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菱形挂篮在悬臂浇注梁施工中的应用设计

任文青
（中铁五局集团第一工程有限责任公司）

[摘要] 菱形挂篮已由我单位在马鞍石嘉陵江特大桥、岳阳市云溪铁路跨线桥等大型工程的悬臂浇注梁施工中获得成功，为减少施工经费、加快施工进度、保证工程质量迈出了有效的一步。文中细致的介绍了菱形挂蓝的构造及特点，并对菱形挂蓝在悬臂浇注梁施工中的应用设计作出了详细的阐述。
关键词： 菱形挂蓝 悬臂浇注梁施工 构造 设计

前言：
预应力混凝土连续梁桥由于连续性好，能保证行车顺畅，在跨度划分和截面设计等方面有较大的灵活性和选择范围，近年来得到了很大发展。
采用挂蓝施工挂篮悬臂灌注连续箱梁能维持桥下的正常交通，不受通航、洪水、流冰和深谷等不利因素影响，无需大型吊机，挂蓝和模板能重复利用，可节约钢材和木材，从而达到缩短工期、提高经济效益的目的。
我们在认真研究了各种已有挂蓝的基础上，根据我单位多年的施工经验和参考其他类似桥梁的成功范例自行设计的全液压式菱形挂蓝，经过荷载试验和岳阳市云溪铁路跨线桥（25m+21m+34.5m+57.5m+34.5m预应力混凝土连续箱梁）施工中使用验证，该挂篮承载能力和刚度均较理想，且行走方便快捷、拆装灵活、安全可靠。
结合以上的成功经验，在本文中，我们对京福高速公路三明段上洋特大桥主桥的悬臂灌注施工按该桥的承载力、箱梁结构尺寸、使用方便及设计容许施工荷载（挂篮自重）等相关参数进行全液压式菱形挂蓝的设计。

正文：
1 工法特点及适用范围
1、 挂蓝造型受力明确、计算简便。
2、 挂蓝桁架加工件少，一次性摊销用料少。
3、 挂蓝重量轻，可减少梁部的施工荷载，节约材料。
4、 挂蓝拼装、走行、拆卸简便，易于推广。
5、 施工进度快，减少悬臂灌注梁段的生产周期。
6、 适用于连续梁和T型刚构桥的悬臂灌注施工。

2 上洋特大桥概述
京福高速公路三明段上洋特大桥主桥为84.9 m +144m +84.9m三跨预应力混凝土连续刚构。箱梁为单箱单室断面，箱顶面宽11米，底面宽7米，在墩与箱梁相接的根部断面梁高为10米，在跨中和边跨现浇段梁高为5.2米，其间箱梁底下缘按二次抛物变化。箱梁顶板厚0.52米，箱梁底板厚在墩顶为1.1米，跨中为0.45米，其间按二次抛物线变化。箱梁腹板厚在墩顶为0.9米，跨中为0.45米，其间按线性变化。T构的悬臂各分为17对梁段，其梁段数及梁段长度从根部至跨中为：2×3.0米、3×3.5米、12×4.0米累计悬臂总长度为64.5米。2＃~17＃梁段采用挂篮悬臂浇注，悬臂浇注梁段最大控制重量约为2350kN。

3 挂篮技术参数及性能介绍
1、设计原则
①、吊篮最大容量M=WL
式中L=1/2（l+a） a—一般为0.5米
W—混凝土的重量 l—混凝土浇筑长度
②、主构架满足梁段重量227.4T；
③、可在8.8米起步长度内独立安装两套挂篮；
④、内模可整体抽拉；
⑤、无平衡重走行；
⑥、挂网、防止落物失落于轨道内。
按照大桥的设计要求，挂篮按下页《箱梁梁段结构尺寸及混凝土重量表》主要技术参数进行设计：挂篮承载力大于2500kN；挂篮自重及全部施工荷载约1176kN；挂篮浇注箱梁分段长度3.0m、3.5m、4.0m；挂篮浇注箱梁高度：10.0m~5.2m；挂篮浇注箱梁腹板厚0.9m~0.45m，且成线性变化。即按“箱梁梁段结构尺寸及混凝土重量表”进行挂篮设计。
2、挂篮构造
设计挂篮总长14.65米，高6.126米，后锚在已浇好梁段上6.65米处，悬臂长7.5米。自重1039kN，其余施工荷载137kN。挂篮主要由主桁架、行走及锚固系统、吊带系统、底平台系统、模板系统五大部分组成。详见《图1 挂篮总体结构示意图》、《图2 挂篮底篮及模板结构示意图》、《图3 挂篮主桁结构示意图》。
(a)主桁架系统
主桁架是由两片外型呈菱形的桁片在其横向设置前后横梁组成一空间桁架，并在前后横梁上设置上下两层平面联结杆件以提高主桁的稳定性和刚度。主桁杆件采用H型钢两侧焊钢板，杆件间采用30CrMnTi销子销接，前后横梁桁片及其平联采用焊接薄壁方钢管和角钢。在前后横梁下方设置分配梁，用于悬挂底蓝、模板。为改善露天施工条件，桁架顶部设置遮雨棚。

箱梁梁段结构尺寸及混凝土重量表

梁段号
梁高
腹板厚
底板厚
截面积
梁段长
梁段体积
梁段砼重量

m
m
m
m2
m
m3
t
1
9.263
0.878
1.000
28.437
3.0
87.456
227.386
2
8.850
0.855
0.944
27.079
3.0
83.274
216.512
3
8.396
0.829
0.883
25.615
3.5
92.214
239.756
4
7.972
0.803
0.825
24.261
3.5
87.282
226.933
5
7.579
0.777
0.772
23.015
3.5
82.733
215.106
6
7.166
0.748
0.716
21.725
4.0
89.479
232.645
7
6.793
0.718
0.666
20.551
4.0
84.552
219.835
8
6.456
0.688
0.620
19.500
4.0
80.102
208.265
9
6.163
0.658
0.580
18.566
4.0
76.132
197.943
10
5.908
0.629
0.546
17.752
4.0
72.636
188.854
11
5.692
0.599
0.517
17.033
4.0
69.569
180.879
12
5.515
0.569
0.493
16.411
4.0
66.888
173.909
13
5.377
0.539
0.474
15.883
4.0
64.588
167.929
14
5.279
0.510
0.461
15.449
4.0
62.662
162.921
15
5.220
0.480
0.453
15.086
4.0
61.069
158.779
16
5.200
0.450
0.450
14.797
4.0
59.766
155.392
17
5.200
0.450
0.450
14.797
4.0
59.188
153.889
18
5.200
0.450
0.450
14.797
4.0
29.594
76.944
(b)行走及锚固系统
挂篮在悬浇完一段箱梁，混凝土强度达到40MPa，预应力筋张拉完毕后开始前移。挂篮前移时，通过后锚千斤顶将上拔力转换到行走小车上，由反扣于工字型钢轨道上的行走小车来平衡倾覆力矩，前支点采用底贴四氟板组合滑船，由液压油缸顶推前移。采用焊接型钢的轨道分长轨和短轨两种，由锚固梁与箱梁竖向预应力筋连接并锚固。浇筑混凝土时，需通过箱梁顶板上预留的孔道，穿锚杆与主桁后结点锚固。
(c)吊带系统
用以连接挂篮主桁架和底模平台，吊带用Φ70、Φ60的35CrMo圆钢及16Ｍn钢带加工组成，上端在悬吊于前后横梁桁片上，下端与底平台或侧模分配梁连接，用液压提升装置来调节底模系统的标高。
(d)底平台系统
底平台系统由底篮前后横梁、纵梁等组成，模板直接铺于底平台上，前后横梁悬吊于主桁架，浇筑混凝土时，后横梁锚固于前段已完箱梁底板。
(e)模板系统
模板结构包括外模、内模、堵头模板等。
外模分模板．骨架及滑梁，外模模板由6mm钢板加型钢带组成，与内模模板用对拉螺杆连接，外加支撑固定。支承模板及滑架的滑梁前端悬吊于主桁。内侧滑梁后端悬吊于已浇箱梁翼板，外侧滑梁后端悬吊于主桁，浇筑混凝土时均锚于前段已完箱梁翼板，拆模时放松锚固端，随平台下沉和前移。
内模亦由模板、骨架、滑梁组成。支承模板、骨架的滑梁前端悬吊于主桁，后端悬吊于前段已浇箱梁顶板。拆除的内模板落于滑梁上，挂篮行走时，滑梁同时随挂篮前移。内模板采用组合钢模和型钢带组成，与外模对拉，内支撑固定。内支撑设调节螺栓支撑，在角隅处，型钢骨架设螺栓连接，用以调整内模宽度适应腹板厚度变化，内侧设有收分模板，以适应后面每一段箱梁高度变化。
堵头模板因有钢筋和预应力管道伸出，其位置要求准确，采用钢模板，根据钢筋布置分块拼装，随后和内外模连接成整体。

3 技术质量措施
1）. 挂篮拼装
挂篮结构构件运达施工现场后利用塔吊吊至已浇梁段顶面，再进行组装。挂篮最大杆件重量约3t，塔吊满足要求。挂篮结构拼装的主要流程如图4。

轨道安装、锚固
主桁片安装
后锚杆锚固
主桁前、后横梁桁片安装
主桁上下平联安装
底平台安装
外模系统安装
内模系统安装
悬吊工作平台安装

图4 挂篮拼装流程图

（1）主桁结构拼装
(a)在箱梁梁段顶板面轨道位置处进行砂浆找平，测量放样并用墨线弹出箱梁中线、轨道中线和轨道端头位置线。以经纬仪和垂线相互校核主桁拼装方位并控制挂篮行走时的轴线位置。
(b)利用吊装设备起吊轨道，对中安放，连接锚固梁。安装轨道锚固筋，将锚梁与竖向预应力筋连接后，对每根锚筋施以250~300kN的锚固力，在轨道顶安装前支点滑船，后结点处临时设置支承垫块。
(c)利用箱梁梁段顶面作工作平台，水平组拼主桁成菱形体。利用塔吊起吊安装主桁片就位，并采取临时固定措施，保证两主桁片稳定。
(d)安装主桁后结点处的分配梁、（后）千斤顶、后锚杆等，将主桁后结点与分配梁连接并通过锚固筋与顶板预留孔锚固。
(e)在箱梁梁段顶面组拼形成后横梁桁片的三个单元（中片及两侧片）。按先中片后两侧片的顺序将后横梁桁片分段起吊安装就位。同样方式组拼前横梁桁片，整体起吊安装就位。
(f)按先下后上的顺序安装上、下平联杆件。
(g)安装吊带、分配梁、吊杆以及液压提升装置等，前后横梁桁片与吊带的销接处必须照图设置限位钢管。
(h)拆除后锚临时支承垫块。
（2）底平台和模板结构拼装
(a) 底平台的拼装
i.将0＃梁段浇注时使用的大梁两悬臂端用工字钢接长，将底篮前、后横梁吊放于大梁接长的悬臂端，前、后横梁吊杆与主桁连接，用葫芦倒链将底篮前、后横梁与吊杆连接固定。再安装底篮纵梁、分配梁等。其后安装底平台两侧及前、后端工作平台。
ii.在箱梁1#梁段底板预留孔附近，以砂浆找平，安装卸载千斤顶、分配梁、底模等，将底篮后横梁锚固于1#梁段底板。
(b) 外侧模拼装
i.利用外模前、后吊带将外模滑梁吊起。
ii.在桥下将侧模骨架连接成一个整体，用塔吊将骨架整体吊装，悬挂在外模滑梁上。
iii.将面板逐块安装在侧模骨架上、检查并调整侧模位置。
iv.安装侧向工作平台。
(c)内模拼装
i.在桥下将内模滑梁和横梁、斜撑连接成一个整体，用塔吊起吊通过内模前吊点和内模锚杆悬吊。
ii.在桥下将内模骨架拼装成一个整体，用塔吊吊装将其悬挂于内模滑梁上。
iii.将内模顶板垫木和模板安装在滑梁骨架上，调整模板。
(d)张拉工作平台拼装
在桥下将工作平台组装成一个整体，用倒链悬挂于主桁系统上，以便随施工需要进行升降。
(e)模板系统浇注梁段的尺寸参数变化。
i.模板骨架的安装，除顶板和腹板的横肋须一次拼装就绪外，腹板部分的竖肋按箱梁块件长度拼装。
ii.当梁段长由3米增加到3.5米或由3.5米增加到4米时，板面应在挂篮未前移到下个梁段时，即将模板加长拼装形成。
iii.每个梁段施工前调整内模的横向位置，使之满足箱梁腹板厚度的线性变化。
（3） 拼装过程注意事项
(a)在1＃梁段施工完毕、模板拆除后才开始拼装挂篮。
(b)拼装时在T构两端的1＃梁段上同时对称拼装两台挂篮，以保证T构两端对称平衡。
(c)挂篮的拼装是高空作业，每道工序务必经过认真的检查无误后方可进行下一道工序，确保施工安全。
2）. 挂篮的移动及锚固体系转换
在每一梁段混凝土浇注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：
a)当前梁段预应力张拉、压浆完成后，进行脱模（脱开底模、侧模和内模）。
b)当前梁段为2＃梁段时，用千斤顶将挂篮前支点顶起，将短轨F4换成长轨F5，将长轨锚固，落下千斤顶，滑船压在轨道上，安装水平顶推千斤顶。当前梁段为3＃~17＃梁段时，用千斤顶将挂篮前支点顶起，拖动轨道至下一梁段位置就位，锚固轨道，落下千斤顶，滑船压在轨道上。
c)挂篮后结点进行锚固转换，将上拔力转给后锚小车。
d)拆除底模后锚杆，此时底篮后横梁仅用吊带吊住。
e)拆除侧模后端的内吊杆，用后滑梁架后端吊住。此时内滑梁架的上端固定在桥面上。
f)拆除内模滑梁的后吊杆，用特制的后滑梁架将内模滑梁后端吊住，上端固定在桥面上。
g)检查。
h)用水平千斤顶顶推挂篮前移，将底模、侧模、主桁系统及内模滑梁一起向前移动，直至下一梁段位置。
i)挂篮就位后，用挂篮后结点千斤顶进行锚固转换，将上拔力由锚固小车转给主桁后锚杆。
j)安装底模后锚杆。
k)安装侧模、内模后吊杆，调整后滑梁架。
l)调整模板位置及标高。
m)待梁段底板及腹板钢筋绑扎完毕后，将内模拖动到位，调整标高后，即可安装梁段顶板钢筋。
n)梁段混凝土浇注及预应力张拉完毕后，进入下一个挂篮移动循环。
o)挂篮行走时，内外模滑梁必须在顶板预留孔处及时安装滑梁吊点扣架，保证结构稳定；移动必须匀速、平移、同步，采取划线吊垂球或经纬仪定线的方法，随时掌握行走过程中挂篮中线与箱梁轴线的偏差，如有偏差，应使用千斤顶逐渐纠正；为安全起见，挂篮尾部用钢丝绳与竖向蹬筋临时连接，随挂篮前移缓慢放松。

4 挂篮加载试验
挂篮制作完毕后应及时进行检测，检查挂篮结构各构件是否按照设计图纸及有关技术规范、规程进行选材、加工、制作，发现问题要及时纠正和整改。检测合格后应在加工现场进行结构试拼装，并进行荷载试验以测定挂篮的实际承载能力和梁段荷载作用下的变形情况。
施工挂篮的变形难以准确计算，要通过挂篮荷载试验测定。在挂篮拼装后，采用砂袋试压法进行荷载试验，加载量按各梁段重量计算确定。分级加载，加载过程中测定各级荷载下挂篮前端变形值，可以得到挂篮的荷载与挠度关系曲线。荷载试验时，加载时按施工中挂篮受力最不利的梁段荷载进行等效加载。试验过程中加载分级进行，测定各级荷载作用下挂篮产生的挠度和最大荷载作用下挂篮控制杆件的内力。根据各级荷载作用下挂篮产生的挠度绘出挂篮的荷载――挠度曲线，由曲线可以得出使用挂篮施工各梁段时将产生的挠度，为大桥悬臂施工的线性控制提供可靠的依据。根据最大荷载作用下挂篮控制杆件的内力，可以计算挂篮的实际承载能力，了解挂篮使用中的实际安全系数，确保安全可靠。根据试验结果分析，我单位马鞍石嘉陵江大桥、岳阳市云溪铁路跨线桥施工挂篮实际承载能力和刚度均符合设计要求。挂篮在墩顶上拼装完毕后，应对挂篮施加梁段荷载进行预压，充分消除挂篮产生的非弹性变形。悬臂浇注施工过程中，将挂篮的弹性变形量纳入梁段施工预拱度计算中。

后附：参考文献

参考文献
1、 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTJ023-85），人民交通出版社，1985年；
2、公路桥涵施工技术规范（TJT041），人民交通出版社，1996年；
3、公路施工手册（桥涵篇），人民交通出版社，2001年；
4、桥梁施工工程师手册，人民交通出版社，1995年；
5、投标书施工组织设计资料汇编，铁道部第五工程局，1997年；
6、铁道部部级工法汇编，铁道部建设司，1996年。