懸臂梁掛籃施工的探討與分析

俞鴻憲

(中鐵四局第五工程有限公司)

懸臂澆筑法施工從 20世紀 60年代由前西德首先使用以來,發展至今,已成為修建大中跨徑橋梁的一種有效施工手段,懸臂澆筑法是利用懸臂原理以掛籃為支承逐段澆筑。日本預應力混凝土工業協會《關于預應力混凝土長大橋梁的調查研究報告》指出,1972年后建造的跨徑大于 100m以上的橋梁近 200座,其中懸臂法施工的主要設備已有多種類型,有些國家如日本、法國等已有定型的系列化產品。我國從 20世紀 80年代開始使用這種技術以來,也已取得了巨大的成就。因此,總結并比較各種類型掛籃的優劣,對今后的應用及其發展有著重要意義。

1 掛籃的特點

(1)利用斜拉橋特有的永久性斜拉索作為施工掛籃前支點,掛籃中端懸吊在已澆好的梁段上,將傳統掛籃的單懸臂受力狀態改變為簡支正彎矩受力狀態,從而既大大提高了掛籃承載力,又減輕了掛籃自重。掛籃一次澆筑長度可達8m,大大加快了施工進度。

(2)利用掛籃自身的水平推力裝置平衡斜拉索索力引起的水平分力,解決了掛籃縱向限位問題。前支點通過采用弧形梁、前錨梁,解決了空間索引起的掛籃上錨固點的三維變化問題。

(3)將掛籃的主體置于斜拉橋主梁的下面,利用后行走系統反頂主梁底部來省去所有的壓重。掛籃采用小起小落工藝,操作簡便,安全可靠。

(4)利用萬能桿件拼裝成的掛籃,大大減少了新制構件加工量,提高了構件的周轉率,降低了成本。

2 掛籃施工特點

掛籃懸臂施工除了有節約腳手架,降低施工工作量,減少施工環節的優點外,還有許多其他施工工藝不具備的優點,主要表現在以下幾方面。

(1)掛籃施工作業面寬闊,便于鋼筋及預應力管道安裝,能提高施工速度,縮短梁段施工循環周期,根據實際工程箱梁施工情況,梁段最短周期為 5 d,平均 6～8 d;

(2)桁架在軌道上走行,無需平衡重,方便、移動靈活、平穩,外模、底模隨桁架一次就位,掛籃時間短,一般只需 2～4 h即可就位;

(3)工程使用掛籃自重輕,利用系數高,是我周轉使用次數最高的模板體系;

(4)掛籃的縱向安裝尺寸小,只要有 12m的梁段寬度即可安裝兩套掛籃,起步時兩套掛籃不需連在一起再解體,拼裝就位快,1套掛籃2～3 d即可拼裝就位;

(5)掛籃剛度大,彈性變形小,立模時只需 1次調整標高,澆筑混凝土過程中不需再調整;

(6)掛籃使用的材料均為常用材料,加工制造簡單,一般橋梁工地均可現場加工。

3 掛籃施工的施工要點及安裝

3.1 掛籃加工、試拼裝與檢驗

掛籃應由專業廠家或專業加工隊負責,嚴格按照掛籃設計圖紙的要求加工,加工后進行試拼裝與檢驗,確保加工質量與精度。

3.2 掛籃試壓

為確保懸臂施工安全,在掛籃正式安裝使用前對掛籃進行靜載試壓試驗。掛籃試壓分為主桁架和底籃試壓。分級加載,加載最大重量為施工最大梁重的 1.2倍,然后分級卸載。以檢驗掛籃的實際承載能力、穩定性及安全可靠性;對設計計算圖式及技術參數進行驗證;根據實測值推算各梁段掛籃的豎向變形為施工預拱度提供參考數據。消除非彈性變形,并測量變形值;對掛籃加工、焊接、拼裝質量進行檢驗。

3.3 掛籃走行

當已澆梁段張拉壓漿完成后,進行掛籃走行移動。其步驟如下。

(1)采用千斤頂放松斜拉帶,用倒鏈滑車將前托梁和外側模固定在已澆梁體上,拆下斜拉帶;

(2)拆開內外滑梁的后吊桿,放松主梁的其他約束,以壓輪器更換壓緊器;

(3)采用倒鏈滑車將主梁系統連同滑梁滑移到要澆筑梁段的設計位置,并錨固主梁系統于已澆梁體,連接內外滑梁于后橫梁上;

(4)放松底籃及側模在梁體上的約束,將底籃及側模落在外滑梁上,再解開其約束,通過外滑梁,利用倒鏈滑車將其牽移到要澆筑梁段的設計位置;

(5)安裝斜拉帶及下后錨帶,調整模板,限位錨固,綁扎底、腹板鋼筋等;

(6)通過內滑梁,利用倒鏈滑車移動內模系統就位,并綁扎頂板鋼筋等;

(7)調整標高及斜拉帶。全面檢查,符合要求后灌注梁體混凝土。

3.4 掛籃安裝要點

(1)掛籃安裝工藝流程。

滑道底面找平→滑道盒、燕尾板安裝、錨固→前后支座安裝→主桁架安裝、錨固→上橫梁安裝、固定→外模板(含走行裝置、懸吊與錨固系統)安裝→底籃及底模板(含懸吊與錨固系統)安裝→內頂模板(含托架、走行裝置、懸吊與錨固系統)。

(2)掛籃安裝注意事項。

單個“T”構提吊長 24m單層四排主桁架(約 10 t)安裝在支座上,并將兩組連接為整體,主桁架之間用橫向連桿聯為一體;同時用上、下錨扁擔梁和精扎螺紋鋼筋將主桁架后錨點錨固。要求每根錨桿預緊力不少于 30 t,且受力要均勻。在箱梁底板和腹板鋼筋綁扎完后,現場安裝內模板系統(包括走行裝置)。要求內模的后吊桿預緊力不少于 15 t,且受力要均勻。掛籃的拼裝是高空作業,兩端要同時對稱進行拼裝,控制好掛籃的結構尺寸。

(3)掛籃立模要點。

通過吊桿與吊帶調整,對底模、外模、內模的平面位置與標高進行測量,并通過全站儀與水準儀對模板的中線位置、標高及相對尺寸有效控制、調整與定位。

(4)鋼筋制安要點。

現場綁扎時按設計要求進行平面尺寸的測量放樣,再按照放樣標記依次安裝各種鋼筋;先綁扎底板鋼筋,安裝好底板端模,并支墊好混凝土墊塊,底板上下層鋼筋須用架立鋼筋連成一個整體;再綁扎腹板鋼筋,與底板鋼筋連接牢固;安裝內模托架及內模,最后綁扎頂板和翼板鋼筋。要求縱向鋼筋水平順直、豎向鋼筋必須垂直。

(5)預應力鋼筋、管道和錨具安裝要點。

應與鋼筋綁扎同步進行安裝,在腹板鋼筋綁扎時,即可進行縱向預應力波紋管和錨墊板,以及豎向預應力波紋管、精軋螺紋鋼與下端錨墊板的安裝和定位。在頂板和翼板鋼筋安裝時,即可進行縱向預應力管道、豎向預應力上端錨墊板和橫向預應力波紋管與錨墊板的安裝和定位。按照設計圖紙的布置要求對預應力束和管道的座標和平面位置進行放樣和安裝,定位筋固定,安裝好的管道必須平順、流暢、無折角。

(6)以箱梁全斷面一次懸澆施工技術為例對要點進行說明。

①混凝土輸送。

若箱梁設計為 C50混凝土,屬于高強混凝土,采用拌合站集中攪拌,嚴格控制水灰比,坍落度在 10～14 cm,使混凝土的各項性能指標滿足設計與現場施工要求。用 2～3臺混凝土罐車運輸到墩位下,經單臺輸送泵泵送到梁段處同時對稱進行梁段澆筑。

②混凝土入倉及分料方法。

在內頂模的支撐托架上附著混凝土入倉及分料系統;混凝土經過泵管,進入頂模料斗,再經過溜槽按要求連續均勻地進入箱梁底、腹板。

③混凝土澆筑工藝與方法。

箱梁采用混凝土全斷面一次懸澆法,先底板、后腹板、最后澆筑頂板、翼板;混凝土澆筑宜選在一天中溫度較低的時間內進行,以減少溫度應力的影響。

底板混凝土澆筑:混凝土自由卸落高度控制在 2.0m以內,出料口混凝土堆積高度不超過 0.5m。分層澆筑高度控制在 30 cm左右,混凝土的振搗以插入式為主。

腹板混凝土澆筑:因腹板較窄,鋼筋和預應力管道密集,為防止混凝土離析,除按底板混凝土澆筑方法外。嚴格控制每梁段上、下游腹板對稱澆筑且高差小于 1m,以保證掛籃平衡受力。腹板混凝土的振搗采用 6～8m長定制專用的插入式振搗棒和配用 2 kW以上振動器。

頂板、翼板混凝土澆筑:直接利用輸送泵管道進料,澆筑完腹板頂端剩余部分混凝土后,再澆筑梁段頂板、翼板混凝土。按從待澆梁段前端往已澆梁端處的順序澆筑,加強預應力筋錨固區以及其他鋼筋密集部位的振搗,避免振動器碰撞預應力管道,預埋件、錨固端墊板等。

(7)預應力穿束、張拉和管道壓漿施工。

箱梁設計為三向預應力結構,梁段混凝土達到 90%的設計強度后進行預應力鋼束(鋼筋)的穿束、張拉、壓漿。張拉工作開始前,對張拉千斤頂和壓力表進行配套標定,確定張拉力與壓力表讀數之前的曲線關系,張拉程序為 0→初張拉力(10%的控制力)→設計張拉噸位→持荷 2min→錨固。張拉順序為:先縱向后橫向、豎向,要交錯對稱張拉。張拉后,應盡早壓漿。

3.5 掛籃脫空、前移、就位

(1)掛籃脫空。

先將底模前后橫梁上的前后吊桿放松下降 10 cm左右,使底模板脫離底板混凝土底面,解除底模后吊桿與底板混凝土的連接。再拆卸外模與內模的對拉螺桿與解除兩者之間其他約束連接,將兩側外模行走梁上的前后吊桿放松下降20 cm左右,使外模脫離翼板混凝土底面與腹板混凝土側面。最后用手拉葫蘆將內頂模下端通過連接鉸向內收攏,再將內模行走梁上的前后吊桿(吊帶)放松下降 15 cm左右,使內頂模托架攜內模整體脫離頂板混凝土底面與腹板混凝土側面。

(2)掛籃前移、就位。

先在已澆梁段上找平,鋪設與錨緊滑道,并在兩側滑道上做好前移距離標記,在其前端焊接臨時限位擋塊;再在主桁架尾部用10 t手拉葫蘆配鋼絲繩打保險。通過兩臺 5 t卷揚機配轉向滑輪、鋼絲繩等反向拖拉主桁架前支座使之攜底模、外模同步前移到位。掛籃前移到位后,按照其安裝的相關要求進行立模就位,進入下一梁段施工。

3.6 掛籃拆除

當橋梁的懸臂澆筑梁段施工完成后,進行掛籃拆除。拆除時,一般先將底籃和側模用倒鏈滑車連接在外滑梁上,拆除下后錨帶和斜拉帶,放松其他約束,利用外滑梁和梁體,將掛籃走行移動到安裝梁段后,再進行拆除。且拆除原則是先安裝的后拆,后安裝的先拆。其拆除步驟為下面幾步。

(1)底籃系統,利用倒鏈滑車連接在外滑梁上,解開其他約束,通過倒鏈滑車吊放拆除。

(2)外滑梁及外側模,通過前后橫梁利用倒鏈滑車吊放拆除。

(3)前橫梁、斜拉橫梁、后橫梁及主梁采用搖頭扒桿吊運拆除。

(4)內模系統及內滑梁采用人工在梁箱內拆除,倒鏈滑車吊放。

4 結束語

掛籃懸臂澆筑施工使用少量施工機具設備,避免大量支架,可以方便地建造跨越深谷、流量大的河道和交通量大的立交橋,而且施工不受跨度限制,跨度越大,其經濟效益越高,所以大跨度連續梁橋常采用掛籃懸澆施工。

[1] 雷俊卿.橋梁懸臂施工與設計[M].北京:人民交通出版社,2006.

[2] 桂業昆,邱式中 .橋梁施工專項技術手冊[M].北京:人民交通出版社,2006.

[3] 吳國銘.基于簡化模型的貝雷桁架掛籃分析[J].橋梁隧道,2007,(6):28-29.