1、连续梁菱形挂篮施工工法中铁七局集团有限公司 中铁五局(集团)有限公司陈思 肖炳忠 苟祖宽 张振强 周远杰工法编号：GGG （中企）C3-20081前言近年来，科学技术的发展大大推动了桥梁设计施工的进步，其中预应力混凝土连续梁桥、刚构桥是采用较多的的桥梁型式。预应力混凝土连续梁桥、连续刚构桥一般跨度大而且跨江河、河谷，所以主要采用悬臂浇筑法施工。以往挂篮一般采用万能杆件、贝雷桁架、军便梁组拼而成，往往结构复杂、质量大、操作不方便；现在的连续梁、连续刚构桥箱梁截面多采用单箱双室或单箱多室截面，桥面宽度大，节段重量较重，要求每个节段全断面一次浇筑，对悬臂浇筑法施工提出了更高的要求，为满足施工需要，出
2、现了各种新的悬臂浇筑法施工方法，其中菱形挂篮悬臂浇筑施工具有设备结构简单、节点少、变形小、操作方便等优点得到了较快的发展。2001 年至 2003 年，中铁五局（集团）有限公司在贵阳市中心环北线小关水库特大桥施工中，在充分总结以往连续梁、连续刚构悬臂浇筑施工经验的基础上，针对该桥单箱双室宽幅（桥面宽 21.5m）箱梁悬臂浇筑施工技术难点，进一步优化挂篮结构设计及其施工工艺，成功研制了适用于宽幅箱梁悬臂施工且仅用两片主桁架的菱形挂篮。2007 年 1 月至 2008 年 5 月，中铁七局集团有限公司施工的湖北恩施施州大桥主桥为独塔单索面斜拉桥，刚构体系，墩塔梁固结。主跨 145 米，边跨 100
3、 米，主桥刚构体系采用菱形挂蓝悬臂现浇施工，为解决平衡问题，在 100m 边跨在箱室内填充铁砂混凝土压重。挂蓝结构施工安全、方便，移动快速，并有效地控制了成桥线形。 2007 年 8 月至 2008 年 8 月，中铁七局集团有限公司在和平至左岭高速公路武东特大桥主桥（6311563m 预应力混凝土连续梁）施工中。根据混凝土悬臂浇注工艺及对挂篮设计的技术要求，采用菱形挂篮施工，走行方式为无平衡重走行方式，使桁架走行时的稳定系数大于 2.0，满足规范要求，同时满足挂篮下通车净高不小于 8.5m 的要求。2006 年，结合工程开展研究的科技项目贵阳小关水库特大桥施工技术研究通过贵州省科技成果鉴定，专
4、家评价连续梁菱形挂篮施工技术达到国内先进水平。通过在几个工程项目的实践，逐步完善形成本工法。2工法特点2.0.1 在单箱双室（或单箱多室）宽幅箱梁的悬臂浇筑施工中，挂篮结构简单，主桁架杆件受力合理。混凝土应力及挠度变化稳定，节段施工横向稳定性好、抗风能力强，节段施工标高调整方便准确，易于控制桥梁线形。2.0.2 箱梁采用菱形挂篮悬臂浇筑施工，底蓝及模板系统垂直悬吊在主桁悬臂端，挂蓝行走时，底蓝、外模板、内模滑梁升降同步就位，从而减少工序，缩短作业时间。2.0.3 模板和内外作业平台一次安装形成封闭整体，施工作业防护设施齐全，安全可靠。2.0.4 菱形挂篮施工悬臂浇筑箱梁，施工作业空间宽敞，并在
5、挂篮主桁上方设置遮阳雨棚，改善工人作业环境。3适用范围本工法适用于预应力混凝土连续梁、连续刚构桥悬臂浇筑施工，尤其是单箱双室或单箱多室的宽幅箱形连续梁、连续刚构桥悬臂浇筑施工。4工艺原理4.1 菱形挂篮的工艺原理：4.1.1 菱形挂篮的安装：在在墩身预埋件、临时支墩上安装三角托架形成工作平台施工 0梁段。0梁段达到强度后在 0梁段顶面纵向对称安装菱形挂篮；挂篮前端悬吊形成的平台上进行下一个梁段的钢筋、模板、混凝土、预应力张拉、压浆施工。4.1.2 挂篮的移动：挂篮底部设有滑道，使挂篮能够沿桥梁纵向移动，滑道由精轧螺纹钢锚固在已浇注梁段；挂篮静止时后端由精轧螺纹钢锚固在已浇注梁段，移动时后端锚固
6、在滑道上。完成一个梁段的施工后，挂篮后锚由锚固在已浇注梁段变为锚固在滑道上，对称将挂篮移动至下一个梁段直至循环完成所有悬臂节段的施工。4.1.3 合拢段施工：利用挂篮作吊架，在刚性锁定装置安装完毕后，拆除临时支墩释放梁体内部应力，两悬臂端平衡配重，夜间低温、无风的条件下进行合拢段混凝土浇筑，完成全桥梁体施工。4.2 挂篮设计4.2.1 挂篮的构造挂篮主要由菱形主桁架系统、走行及锚固系统、提吊系统、底篮及模板系统、操作平台等六大部分组成，见 4.2.1-1 挂篮纵断面图及 4.2.1-2 挂篮横断面图。滑 道 外 导 梁后 锚 后 下 横 梁菱 形 架 前 支 腿 前 下 横 梁底 纵 梁侧 模
7、螺 旋 千 斤 顶吊 带 0#前 上 横 梁图 4.2.1-1 挂篮纵断面图图 4.2.1-2 挂篮横断面图内 导 梁 外 导 梁前 上 横 梁前 下 横 梁底 纵 梁外 模 系 统菱 形 架1 主桁架系统挂篮主桁采用外形呈菱形的桁架，在其横向设置前、后横梁组成一空间桁架，并在前、后横梁桁片上设置上下两层平面联结杆件。2 走行及锚固系统菱形组合梁走行系统：在每片梁前端设滑动点，后部设平衡导向滑轮，箱梁顶面上设 3 个滑道，向前滑移。挂篮行走时，通过后锚千斤顶将后锚反力转换为后锚小车承受，锚固小车可在工字钢轨道上翼缘底面滚动前移，轨道通过锚梁与箱梁竖向预应力筋连接而锚固。挂篮就位后，再将后锚小车
8、上的力转换给后锚杆。外导梁走行：外导梁前端悬吊在前上横梁，后端悬挂在锚固于已浇注梁段的滑车中。后下横梁与外模板悬挂在外导梁上，菱形架走行时带动外导梁走行。内模走行：放松内模后，内模板即落在内导梁上，内导梁走行于外导梁情况相同。锚固系统：锚固系统作用是将挂篮承受的荷载传至箱梁上，防止挂篮倾覆。浇筑箱梁混凝土时，挂篮尾部通过竖向后锚拉杆连接，后锚拉杆穿过预留孔采用螺栓连接紧固，锚杆上方设置千斤顶进行锚固力的转换并可调整挂篮悬臂端的标高。每片桁架后锚采用两组相互独立的后锚系统，并采用铰接式分配梁保证了每根后锚拉杆的拉力基本一致，能较好的适应预留孔的误差。3 提吊系统为了便于工人操作，在前后横梁下方悬
9、吊分配梁，通过吊杆悬挂底篮及内外模板。前吊杆是底模平台前吊点，吊杆之间采用销轴连接，以适应不同梁高的变化。底篮后横梁采用锚杆锚固在前段已完梁段上，锚杆上方设置千斤顶，进行锚固力的转换并可调整挂篮悬臂端挠度。4 底篮及模板系统底篮由前下横梁、后下横梁、纵梁及分配梁组成。底篮前横梁通过吊杆悬吊在主桁的分配梁上，底篮后横梁在挂篮前移时悬吊在主桁的分配梁上，挂篮就位后转换到底篮后锚杆锚固于箱梁底板。模板包括底模、外模、内模。外模采用大块钢模，内模采用组合钢模，内外模利用对拉螺杆（精轧螺纹钢）连接紧固，外加钢管支撑固定。腹板内用同标号混凝土预制块作内支撑，保证腹板结构尺寸。外模上部支承在外滑梁上，前端悬
10、吊于主桁外侧分配梁，后端悬吊于已浇箱梁翼板上。外模吊杆均采用精轧螺纹钢，同样，内模支承在箱室的内滑梁上，前端悬吊于主桁前分配梁，后端悬吊于已浇箱梁内顶板上。内模横梁上设置活动销来调节内模宽度以适应腹板厚度的变化。5 操作平台操作平台包括底篮前、后端平台，底篮两侧平台，内、外模悬吊平台，翼板两侧平台，张拉操作平台。操作平台设计应满足堆放施工机具及工人作业空间要求。平台可用手动葫芦调整其高度。4.2.2 挂篮设计参数1 设计荷载：钢筋混凝土自重 26kN/m3，混凝土侧压力 60kPa，混凝土与模板吸附力 100kPa，施工机具及人群荷载 2.5kPa，基本风压值 766kPa。2 箱梁混凝土超灌
11、系数 1.03。3 动力系数采用 1.2。4 行走时抗倾覆稳定系数2；浇筑时抗倾覆稳定系数2。5 杆件容许最大挠度值L/750，挂篮允许最大变形（包括吊带变形的总和）20mm。6 挂篮总重量(含施工荷载)/悬臂浇筑箱梁节段重量在 0.30.5 之间。7 水平限位安全系数2；5施工工艺流程及操作要点5.1 工艺流程施工工艺流程（见图 5.1.1） 。竖 向 预 应 力 张 拉 预 应 力 孔 道 压 浆横 向 预 应 力 张 拉 预 应 力 孔 道 压 浆且 强 度 不 低 于 90%挂 篮 前 移 预 应 力 孔 道 压 浆纵 向 预 应 力 张 拉养 护 至 设 计 龄 期 测 量 浇 注
12、后 混 凝 土 标 高浇 注 混 凝 土浇 筑 前 复 核 挂 篮 定 位 、 模 板 标 高安 装 内 模 板 、 端 模 板绑 扎 钢 筋 、 按 章 预 应 力 筋 、 预 应 力 管 道 、 预 埋 件 和 预 留 孔确 定 立 模 标 高挂 篮 定 位 、 调 整 标 高 测 量 挂 篮 变 形挂 篮 静 载 试 验安 装 内 外 导 梁 、 外 模底 模 地 上 拼 装 安 装 下 横 梁 、 底 模 系 统安 装 吊 杆 与 吊 带菱 形 架 拼 装 成 整 体安 装 前 上 横 梁 与 菱 形 架 之 间 的 联 结 系整 体 吊 装 菱 形 架 、 安 装 后 锚采 用 钢
13、板 、 型 钢 垫 平测 量 定 位 安 装 挂 篮 滑 道施 工 墩 顶 0 梁 段搭 设 0 段 施 工 支 架墩 身 、 临 时 支 墩 施 工图 5.1.1 施工工艺流程图5.2 操作要点5.2.1 0梁段施工1 支座安装和定位：在支座安装前，首先是在支座垫石上确定支座安装中心线，根据中心线和需要安装的支座型号和规格、外形几何尺寸在支座垫石上放大样。2 活动支座安装完毕后对 0梁段予以临时锁定。5.2.2 悬臂现浇施工部分1 挂篮拼装1) 挂篮加工完毕，在工厂检查各杆件尺寸、连接，重要焊缝采用超声波探伤检查，检测合格后在加工现场进行预拼装，经试验满足设计和施工要求后运达施工现场。2)
14、在施工现场拼装时，根据吊装设备的起吊能力将挂篮分块拼装，减少在梁顶高空拼装时间和工作强度。3) 挂篮拼装要注意各杆件的拼装顺序。先拼装走行系统、主桁结构及主桁后锚部分，然后拼装吊带及底模平台部分，再拼装挂篮模板及工作平台。2 挂篮静载试验挂篮试验加载按照最不利荷载模拟加载，检验挂蓝的稳定性及整体安全，实测出挂篮的变形。挂篮预压采用堆码砂袋的方法进行，也可以利用千斤顶反压加载，千斤顶加载时由承台锚固钢筋提供反力，中间通过钢绞线及分配梁连接。数据分析整理。通过预压测量出挂篮不可恢复变形和弹性变形；弹性变形与挂篮设计值比较，检验是否满足设计和规范要求要求；绘制出荷载与挂篮弹性变形关系曲线，为线形控制
15、提供依据。 3 挂篮锚固和移动（见图 5-2-2-1）挂篮静止时后锚由精轧螺纹钢锚固在已浇注梁段顶板，锚固精轧螺纹钢尽可能利用梁体竖向精轧螺纹钢，以减少用钢数量。每施工完一个节段，悬臂两端挂篮均要对称前移施工下一个节段。1) 在前方梁段顶面测量好滑道位置，找平铺设滑道并固定。图5.2.2-1 挂篮前移施工2) 将承重的各吊杆慢慢松开,后下横梁吊点用精轧螺纹钢和倒链转移至外导梁上。此时，模板系统与混凝土脱离，挂篮处于空载状态。3) 将菱形梁后锚松开，人工采用倒链将主梁拖拉到位，主梁的前移带动外导梁、底模及内导梁整体滑移到位。4) 挂篮移动到位后，把底模重新固定在各吊杆上，将内、外导梁也和上一梁段
16、预留吊杆及前吊带固定好。标高调整采用螺旋千斤顶调节吊带可以精确的达到施工要求。4 节段循环施工 （见图 5-2-2-2）图5-2-2-2 节段循环施工1) 钢筋施工。先绑扎底板钢筋；腹板钢筋主要为箍筋，与底板钢筋一共安装并将腹板筋下端固定在底板钢筋上，形成腹板钢筋骨架；安装腹板钢筋水平、联系筋；绑扎顶板钢筋。2) 预应力施工。在钢筋施工时穿插进行预应力筋和预应力管道安装，将其固定在钢筋网上，预应力管道每隔 50cm 安装定位网固定；预应力管道内临时穿塑料衬管，防止管道变形、漏浆。3) 混凝土浇注施工。浇注顺序为底板腹板顶板。通过腹板浇注底板混凝土，合理控制各腹板浇注顺序、浇注强度，在内箱倒角处
17、安装部分底板内模，避免底板浇注完毕腹板混凝土仍然往箱梁内翻浆。4) 预应力张拉。养生混凝土 7 天，且同条件混凝土抗压试块强度和弹性模量达到 90，进行纵向预应力筋张拉，然后张拉横向预应力筋，竖向预应力筋滞后 2 个节段张拉。钢绞线预应力管道通过管道摩阻试验测定实际管道摩阻损失。5 线形控制影响箱梁悬臂端产生挠度的主要因素有：梁体结构自重、施工荷载、施加预应力、混凝土徐变、挂篮弹性变形 、使用荷载。挠度计算公式如下： 4321fffHylsm梁 段 设 计 标 高s 生 的 挠 度 总 和各 梁 段 自 重 在 本 梁 段 产lf梁 段 产 生 的 挠 度 总 和各 梁 段 预 应 力 张 拉 在 本y 产 生 的 挠 度砼 收 缩 、 徐 变 在 本 梁 段1f 产 生 的 挠 度施 工 临 时 荷 载 在 本 梁 段2 的 挠 度使 用 荷 载 在 本 梁 段 产 生3f挂 篮 变 形 值41) 测定混凝土容重，按照混凝土试验方法测定。2) 挂篮变形值由静载试验确定的荷载与挂篮弹性变形关系曲线得出。3) 临时荷载中挂篮自重已知，人员和机具荷载按 2.5kPa/m2 考虑。
