桥梁挂篮悬浇工程的施工技术与质量安全控制探讨

吴文利

摘要：随着科学技术的进步，施工机具、设备和建筑材料的发展，桥梁施工技术不断改进、提高而逐步发展和丰富起来，大跨径桥梁在经济建设中也发挥着重要作用。大桥上部结构施工方法有预制安装、架桥机加设、满堂支架、顶推法、悬臂浇筑等，对于跨越峡谷、江河、既有线路等情况下的中、大跨连续梁，常采用悬浇筑连续梁施工。悬臂浇筑施工方法在连续梁、连续刚构、斜拉桥、拱桥中均有应用。本文以悬臂浇筑为例，分析挂篮悬浇施工和质量控制措施，希望能为大桥施工提供一些参考。

关键词：桥梁施工；挂篮；悬浇施工；质量安全控制

中图分类号：U445.4文献标识码：A文章编号：1674-3024（2017）02-0055-02

前言

早在1948年，法国工程师E·弗莱西奈在巴黎附近的马恩河上采用预制分段施工法架设了吕章西桥，主跨为74m，从此在欧洲各国得到推广采用。我国交通系统1968年4月建成了柳州桥，跨越广西省柳州江，桥跨为45.19m+66.71m+120m+124m+52.29m国内首次采用悬臂浇筑法施工。我国悬臂施工方法技术水平已达到国际先进水平。悬臂施工难度大，技术复杂，本文以具体工程为例，分析挂篮悬浇施工和质量安全控制措施。

1.工程概述

大桥分为主跨、引桥，桥梁全长397m，主桥长150m，为预应力混凝土连续箱梁，北岸引桥长120m，南岸桥长120m，引桥均为30米预应力连续小箱梁施工。主跨桥下为河流，不适合采用支架法施工，而采用顶推法施工会对周边环境造成过度破坏，综合考虑各种因素，采用挂篮悬浇施工。左右幅主桥上部各由1个单箱单室断面组成，箱梁根部梁高8m，间梁按二次抛物线设计。箱梁顶板厚度28cm-50cm，底本厚度、跨中厚度、腹板厚度分别为lOOcm、25cm、40-65cm，箱梁最大悬浇节段重1200kN，挂篮自重依照60t计算。

2.挂篮悬浇工程施工技术

挂篮由底模板、悬吊系统、承重结构、行走系统、平衡重、锚固系统、工作平台等部分组成。

2.1挂篮参数与选型

挂篮设计最大两种和挂篮自重分别设计为1250kN、500kN，适合使用在2.5-4.0m梁长，倾覆稳定系数设计大于2.5，采用不平衡重行走方式。该地区时常出现大风天气，在设计中需要注意挂篮自重以及最大梁重比值参数，能够保证在8级风天气下不会出现空载移动情况。结合施工箱梁特点和技术参数，合理选择挂篮参数，保证挂篮结构设计合理，方便施工，现场施工操作方面，适合机械化施工，提高整体结构安全性和稳定性，在保证刚度和稳定性基础上控制挂篮重量。在挂篮设计中采用优化棱形钢桁架结构，该结构具有更强的刚度和稳定性，迎风面积很小，能够充分满足在大风天气下的施工。挂篮总长11.5m，悬臂长5.2m，模板采用定型钢模，挂篮主要结构见图1所示。

挂篮成功结构形式包括平行桁架式挂篮、平弦无平衡挂篮以及菱形挂篮等，在本工程施工中，主承重桁架由大刚度菱形桁架组合组成，结构简单，能够大大减轻自重，是近些年常使用的挂篮形式。整体结构由桁架横向连接和前后横梁组成，在施工中为方便作业，适当降低了前横梁的高度。桁架主要由2根槽钢组成，前后横梁则是由槽钢焊接组成，桁架和前后横梁作为后锚反扣压梁和底平台系统吊梁。悬挂系统由精轧纹粗钢筋和钢吊带组成，底平台与钢吊带的连接采用双相铰接方式，每幅挂篮横梁配置螺旋式千斤顶和49000kN手拉葫芦，采用螺纹钢筋固定。锚固系统由模板系统、轨道锚固系统组成，主纵梁桁架采用反扣压型式。承重系统是挂篮主要受力构件，承担施工全部质量。行走系统由行走轨道系统、钢轨以及内外滑梁构成，挂篮每浇筑完成阶段，待混凝土强度达到设计强度90%后进行预应力张拉。放松锚固系统，挂篮采用手拉葫芦拉动。模板系统有内模、外模等组成，根据实际情况自行制作封头模板，其余均为定制钢模。

2.2挂篮安装

挂篮单片主桁运到桥墩下，准备吊装，挂篮吊装在0号段纵向预应力钢铰线和竖向预应力粗钢筋张拉完毕后进行，（1）将O号段轨道所在位置顶面清理干净，凿出接茬面，测量放样，定出轨道所在位置，铺设轨道，并用连接器、精轧螺纹钢、锚具将轨道固定在已张拉的竖向预应力粗钢筋上，在已安装完毕的轨道上标出主桁前支座在位置。（2）单片吊装主桁。将前支座对准轨道安装标记，并临时支撑牢固，用同样方法安装另一片主桁，调整两片主桁的间距、位置后，安装自锚车轮组和中横联、后横联。（3）安装前横梁、后挑梁及悬吊装置。（4）利用0号段托架的平台安装挂篮底模、外模，并将其于悬挂装置联结，同时安装工作平台、底模后锚。（5）调整底模高程。（6）安装1号段底板、腹板钢筋及预应力孔道。（7）检查1号段底板、腹板钢筋后，安装1号段内模，将内模后锚于O号段顶板，前端悬吊于主桁前横梁，校准、加固，完成挂篮的安装。（8）同一“T”构的两个挂篮应一起安装。

挂篮完拼装后，要对掛篮进行试压，预压荷载建议采用1.2倍最大梁段重量；挂篮总变形不能超过20mm（包括吊带、桁架、后锚等引起的变形）。

2.3挂蓝前移

挂篮前移在张拉完本段纵向预应力钢铰线以后进行，包括安装轨道、松开底模、松开侧模、松开内模、前移等工作。

2.3.1铺设轨道

在新浇筑节段混凝土强度达到设计强度的50%后，安装并锚固轨道。先清理轨道所在位置箱梁顶面的杂物、放样、锚固轨道，然后安装纵移动力倒链，倒链前端挂在轨道上，后端挂在挂篮前支座拉环上。在铺设轨道时，应使轨道顶顺直，其顶面应控制在同一高程上，以防移动挂篮时爬坡或溜坡，应使固定轨道的锚杆及竖向预应力粗钢筋旋入联结器的长度相同。

2.3.2松开模板

张拉完纵向预应力钢绞线后，先松开侧模顶紧丝杆和内、外模间拉杆，再松开内、外模滑移梁吊杆。然后拆除底模后锚，放松底模前吊杆，使底模、侧模离开梁体10cm左右，利用内膜架上的丝杆拉紧内侧模，使内模离开梁体。

2.3.3挂篮前移

解除挂篮后锚，使自锚车轮卡在走行轨道上，拉动前移倒链，通过车轮的滚动及前支座下的四氟板滑动，达到挂篮前移的目的。挂篮前移时，底模后部挂在后挑梁上，前端挂在主桁前横梁上，外侧模、内侧模前端通过滑移梁挂在主桁前横梁上，后端直接挂在滑移梁上。在挂篮纵移过程中，为防止挂篮由于惯性作用发生倾覆，防止自锚车轮失灵，在后挑梁上安装钢丝绳，后端固定在已张拉的竖向预应力钢筋锚具上。同一“T”构的两个挂篮应对称前移，以防桥梁承受过大的不对称荷载。

2.4合拢段施工

2.4.1合拢顺序

本桥为三跨连续梁，设计规定合拢时先边跨，后次跨，再中跨。在施工过程中必须按设计规定的合拢顺序进行合拢。

2.4.2合拢临时固结

在浇筑合拢段混凝土前，应将相邻的边跨现浇段和“T”构悬臂端或两相邻“T”构悬臂端通过劲性骨架、临时预应力束连接在一起，形成刚性连接。在外界温度变化时，由刚性连接承受拉力或压力，尽量减小合拢段混凝土在外界温度变化时的内力。

2.4.3合拢施工中注意的问题

合拢段施工要求低温下合拢，设置足够临时支撑，尽快浇筑混凝土，加强合拢段混凝土的养护。合拢段施工要求在当天低温下进行，这与混凝干受力特性有关。混凝土的抗压强度较高，而抗拉强度较低，在低温下浇筑完成合拢段混凝土后，随时间延长其强度也在提高，而随温度升高，“T”构将伸长，将对合拢段混凝土产生压力，大部分压力将被临时支撑承受。这样，随着温度升高，合拢段混凝土受到的是压力而不是拉力，这和混凝土抗压强度高的受力特性相适应。合拢段形成临时固定后，应尽快进行合拢段混凝土的施工，张拉永久束，使结构能尽快形成整体。放置时间过长型钢连接处焊缝、钢板下混凝土会承受多拉压作用，有可能造成此处出现裂缝。

3.悬臂浇筑质量及安全控制措施

3.1 O号块支架

对于墩梁支架、满堂支架，应注意验算支架基础承载能力、梁的变形。对于桥墩较高的情况，常采用在桥墩上设置预埋螺栓，将多片三角形支架固定在桥墩上，形成由多片三角形支架形成的桁架。在设计时，应分别验算螺栓在正应力、剪应力作用下的受力性能及抗拉拔能力。

3.2挂篮设计及施工

挂篮与悬臂浇筑混凝土的重量的重量比不宜大于0.5，且挂篮的总重应控制在设计规定的限重之内，包括吊带变形的挂篮最大变形总和应不大于20mm。挂篮在浇筑混凝土状态、行走时的抗倾覆安全系数、自锚固系统的安全系数均不应小于2。在挂篮前移过程和混凝土浇筑过程呈，如果锚固系统出现异常，后果极其严重，国内曾发生过挂篮前移过程、浇筑混凝土埋挂篮倾覆、坠落事故，主要原因是锚固系统细节处理不当造成的，为避免此类事故的发生除在设计时考虑足够的安全系数外，在施工过程中应有专人负责锚固装置安装细节。

3.3混凝土浇筑

悬臂浇筑施工是分段对称浇筑混凝土，节段之间混凝土的抗拉强度相对较低，为保证相临段混凝土可靠的连接，在拆除端模后，应将端面混凝土表面浮浆凿出，且在浇筑下段混凝土时，应将端面混土清理干净、用水湿润。由于是在两端挂篮上浇筑混凝土，两端混凝土的浇筑速度不同将引起“T”构的不平衡弯矩。如施工不当将引起严重后果，国内某悬臂浇筑连续梁采用钢管桩作为临时墩，在即将合拢时由于“T”构两端浇筑速度差异较大，在倾覆弯矩作用下使钢管失稳，整个“T”构坠落。

3.4预应力张拉压浆控制

张拉时混凝土强度应符合设计及规范要求，设计无规定时，不得低于设计的混凝土强度等级的80%，本桥设计为90%时张拉。张拉顺序宜先张拉中部，后张拉上下或两侧，左右对称张拉。压浆过程中及压浆后48h内，结构混凝土的温度不得低于5℃，否则应采取保温措施，当温度高于35℃时，压浆应在夜间进行。

3.5线形控制

悬臂浇筑连续梁线形控制是保证桥梁顺利合拢，确保桥梁线形的关键工作之一。由于续施工节段对于先期施工节段影响、混凝土徐变、预应力松弛、合攏顺序、结构尺寸偏差、挂篮自身变形等因素，在施工各节段混凝土时，需要设置预拱度。在节段立模时，应将挂篮自身变形和监控单位提供的预拱度一起考虑，并及时测量各节段的浇筑混凝土、张拉和挂篮前移等工序的变形，及时反馈给监控单位，作为监控单位调整高程的依据。在测量节段变形、设立节段高程时，应尽量在每天早上日出前进行，以避免日照、温度变化对测量的影响。

4.结束语

综上所述，悬臂浇筑施工和线形控制是桥梁施工中的一个难点，控制不好，两端悬臂浇注至合拢时，梁底高程误差会大大超出允许范围，既对结构受力不利，且因梁底曲线产生转折点而影响美观，形成永久性缺陷。底板预应力防崩钢筋设置应重点检查，以免张拉时造成底板混凝土的剥离。合拢段浇筑混凝土时的温度控制和节段变形测量时间先择都要认真做好规划，以免出现工程质量问题。

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2020-04-30