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浅谈桥梁工程中挂篮悬灌施工要点

 摘要:近年来,随着我国桥梁技术的快速发展,悬灌施工在桥梁工程中应用广泛。本文结合工程实例,主要针对某桥梁工程中挂篮悬灌施工技术进行了探讨,该技术在桥梁工程中得到了成功的应用。 

关键词:桥梁工程;悬灌施工:挂篮施工:要点分析 

  1、工程概况 

  该桥梁工程主桥全长280m,主桥上部结构连续梁设计为挂篮对称悬臂浇筑。单幅桥主桥一联(70m+120m+70m)共分85个节段,其中主墩墩顶(0#-1*块)现浇段节段长11m,边跨现浇段节段长8.85m,边跨合拢段节段长2.0m,中跨合拢段节段长2.0m,其余挂篮悬臂浇筑节段长2.5~3.5m不等。 

  2、挂篮设计与计算 

  2#-38*块挂篮设计: 

  2.1 挂篮组成 

  挂篮三角主构架、底模系统、侧模系统(内、外)、吊挂调整系统、走行系统,后锚固系统组成。 

  (1)三角主构架:每个挂篮有四片三角形组合梁,三角组合梁由主梁和立柱,斜拉杆及联系角钢组成。三角形组合梁下设支座和滑道。挂篮三角构架长度10.46m,高度为4.3m,三角构架的杆件均采用2[40b槽钢,主桁间距5.8+6.3+5.8m。 

  (2)底模平台 

  底模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,并兼做施工操作平台,底模下设28根纵梁,纵梁采用[36b工字钢,腹板下4根纵梁上下通常加焊钢板,并与前下横梁和后托梁固结。前后托梁由2[40b槽钢连接成,前托梁上设11个吊耳,后吊带9个吊点吊挂在混凝土箱梁底板,吊点距混凝土前缘50cm。 

  (3)侧模系统(内、外) 

  外模用[10b槽钢及[8槽钢做骨架,其外为厚86nun大块钢模,钢模面板用6nun冷轧板,骨架与模板连接均采用焊接,侧模用滑梁悬吊,前端吊挂于前横梁上,后段吊挂在已浇筑的箱梁上。骨架上设滑轮,以便安装滑梁、侧模与主梁,其它构件同时滑出。内模采用木模配钢模的形式。内模上设滑轮,脱模后滑梁与外侧模同时滑出。 

  (4)走行系统: 

  分为三角形组合梁走行系统,侧模走行系统及内模走行系统三部分。 

  三角构架走行系统:系统包括走道梁、走行勾板、走道梁通过箱梁腹板竖向预应力筋锚固于混凝土上,作为三角构架的滑移轨道,并通过反压走行勾板为三角架提供向下的反力。 

  侧模走行:外模走行,在侧模滑梁上装滚动轴,当松开后锚栓及支撑拆模时,在自重作用下,外模落在滑梁上,与主梁、侧模、内模滑梁前进。 

  内模走行:放松内模后,内模板即落在滑道上,然后滑出。 

  (5)锚固系统: 

  后锚采用φ32精轧螺纹钢筋。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的反压走行勾板来维持。 

  2.2 主要部位检算 

  (1)主桁架计算:(采用好易懂软件计算) 

  最大梁段重:2887kN~挂篮悬挂、机具等估重:1050kN;总荷载为:2887+1050=3937kN 

  前、后下横梁共同分担梁体重量,后下横梁通过精轧螺纹锚在已浇筑成形混凝土梁体中,承受一半的混凝土梁体重量;前下横梁承受另一半的混凝土梁体重量,通过精轧螺纹吊杆传递给三角桁架,共四付三角桁架,每付三角桁架的前挂点受力为: 

  3937+4+2=492.125kN;492.125×1.5系数=738.1875kN 

  荷载计算选取:738kN 

  (2)前上横梁的结构计算:(采用《好易懂结构分析器2.0》软件计算,单位m,kN) 

  共11个吊点,按其中受力最集中4个吊点受力计算,按较大分配受力分析: 

  2880kN+2+5个吊点=288kN 

  前上横梁受力简图: 

  (3)下横梁的结构计算:(采用《好易懂结构分析器2.0》软件计算,单位m,kN) 

  共5个吊点,四个受力单元,梁体腹板下受力为:从1*段后端截面图截取一侧腹板约为6.02m2(约端头4根底纵梁所受重力)梁段长2.7m,此处混凝土重量为:6.02×2.7×2.6=42.26t;4根底纵梁和1.7m底模重量约为2.0t,总受力为42.26+2.0=44.26t;分为前、后两根下纵梁,单根受力44.26÷2=22.13t=221.3kN跨度为1.85m,均布荷载为221.3÷1.85=120.6kN/m。 

  计算取1.5系数为:120.6×1.5=lSlkN 

  梁体底板下受力为:从梁段截面图截取宽1.75m、高0.921m底板、梁段长2.7m,此处混凝土重量为:1.75×0.92lx2.7×2.6=11.314t;2根底纵梁和1.75m底模重量约为1.5t,总受力为11.856+1.5=12.8t;分为前、后两根下纵梁,单根受力12.8+2=6.4t=6gkN;跨度为1.75m,均布荷载为64÷1.75=36.57kN/m。 

  计算取1.5系数为:36.57×1.5=54.86kN 

  前上横梁受力简图: 

  (4)挂篮抗倾覆稳定性: 

  挂篮在施工完2#节段后向前行走施工3#、4#节段,在行进至施工节段位置时,挂篮的倾覆弯矩最大。挂篮空载行进时对挂篮产生倾覆的力有:下悬系统自重,外内模自重。 

  下悬系统重量约为36.0t;模板重量=34.0t;各种平台、吊杆重量=6.0t;总计=76.0t=760kN,每付三角架受力为:Pq=190kN。 

  由图7得:Pm×4.47=Pq×4.52 

  Pm=192kN 

  抗倾覆系数取:2.0,则挂篮空载行走时后压锚Pm>2×192kN=384kN   实际空载行走时每根行走梁(L=3.0m)设3个压锚点,每个压锚点为梁体竖向张拉筋一根(φ32精轧螺纹钢),每根φ32精轧螺纹钢抗拉强度为930kN,满足后锚压力。 

  3、悬灌施工 

  3.1 挂篮安装 

  悬灌施工中,由于桥的平曲线半径只有800m,横坡为1.5%,挂篮就位较困难。首先要保证挂篮三角构架的平稳,不能随桥面倾斜,故桥梁中心线外侧挂篮采用前支座进行调平,以保证其受力稳定。 

  合拢段挂篮安装: 

  在边跨现浇段和悬浇段施工中,预先在37*、38*及直线段端头向内50cm翼板位置按照挂篮前吊杆的位置预留φ50吊杆孔,待边跨现浇段和悬浇节段施工完毕后,将挂篮移动至合拢段位置(挂篮行走至前排精轧螺纹钢吊带与直线段端头距离20cm处),挂篮侧模和底模与挂篮同步行走,内模需将其拆除。行走到位后将挂篮后锚压死,利用挂篮前后下横梁为主要受力横向分配梁,挂篮底纵梁为主要受力纵向分配梁作为合拢段底模,底板端头部位需用方木、竹胶板与既有底钢模形成整体平面。侧模利用挂篮本身的吊杆通过预留孔,将外划梁固定,将侧模深入直线段下加固。边跨合拢段三脚架端头处需采用螺旋管桩支撑与现浇段上(支撑点距离梁端应大于2Ccm,四个螺旋管之间采用10#槽钢进行连接,增加整体性),中跨合拢段三脚架支撑与对面已浇筑节段,并且合拢段绑扎钢筋前需采用φ50波纹管将精轧螺纹钢包裹,其它混凝土施工、预应力施工、钢筋施工、模板施工、预埋件施工同0#块施工方案,不再叙述。 

  3.2 挂篮试压 

  0#~1#块纵向预应力钢筋张拉后,进行挂篮的拼装。设计上要求挂篮自重不得超过最大梁段重量的0.5倍,即288.7×0.5=144.35t。挂篮实际重量10Ct,为三角轻型挂篮。挂篮拼装完后要对受力部位的焊缝、螺栓松紧、结构损伤情况进行详细检查,并进行预压。预压按照最大梁重的1.2倍进行分级预压,分级卸载。验证实际参数和承载能力,确保挂篮的使用安全;通过模拟压重检验结果,消除拼装非弹性变形;根据测得的数据推算挂篮在各悬灌段的竖向位移,为悬灌段施工高程控制提供可靠依据。 

  3.3 挂篮行走及锚固 

  待上一节段施工完毕相应预应力张拉完成后,挂篮即可进行走行作业准备下一节段施工。走行程序如下: 

  ①按照前述要求找平梁体顶面,铺设垫梁和行走梁;②松脱底模前后吊杆;③在底模后下挂梁与侧模滑道梁之间安装辅助吊杆(φ32精轧螺纹钢)或10t倒链,同时设置备用安全绳;④下放底模前吊杆,将底模调整到水平状态,紧固辅助吊杆,拆除底模后吊杆,完成第一次吊点转换;⑤将侧模滑道梁和内模滑道梁后吊框前移至滑道梁中吊杆位置,锚固;拆除内外滑道梁中吊杆,完成第二次吊点转换;⑥将内模顶撑螺杆回调,将倒角模连带内腹板模板下放,使内模脱离梁体;⑦在每个行走梁前支座处安装一台行程为80cm小型液压千斤顶,在走道梁上标记出下一节段前支腿位置及10cm刻度线;在侧模滑道梁后端与挂架间安装10t倒链;⑧解除挂篮主桁后锚固,4台千斤顶同步施压,使挂篮主桁架、悬挂系统、底侧模、内模同步前移就位至下一节段要求位置。挂篮移动速度控制在10cm/min左右,移动过程必须保证平稳;⑨安装底模后吊杆,提升底模;⑩解除底模后横梁吊挂在侧模滑道上的辅助吊杆,安装侧滑道梁的中吊杆并提升侧模就位;[11]安装内模滑道梁中吊杆,提升内模就位(不顶升倒角模板);[12]精确调整底侧模标高,锁定前后吊杆;[13]重复上述步骤即可进行后续节段施工的挂篮走行工序。 

  3.4 安全控制点 

  ①挂篮走行时的安全系数不得小于2。走行过程中,后部防倾覆结构应牢固、有效;②每施工三节段对挂篮结构受力进行一次全面检查、维护;③墩顶临时固结或墩旁临时支墩应满足承受最大不平衡弯距的要求;④主墩两侧挂篮施工应对称进行;⑤上下高墩应配置有防护栏的上下钢梯;⑥已成型梁节段上不得堆放重物;⑦水中墩、连续梁施工时,必须配备救生船、救生衣等设备。通航河道应设置防撞设备(钢管或防撞墩)、航道指示标志(灯等);⑧现浇梁施工时,派河主航道应按交通安全规定设置安全防护,并设置指示、指导、警示牌。 

  3.5 挂篮悬灌施工的观测控制及施工控制方法 

  3.5.1 挂篮行走的控制 

  为保证挂篮行走轨道的准确性,在每次挂篮行走前测设辅助控制线,设行走梁侧10cm处。为保证梁体曲线,走向前挂篮前支点横向按计算进行偏移,走行轨道梁正好利用梁体精轧螺纹钢固定在辅助线上,挂篮前后横梁的中心点应投影在桥轴线上。桥轴线轨道中心线的延长点采用DTM-520型全站仪(尼康)控制。 

  3.5.2 箱梁节段的控制 

  长度控制:每次浇注好的箱梁端部上,按照设计用全站仪测设出梁体翼缘板端的坐标点,用红油漆点标记,用经过鉴定的钢尺丈量横轴线至红油漆点的水平距离。钢尺丈量时,需进行温度、尺长、高差改正,以求得真值,从而求得该点至下一梁段的长度,如此便可控制箱梁各梁段的长度,又可保证箱梁各端面垂直于桥轴线。要求其误差不得超过5mm,若超过则需及时调整。 

  浇注混凝土前,再用全站仪检查各梁段的立模位置是否正确。 

  3.5.3 箱梁挠度观测 

  挠度观测是箱梁施工观测的主要内容。箱梁分段悬浇时,影响挠度变化的因素有:挂篮的弹性变形和非弹性变形产生的挠度;预拱度;各梁段自重的挠度;各梁段预应力产生的挠度;挂篮自重及施工荷载变化引起挠度;混凝土徐变引起的挠度;温度变化引起的挠度变化。 

  高程控制点布置在离块件前端10cm处,采用φ16钢筋在垂直方向与顶板的上下层钢筋点焊牢固,并保证垂直,测点钢筋露出箱梁混凝土表面5em,测头表面磨平并用红油漆标记。 

  挠度观测采用s2自动安平水准仪在每一节段施工完成后与下一节段底模标高定位前的桥面标高观测,均安排在早晨6点钟以前进行。预应力张拉前后,挂篮行走前后都要进行挠度观测。 

  4、结束语 

  综上所述,该桥梁工程大跨度连续梁悬灌施工难度大,再加上桥梁位于半径800m的曲线上,线型控制技术要求高。在施工中我们从挂篮的设计、结构计算预测、施工测量等方面进行研究和控制,对桥梁的线形采用理论计算结合现场测量的方法,不断的进行验证调整,在本桥施工的安全、质量上取得了很好的结果。

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