斜拉桥挂篮施工技术研究
2018-04-23
1引言
现阶段在在斜拉桥的施工过程中可以选择的工法较多，挂篮施工工艺不需要大型的吊装设备，在合同交通繁忙和周围环境较复杂的情况下较适用。挂篮可以更好的利用斜拉索的的索力来减轻自身所承受的负荷。挂篮设计的好坏直接关系到了整个大桥施工的进度和施工的安全性。
广州大桥主桥上部结构主梁采用单箱四室三向预应力混凝土箱形梁结构，主梁全长245m，设计要求采用牵索式挂篮悬臂浇注工艺施工。主梁共分20个挂篮悬臂浇注节段，标准节段施工长度为6m，标准节段梁重约364t。根据总体施工工艺安排，主梁采用牵索式挂篮施工，全桥共投入1对（2套）挂篮在2个工作面平行作业。
2 挂篮的设计
2.1 挂篮的分类和特点
目前挂篮有多种形式，根据不同的分类分类方法有多种类型，其中按照承载结构形式来分类只要有桁架式、斜拉式、钢板梁式和牵索式四种类型。在广州大桥施工中采用的挂篮方式为斜拉式。将斜拉索作为挂篮悬浇中临时前支点，使普通挂篮中的悬臂梁受力变成简支梁受力，降低施工中主梁的临时内力峰值，使节段悬浇长度及挂篮承重能力均大为提高，加快了施工进度。不足之处是在施工过程中要分阶段张拉拉索、施工工艺复杂、技术难度大。
2.2 挂篮的设计
1、设计参数：(1)按照箱梁节段混凝土重量为364t；(2)人群及施工荷载取1.5KN/m2；(3)风荷载挂篮工作状态风压，风速：13.6m/s挂篮非工作状态风压，风速：28.6m/s；(4)索力根据监控单位初步计算，挂篮所受单根最大索力275t计。
2、挂篮的设计特点
本挂篮悬浇节段长度6m，桥面宽33.5m，悬浇节段重量达364t，其结构设计上具有如下特点：(1)本系统为牵索式前支点挂篮，下部承载平台和上部行走主桁及附件组成挂篮浇砼和行走两大受力系统，分工清楚，受力明确，结构简单，很好的实现了桥梁设计要求前支点施工的理念；(2)挂篮整体刚度好，满足了抗倾、抗风稳定性要求。挂篮的主要组成部分承载平台为平面刚架结构，构造简单，受力明确，为减少结构尺寸，承载平台将采用碳素结构钢，构件外形尺寸小。在保证平台刚度和强度的前提下，尽量减轻平台的质量。挂篮结构及部件采用拼装式，可重复利用；(3)模板系统主要由底模、侧模、模板支撑架等组成。全部采用大模板结构，提高砼外观质量，同时有效的控制桥形、缩短施工周期。
2.3 挂篮的结构形式
桥设计为中央索面斜拉桥，主梁采用单箱四室预应力混凝土箱形梁结构，标准梁段高3.60m、梁顶面宽33.50m、浇筑长度6.00m。挂篮主要由承载平台、牵索系统、行走系统、定位系统、锚固系统、模板系统、止推系统、操作平台及预埋件系统等组成，前支点挂篮自重控制在190t以下（包括模板及挂篮安全防护结构等），挂篮承载能力不小于484t。
3 挂篮的空间结构分析
3.1 挂篮的受力状况
在挂篮的施工过程中可以选择最不利的条件，利用有限元软件对挂篮的整体结构和局部位置进行受力分析。主要分为两种情况：一是空载悬臂状态，只考虑在挂篮自身荷载作用下其内部的受力状况，验算其受力状况；二是在挂篮的工作过程中，在混凝土的浇筑过程总受到挂篮自重、施工荷载和混凝土共同作用的情况下挂篮整体结构的内力，理想的状况是对各一个浇筑的阶段豆芽进行分析，因为每一次浇筑挂篮前支点的锚固位置和方向都会发生变化，所以挂篮的受力状况也就会发生变化。
3.2 工艺流程
根据计算的模式将挂篮分成二大单元,也就是空间桁架承重单元和吊钩行走钢箱单元两部分。根据斜拉桥设计要求,斜拉索在施工时不能一次预拉到位,而是在施工过程中不断调整索力,进行施工控制。篮前移到本节段设计位置→测量放样、挂篮定位→挂篮提升、调整立模标高、挂篮锚固→安装斜拉索、按照监控指令第一次张拉斜拉索，并进行立模标高复核→底板钢筋绑扎→腹板钢筋绑扎→内模安装→顶板钢筋绑扎→浇筑50%混凝土→根据监控指令第二次张拉斜拉索→浇筑剩余50%混凝土→混凝土养生→混凝土龄期大于7天、强度大于设计强度90%→主梁预应力张拉并压浆→根据监控指令要求斜拉索进行第三次张拉，然后进行体系转换→卸挂篮锚杆组、脱模→安装行走滑轮→挂篮前移行走至下一节段→重复以上步骤进行下一节段主梁。
3.3 计算结果分析
1)纵梁最大杆件内力
纵梁最大杆件内力见表1。
表1 纵梁最大杆内力
2)前中横梁最大杆件内力
前中横梁最大杆件内力见表2.
表2 边前中横梁最大杆件内力
以上的几项验算，杆件不不仅要满足强度的要求而且还要满足刚度的要求，从而来保证杆件的受力稳定性。经过计算全部符合要求后才可以交付施工使用。
4挂篮的施工工艺研究
4.1挂篮的制造、安装和预压
本工程设计为前支点挂篮悬臂浇筑工艺，悬臂浇筑节段长6.00m、宽33.50m，挂篮故承载平台设计尺寸长度达18.01m、宽度33.5m。
挂篮的预压试验是在挂篮安装完毕后进行，按照监控要求安装并张拉斜拉索后，模拟主梁标准节段的实际悬浇施工过程来进行的。试验选用的最大荷载为挂篮浇筑最重节段混凝土荷载的1.10倍，其加载方式为以堆码袋装砂来实现。通过挂篮模拟主梁混凝土浇注全过程的加载预压试验，得出挂篮的弹性变形和非弹性变形，其非弹性变形已经消除，弹性变形通过预抬标高来予以调整。
4.2 模板工程
梁挂篮模板系统由主梁底模、外侧模及内模组成。主梁底模采用定型钢模板结构，与挂篮底篮焊接成整体，底模顺桥向长为6.3m，前端支撑在挂篮前横梁上，后端锚固在已浇筑梁段上。外侧模采用定型钢模板，内模采用定型钢模板和木模相结合、满堂脚手钢管支撑，待底板、腹板、加劲板和横梁钢筋施工完毕后，将预先拼装好的内模整体吊入组拼，横梁侧模之间以及边箱梁内外侧模等之间采用对拉螺杆连接。
4.3 预埋件的施工
悬浇施工要注意预埋件的预埋，预埋件包括工程埋件和施工埋件，工程埋件包括交通工程埋件、景观埋件、通讯及供电系统埋件以及泄水孔、通气孔、栏杆等，施工措施埋件主要包括挂篮锚固系统、行走系统预留孔、塔梁临时锚固系统的预埋等。
4.4 混凝土工程
主梁悬浇节段底腹板混凝土设计标号为C50，面板为C50钢钎维混凝土，采用缓凝剂，初凝时间不小于18小时。单个标准节段主梁的混凝土数量在140m3，施工时单座索塔东西两侧相应对称节段的主梁混凝土一次浇筑完成，索塔东西侧挂篮对称悬浇施工，砼生产由搅拌站提供，由二台对称拖泵输送到桥面，泵管软管布料。单幅挂篮混凝土浇筑时，总原则从挂篮前端向后端进行，遵循左右对称、均衡、同步的原则进行，确保施工质量和安全，挂篮两侧不平衡重容许偏差小于15t。混凝土浇筑过程中，根据监控指令要求当混凝土浇筑完成50%时，进行斜拉索第二次张拉，斜拉索张拉以控制标高为主、索力作为校核。
通过箱梁断面分析，混凝土浇筑50%即为箱梁底板浇筑完成、腹板浇筑至上倒角底部位置，施工时以搅拌站搅拌统计方量为准、现场按照浇筑位置复核。当混凝土浇筑完成50%时，现场停止浇筑施工，进行斜拉索第二次张拉作业。斜拉索第二次张拉严格按照监控指令进行，以标高控制、索力检测作为校核。
混凝土浇注完成后及时进行养护，一般情况下采用覆盖土工布和洒水养护，使砼表面的潮湿状态保持在7天以上。
结语
挂篮施工所需要的大型设备少，在施工过程中所受到的限制也少，所以其应用范围也较为广泛，本文结合广州大桥的施工对挂篮施工技术进行了系统的研究，并且对其受力状况进行了分析，结合受力情况实际分析了施工中需要注意的问题。
参考文献：
[1]傅汉江,范建海,徐明浩.汉川汉江 无平衡重液压挂篮设计.机械与施工机械化杂志,2003(5)
[2] 姜永军. 预应力混凝土桥连续钢构悬臂浇筑施工技术研究.天津大学工程硕士论文，2004
[3] 黄绳武．桥梁施工及组织管理(上册)．北京：人民交通山版社，1999
