大跨度桥梁施工中菱形挂篮悬臂浇筑施工技术研究

俞海鹏

（江西省公路工程有限责任公司，江西 南昌 330000）

0 引言

近年来，随着我国高速公路的不断发展，以满足桥底净空要求为前提的桥梁逐渐增加，施工时通常用到悬臂挂篮技术。菱形挂篮加工方式简单且作业面较大，所以很多大跨度桥梁施工中会选择应用菱形挂篮，通过该技术的应用可以取得良好的悬臂浇筑施工效果，为相关工程施工提供借鉴与参考。

1 工程概况与菱形挂篮荷载计算

某大跨度桥梁长度为3142m，采用预应力混凝土悬臂连续箱梁为桥梁的上部结构，其中主墩使用了φ2.2m 的钻孔桩圆端形桥墩，过渡墩使用了φ1.8m的钻孔桩双桩式墩，以钻孔灌注桩为基础。箱梁为单箱断面形式，其中支点梁的高度是4.5m，跨中梁的高度是2.0m；箱梁顶与底宽分别为13.5m 与7.0m；顶板厚度为25cm，腹板在中横梁处的厚度为40cm，在跨中处的厚度为60cm，底板在根部的厚度为60cm，在跨中位置的厚度为30cm。对于箱梁的应用，选择横向、纵向、竖向三方面预应力，横向与纵向的预应力筋使用了高强度低松弛钢绞线，竖向使用了精轧螺纹钢[1]。

挂篮设计之前需要进行荷载计算，凭借工程设计图纸的作用，综合考虑挂篮自身重量与施工期间的临时荷载重量，确保将重量控制在可允许范围内。与此同时，还应考虑动力因素，按照挂篮的实际受力特点完成底篮纵梁计算，从而实现对其刚度和强度的有效控制，确保后续施工顺利。对于挂篮荷载系数的取值，具体如下：箱梁混凝土浇筑施工期间，应根据胀模与动力实际情况，按照超载系数为1.051 来优化选择；混凝土浇筑环节，应控制动力系数取值1.2；施工设备和人员荷载1.5kPa，其中验算模板的荷载为2.5kPa，此时增大荷载系数为1.4；振捣力侧向4kPa，水平向2kPa；挂篮底部与底模自重按照23t 设计，此时增大荷载系数的取值应达到1.2。按照挂篮的受力特征，有必要对底篮采取一定的加固措施，提高称重系统质量，再对顶板与锚固系统荷载情况进行科学计算，比模板自重经过计算后结果为0.81kN/m。振捣荷载取值2.0kPa 时计算结果为2.52kN/m；纵梁自重0.432kN/m，挂篮荷载计算结果是31.04kN/m[2]。

2 挂篮设计

挂篮悬吊阶段主要有两种情况，即3m 与4m。节段长度不同所以重量也不一样，因此挂篮施工荷载会对主构架和前后悬吊产生不一致的受力效果。为便于计算，选择4m 数值，重量选择最重号块的组合模式完成挂篮受力验算分析，要求挂篮和轻号块之间的重量比不能超过0.5。由此，挂篮设计尺寸应考虑到最长号块作业空间。验算时，要求挂篮的最大变形不能超过2mm，混凝土浇筑和走行抗倾覆安全系数不能低于2，自锚固系统安全系数也不能低于2。

3 菱形挂篮悬臂浇筑施工技术要点

3.1 0#段与1#段施工

图1为桥墩墩顶施工支架示意图。桥墩上方即0#段的位置存在混凝土圬工量较大的问题，该区域需要现场浇筑，长度3.5m，无法达到后续挂篮拼装要求，所以可以将0#与1#段合并，为挂篮拼装提供足够的空间。支架由万能杆件拼装形成，需安装于桥墩顶部的两侧位置，桥墩最后两个节段在施工时需要提前预埋铁件，同时做好节点板的焊接，以此达到万能杆件的有效拼装。接下来，施工人员会采用预压施工的方式解决支架处的非弹性变形问题，并对结构强度加以测量，依据大跨度桥梁工程的设计标高值完成底板立模标高的科学调整。

图1 大跨度桥梁桥墩墩顶施工支架

3.2 挂篮拼装

整个菱形挂篮结构主要包含主桁架、走行结构与锚固系统、吊带系统、底平台系统、模板系统五部分，需要分别拼装，为接下来的挂篮预压与浇筑施工奠定基础。

3.2.1 主桁架安装

两片菱形桁片分别设置于前后横梁处，采用横向设置的方式对横梁构成空间桁架，随后在横梁的平面上安装连接杆件，发挥杆件的加固作用，强化连接效果。主桁架高度应满足工程设计要求，采用H 型钢，两侧焊接钢板，同时钢板与杆件之间使用50CrMnTi的销子进行销接施工，钢板和角钢相融合，对横梁桁片的前后位置进行有效平联。分配梁处于横梁下方位置，一般会使用模板和底篮悬挂的作业方式，为了防止露天作业环境下挂篮悬臂浇筑施工受到天气条件的影响，建议在桁架的顶部搭设遮雨棚，避免雨水对桁架结构造成侵蚀。

3.2.2 走行与锚固系统安装

对挂篮在其中一段箱梁的浇筑后与预应力筋张拉结束前进行前移操作，这期间应使用后锚千斤顶，对走行小车施加一定的上拔力。与此同时，倾覆力矩可以通过反扣于工字型钢处的小车达到平衡的状态；前支点依靠四氟板的划船形式进行有效处理，液压油缸能够为其提供足够的动力，支持四氟板顶推迁移。整个挂篮结构的走行系统主要包含轨道、前支点与后支点、精轧钢几部分。该工程中采用焊接施工的方式完成轨道面板和底板的焊接，底板和两侧肋板位置需要设置小孔，同时设置1 条3m 的长轨和1.5m 的短轨。前支座安装于轨道面板处，后支座安装滑轮，拼装时要求精轧钢之间有大约50m 的间隔距离，同时做好轨道锚固深度的科学控制，使其高于混凝土面大约37cm。后锚装置选择应用30 双槽钢，经过焊接后制作而成，并在主桁架的后支点位置放置梁体，依靠精轧钢使梁可以直接被锚固于梁段位置上[3]。

3.2.3 吊带系统与底平台系统安装

对于吊带系统，该系统具有连接底模平台和主桁架的作用。当吊带系统处于不同位置时，所产生的作用也会不同。先将上端悬吊于桁片前后位置，再将下端与分配梁相连接，底模标高需要在液压装置的提升作用下达到调节效果。

对底平台系统的安装，整个系统安装主要包含前后横梁和纵梁几部分。其中前后横梁需要悬吊于主桁架中，底平台处铺筑模板即可。混凝土浇筑环节，后横梁应当尽可能锚固于前一段箱梁的底板位置。

3.2.4 模板系统安装

该系统包含内外模板、堵头模板几部分，其中外模会在拉杆的使用下和模板连接，同时配合外部支撑达到固定的效果。支撑模板和滑梁前端需要悬吊在主桁架处，后端在已浇筑的箱梁翼板位置完成悬吊，随后将后端锚固于翼板上，拆除模板的时候先放松锚固端，再让平台逐渐前移与下沉。模板系统中的内模支撑模板和骨架滑梁会被悬吊与桁架中，后端在浇筑后的箱梁顶板悬吊。挂篮走行时，滑梁可以跟随滑梁前移，内模板和外模板对拉时需要采用内支撑的固定方式。除了内外模板外，堵头模板安装时对于精度有着极高的要求，施工人员必须加强对误差的有效控制，通过钢筋的优化布置，实现堵头模板分块拼装，使堵头模板、内模板、外模板形成完整的整体。

按照图1所示，对0#段和1#段的顶板桥梁弹出中线，再按照设计宽度弹挂篮的走行轨道中线，以50cm间距铺设轨道钢枕，对挂篮进行水平控制，要求大跨度桥梁的桥面横坡高差必须达到2%以内，轨道两侧部分的高差不能超过7mm。吊装重量方面，水上浮吊的吊装重量必须比实际重量小。吊装主桁架时，要求对角线的误差不能高于5mm，随后采取后锚固定方式将主桁架与轨道固定在一起，最终安装顶横梁、底横梁，同时铺好底模。拆除1#段的底模，将下横梁吊放后插入底模桁架，对该处与预埋件进行临时焊接。吊前需要将前横梁和底模桁架的前端位置做好固定，等待所有底模桁架补齐之后，再将底模桁架和下横梁有效连接。

3.3 挂篮预压

安装挂篮之后需要展开静载预压试验操作，以此判断挂篮的结构强度与稳定性是否能够达到浇筑施工要求，避免挂篮后续发生非弹性变形的问题。面对主桁架变形或者前端挠度的问题，需要对挂篮的受力和位移情况进行检测与试验，从而完成立模和标高的及时调整[4]。根据大跨度桥梁施工的实际情况，使用千斤顶钢绞线进行张拉预压，降低加载工作量，要求钢绞线能够穿入地锚，上端穿入底部横梁千斤顶，随后做好锚固工作。完成上述准备工作后，需要使用4台千斤顶完成挂篮分级预压，同时展开T 型结构与挂篮，分级预压荷载应达到设计荷载的20%、40%、70%、90%、100%，挂篮预压阶段需查看杆件是否存在裂缝，结构是否有形变的情况，以便及时处理问题。

3.4 梁段混凝土悬臂浇筑

采取泵送的方式进行悬臂浇筑施工，要求混合料的坍落度不能超过14mm，按照当前施工温度与浇筑速度及时调整坍落度。做好底模标高和挂篮中线的检查，掌握横纵向与竖向预应力束和预埋件的提前检查，要求立模标高必须按照工程设计标高确定，做好施工现场的徐变试验分析。为尽可能减少接缝、节约工程施工时间，浇筑施工可以按照底板浇筑、腹板浇筑、顶板浇筑的顺序灌注成型，同时浇筑施工应处于挂篮的前端位置，防止新混凝土材料和旧混凝土材料结构之间发生裂缝问题，保证挂篮结构沉降变形量达到最小。

对预应力管道进行混凝土浇筑施工前，要求硬塑料管的衬垫提前插入波纹管，防止后续管道出现收缩变形的问题，随后再使用短钢筋作定位钢筋，以0.8m的间距将钢筋固定在桥梁箱梁钢筋网上，控制浇筑期间波纹管上浮，同时抵消一部分管道预应力。

对腹板进行浇筑施工时，需要从顶板位置开始下料，随后卸料板将进料口覆盖，延缓混凝土材料的初凝速度，做好混凝土振捣施工。顶板腹板位置可以开设天窗，依据1.5m 的间距于腹板位置安装漏斗，同时进行分层振捣[5]。浇筑完成后续及时检查，做好各项差值的有效控制，具体如表1所示。

表1 桥梁挂篮悬臂浇筑允许偏差值单位：mm

3.5 合龙施工

3.5.1 临时锁定支撑

先进行边跨合龙，将双悬臂结构转为单悬臂结构，随后再完成跨中合龙，从而产生连续梁受力状态。项目中跨线桥的合龙段长度是2m，可以采用挂篮的底部与侧面模架开展合龙施工，浇筑后的混凝土在昼夜温差影响、水化热与收缩影响下产生了收缩徐变，这在一定程度上会对施工荷载造成影响，所以需要做好临时支撑的锁定工作。11月上旬进行合龙施工，施工环境温度偏低，按照受力情况决定以“刚性支撑+张拉临时束”的合龙支撑组合锁定方式，在一直线段箱梁的截面四角位置提前预埋型钢支撑骨架。施工时做好锚固板具体预埋位置的定位分析，随后满焊槽钢，预埋锚板之后完成锚板和缀板的焊接固定，以刚性支撑锁定为前提做好临时张拉结构预应力束施工，具体如图2所示。该施工措施可以有效抵御外界环境温度偏低而引发的收缩变形问题。

图2 型钢刚性支撑与临时束锁定结构

3.5.2 合龙施工要点

实际上，合龙施工的最佳温度为15℃，按照实际温度情况确定合龙时间，建议在早上6 时开始施工，采用覆盖麻袋的方式做好保温养护工作。该处使用的混凝土应当比梁体混凝土高出至少1 个等级，应用早强微膨胀混凝土，优化配合比设计，科学张拉预应力筋。使用2 根25#槽钢对称焊接骨架，同时保证混凝土材料的密度。

4 结语

总而言之，应对大跨度桥梁采用菱形挂篮的悬臂浇筑施工方式，发挥挂篮自重轻、移动便利的技术优势。明确文中提到的菱形挂篮悬臂浇筑施工技术要点，分别从主桁架安装、走行与锚固系统安装、吊带系统与底平台系统安装、模板系统安装几部分入手，做好挂篮拼装施工。接着采用泵送的方式进行悬臂浇筑施工，合龙施工时，先进行边跨合龙，将双悬臂结构转为单悬臂结构，随后再完成跨中合龙，从而产生连续梁受力状态。施工期间加强对混凝土浇筑质量的控制，从而提高工程施工质量，为后续养护施工奠定基础。