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1、 T型刚构菱形挂篮设计及施工 许 营 郭云杰 宋方伟 海威公司京承项目摘要：以清水河1#桥工程施工为例，介绍菱形挂篮设计、拼装、预压和使用，供同类工程施工参考。关键词：菱形挂篮；设计；施工。1. 工程概况清水河1#桥，桥址位于密云水库库东果牧生态区。主桥为三跨预应力混凝土T型连续刚构桥型结构（分幅式），采用菱形挂篮逐段悬臂浇筑法施工。该桥由中交集团公路一局承建。主桥上部构造：45m+75m+45m变截面预应力混凝土连续梁，单幅箱梁为单箱单室截面（如图1）。梁底按1.8次抛物线变化，顶板单向2%的横坡。桥位于竖曲线上，有2.5%的纵坡。上部结构采用挂篮悬臂浇筑。全桥设有0#块4个，长度为3m；悬
2、浇块件36个，长度为3.5m和4m；支架现浇梁段4个，长度为6.5m；合拢段6个，长度为2m(见图2)。 图1 T型刚构悬浇段断面图（单位：米） 图2 T型刚构立面图（单位：米）箱梁采用纵、横、竖3向预应力体系。纵向预应力钢束采用平、竖弯，加腹板下弯束相结合的方式布置，两端张拉；横向预应力钢束以直线、竖弯形式布置于顶板上缘，一端采用固定锚预埋于翼缘板，在另一端张拉；竖向预应力钢束以直线形式布置于腹板中心，下端预埋，在箱梁顶面张拉。纵向和横向预应力钢束采用S15.2钢绞线，竖向采用JL32精轧螺纹钢筋。孔道压浆均采用真空辅助压浆工艺。2 挂篮设计2.1 挂篮设计方案选择2.1.1 国内挂篮形式挂
3、篮是桥梁梁体悬浇施工专用设施。它是施工梁段的承重结构，又是施工梁段的作业现场。它的强度、刚度和可靠性对桥梁施工安全和质量关系重大。目前，国内桥梁梁体悬浇施工，多使用自锚（平衡）式挂篮。挂篮结构形式主要有桁架式、斜拉式两类。桁架式挂篮按构成部件不同，有万能杆件挂篮、贝雷梁挂篮；按桁架形状不同，可分为平行桁架式、弓弦式、平弦无平衡重式、菱形式等多种。斜拉式挂篮有三角斜拉，预应力筋斜拉，体内斜拉等多种。2.1.2挂篮设计原则项目工程考虑，刚构箱梁悬浇节段重量大，施工周期短，要求保证有宽敞的作业空间和充充分的施工安全。确定挂篮设计原则： 1)自重轻； 2)结构简单，受力明确；3)便于拆装，运行方便；
4、4)坚固稳定，安全可靠。2.1.3挂篮设计确定确定选用桁架式菱形挂篮。本工程设计要求：1)挂篮、模板、机具等施工外载总重不超过60t；2)挂篮承载力不小于160t；3)梁段混凝土浇筑，挂篮移动、拆除阶段均保持平衡对称；4)加大挂篮主桁的整体刚度，确保在浇筑最重梁段混凝土时，新旧混凝土之间结合面不出现竖向裂缝。2.2 菱形挂篮构造（见图3） 图3 菱形挂篮构造示意图 （单位：）2.2.1 主桁架系统主桁为菱形支架，是挂篮的主要承重结构。主桁架竖放于箱梁腹板位置，其间由横向设置的前、后横梁及连杆连接(见图3)。主桁架和前、后横梁及连杆杆件均采用“II”或“”截面，由型钢和钢板组焊而成。前上横梁由I
5、I45工字钢组焊而成，联结于主桁前端的节点处，将两片主桁连成整体，上布4个吊点，通过吊带悬吊底模和内外模板。后上横梁由II40工字钢组焊而成，联结于主桁后端的节点处，上布6个吊点。内外纵梁、内外滑梁、前后托梁均采用“II”或“”截面的型钢。主桁架、横梁及其它部位采用焊接。挂篮主桁架尺寸选取原则主要基于以下三点：(1)满足悬臂浇筑的要求,能够适合不同长度的浇筑梁段；(2)满足施工工作面的要求,使施工人员有作业空间；(3)各个杆件受力基本相等,即按等强度设计,这样可以优化结构,节约钢材及制造费用。 2.2.2 吊带系统挂篮吊带系统由扁担梁、前后吊带、内外吊杆及千斤顶等组成(见图3)。吊带采用PSB
6、785级，JL32精轧螺纹钢筋悬吊连接。后锚吊带用千斤顶施加一定的预应力，将模板与混凝土压紧，保证块段接头处的接缝平整。2.2.3 走行及后锚系统挂篮走行系统由轨道、圆钢和后勾装置组成。轨道由钢板组焊成型断面结构,并由竖向精轧螺纹钢筋锚固在梁体上。后勾装置由厚钢板和滚轮组焊而成。后勾装置反勾扣在滑道上以平衡挂篮空载迁移时的倾覆力。挂篮行走时，前支座下垫20圆钢,变滑动为滚动摩擦。挂篮后支座通过反扣轮沿轨道顶板翼缘下沿滚动,取消传统形式的挂篮的尾部配重。后锚系统是主桁架的自锚平衡装置，通过扁担梁和JL32精轧螺纹钢筋与梁体锚固。2.2.4 模板系统模板系统包括底模、外模、内模等。模板系统中底模和
7、梁外侧模采用钢制大模板。内模分顶模和内侧模。顶模由8槽钢组焊成的顶模架和6钢板组成。内模顶板的宽度变化由顶模架横肋的活动销实现。底模由前、后下横梁、纵梁组成,纵梁支承于前后下横梁上,而前后下横梁分别通过吊带悬吊于前后上横梁和已浇注好的梁段底板上。外模由侧模板、翼板模板、对拉杆和外模支架组成。骨架边缘外采用10槽钢焊成一体固定，其相互连接的部位用16螺栓连接，保证骨架的刚度。外侧模板和翼缘模板是连成一体的钢模，用10槽钢加固成整体，保证骨架的强度和刚度。翼缘板上的加固槽钢下安装有导向轮，导向轮行走在28槽钢组成的轨道上。主梁由JL32精轧螺纹钢筋与轨道联接悬挂，达到翼缘板和底模板后端纵向移动的目
8、的。安装模板时采用横向平铺，保证接缝平顺、密实且全部在同一条直线上，保证混凝土浇筑后表面的混凝土质量。对穿拉杆分尚不对穿拉杆和箱梁腹板部对穿拉杆，上部对穿拉杆分别通过骨架上安装的10槽钢进行固定。腹板部对穿拉杆采用JL32精轧螺纹钢筋和YGM螺母连接。另外在底篮纵梁下用JL32精轧螺纹钢筋和YGM螺母对侧模进行对拉固定，保证模板下部不漏浆、不走模。端头模板采用6钢板，制作安装时保证预应力孔道位置准确。2.2.5操作平台模板边缘设有工作平台，用角钢和钢管组拼而成，其上铺有木板，靠近悬空侧设有围栏，保障施工人员的安全。张拉操作平台通过钢丝绳悬吊在菱形桁架的前端小悬臂梁上，用角钢和钢筋组成，平台平面
9、铺以木板供作业人员站立行走，可用手动葫芦调整其高度。3挂篮施工3.1 菱形挂篮预压挂篮制作完成后，集中受力的重要部分，如钢带和销子，进行应力测试，然后试拼。这样既可以发现加工中存在的问题和隐患，也能使操作工人熟悉拼装工艺，及时发现问题。3.1.1 预压目的既保证质量又能保证施工安全,能消除非弹性变形,确定菱形支架弹性变形的正确数值。3.1.2 加载方法整个工作场地要求平整，将一套挂篮的两片主桁架平躺对称安装，前支点中间加垫板并用螺栓固定，后端用扁担梁锚固，在前端节点处拼装扁担梁，扁担梁用JL32精扎螺纹钢筋连接，利用千斤顶压扁担梁，其作用力通过精扎螺纹钢筋传递给挂篮的主桁架，从而达到预压的目的
10、。实践表明当几次预压的结果十分接近时，就达到了预压的效果(预压方案见图4)。 图4主桁菱形架预压方案图 3.1.3 加载顺序预压量不小于1.2倍的结构物自重，本桥挂篮施工最大梁段重为160t,考虑模板重量和施工荷载，预压量为220t。菱形支架前端受力为1/4，故最大加载荷重为550KN。预压前，设置变形观测点，作好标识。第一次进行初始数据的测量记录，然后逐级进行施压（按0.3倍、0.5倍、0.7倍、0.9倍、1.2倍结构物自重），并进行连续测量。待测量数值无明显变化后准备卸载。卸载时以加载时的逆顺序进行，并做好测量记录。待压重全部卸载后，进行测量。挂篮菱形支架预压数据如表1所示。3.1.4 数
11、据分析对各次量测数据进行分析整理, 经线性回归分析得出荷载x与挂篮竖向位移y之间的关系。以R24中弹性变形值最大的一组数据为例（如表2），得回归公式：y=0.0326x+4（其中非弹性变形值4），其变形图见图5。根据该公式可算出挂篮在每个节段的施工竖向位移，以便合理运用预抛高值成功控制本桥线形。在开始的几个节段施工时，按此预测值调整立模标高, 并通过前几段挂篮变形的实测值修正回归曲线,然后对下一段进行预测。 图5 菱形支架变形曲线 表1 挂篮菱形支架弹性变形值墩号R24R25L7L8最大弹性变形值（）17161516151615151615151516151616表2 R24挂篮菱形桁架预压数
12、据（单位：）00.3T0.5T0.7T0.9T1.2T持荷2h后GL1-1加载4337432943264323432043174316GL1-2加载4325431843144311430943074307GL1-1卸载433343294327432243194316GL1-2卸载4322431943154312430943073.2挂篮拼装各T型刚构的0#、1#(1#)块施工结束后，首先将箱梁顶面清理，并将轨道部位找平，然后按顺序对称拼装挂篮，挂篮采用后锚式结构：铺设钢枕一安装固定轨道梁安装前后支座吊装并连接固定菱形桁架吊装上横梁安装后吊带吊装下横梁吊装底板纵梁及底板模板安装外侧模板，见图6。
13、 图6 挂篮拼装施工图注：左图为拼装好的挂篮正面图，右图为挂篮侧面图。拼装时需仔细检查挂篮各部件，确保各部件的完整性及其连接的稳固性。保证施工的安全。3.3挂篮施工工艺3.3.1调整模板轴线及标高挂篮安装就位后，用水准仪将底模立模标高调整好，预留预抛值，包括挂篮菱形架及吊带的弹性变形和预拱度。然后用全站仪调整底模的中线，调整好之后用千斤顶将后锚顶紧，使底模后部与箱梁底面压紧，上紧螺帽，底模调整完毕。外模的调整就位：先将外模前后吊杆同时提起至翼缘板，后端贴紧箱梁下翼缘板面，前端达到立模标高后，上紧吊杆的螺帽。3.3.2绑扎底腹板钢筋，安装底腹板预应力管道钢筋在钢筋加工场地先加工成半成品，然后用塔
14、吊吊至桥面。按照规范要求，在底模上进行绑扎。在底腹板钢筋绑扎到一定程度，可进行波纹管及锚垫板的固定安装。波纹管的各处接头用防水胶带密封，以免混凝土浇筑时，管道内进浆。竖向预应力管道布设时还需按图纸要求设置出气孔和压浆孔。3.3.3安装内模内模的调整就位：待梁段的底腹板钢筋安装完毕，将内模顺内滑梁推出与已就位的外模齐平；将内模托起至顶板，调整内模宽度至设计宽，后部压紧，端部达到立模标高，上紧吊杆螺帽；安装内侧模，上好对拉杆。3.3.4绑扎顶板钢筋，安装顶板预应力管道按图纸和规范要求绑扎顶板钢筋，固定安装顶板波纹管及锚垫板。另外，还需准确布置挂篮的预埋孔。3.3.5混凝土浇筑采用泵车两侧对称浇筑，
15、最大施工偏载严格控制在5t以内，可以通过混凝土输送泵来控制，在施工中安排专人负责混凝土的计量工作。浇筑中应严格分层（不超过50），底板和顶板从端部开始浇筑，最后浇筑根部，控制好混凝土振捣的时间和部位，确保混凝土外观及质量。3.3.6混凝土养护、拆模及凿毛对浇筑好的混凝土安排专人负责养护工作，及时覆盖，确保混凝土表面湿润。待强度达到2.5MPa时拆除端模板，进行凿毛，并用水清除灰渣。3.3.7 张拉待混凝土强度达到设计强度的100%时方可张拉。张拉时，按图纸给出的顺序对称进行。采用控制应力和伸长量双控法张拉。3.3.8 压浆张拉结束后，用水泥净浆拌制超快硬化剂，堵塞钢绞线间孔隙，待达到一定强度后
16、尽快压浆， 压浆应饱满，不得漏压或管道内留有空隙。压浆后，用砂轮切割机切除锚后多余钢绞线及精轧螺纹钢筋，严禁用氧炔焰或者电焊切割。3.3.9 挂篮前移步骤如下进行：1)拆除底篮后锚，放松吊杆(脱模)，拆除内模。2)在前方梁段找平桥面并放出固定轨道。3)用千斤顶顶起桁架，放入轨道圆钢。4)用手拉葫芦拖移桁架，将底篮前移至下一梁段浇筑位置，抽出圆钢，并在其前后端设置止动块，以确保挂篮浇筑混凝土过程中的安全。移动时注意两边速度和位置一致。5)调整好底篮中线、标高后，锁紧底篮后锚，安装模板，收紧吊杆，完成一个循环。挂篮前移时应注意以下三点：第一，挂篮行走时，必须匀速同步平移，保证挂篮的中线与箱梁的中线
17、保持一致，可采用吊垂球或者经纬仪定线的方法。第二，每次挂篮行走前，应全面检查各个锚点、吊点、支撑点、各个部件的连接处等关键部位是否紧固牢靠，有无受损情况，并根据具体情况作必要的加强措施。第三，挂篮前移必须确保着力点符合设计要求，同时应及时配备后防护倒链，为确保安全，须安排专人负责指挥。挂篮施工各工序时间如表3所示。 表3挂篮施工各工序施工时间表序号工序时间（小时）1菱形挂篮行走242安装底模、外侧模、调整中心线及标高43绑扎底腹板钢筋、安装管道8124安装内模475绑扎顶板钢筋、安装顶板管道8126浇筑混凝土准备工作、浇筑混凝土597混凝土养护、拆模、凿毛、穿束72968预应力束张拉8129压
18、浆4610总计1251623.3.10改进措施(1)在悬挂篮施工过程中，每一节段端头的预应力孔道和钢筋布置均不一样，本工程采用钢制端模板。这种模板的优点在于便于加工，可根据每一节段纵向预应力孔道和钢筋的布置灵活钻孔、开槽，多余孔洞直接用钢板补齐即可，有效地减少了模板用量。(2)在拆除端模过程中，端头波纹管很容易发生断裂，严重影响接头质量，处理不好将会在混凝土浇筑过程中造成接头漏浆而出现堵管现象。为此，在每一节段波纹管端头套接大一号的接头波纹管，其端头露出端模10 cm。安装下一节段波纹管时，将波纹管直接旋进套管，然后用密封胶带包裹严实。4 结语根据桥梁的结构特点及自身的施工经验和能力，设计出适
19、应施工和自身特色的挂篮。通过该工程的施工实践，对菱形挂篮的施工特点有了深刻的认识。与各式挂篮比较，采用的菱形挂篮有以下主要优点：(1)外形美观，结构简单，杆件受力明确，计算简便，便于加工。(2)作业空间开阔，便于材料与机具从两片桁架中间通过，运至要施工的部位，加快梁段施工速度。(3)无平衡配重，移动操作方便， 走行平稳,就位准确。外模、底模随桁架一次移动到位。移动一次只需24 h，缩短了周期。(4)菱形挂篮自重轻，利用系数（梁段最大重量/菱形挂篮重量）可达3.7，是利用系数最高的挂篮，增加了周转次数，同时也降低了挂篮的成本。(5)大悬臂，综合技术指标高。(6) 菱形挂篮刚度大，弹性变形小，避免
20、了施工过程中扰动产生的影响，对工程的质量提供了保障。(7)外模使用钢模板，提高了外观质量。同时，菱形挂篮也存在以下缺点：挂篮横向纠偏无有力措施，如能在前吊带处加设液压式横移设备则会更好。现在大桥已修完，线形顺直、混凝土外美内实，无错台、麻面现象，很好的保证了工程质量。通过工程实践表明，菱形挂篮设计合理，满足工程的要求。本桥挂篮的设计和施工过程中，严格进行过程控制，确保了高精度、高质量安装，使得全部安装精度均满足设计要求。通过对本桥挂篮的施工控制，掌握了挂篮的结构和施工工艺，同时也为以后同类工程的施工和控制提供宝贵的实践经验。参考文献：1公路桥涵施工技术规范JTJ041-2000北京：人民交通出版社，20002公路工程施工工艺标准中交第一公路工程局有限公司，2007(7)：3433513公路工程施工工艺标准中交第一公路工程局有限公司，2007(7)：508515作者简介：许 营，汉族，中交集团公路一局海威公司，工程师。 郭云杰，汉族，中交集团公路一局海威公司，工程师。 宋方伟，汉族，中交集团公路一局海威公司，工程师。