浅析挂篮施工法

摘要：津保铁路子牙河特大桥主桥为（76+4×120+76）m连续梁桥，本文介绍了该桥的主要结构特点，以及菱形挂篮施工法在该桥主体结构上的运用，从挂篮的结构特点以及从模板、钢筋、混凝土、预应力等施工方面介绍了其施工特点，同时也阐明了施工中的一些重难点和控制要点，为挂篮在大跨度连续梁施工方面给出点借鉴意义和参考。

Abstract： The main bridge of Jinbao Railway Ziya River Bridge is （76+4×120+76）m continuous girder bridge. This paper introduces the main structure characteristics of this bridge， and the application of rhombic cradle construction in the main structure of the bridge， introduces its construction characteristics from the structure characteristics of the hanging basket， template， steel， concrete， prestressed and other construction aspects. At the same time， this paper illustrates the difficult points and key control points of the construction to provide reference for the hanging basket in the construction of large-span continuous beam.

关键词：挂篮；后锚；T构；模板；钢筋；混凝土；预应力；线形；合拢

Key words： hanging basket；back anchor；T-structure；template；rebar；concrete；prestress；linear；fold

中图分类号：U445.57 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2016）12-0103-04

0 引言

挂篮施工法在主体结构施工中是一种很常见且应用很广泛的施工方法，本桥为主跨120m的六跨连续结构，跨度在连续梁体系中属于大跨度，在施工过程中需从模板、钢筋、混凝土、预应力等各个方面严格控制，每一步把好质量关，同时对于多跨、大跨度而言，合拢前整体线形及高程控制是重难点，本文基于此，从各个方面阐述施工过程的要点，希望能为以后类似工程的施工提供建言。

1 工程概况

津保铁路子牙河特大桥主桥连续梁采用六跨连续的形式，孔跨布置为（76+4×120+76）m，跨度形式见“图1”，桥墩号为271#-277#，其中272#-276#为连续梁主墩，271#和277#为连续梁边墩。主桥中心依次跨越津同公路辅路和津同公路，及子牙河主河道。其中津同公路处于国道G112上，车流量密集，交通繁忙。为了不影响桥下通行，以及减少对场地的占用，同时结合主桥结构特点，决定采用挂篮悬臂浇筑法进行主桥主体结构施工的方案。

2 主桥主梁结构形式

主梁采用单箱单室、直腹板、变高度箱形截面，跨中及边支点梁高为5.0m，中支点处梁高为9.0m，截面形式分别见“图2”和“图3”，梁底曲线按二次抛物线变化；主梁顶面标准宽度为12.2m，顶板厚度为0.45m，中支点处局部加厚为0.95m，边支点处局部加厚为1.05m；主梁底板宽6.4m，底板厚度按二次抛物线由0.45m变化至1.0m，中支点处局部底板厚1.8m，边支点处局部加厚为1.1m；主梁腹板厚度由0.5m按折线分两次变化至1.0m，边支点附近线性增加至1.25m；全梁共划分为163个梁段，4个主墩共4个0号梁段，5个主墩T构对称布置，单侧分为1-15号梁段，合拢段为16号梁段，两边跨直线段为17号梁段；其中0号梁段长13.0m，边跨现浇直线梁段长14.8m，1-15号梁段长分别为3.0m、3.5m、4.0m三种不等长度段，16号合拢段均长2.0m。最重梁段为1号梁段，单个梁段重2036kN。

3 挂篮结构形式

根据连续梁主梁截面特性，结合各个梁段长度不完全相同的特点，经综合对比分析各不同类型挂篮施工的特点，选用菱形挂篮进行施工。本施工方法所采用挂篮主体为两桁式菱形挂篮，挂篮主体结构形式见图4和图5，挂篮由主桁架、底模平台及吊挂系统、内外模吊挂及走形系统、后锚固、内外模、施顶系统等组成。

①主桁架：单只挂篮分两片主桁，通过联结系联结成整体，每片主桁由上下弦杆、斜撑杆、斜拉杆组成，挂篮主桁各杆件之间以及主桁与联结系之间均采用销接，以便于运输以及安装与拆解；

②底模平台：底模平台由前下横梁、后下横梁、底模纵梁以及底模、前后吊挂系统（含垫梁、扁担梁、吊带、千斤顶）、防护围栏系统组成；

③内外模系统：由内外导梁、吊环、吊带、销座等组成；

④走形系统：由走道梁、后勾板、内外导梁及走行吊环组成；

⑤锚固系统：锚固系统的作用是在挂篮悬臂浇筑混凝土过程中，在主桁尾部提供一向下的压力，以平衡挂篮前方的倾覆力矩，包括锚固梁以及竖向预应力锚固筋；

⑥挂篮模板及限位系统：挂篮外模采用钢模，内模采用组合钢模，内外模之间设对拉筋进行对拉定形，侧模夹底模形式布置；外侧模与其支撑架焊接为一体，支撑架采用[10槽钢焊接为桁架形式，以加强整体受力，在梁高变化节段并可适时切割外侧模底部，以适应梁高的变化；挂篮底模为可调节底模板，在施工时，随梁段底板线性变化而进行底模及边腹板下底模平台纵梁的调整；

⑦挂篮走行：挂篮走行采用在已浇筑梁段上铺设走道梁，然后在挂篮前进方向两边各布置液压千斤顶带动两片主桁走行的方式，走行时菱形主桁带内外导梁、外侧模及底模平台一次走行到位，然后重新锚固主桁并收紧底模平台前后吊挂，再进行下一节段的施工工序。

4 主梁施工模板系统

模板是主梁结构施工中最基本也是最基础的一环，本施工方案中模板均为吊挂型模板，主体重量均由吊挂系统进行吊挂，该形式模板重量均通过挂篮主桁传递于连续梁自身结构上，也正好利用了连续梁T构能承受较大负弯矩的特点。1号节段为挂篮施工的首个节段，挂篮基于0号节段拼装，外侧模及底模通过外导梁及前上横梁悬挂于挂篮主桁及梁体上，内模主体则通过内导梁及前上横梁悬挂于挂篮主桁及梁体上，形成整个内外模系统的有机结合。挂篮施工正式开始后，首要工序，同时最重要的工序是进行模板的调整，包括控制标高、线性、梁高等的调整。通过调整侧模顶面及内模顶面标高来控制主梁待浇节段顶面标高，通过控制底模顶面标高来控制梁高及梁底曲线的变化。在每个节段的标高控制中，顶面标高的控制采用5点一线的控制方法，即顶面中心点为主，两边各两点为辅，以此5点来控制梁面标高以及检测外侧模和内模的应变情况，及时在下一节段的施工过程中做出标高调整及模板的变形处理措施；梁底标高的控制采用3点一线的控制方法，即底模顶面中心点为主，腹板两侧附近各一点为辅。通过上下8点的控制来确保每一节段的梁高及线形与设计相符，以确保最终顺利合拢。顶底面模板标高的调整均由挂篮前吊带于前上横梁上进行调整，所不同的是顶面模板标高的调整为通过调整内外导梁的标高来改变其标高，底模板标高则直接调整吊带的上下幅度来进行调整。在挂篮模板系统中，前吊带承受一半来自各个节段和模板的重量，故在挂篮结构中，吊带材质选用Q345钢材加工而成，以保证结构安全和满足浇筑过程中的变形要求。

5 主梁施工钢筋体系

在每一节段工序施工时，挂篮锚固系统完成以及模板标高及线形控制调整完毕后，接下来进行的是钢筋骨架的绑扎工作。在主桥钢筋施工中，前一节段均预留下一节段的纵向搭接钢筋接头，主梁纵向主筋均采用HRB400钢筋，直径16mm，在节段分界面外露至少60cm，相邻两主筋端头纵向间距满足35d（d为钢筋直径）间距要求。在纵向主筋搭接时，均采用焊接连接，单面焊缝满足10d、相邻焊缝纵向间距满足35d要求。纵向与横向交叉钢筋均采用扎丝绑扎，在钢筋与预应力管道位置相冲突的地方，均采用预应力管道位置优先的原则，对钢筋作让位或切断后补强的方式。钢筋骨架是节段的内在根本，每一节段的钢筋绑扎及焊接工作均基于挂篮及其模板基础上进行，钢筋绑扎及焊接按照先腹板，后底板及顶板的顺序进行，各骨架钢筋按照先后顺序有条不紊地进行绑扎及焊接，同时确保钢筋与预应力体系及挂篮预埋体系不相互影响。

6 主梁施工混凝土体系

主梁采用C55混凝土，待钢筋骨架和模板及预应力体系安装完毕，挂篮浇筑前锚固及吊挂系统检查无误后即可进行混凝土的浇筑工作。在每一节段的浇筑过程中，采用两台混凝土泵车分别站于T构两侧对称浇筑的方式。C55混凝土由于粘稠度大，并且由泵车泵送至桥面进行浇筑，会对其坍落度造成一定影响，故在每一节段正式浇筑前，必须由实验室控制好其坍落度。在浇筑顺序上，按照先对称浇筑两侧底腹板间倒角，再浇筑腹板，后浇筑底板及顶板的顺序进行。底腹板间倒角位置的优先浇筑完成，能有效防止在浇筑振捣腹板时翻浆现象的发生，同时也为腹板及底板和顶板的浇筑作支撑，二者互不影响，加快每节段的浇筑时间。在浇筑每一节段的过程中，最重要的是要尽量保持两端浇筑方量的同步。在实际的施工过程中，绝对的同步不能保证，为防止两端因浇筑速率不同而导致不平衡弯矩过大，造成结构或安全影响，在墩顶处设置有墩梁固结体系，墩梁固结体系采用在墩顶大小里程侧各预埋40根直径Φ32mm精轧螺纹钢筋，顶面升入梁体内1m，让墩身与梁体整体固结而成，设计考虑单侧不平衡荷载不超过20t。混凝土浇筑过程中，其和易性、入模温度、含气量等均应严格控制，同时振捣过程中控制好振捣间距及时间，充分振捣密实，并养护完善，为接下来预应力体系的张拉工作奠定基础。

7 主梁施工预应力体系

主梁设计采用三向预应力体系，即纵向、横向和竖向预应力体系。纵向预应力体系采用抗拉强度标准值为1860MPa的高强度低松弛钢绞线，公称直径Φ15.2mm，单束预应力束无论T构束还是合拢束均采用17根Φ15.2mm钢绞线组成，管道采用内径Φ90mm金属波纹管预埋形成；横向预应力体系也采用抗拉强度标准值为1860MPa的高强度低松弛钢绞线，公称直径Φ15.2mm，横向单束采用5根Φ15.2mm钢绞线组成，管道采用内径Φ90×19mm扁金属波纹管预埋形成；竖向预应力体系则采用Φ25mm预应力混凝土用螺纹钢筋，型号为PSB830，抗拉强度标准值为830MPa，管道采用内径Φ35mm铁皮管预埋成孔。纵、横向预应力钢绞线单根张拉控制应力均为1302MPa；竖向预应力钢筋单根张拉控制为706MPa。根据连续梁T构施工特点，随着施工节段的增多，单侧悬臂会越来越长，最长可达59m，T构上弯矩和剪力也会随之逐渐增大，弯矩与剪力图见“图6”和“图7”。为此，在每完成每一节段混凝土的浇筑及养护周期后，挂篮走行之前需进行三向预应力的张拉及压浆作业，张拉及压浆顺序采用先纵向，再竖向，最后横向的顺序。预应力的张拉及压浆为每节段施工最后一环，也是最关键的一环，张拉力的控制到位与否直接关系到整个结构的安全及运营。在张拉工作开始之前，应保证梁体混凝土强度及弹性模量达到设计值的100%，且必须保证张拉时梁体混凝土龄期大于7天。在张拉纵向束前，挂篮底侧模不可进行脱模操作，此时底侧模需仍处于受力状态，以保证主体结构张拉前不发生挠度变化。T构纵向束采用左右及纵向两端对称张拉，每节段按照先腹板后顶板的张拉顺序，张拉时逐步加载张拉力至设计值，同时记录各阶段的伸长量，加载至100%张拉力时进行最终伸长量计算，并与设计伸长量对比，控制误差。竖向预应力采取复拉的措施，即张拉锚固后重新张拉至设计值，再次拧紧螺栓，确保竖向有效预应力，实测伸长量与理论之差控制在规范以内。每一节段横向预应力束布置时张拉端与锚固端交替布置，张拉时采用两侧交替进行单端张拉的方式，张拉过程中控制好张拉力与伸长量，确保满足要求，同时保留距离下一节段最近的一束，待下一节段浇筑完成后再进行张拉，以保证交接面处施加预应力时混凝土的受力。三向预应力的张拉压浆工作完成，即可进行底侧模的脱模工作，同时安排挂篮走行。

8 主梁施工合拢段

主桥采用六跨连续的结构形式，六个合拢段分为二边跨、二次边跨和二中跨合拢段。合拢段长度均为2m，除边跨外，次边跨与中跨合拢段均设有横隔板。根据设计合拢顺序，先合拢两主跨和两边跨，最后合拢两次边跨。两边跨的合拢可以在合拢时间上错开，不会对整体合拢造成影响，但两主跨和两次边跨的合拢尽量保持合拢时间的一致，在受力上进行力矩与剪力转换方面必须一致，以免因合拢时间的不统一造成次应力的产生，影响整体合拢后主体结构受力。两边跨直线段采用支架现浇法进行浇筑，浇筑前必须预埋合拢段劲性骨架刚底座，为后续合拢前焊接临时刚性连接做准备，预埋位置必须与设计无大的偏差，与波纹管位置则可进行适当地调整。各主墩T构在浇筑15号块段时，同样需要在相应位置预埋底座，各相邻预埋底座必须保证纵向或横向位置处于同一水平线上。边跨合拢采用合拢一侧挂篮向前移动适当距离，靠次边跨一侧挂篮不动的方式，单只挂篮进行合拢。边跨直线段17号块段在现浇支架上浇筑完成后，挂篮向边跨移动，同时挂篮部分底模搭于支架上，侧模部分深入直线段已浇筑部分，实现外膜封闭。挂篮移动至设计位置，后锚及模板安装完成后，即可同时进行钢筋的绑扎工作和钢绞线的穿索工作。在合拢段混凝土浇筑前，部分顶板和底板合拢束需要提前进行临时张拉，为加快施工进度，在边跨合拢前，一次性安排将所有合拢束穿索完毕，同时也可检测先前浇筑块段孔道的畅通情况，为合拢束的张拉排除障碍。单个临时刚性连接劲性骨架采用双工56工钢配合钢板焊接而成，布局为顶板三个，底板二个，以调节整体结构在合拢前后受温度影响而产生的温度应力。钢筋及模板安装完毕，纵向合拢束全部穿索完成后，根据合拢段混凝土预计浇筑的时间进行劲性骨架的最终焊接及部分纵向束的临时张拉。根据混凝土受压强度大，受拉强度小的特点，合拢段混凝土的浇筑安排在凌晨气温最低时进行，根据这个时间点，提前进行相应准备工作的安排。劲性骨架的焊接采用气保焊的方式进行焊接，焊缝质量严格控制。焊接完成后及时进行临时合拢束的张拉，浇筑前为平衡挂篮两侧荷载，在非合拢侧安放可以储存与浇筑合拢段混凝土相等重量水的水箱，浇筑过程中，随着混凝土浇筑量的大小相应的往水箱注入同等重量的水，以平衡T构两端荷载，直至浇筑完成。中跨和次边跨合拢时则采用两只挂篮向合拢侧相向移动，两只挂篮合并进行合拢的方式，合拢前也需控制好时间，提前进行临时刚性连接劲性骨架的焊接及临时合拢束的张拉工作，浇筑时间的控制对最后全桥合拢时整体受力及线形起重要作用。中跨及次边跨混凝土的浇筑选择凌晨气温最低时段，两侧对称同步浇筑，直至全桥顺利合拢。

9 挂篮施工结果及经济性对比分析

经过一系列过程的控制，在全桥合拢时，经测量，合拢口两端线形及高程误差均控制在5mm以内，满足合拢时精度和线形要求，圆满实现全桥合拢。同时，与支架现浇方式的对比上，整个施工周期虽会有所延长，会延长整个周期的2%左右，但在经济上大幅减少了施工成本投入，施工成本运用对比分析因此节约至少总造价的10%。因此，在施工周期允许的条件下，挂篮施工法不失为一种经济、高效、安全的施工方法，值得在连续的结构体系施工时推广。

10 挂篮施工重难点及后期展望

本主桥挂篮施工重点在于挂篮本身的操作及结构特点，菱形挂篮结构具有重量轻、外形美观、移动灵活、走行方便、整体受力后变形小等特点，在每一节段的施工操作中，首要的任务就是对于后锚系统的安装及检查。后锚系统对于整个挂篮起决定性作用，在每一节段挂篮走行到位后，第一步即是后锚固系统中精轧螺纹钢筋的预施加应力的张拉工作，同时严格控制好张拉力并上下用双螺帽进行拧紧锚固。第二步是对挂篮走行时和浇筑混凝土时的受力结构的转换，挂篮走行时处于空载状态，模板及主体走行通过导梁及后吊挂滚轴进行顶推前进，此时前后吊挂系统通过吊带受力，受力不大；浇筑混凝土前，则需提前对后吊带进行受力转换，浇筑混凝土后混凝土重量大部分由后吊挂承受，此时重量成倍增加，若钢吊带进行承受，则难免会出现安全及挠度方面的问题，为此，后吊带必须由精轧螺纹钢筋进行承受，同时给精轧螺纹钢筋预施加拉力，保证浇筑前后结构无变化。本主桥采用六跨连续的结构，五套挂篮同步进行施工，难点在于全桥合拢时的精度及线形的保证，五套挂篮合拢前互不影响，自成一体，无论哪一套挂篮在施工中出现高程或线形方面的问题，都会对整个桥型的结构及美观造成一定影响，在施工中，各节段在混凝土浇筑前后及预应力张拉前后，高程及线形均会有所变化；再者，120m的跨径在连续梁结构中属于大跨径，跨径越大，挂篮T构悬臂越长，悬臂端更易产生大的挠度。为此，在每个节段进行模板标高调整时，需要提前计算出挂篮重量及混凝土重量对挠度及线形的影响，提前做好预判，预留出挠度下降影响空间，并在后期的预应力张拉过程前后进行综合调整；同时，每若干节段需进行整体线形及高程的跟进复测，确保达到设计要求。挂篮悬臂浇筑施工方法的运用基于桥型结构的特点，在连续体系桥梁结构中，由于该施工方法能较好地利用体系结构能承受较大负弯矩的特点，同时施工中不影响桥下通行或通航，无需占用桥下空间来进行支架基础的搭建工作，在工期合适的条件下，该方法能得到较好地运用，同时也能省工省事，较为经济。随着以后经济及交通领域的发展，路网结构会越来越发达，道路纵横交错程度会越来越复杂，各种新设计桥梁均需上跨河流、既有公路和铁路，为不影响既有线路的运营，同时方便自身桥梁施工，挂篮施工法未尝不失为一种好的选择，同时对于一些安全要求高的线路，还需多种施工方法的结合，比如挂篮悬臂浇筑与转体施工法的结合，在以后的发展中，更多操作简便且结构新颖，材质轻，结构更安全可靠的挂篮会得到更广泛的运用。

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