變幅式寬體箱梁多桁片掛籃施工技術研究

文 / 中交路橋建設有限公司海外分公司 朱正偉

引言

掛籃是目前變截面箱梁懸臂施工中的主要設備，在當代橋梁工程施工中已經廣泛應用，具有自重相對較小，構造簡單、結構穩定、安拆方便、重復利用率高，適用性強等特點，但在一些特殊截面的懸澆箱梁施工時，需要對掛籃結構進行設計詳細研究。

本文依托在建的菲律賓EP橋上部結構掛籃施工為依托，在掛籃使用過程中不斷進行優化和改進，提高掛籃的安全性，節約成本，為今后類似工程提供借鑒。

工程概況

本項目為中國政府對菲律賓政府援建的兩座橋項目工程之一，橋址位于首都大馬尼拉地區makati市，大橋橫跨當地帕西格河，大橋全長212m，橋寬21.65m，雙向4車道設計，為左右幅整體箱梁。主橋采用（40+66+40）m變截面箱梁斜腿剛構結構，下部結構采用Y型墩和矩形承臺群樁基礎。主橋南岸邊跨橫跨現有主干道，交通繁忙，只能臨時改移道路不可封閉；北岸邊跨場地相對寬敞，是鋼筋加工及材料存放主要場地。

重難點分析

整體式箱梁設計

主橋上部結構采用四箱室變截面箱梁設計，左右幅為整體結構，箱梁頂板寬21.65m，腹板厚80cm，邊腹板兩側無翼緣板，箱梁整體寬度較大，在掛籃設計時須充分考慮掛籃單個桁片受力及桁片組的整體協調性。掛籃底板寬度過大，且在南岸一側受凈空高度極大限制，底板設計可選擇形式不多。

斜腹板+變幅設計

整個箱梁邊腹板均為1∶2傾斜設計，頂板寬度維持21.65m不變，隨著箱梁高度由墩頂向跨中位置逐漸變小，箱梁底板寬度在不斷變大，底模和側模無論采用側包底還是底包側的結構形式，都會給掛籃模板調整帶來一定難度。

波形鋼腹板

箱梁外腹板為鋼筋混凝土+波形鋼腹板組合結構，波腹板位于腹板外側，厚度8mm，主要起到箱梁外形裝飾作用，波腹板通過內側鉚釘錨固在混凝土內。在掛籃施工過程中波腹板安裝及精確定位是重點。

掛籃設計

主要設計參數

根據類似工程施工經驗，掛籃主桁架采用菱形結構，五片桁架組合設計形式，主桁立柱之間由型鋼桁架連接為整體。主要參數如下：

①最大懸澆梁段重量：277.9t；②最大懸澆梁段長度5.2m；③行走方式：液壓油缸頂推前移；④模板提升方式；螺旋千斤頂提升；⑤掛籃自量控制在139t（0.5倍最大塊段重量）以內；⑥最大撓度：＜20mm；⑦抗傾覆穩定系數：走行時大于2，澆注時大于2。⑧主桁桿件安全系數：大于2。⑨吊桿和錨桿安全系數：大于2。

主要結構設計

（1）主桁架承重系統。主桁由雙拼槽32型鋼組成，分為前后腹桿、立柱、上下水平桿，主桁各桿件之間全部采用銷軸連接。前端設有前上橫梁，用于懸吊各前吊桿，前上橫梁上設置施工操作平臺及護欄。（2）掛籃模板系統。模板設計均按全斷面一次性澆注連續箱梁混凝土考慮；因箱梁高度及底板寬度每個梁段各不相同，從適用性和安全性考慮，底模和側模之間采用底包側形式。（3）掛籃提吊系統。掛籃懸吊系統主要由橫梁、鋼吊帶、精軋螺紋鋼和千斤頂等組成。鋼吊帶采用厚32mm寬140mm鋼板加工。

掛籃施工

掛籃拼裝

根據現場吊具的實際起吊能力，將各部位大件在地面預先組拼，分塊吊裝。主要構件拼裝順序如下：主桁組拼—安裝軌道—主桁吊裝—主桁錨固—主桁平聯—上前橫梁—前后吊帶（桿）—前后下橫梁—底籃縱梁—底?！獋饶ｍ斈！?/p>

掛籃預壓

因本橋腹板縱向主筋為Ф36mm鋼筋，圖紙要求0#箱梁預埋外伸鋼筋長2m，1#箱梁總長僅有3.5m，底?？臻g無法滿足堆載預壓要求；另跨中一側掛籃下方為帕西格河，河面凈空僅4m，無法采用反拉和吊掛預壓。綜合對比選用較為便捷的牛腿反頂預壓。在三個中腹板位置安裝三個反頂牛腿，因邊腹板為傾斜設計，無法實現預壓；采用3臺500t液壓千斤頂分別安裝于中腹板牛腿下方，建模計算出中腹板對應的前橫梁各支點反力，千斤頂安照計算的反力頂推牛腿和掛籃底板達到預壓目的。

技術研究及建議

主桁設計

本橋單端掛籃主桁共5片桁架，經建模計算桁架前支點反力依次為275.2KN、672.3KN、578.4KN、672.3KN、275.2KN，數據中可見兩側邊腹板桁架支點反力不足中桁架的一半，理論上邊桁架結構強度可以大幅降低?；?個原因：①保持各主桁行走時步調一致；②便于下一個項目掛籃改制利用；③在掛籃預壓時兩側邊腹板桁架無法預壓，通過提高兩側桁架結構的安全儲備，彌補兩側主桁無法預壓的不足；所以將5片桁架結構統一。

行走系統

本掛籃依靠主桁與軌道之間的液壓千斤頂提供動力，每個主桁安裝一臺，通過油泵一拖五中控閥向5個液壓千斤頂統一供油，實現同步行走?；c型鋼軌道之間設有加強鋼板摩擦面，在摩擦面涂黃油做潤滑劑。單個行走千斤頂可提供70t頂推力，如果將主桁的水平桿用水平型鋼桁片連接為一整體，確保水平桁片具有足夠的強度（＞14.5KN）和剛度(變形＜2cm)前提下，將第2、4道主桁千斤頂取消，依靠第1、3、5道主桁帶動第2、4道主桁整體前移是可行的,或者用第2、4道主桁帶動第1、3、5道主桁前移，理論上完全可行。單個液壓千斤頂+海運費成本為1.5萬元，以單端掛籃配3個行走千斤頂計算，全橋可節省8個液壓千斤頂共計12萬元，水平型鋼桁片總成本約5萬元，此項可為項目節約成本12-5=7萬元。

外模系統

本橋箱梁兩側外腹板斜率為1∶2不變，底板寬度隨梁高減小而逐步變寬。為了滿足外腹板斜率和底板寬度的變化需求，設計意圖是將掛籃外側模板和背后桁架片沿箱梁底板邊線逐塊切割，施工過程中會造成兩個問題：①全橋合龍后，所有外側模全部成為廢料，無法周轉；②現場手工切割外側鋼模，會造成側模與底模之間接縫參差不齊，嚴重影響混凝土外觀質量。

箱梁邊腹板外側設計有一層厚8mm波形鋼腹板，該鋼板不參與結構受力，僅作為外腹板造型用。鋼腹板內表面設置剪力釘，與現澆箱梁混凝土連接為整體，在混凝土澆筑時，同時起到模板作用。因此在掛籃設計時，該部分的模板可以進行簡化設計，可省略面板，側模桁架能夠固定波形鋼腹板即可。

底?；?/h3>

本橋為左右幅整體箱梁，單箱四室結構形成了箱梁橫向寬度長、塊段重量大的特點，箱梁底板最大寬度達19.6m，前后下橫梁長達23.5m，如采用一般的下橫梁設計，橫梁型鋼自身撓度與連接螺栓孔空隙疊加會造成橫梁中部下撓過大，不能滿足施工要求，甚至可能造成連接部位因應力過大斷裂。采用雙拼H45型鋼采用螺栓連接成整體，現場實測達25cm。

（1）設置底?；?。在通常掛籃設計中均無底模滑梁這一結構，為了減小掛籃行走時后下橫梁連接處的連接鋼板和螺栓應力，減小下撓量，在下橫梁下放設置兩道滑梁，滑梁前端與上前橫梁吊帶連接，后端通過滑車與內箱后錨相連，通過前吊帶或滑車后錨調整滑梁與下橫梁的緊密程度，使下橫梁與滑梁共同受力，穩步行走。

（2）節點位置設加強鋼板。首先將螺栓連接鋼板與主梁型鋼焊接成整體，消除螺栓孔間隙引起的下撓；在連接點的內外側型鋼翼緣板位置焊接兩塊4000mm*430mm*14mm鋼板，使橫梁中間4m范圍的型鋼形成箱體，增加下橫梁剛度。從計算結果可以看出，加強后的后下橫梁最大應力為85Mpa，撓度為12mm，遠小于螺栓連接時的撓度值，對下橫梁進行適當加強完全可以滿足施工需要。

北岸邊跨施工組織探討

本橋邊跨長40m，其中直線段長5.92m，合龍段長2m，單側懸澆梁僅有5個塊段共長22.4m，兩側邊跨均位于陸地，其中南岸邊跨橫跨現有道路，交通繁忙，北邊跨位于陸地上，且地質狀況良好，橋下凈空4m，具備支架現澆施工的條件。

結語

（1）掛籃懸澆施工一直是變截面箱梁的主要施工方法，在新掛籃設計及加工過程中應充分考慮掛籃的通用性和便利性，本項目掛籃在設計中不僅考慮了本橋懸澆箱梁使用，同時參考了即將開工的新建項目箱梁設計，經過簡單的現場改造即可投入到新項目中使用，大大提高了該掛籃的周轉利用率，降低了施工成本。（2）在新型設備如掛籃、橋面吊機、移動模架等設備設計過程中，應充分召開專家討論會，進行桌面推演，盡量模擬施工中每個環節，把問題解決在萌芽狀態。（3）本項目已經全部完工并通車，實踐證明本橋掛籃的實施經驗可以應用到類似工程當中。