1 工程概述
随着预应力技术的发展和高强度、高性能混凝土在桥梁工程中的应用, 混凝土连续梁桥逐渐向大跨度、宽幅面、轻结构、大规模的方向发展, 而桥梁结构的发展对主梁施工时挂篮的技术指标提出了更高的要求。
民昌路高架桥位于广东广深沿江高速公路A2合同段B9标, 里程桩号为：k51+316.238-k52+030, 长713.762m, 孔跨布置为左幅14×30+23.5+ (39.5+63+46) +4×30m, 右幅14×30+23.5+ (46+63+39.5) +4×30m。上部结构采用装配式预应力砼连续箱梁及节段悬浇预应力混凝土连续箱梁, 在K51+832.5跨越民昌路 (规划进港路) 处采用变截面悬浇预应力混凝土连续箱梁, 孔跨布置为左幅 (39.5+63+46) m, 右幅 (46+63+39.5) 。箱梁采用C50砼, 半幅桥宽19.85m, 单箱双室结构, 其中箱底宽12.85m, 两侧悬臂翼缘板宽3.5m。中支座处梁高3.5m, 边支座处梁高2m, 中跨跨中梁高2m。连续箱梁顶板厚28mm, 底板厚28mm～60mm, 腹板厚45mm～65mm。悬臂浇筑节段按长度3m、3.5m划分, 单墩每侧共计8节段, 1～8#节段采用挂篮悬臂施工, 节段重量111.3t～140.5t, 其中最重节段为1#节段, 长3m, 砼方量54m3。
该桥要求各梁段采用一次浇注混凝土, 挂篮要确保具有足够的刚度和强度, 满足悬臂浇注及各施工阶段的整体稳定性。因此挂篮设计的主要困难在于梁段重量大、宽幅箱梁全断面一次浇注, 因此要求挂篮满足自重轻、刚度大及施工方便的要求。
2 挂篮设计
2.1 挂篮设计原则
挂篮结构应具有足够的强度、刚度和稳定性, 应能满足最重块段浇筑时受力要求;自重轻, 结构简单, 易加工及拼装, 通用性强, 便于改造;施工中移位、就位迅速, 满足工期要求;节省材料, 降低成本, 有良好的经济效益。
2.2 挂篮的总体构造
根据上述设计原则, 结合民昌路高架桥预应力混凝土连续箱梁的结构特点, 以重量最重的1号块箱梁作为计算设计荷载, 确定采用三角形轻型挂篮作为主要悬浇设备, 挂篮主要由以下部分组成：桥面三角形主桁系统 (含主纵梁、立柱、节点、横梁桁架、前支座) ;悬吊、行走系统 (含横梁系统、行走系统、悬吊系统) ;锚固系统 (含后锚系统、轨道梁锚固系统) ;模板系统 (含底模、内模、外侧模板) 。
2.3 挂篮结构设计参数
悬臂浇筑砼箱梁为单箱双室结构, 分段长度为：1#～4#段3m, 5#～8#段3.5m, 合拢段为2m;悬臂浇筑砼最大重量140.5t (1#块) 。挂篮总重58.3t (包括箱梁内外模板) , 人群及机具荷载取2.5KPa, 风荷载取0.800KPa, 钢筋砼比重取值为2.6t/m3。超载系数取1.05, 新浇砼动力系数取1.2, 挂篮行走时冲击系数取1.1, 施工时、行走时抗倾覆稳定系数不小于2.0, 自锚固系统的安全系数取2.0, 上水平限位安全系数取2.0。
2.4 挂篮结构验算
按空间结构分别建立挂篮浇筑砼时、走行时的模型, 全部采用梁单元分析, 根据实际工况对部分单元采用了刚性连接和释放端部约束, 并添加实际工况荷载进行分析。共分为两种工况。
(1) 混凝土浇筑时三角挂篮结构分析。
混凝土浇筑时取1号块段最大重量与挂篮自重及模板重量相加作为验算荷载, 计算分配挂篮的受力情况和挠度, 经过验算后得出抗倾覆安全系数为3.769, 挠度等值均符合设计要求。
(2) 挂篮空载移动时结构分析。
挂篮行走轨道采用“工”字形, 并用Φ32精轧螺纹钢与已浇箱梁顶板锚结。挂篮前移时, 轨道依靠后锚位置不少于1道 (2根) 压轨道扁担与锚杆共同平衡行走产生的倾覆力矩, 轨道以上后部靠后勾板卡住行走轨道来提供拉力, 以防挂篮向前倾覆, 则其拉力即是焊缝承受的剪力, 总共14条焊缝。经计算抗倾覆安全系数为36.2。
3 挂篮施工
3.1 挂篮拼装
各道施工工序完成后, 方可进行挂篮模板安装, 具体步骤如下。
(1) 施工时, 事先将已安装锚固端螺帽及锚板的螺杆与管道埋入指定位置 (下螺帽及锚板与底部钢筋焊接固定) , 螺杆伸出已浇砼梁顶, 使用时安装垫板与上部锚固端螺帽压紧钢枕。 (2) 以箱梁中心线为主要基准, 参考挂篮施工图, 找准轨道所在位置, 先铺设钢枕, 钢枕底面采用高等级砂浆找平, 最好在灌注完砼后及时安装钢枕, 直接坐在砼上, 再在其上放置轨道 (轨道高差不得大于2mm) , 适当调正钢枕使轨道处于水平位置, 并严格控制轨道间距, 利用预埋精轧螺纹钢锚杆安装锚板与螺帽压紧轨道, 用长尺复核轨距。 (3) 安装前支座, 落于轨道以上初装位置, (以保证主纵梁前端伸出0#块箱梁端部1.5m为宜) 。 (4) 安装主桁架承重系统 (含三道主纵梁、立柱竖杆、立柱斜杆、四个节点板及销轴, 螺栓) , 在桥面拼装承重系统后安装主桁架横梁。 (5) 安装后支座及后反扣轮。先安装后支座, 在初装位置 (此处非1#块后锚位置, 系0#块顶预定的安装位置) 每处支座位置放置2只后锚扁担梁, 每只扁担梁两端长孔中穿入后上锚杆, 后锚杆下端通过后锚扁担锚固在轨道梁下表面, 后锚杆上端锚固在上扁担梁的两端, 利用千斤顶和顶梁顶住扁担梁, 至反扣轮组座在轨道上拧紧螺母, 经检查后可松开千斤顶, 此时后锚体系功能开始运行, 承重架处于空载稳定状态, 此安装需三处后支座同时进行, 后支座及反扣轮组安装完成后, 可前移就位。 (6) 安装后锚系统及顶横梁。挂篮前移至使用位置后, 立即安装后锚系统, 固定轨道梁与后锚扁担梁, 由千斤顶承担高度调节任务。后锚安装后, 将顶横梁安装至主梁以上就位。 (7) 安装外模和外导梁。先将外导梁吊至外模框架内部准确位置, 并使导梁前端超出外模端面一定长度, 然后对导梁作适当固定, 在翼板预留孔处安装好悬吊轮和悬吊架 (悬吊架位于靠近已浇箱梁一侧) , 将外模和外导梁一并起吊, 导梁前端通过吊杆挂在前横梁上, 后端则穿过悬吊架挂在箱梁翼板上。 (8) 安装底模系统及下横梁。在地面将底模、底模纵梁、前下横梁联接成一体, 然后一并起吊安装, 在底模吊至一定高度时, 使前下横梁处于前上横梁正下方, 迅速将事先穿在前横梁上的吊杆拧入位于下横梁的联接系统中, 采用相同方法将此时位于箱梁底部的后下横梁通过吊杆和联接系统分别挂在箱梁的底板和翼板上。
3.2 挂篮试压
挂篮结构经拼装就位后, 安装内模前进行模拟施工工况荷载试验, 安装好主纵梁水平方向的横向联系, 挂篮试压采用码堆土袋及铺设砼试块的方法, 按箱梁计算荷载的1.2倍作为试压荷载, 试压过程中在底板上模拟箱梁布载方式按0—50%—80%—100%—120%的顺序逐级堆载, 并在100%荷载时持荷24h, 堆载过程中详细检查各吊点位置及后锚系统变形情况。在各级加载和卸载时测量底篮横梁跨中、吊点、吊带处挠度, 将弹性变形值及非弹性变形值的测量结果用于指导施工。
3.3 挂篮移机施工工艺
挂篮在每完成一标准节段后, 须进行对称移机, 移机时保持对称平衡施工, 基本步骤如下。
(1) 移机准备。
张拉完纵向预应力钢铰线后, 进入移篮施工。
提前挂好底篮前、后保险手拉葫芦。
放松前上横梁吊杆约2cm, 同时收紧保险葫芦。
放松后下横梁箱梁处吊杆约5cm, 同时收紧保险葫芦。
测量组放样出箱梁中线和轨道中线找平梁顶面并铺设垫梁, 其中挂篮前移后的前支腿处, 放3～4条垫梁。
先放松外侧模, 再将底篮后横梁与箱梁底板的锚固点松下约20cm, 放松主桁后锚反扣轨道的扁担梁约2cm, 注意不解除保留后锚处锚杆连接。
(2) 轨道前移。
将轮换备用的3m轨道接已有轨道安装于垫梁 (钢枕) 上, 检查好轨道位置、高差, 并检查垫梁的支垫情况后, 在滑行部位涂上黄油。
(3) 挂篮前移。
锁好挂篮前移用压轨道的扁担梁, 解除阻碍挂篮前移的压轨道用扁担梁。
挂好3个10t安装前移手拉葫芦, 检查后下横梁吊点挂于外模导梁上是否完全就位。
施工人员检查各部位, 排除阻碍挂篮前移物件, 特别是模板对拉杆, 同时拆除后下横梁吊杆。
检查反扣轮及其连接情况, 放松后锚系统, 拆除后锚体系上锚杆, 此时挂篮会前倾, 至使反扣轮组贴紧轨道产生反扣作用。
利用3个10t手拉葫芦牵引前支座, 使挂篮、底模架、侧模一起向前移动, 前移过程中必须安排专人观测外导梁的滑行情况和底篮后锚吊带孔与预留孔位置。
挂篮前移到位后, 马上安装挂篮后锚系统三角主桁后锚及轨道扁担梁, 安装底篮后下横梁的垂直吊杆, 预紧挂篮后锚, 将底篮后下横梁预顶到离底标高2cm位置。
先解除外导梁上的1个吊框, 前移挂好, 稍微顶升使其受力, 再解除另1个后吊框前移, 把外模顶升到位 (暂不顶紧) 。
测量放样、调整底篮和外模, 符合要求后完成调篮施工, 进入下一步工序。
3.4 施工注意事项
(1) 拆移外模前, 应采取措施限制外模的侧翻转, 将两侧外模用手拉葫芦在底模下拉住; (2) 前移轨道时, 压轨道的扁担梁始终不放松, 主梁从轨道扁担梁外滑过, 施工1#块时, 后锚系统下锚杆保证6根, 其他施工节段保证4根下锚杆, 以确保后锚系统的安全储备; (3) 空载移篮过程中, 应仔细检查反扣轮组件的变形及两侧反扣装置的外张情况, 当出现异常时, 及时予以加强, 以避免发生挂篮倾覆事故; (4) 移篮过程中须控制挂篮的前移路线, 整体标高等, 以便调篮; (5) 移篮过程中需有人在滑梁观测吊框情况, 避免出现吊框偏斜、歪扭折伤吊杆; (6) 移篮到位后, 解除外导梁吊框时, 不得一次同时解除单侧两条外滑梁上的两个吊框前移, 要求只能一个导梁吊框到位顶升后才能解除前移另一个吊框, 要以另一条导梁互为保险。
4 结语
实践证明, 民昌路高架桥使用的三角轻型宽幅挂篮的设计与施工是成功的。该挂蓝具有承载大、自重轻、重心低、移动稳定、加工方便、拼装容易、施工易控制等特点, 为大重量、宽幅面主梁的全断面一次性浇注提供了可靠的施工设备和强有力的技术保证, 而且施工进度明显提高, 每段箱梁的施工周期从原计划的10d缩短到8d, 为全桥的按期完工创造了有利的条件, 更创造了良好的经济效益。
摘要：民昌路高架桥主桥为单箱双室结构, 其主梁现浇节段大、质量大、梁幅宽、工期紧、质量要求高, 施工较一般连续梁难度大, 尤其对施工挂篮提出了较高要求。施工中采用的三角轻型宽幅挂篮具有自重轻、刚度大、制作简单、使用方便等特点。本文介绍了该挂篮的结构设计及在悬臂施工中的应用, 该类挂篮对同类桥梁的施工具有广泛的应用价值。
关键词：连续梁,挂篮,设计,施工
参考文献
[1] 范立础.桥梁工程[M].北京:人民交通出版社, 1988.
[2] 王彬.宽幅挂篮在混凝土梁桥施工中的应用[J].长安大学学报 (建筑与环境科学版) , 2004, 21 (3) :32～34.