菱形挂篮设计与施工

中铁七局桥梁工程施工技术交流会1菱形挂篮设计与施工周远杰(中铁七局武汉工程有限公司）摘要：菱形挂篮主要受力构件为二力杆，具有结构轻巧、受力明确、拆锚方便的特点。主梁采用H型钢，双向回转半径较大，增加了杆件的稳定性。本文对天兴洲大桥北岸引桥滠口左线引桥1号桥的菱形挂篮设计和施工进行了介绍。关键词：悬臂浇筑、菱形挂篮、设计、施工1工程概况滠口左线引桥1号桥全长1237.64m,共计37墩1台，中心里程为WDK1176+447.68。全桥大部分在滠水河泛洪区内。主跨为32m+48m+32m（7号～10号墩）等高度预应力混凝土连续弯梁跨越滠水河。连续弯梁为单线悬臂浇筑连续梁，位于R=800m的圆曲线及缓和曲线上，线路坡降为+5.2‰。2挂篮设计挂篮设计依据施工图纸按以下要求设计，设计原则：自重轻、结构简单、受力明确、坚固稳定、变形小、前移和装拆方便、具有较强的可重复利用性。2.1挂篮选型挂篮是悬臂施工中的主要设备，按结构形式可分为桁架式（包括平弦无平衡重式、菱形、三角形、弓弦式等)、斜拉式(包括三角斜拉式和预应力斜拉式)、型钢式及混合式4种。2.1.1设计要求⑴箱梁结构参数：等高度单箱单室箱梁，截面梁高3.3m，全桥箱梁顶板厚0.25m，箱宽4.2m，桥面板宽7.4m，腹板厚跨中部分为0.35m，支点附近为0.60m，底板厚从跨中部分至支点由0.25m变至0.6m；全梁共设5道横隔板，全梁共分35个梁段，中支点0#梁段长6.0m，一般梁段长3m，合拢段长2m，边跨直线段长7.5m，全梁采用双向预应力体系。⑵挂篮最大重量不得大于33t；⑶悬臂浇筑混凝土最大重量57.72t；2.1.2类型选定根据混凝土悬臂施工工艺要求及设计图纸对挂篮要求，综合比较各种形式挂篮特点、重量、采用钢材类型、施工工艺等，经过研究决定采用菱形挂篮，菱形挂篮结构简洁、受力明确、拆装锚固方便，为施工提供了宽阔的作业空间。中铁七局桥梁工程施工技术交流会22.2挂篮结构材料挂篮菱形组合梁采用300×300H型钢，内导梁、底纵梁、横梁均采用I36a工字钢，吊带采用Φ32精轧螺纹钢，滑道采用250×250H型钢。2.3挂篮结构检算荷载传递路径见图1。检算内容包括：⑴菱形组合梁。按最大重量节段荷载对组合梁各杆件进行强度、刚度及稳定性检算；⑵上下横梁、吊杆、导梁、滑道、压紧器、前支腿、后锚、底纵梁进行强度和刚度检算；⑶各连接螺栓、连接板、焊缝进行强度检算；图1荷载传递路径2.4挂篮技术参数⑴挂篮及模板自重19t，挂篮与最大梁段重量比0.33；⑵设计荷载100t，恒载安全系数取1.2，活载安全系数取1.4；⑶走行方式：无平衡重走行方式。⑷走行时抗倾覆系数大于2.0，静止时抗倾覆系数大于3.0⑸挂篮的弹性变形值为10mm，非弹性变形值为2mm。3挂篮结构形式挂篮主要由承重系统、底模系统、模板系统（内、外）、走行系统、后锚固系统组成。图2、图3分别为挂篮的侧面和正面图。图2挂篮侧面图底板荷载腹板荷载菱形梁翼板荷载底纵梁后横梁前横梁内导梁顶板荷载前支腿前下横梁底纵梁侧模前上横梁液压千斤顶吊杆0#1#2#1#2#滑道内导梁后锚后下横梁后上横梁菱形组合梁中铁七局桥梁工程施工技术交流会3图3挂篮正面图图3挂篮正面图3.1承重系统每套挂篮由10片H型钢组合梁组成，菱形组合梁由4根H型钢主梁和1根H型钢立柱组成，同时顶面设水平联系杆，提高整体刚度。底纵梁梁下设滑道，滑道固定在已浇筑混凝土梁上。前横梁：采用2根I36a工字钢栓接于主梁前端上翼缘，竖向配置4根承重吊杆。后横梁：采用2根I36a工字钢，竖向配置2根承重吊杆，2根后锚吊杆。立柱：上端设有横向联连接杆，保证主梁横向稳定。3.2底模系统底模长4.5m在混凝土悬臂施工中承担钢筋混凝土重量及施工机具重量，并兼作施工操作平台。底模采用大块钢模板，模板平铺于底板纵梁上，纵梁在底板下采用11根I36a工字钢。底板纵梁与前下横梁、后下横梁采用栓接，前下、后下横梁均采用2根I36a工字钢。3.3模板系统（内、外）外模用槽钢及角钢做骨架，其外围为大块钢模，钢模面板用6mm热轧板，骨架与模板连接均采用焊接，侧模与底模用螺栓连接，悬臂部分用钢管斜撑在外模槽钢上，侧面与底模同菱形挂篮一起移动，内模采用槽钢和角钢做骨架，钢木组合模板，采用内导梁移动。3.4走行系统分为菱形组合梁走行系统，侧模走行系统及内模走行系统三部分。菱形组合梁走行系统：在每片梁前端设滑动点2个，后部设平衡导向滑轮，箱梁顶面上设2个滑道，向前滑移。侧模走行：外模走行，在侧模上安装调节杆，当松开后锚栓、底模连接螺栓底纵梁千斤顶调节杆侧模板吊杆内导梁下横梁方木上横梁中铁七局桥梁工程施工技术交流会4及支撑拆模时，在模板自重和调节杆共同作用下，侧模、底模向下脱落在主梁上，主梁、侧模、底模、内模滑梁同时前进。内模走行：放松内模后，内模板即落在内导梁上，与主梁、侧模、内模同时前进。3.5后锚系统后锚栓采用Φ25精轧螺纹粗钢筋。作用是将挂篮承受的荷载传至箱梁上，并防止挂篮倾覆。主梁移动的倾覆稳定由主梁后端压紧器来维持。4挂篮载荷试验初次使用挂篮前对其进行荷载试验,以检验挂篮的承载能力和了解挂篮的施工挠度。4.1试验方法⑴挂篮使用前在地面进行预压试验，选择在谌家矶左线引桥107号墩承台进行预压试验。挂篮的试验荷载为80t，大于混凝土及施工荷载重量的1.3倍。⑵为了确保挂篮荷载的受力情况与真实情况相同，试验的荷载采用钢材和混凝土预制板（2.5×1×0.2m，每块重1t）。⑶分级加载顺序为：0％→10％→50％→100％→130％→100％→50％→0％。压载时间自压载结束到开始卸载为48小时4.2变形观测⑴在挂篮横梁、后锚、菱形组合梁后部共设置28个观测点。⑵在每级加载或卸载的时候及时进行观测。⑶在加载过程中应注意检查挂篮各个部位，如发现异常现象应立即停止加载，进行处理。⑷根据测量数据进行统计分析，得出挂篮施工挠度。本挂篮最终试验结果：挂篮的弹性变形值为12mm，非弹性变形值为2mm。5挂篮拼装挂篮在工地加工制作，利用汽车运输到施工墩位处，主墩挂篮拼装采用25t吊车提吊拼装，等1号梁段施工完毕并张拉预应力索后开始拼装。挂篮安装顺序为：将滑道放在已定位置上，并用压紧器将其固定，以防倾覆→用吊车安装主梁，立柱（菱形桁架底梁锚固在滑道上）及立柱平联→安装前上横梁于主梁端头，并安装平联与主梁连接→用吊车先后吊装前下横梁、后下横梁、底板腹板下纵梁，并安装吊杆→安装纵梁，侧模及支架。中铁七局桥梁工程施工技术交流会56挂篮施工工艺菱形挂篮施工工艺见图4。6.1模板调整挂篮安装到位后应做好水平中线及标高的控制。中线控制：由于是弯梁，在上一浇筑梁段上利用全站仪放出上一梁段的轴线，横桥靠近下一施工梁段处分别放出箱梁中及腹板边放3个点，以便校核。利用上一梁段的轴线挂线向下一梁段延长，量取两个梁段之间轴线在未施工梁段前端的横向偏移值即可定出下一梁段的中轴线。高程控制：挂篮后端标高即为上一梁段混凝土标高。挂篮前端标高考虑设计标高、上一梁段标高、挂篮弹性变形、挂篮自重引起的对结构的下挠等因素，由软件模拟计算得出。图4挂篮施工工艺流程图6.2钢筋绑扎钢筋按要求下料、弯制，制作成型后挂牌分类堆放，需要钢筋时吊装至挂篮位置，人工绑扎。先绑扎底板、腹板钢筋，并安装竖向预应力筋及波纹管道，待内模前移到位后绑扎顶板底层钢筋，安装顶板预应力管道，绑扎顶板上层钢筋、安装顶板预埋件。安装钢筋、波纹管道、预埋件的尺寸偏差不得大于设计和规范要求。6.3预应力波纹管成孔全桥预应力管道均按照设计要求采用塑料波纹管成孔，安装波纹管时如果管道与构造钢筋位置冲突时，适当移动构造钢筋，绝对保证预应力管道按设计位置定位，并采取加密定位钢筋网片、网片与箱梁构造筋点焊牢固等措施，保证预应中铁七局桥梁工程施工技术交流会6力管道位置在浇筑混凝土时不移动。所有纵向预应力孔道内设置PVC内衬管，防止浇筑混凝土时，孔道发生变形。6.4混凝土浇筑T构两节段同时进行对称悬浇施工，不平衡重按设计不大于2m36.5预应力穿束、张拉及压浆竖向预应力筋采用先穿法，纵向采用后穿法人工穿束。在梁体强度达到85％以后张拉纵向预应力筋，竖向预应力筋按设计滞后1个节段张拉。压浆采用真空压浆工艺。6.6挂篮移动每一节段纵向预应力钢绞筋张拉完毕，压浆后，进行挂篮的向下一梁段移动，准备进行下一梁段的施工，挂篮的移动必须按照以下步骤进行：⑴首先，在梁段顶面找平并测量好滑道位置，找平、铺设滑道。⑵将承重的各吊杆慢慢松开，同一断面的吊杆必须同步放松，当内导梁、底纵梁、下横梁离开混凝土面15cm时停住。前后横梁梁端两侧各加挂一个10t的倒链连接上下横梁，防止吊带脆断。⑶此时底模板、侧模板及内模系均与梁体脱离，将菱形梁后锚松开，人工采用倒链将主梁拖拉到位，主梁的前移带动侧模、底模及内导梁整体滑移到位，随着主梁的前移，压紧器应交替前移（不得少于2根），以保持主梁的稳定，滑到位以后将主梁后锚杆锚紧（不得少于3根），并用测力扳手张拉15T。⑷挂篮主梁移动到位后，把底模重新固定在各吊杆上，将内导梁也和上一梁段预留吊杆及前吊杆固定好。初步调整好中线及标高。⑸根据测量组放样中线及抄平测量精确调整好轴线及标高。水平调整采用倒链人工调，到位后将各螺母旋紧；标高调整采用千斤顶调节吊杆可以精确的达到施工要求。⑹挂篮调整好后，安装模板、钢筋，灌注前重复检查中线、高程，灌注混凝土。并等混凝土强度85%后张拉、压浆。⑺挂篮向下一节段移动。7挂篮施工中遇到的问题及解决措施⑴挂篮前移后调整时间过长。主要原因为标高调整时，调整吊杆采用倒链人工调整，倒链间隙大很难做到精确调整。后在每个需要调整的吊杆上安装千斤顶，采用千斤顶调整后，挂篮的调整既提高了速度又保证了精度。中铁七局桥梁工程施工技术交流会7⑵挂篮内导梁移动小车上未设计有挡轴固定内导梁，当松开吊杆向前移动挂篮时有危险性，在移动挂篮之前发现此问题后立即钻孔安装挡轴，使内模系统安全顺利的移动倒位。8以后施工中拟优化的问题及设想⑴在设计挂篮主梁时，主梁采用H型钢作为主梁的杆件，考虑的是H型钢两个方向回转半径均较理想，可以提高杆件的稳定性。从钢材的利用率角度看，采用2根槽钢焊接成方钢形式作为主梁杆件是最能发挥钢材性能的方法，但此种方式在杆件的连接上又遇到了困难。如能改善设计方法，利用更轻便的杆件材料将进一步降低菱形挂篮的重量，提高挂篮的利用系数，达到节约成本的目的。⑵挂篮走行系统采用倒链人工拖拉的方式，速度不高且占用劳动力。设想在前支腿处安装液压千斤顶采用电动油泵为动力，可达到既快又省的目的。