，由4片贝雷片及[10槽钢制作成横向连接系，链接成一片贝雷梁，其优点竖向刚度大，行走稳定；横梁采用双拼2I40a工字钢制作，它有着横向刚度小、受力点多、行走少量的不同步不会引起较大的次内力等特点，通过外侧吊杆吊挂在5片贝雷梁形成一个整体挂篮。

3 超宽挂篮的设计

超宽挂篮的设计是利用贝雷梁在每一个腹板上面做一片主桁梁，即利用箱梁多个腹板，将整个悬臂浇筑块的重量分散到多个点上，利用后锚锚固在已经浇筑的混凝土上，这样解决了整幅超宽箱梁的受力特点。结构示意图如图2所示。

图3

图4

图5

超宽挂篮采用5组贝雷梁进行组拼，每组采用4片上下加强贝雷片组合，设计最大承重360t，极限承重500t。挂篮上下横梁采用2I40a工字钢，两侧翼缘板模板根据翼缘宽度一次制作，在模板中部预留挑臂加劲横梁位置，当浇筑双号块段时采用钢板将预留位置覆盖。翼缘板导梁采用2[40a槽钢制作，考虑后下横梁长度较长，为25m，无法承担挂篮底模纵梁的荷载，在中部设置一个下导梁，挂篮前行时在中腹板位置提供一个支点。

整个超宽挂篮设计完成后，采用Midas Civil软件采用根据《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60-2004）进行荷载组合、建立模型、进行受力分析，得出以下结论。

3.1 底板计算

底模纵梁计算长度为5m，加载范围是0.8m～4.05m时，荷载93.32MPa<210MPa；恒载时荷载81.0MPa<210MPa。

3.2 腹板下底板计算

底板纵梁为4I36a工字钢，则有计算荷载长度为3.25m，模板设计长度为4m，荷载138.0MPa<210MPa；恒载时荷载132.2MPa<210MPa。

3.3 翼缘板导梁计算

由于本桥翼缘板悬臂长度较大，拟采用双导梁形式，导梁采用2[40a槽钢组拼。翼缘板导梁在浇注混凝土过程中计算长度按照5m考虑，在3.25m时荷载84.54MPa<210MPa；当移动挂篮时空载翼缘板导梁计算长度采用9m时荷载81.41MPa<210MPa。

3.4 挂篮横梁的计算

后横梁计算按照浇注混凝土的恒载计算，拟用2I45a工字钢，荷载69.6MPa<210MPa

3.5 挂篮主桁架计算

加载图示如图3所示。

腹板底部工字钢部位荷载按照每根加67425N，底板范围工字钢部位按照每根加41800N，翼缘板吊带位置内侧加载30139N，外侧加载60278N，加载总和为2365334N，占1#块段混凝土重量的65.5%，贝雷梁自重以及上下横梁自重由系统自动计入。

挂篮变形图如图4所示。

挂篮下横梁最大变形在中部，变形节点为3644，变形值为-0.033m。上横梁悬挑部分是挂篮最大变形点，变形量为0.036m。

挂篮应力图如图5所示。

由挂篮应力图可以看出最大拉应力出现在贝雷梁上，最大拉应力值为167MPa。最大压应力值为229MPa，在支点处出现的集中应力，且集中应力小于贝雷梁允许应力。

挂篮轴应力图如图6所示。

挂篮最大轴应力出现在吊杆上，吊杆采用φ32精轧螺纹钢筋，最大拉应力为321MPa，可以满足荷载要求。

综上所述，贝雷梁挂篮设计可以满足各项荷载要求。

4 超宽挂篮的拼装

挂篮采用贝雷片进行拼装，每个腹板顶部采用一组贝雷梁，每组贝雷梁采用4片上下加强型贝雷片进行组合。单片贝雷梁之间用贝雷梁自带支撑架进行支撑，每组贝雷梁之间用自己加工支撑架连接。支撑架采用[10槽钢进行焊接。现场示意图如图7所示。

走行系统由轨道、反压滚轮和前支座组成。轨道根据贝雷梁特点，浇注段上由前支座构成，每组贝雷梁桁架由2台10t手拉葫芦牵引主构架前移，并带动底模平台、外侧模一同前移就位，挂篮移动过程中的抗倾覆力矩由反压滚轮经反压梁传至已成型的箱梁上。

墩顶块达到设计强度后进行贝雷梁拼装，拼装前对现场贝雷梁进行整修，然后分批在地面进行组装后用吊车提升到墩顶拼装。垫梁处混凝土桥面处理：由于混凝土桥面较为粗糙，应用砂浆对各轨道处进行找平处理。

挂篮拼装的程序为：组装贝雷梁→在墩顶悬臂拼装→吊装后上横梁→后吊带、后压梁、后下横梁→前上横梁→前吊带、前下横梁→底板纵导梁、底纵梁→底模→前张拉平台→后下横梁吊架。

前后横梁采用2[40a型钢焊制，吊筋为φ32精轧螺纹。纵梁用I36工字钢，单个挂篮总重（包括底模、侧模及内模）132t。底模纵梁长5m，采用I36a工字钢加工，底纵梁间距为0.8m。挂篮标高采用螺旋千斤顶进行调整。

侧模及翼板用从厂家定制的定型钢模板。在两侧纵梁上搭设钢管支架来支撑侧模及翼板，两侧模板间在上中下位置均用Ф20拉筋拉紧。

支架及挂篮拼装完成后，安装梁段底模、侧模，然后进行支架系统的预压试验。

5 超宽挂篮的预压及调整

现场用袋装细砂代替混凝土进行预压，预压荷载取梁段重量的120%，分别在预压加载前、加载后、卸载后进行标高观测，取得支架系统弹性与非弹性变形数值，并与先期利用钢桁架模拟计算结果相比较。

通过第三方工程鉴定加固研究所的预压检测，根据检测结果，贝雷梁主桁架最大应力为145MPa，比最大计算应力135MPa要大，计算模拟与实测偏差7.4%。5个贝雷梁组成的桁架结构共布置40个测点，分四级荷载即100t、220t、320t、420t加载，应变检测结果所有测点应变和荷载基本呈线性关系，满足设计和施工要求。

预压结束后，进行挂篮及模板的轴线及标高调整，将作为支点的千斤顶就位并调整到预控高度锁紧，然后用经纬仪进行轴线观测，并指挥施工人员进行纠正，确定轴线一致后顶紧后锚点千斤顶，将后锚点锁定，然后用水准仪观测前吊点底板标高，用前上横梁上的千斤顶调整底板高度，轴线及标高要反复校核，直到满足设计要求。

挂篮底模标高确定：在悬臂浇筑过程中，梁段立模标高的合理确定，是关系到主梁的的线形是否平顺的关键。为了确保成梁后的线形，需要设置一定的预拱度，以抵消施工中产生的各种变形（挠度）。其计算公式如下。

式中：Hlmi——i 节段挂篮底模板标高（节段上某确定位置）

Hsji——i 节段的设计标高

Σfsg——由各梁段施工在该节段对应点上产生的挠度总和

fyg——根据桥梁设计，该节段位置桥梁竖向预拱度

fgl——挂篮的变形值

6 超宽挂篮的悬灌施工

大桥每个墩身T构分为12块，最大节块重量为右幅第一孔1#块重361t，每个节块一次浇筑完成。

①本桥箱梁的普通钢筋较少，大部分钢筋在挂篮上直接绑扎成型。只有梁段内的锚下加强齿块钢筋在地面绑扎好后，整体吊装到挂篮内安装。

图6

图7 贝雷梁现场示意图

②挂篮定位检查合格后，绑扎底板钢筋，安装底板纵向预应力管道，底板钢筋分上下两层，中间由短钢筋垫起、焊牢，保证间距。肋板钢筋骨架插入底板下层钢筋中，然后绑扎倒角斜筋，安装肋板内竖向预应力钢筋和管道。

③安装内模。内模使用小组合钢模板，用海绵条塞缝，防止漏浆。

④绑扎顶板钢筋，安装顶板纵向预应力管道。

⑤锚下构造钢筋及加强网片十分重要，不得随意变更位置，防止张拉时梁体不均匀受力开裂。

⑥在绑扎钢筋后立内模使用钢管支架支撑，不允许直接踩踏底板钢筋。

⑦在钢筋绑扎时将波纹管绑扎就位，纵向预应力管道为曲线管道。安装时先按照设计坐标将管道中心标在竖向钢筋上，将管道就位后用井字型定位钢筋固定，波纹管之间用稍大直径短管联接，外缠胶布密封，波纹管和锚杯连接时，让波纹管穿过锚杯，在外侧用胶布封紧。

⑧钢筋加工与安装、混凝土浇筑施工工艺与技术要求同墩顶块箱梁施工，并根据下一阶段挂篮后下锚点位置设置预留孔。

⑨在前一梁段混凝土浇筑完成并达到设计强度85%,进行预应力张拉、灌浆，压浆强度达到设计90%后，将挂篮前移进行下一阶段施工。

首先将两侧模之间的横向拉筋拆除，使侧模与梁段分离，然后松动后上横梁上支撑千斤顶，使吊杆及底板下降，使底模板脱离混凝土梁底约5cm～10cm；然后利用导链反向拉贝雷梁，让贝雷梁缓缓前移。

贝雷梁移动需要同步进行，为了保证贝雷梁的移动同步，在贝雷梁移动前先在轨道上做记号，每隔几分钟由专人用钢卷尺测量每组贝雷梁的前移距离，保证每组前移速度一致，当左右两端距离较远时利用对讲机控制。T构两侧的移动距离保持基本一致，距离相差不得超过10cm。

挂篮前移至指定位置时，及时固定后锚点，前支点及时坐落于钢支座上。支点安装就位后重新进行挂篮、模板轴线标高调整，进行下一节段施工。挂篮安装就位后，在底模支架上完成梁段的钢筋安装、模板安装、混凝土浇筑、预应力张拉及压浆等作业。悬臂浇筑时的不平衡采用锚固体系来进行抵消。然后整体移动挂篮，进行下一节段作业，如此循环施工，直至合拢前节段。

7 结 语

本项目采用整幅超宽挂篮的施工运用，基于桥梁单箱多室结构，在每一片腹板顶部均设置主桁架，利用多个主桁架分担悬臂浇筑的混凝土重量，而采用的特殊挂篮施工模式。

通过本项目的顺利实施完成，证明超宽挂篮的同步施工在项目工期、安全、质量和成本等施工管理上都是非常有利的。随着我国市场经济及城市发展的需求，超宽桥梁将会逐步走上历史舞台，施工工艺及方法也会更加多样。

[1]邵旭东,胡建华.桥梁设计百问[M].北京：人民交通出版社，2005.

[2]邵旭东,程翔云,李立峰.桥梁设计与计算[M].北京：人民交通出版社，2007.

[3]张继尧，王昌将,等.悬臂浇筑预应力混凝土连续梁桥[M].北京：人民交通出版社，2004.