掛籃的“四化”技術

摘要：為進一步優化掛籃的結構及相關系統，提高掛籃的使用效率，節約資源，進行了掛籃“結構輕型化、構件工具化、安全監控化、行走自動化”的研究試驗。通過檢測及現場使用驗證，結果表明滿足橋梁施工的質量及安全要求，綜合效益顯著。

關鍵詞：掛籃優化設計四化技術

中圖分類號：S611文獻標識碼： A

1、前言：

近年，隨著我國基礎設施步伐日益加快，高速鐵路、城市高架和跨河大橋發展迅速，懸臂施工法已經成為修建大跨度預應力混凝土連續梁橋、連續剛構橋、斜拉橋等常用的施工技術之一，特別是在橋墩較高、橋跨較長或橋下凈空受到限制的情況。

掛籃是懸臂澆注施工中的主要工藝設備，其設計和使用是整個橋梁施工的關鍵。其優點主要有：在施工期間不影響橋下的水陸交通，不用或少用支架，節省施工費用，降低工程造價，適用性強、利用率高，加快施工進度縮短工期，在施工中可以對各個節段的施工誤差進行調整保證懸澆施工的精度。因此，對掛籃進行優化設計顯得尤為必要。

2、掛籃現況

掛籃一般由主桁系統、吊掛系統、行走系統、錨固系統、模板系統等基本組成。主桁系統是掛籃的主要受力構件，可以采用型鋼梁、萬能桿件鋼桁梁和貝雷片梁等；吊掛系統是結構的傳力部分，主要由精制螺紋鋼、扁鐵或型鋼組件構成，作用是將施工混凝土荷載傳遞至主桁、調節底模平臺和模板標高；行走系統由導梁、吊環、滑動小車和推進機構組成，使掛籃在上一段混凝土澆筑完成且混凝土達到一定強度之后順利進行下一段混凝土的澆筑；錨固系統是一個平衡體系，作用是避免主桁傾覆以確保掛籃施工安全；模板系統包括底模、側模、內模。

3、設計思路

經過近兩年的掛籃設計、加工、安裝，并總結以往的經驗教訓，形成一套掛籃設計標準，即掛籃結構輕型化、構件工具化、安全監控化、行走自動化。以解決傳統掛籃設計笨重，構件整體焊接，無法重復利用，行走困難的缺點，為掛籃設計開拓新思路、攫取新方法[1]。

4、掛籃“四化”特點

4.1 結構輕型化

掛籃結構輕型化，主要是對材料選擇的控制。掛籃一般由鋼構件組成，主要受力構件可采用貝雷片、萬能桿件、型鋼、鋼板等便于加工的高強輕質鋼材；吊桿選用精軋螺紋鋼或者預應力索。掛籃工作系數是掛籃自重與箱梁梁段自重的比值，反映設計掛籃所用的材料數量（用鋼量）。工作系數越小，表示承受節段單位重量使用的掛籃材料越省，整個掛籃設計越合理。掛籃設計的趨勢是輕型、重載。目前，減輕掛籃自重采用的手段除選用輕質鋼材外，最重要的是優化結構形式，并改善滑移行走系統，同時改進力的傳遞系統[2]。例如選用受力合理、安全可靠的輕型結構作為掛籃承重主桁，利用箱梁豎向預應力筋平衡傾覆力矩以取消配重，用輕便的反扣輪代替沉重的摩擦式后溝板，用精軋螺紋鋼代替鋼帶等。常見的掛籃形式有三角掛籃、菱形掛籃。三角形掛籃形式，與其他形式掛籃比較有如下突出特點：

（1）三角形掛籃與菱形掛籃相比，降低了上橫梁高度，即掛籃重心位置大大降低，從而提高了掛籃走行時的穩定性。

（2）結構簡單，拆裝方便，重量較輕。通常三角形掛籃主桁架和主要結構體系采用鋼板和型鋼焊制而成，單件重量較輕，主桁架桿件間采用法蘭結構，用高強螺栓或銷軸連接，易于搬運和拆裝。

（3）通用性強，稍作改裝即可用于其他幅寬和梁高的橋上。

4.2 構件工具化

掛籃工具化主要解決構件無法重復利用、適應性低的缺點，使構件能夠在不同的施工條件下重復使用，實現快速組裝及拆除，減小工作強度，提高工作效率的目的，即構件的通用性強，稍作改裝即可用于其他幅寬和梁高的橋上，可避免遇到類似工程時造成的重復設計、重復加工，實現節省勞力、標準化建設的目標。例如：目前最為常用的底模、側模、排架等，可設置其基本單元為2米，使用時可根據實際情況進行拼裝。一種橫向可伸縮橋梁內模桁片如圖1，可通過橫向自由伸縮裝置，來適應梁體頂板寬度變化。

圖 1一種橫向可伸縮橋梁內模桁片

4.3 安全監控化

安全監控化是指掛籃從設計驗算到最后現場施工的每一個環節，都須在安全控制范圍內，從而保證掛籃安全使用。主要從以下幾個方面進行控制：

一、設計時安全驗算

掛籃大多是鋼結構，所以一般都采用容許應力法設計。施工荷載（模板、振動力、人員、機具）系數取1.4?？箖A覆穩定系數取1.5。掛籃行走時的沖擊系數取1.2。前后橫梁和外模的剛度取為1/400，內模剛度為1/300，整體剛度為1/600。掛籃整體剛度是懸臂澆注橋梁混凝土施工控制的關鍵，也是影響線形最主要的因素。過大的變形在節段施工中容易在節段面上產生裂縫。另外，對于海上峽谷等受大風影響的地區采用掛籃施工，應當選擇低重心、大剛度的掛籃，同時必須對掛籃進行抗風分析，保證在大風情況下能安全地前移掛籃。

二、預壓試驗

將兩榀主桁架鏡面對拼進行對拉試驗如圖2，分級進行加載預壓，檢驗掛籃主桁的實際承載力和安全可靠性，并獲得彈性和非彈性變形參數,為懸臂澆筑施工提供數據,同時檢驗掛籃加工質量。

圖2掛籃預壓試驗

三、出廠前檢驗

掛籃出廠前，需對所有構件進行單件檢查，主要在于結構尺寸、焊縫質量，重要構件的材質型號等級。各桿件的栓接和電焊連接部位，進行仔細檢查，以保證桿件位置正確，結構連接可靠， 且對主要部件不能隨意進行電焊或氧氣切割，保證焊縫質量。螺栓連接必須牢固。對掛籃的銷軸和吊帶要進行調質和探傷檢查，對重要構件的焊縫，進行無破損檢測試驗報告檢查。

四、施工時掛籃自身安全防護

（1）掛籃前上橫梁設置作業平臺，并焊接扶手，設置安全網等防護措施。

（2）掛籃底模平臺前端及兩側搭設作業平臺，底面全部封閉，兩側采用相同的結構型式設欄桿。

五、施工過程安全監控

（1）滑道系統檢查；

（2）后錨固系統檢查；

（3）主桁節點檢查；

（4）吊掛系統檢查；

（5）模板系統檢查；

（6）不平衡力矩控制。

4.4行走自動化

掛籃行走自動化，即行走系統采用滾動吊環、滑動小車和推進機構等，使掛籃在上一段混凝土澆筑完成且混凝土達到一定強度之后順利進行下一段混凝土的澆筑，避免了人工拖拉行走方式，速度不快且占用勞動力。例如：采用液壓千斤頂代替倒鏈提供走行牽引力，可成倍提高功效。掛籃前支座加裝行走滾輪，較傳統前支座下用摩擦板時行走更快。后錨固處用反扣輪代替后鉤板，使掛籃就位準確、走行速度快、安全可靠[3]。

5、結語

隨著預應力混凝土技術的發展及高強材料、高性能混凝土在橋梁工程中的應用，橋梁正在向大跨度方向發展，從而對掛籃的技術指標提出了更高的要求。安全性、經濟性、適用性、快速性是評價掛籃優劣的四個非常重要的指標。設計優秀、技術經濟綜合效果明顯、經過施工實踐檢驗的掛籃應當形成定型的系列化產品，推廣應用，這樣不僅能帶來可觀的社會經濟效益，也有利于提高橋梁建設質量和科學技術水平。

參考文獻

[1] 吳貴生，技術創新管理[J]，北京：清華大學出版社,2000

[2] GB50009-2012建筑結構荷載規范[S].北京：中國建筑工業出版社，2012

[3] GB50017-2003 鋼結構設計規范[S].北京：中國計劃出版社，2003

作者簡介：井維東：男，（1984.12—），漢族，助理工程師，本科，在中國建筑第七工程局交通建筑有限責任公司,從事科技研發工作。