庙嘴三江桥变截面箱梁挂篮设计与施工技术

李海方，李清华

1 工程概况

庙嘴三江桥采用主跨210 m中央索面高低塔斜拉桥，高塔侧GM1～GM19、 低塔侧DM1～DM7节段采用牵索挂篮施工[1-2]。标准节段箱梁截面为单箱5室结构，顶宽33.5 m，底宽15 m，梁高3.5 m，翼缘板悬臂长度4 m，斜拉索间距1.2 m，其中DM1～DM4变截面节段，截面由单箱6室结构渐变成单箱5室结构，最大顶宽35.723 m。箱梁结构形式如图1所示。

2 挂篮设计与施工关键技术

2.1 箱梁结构特点

主桥箱梁为典型的大悬臂多箱室结构，标准节段长度7 m，最大节段8.4 m，最大节段重量为5 600 kN。低塔侧DM1～DM4变截面节段是挂篮设计与施工的难点与重点，其箱梁本身为非对称结构，全桥箱梁结构特点如下：

1） 节段长度类型多，分为7 m、7.9 m、8.4 m、2 m 4种。

2）DM1～DM4远侧塔桥面单侧宽度渐变。

图1 变截面段箱梁结构示意图（mm）Fig.1 Schematic diagram of variable segment section box girder（mm）

3）内腔结构复杂，从单箱6室结构渐变为单箱5室结构。

2.2 挂篮设计要求

从安全和经济角度考虑，挂篮设计需满足以下要求：

1）挂篮设计应满足通用性要求，即挂篮结构要满足标准节段和变截面节段浇筑施工需要。

2）浇筑工况下，挂篮应能解决变截面节段斜拉索对挂篮头部支撑不对称的问题，保证结构安全。

3）挂篮结构重心不对称，行走应平稳、可靠。

4）尽量减轻结构自重，满足桥梁设计单位对挂篮本身重量的要求。

2.3 挂篮设计与施工技术路线分析

挂篮设计总体思路为优先考虑满足标准节段施工，在标准节段挂篮基础上进行适当的结构改造来适应变截面节段施工[3-4]。由于DM1～DM4节段箱梁自身结构不对称，施工该节段时，需将承载平台桁架放平，在承载平台桁架和主纵梁件增加连接接头，形成变截面侧混凝土承重结构，同时在桥顶面上增加1个三角桁架，通过吊杆与承载平台桁架连接，解决了斜拉索对挂篮头部支撑不对称的问题，保证挂篮在横桥向的稳定性和刚度，降低了变截面节段混凝土开裂的风险。

本挂篮结构形式为国内首创，总体布置如图2所示。

图2 挂篮结构图（mm）Fig.2 Structure of form traveller（mm）

2.4 挂篮结构特点

挂篮由承载平台、行走系统、定位系统、牵索系统、锚固系统和模板系统组成[5]。

承载平台由主纵梁、横联、挑梁、桁架组成，其中主纵梁、横联为Q345B板材焊接箱梁，挑梁和桁架采用角钢∠120 mm×80 mm×10 mm焊接而成的箱形结构。考虑到现场起重能力的限制，结构单件最大重量不超过180 kN。为方便运输车现场安装，各构件间采用销轴和摩擦型高强度螺栓M24连接，分段法兰连接面须做喷丸处理，摩擦面抗滑移系数不小于0.5[6]。

承载平台桁架沿纵桥向的7片桁架间采用螺栓和节点板连接，可有效减小现场焊接工作量。如图3所示。

行走系统在桥面三角桁架头部设置2台YC50-150液压千斤顶，在主纵梁尾部设置2台行走小车。挂篮行走时前、后端共4个吊点。标准节段挂篮行走时，单个行走小车承受最大载荷为717 kN；变截面节段挂篮行走时，由于挂篮本身结构的不对称，两侧小车受力悬殊。尾部行走小车承受最大载荷分别为975 kN、532 kN，因此行走小车设计载荷为975 kN。

图3 结构连接形式（mm）Fig.3 Connecting format of the structure（mm）

为保证挂篮行走平稳可靠，本项目将行走小车设计成嵌入式结构，将4个额定承载为300 kN的滚珠式行走滚放在车架内，且在车架与行走滚轮间设置40 mm高强度橡胶板，能有效过滤挂篮行走时的振动，提高行走安全性。行走小车结构如图4所示。

图4 行走小车结构图（mm）Fig.4 Structure of launch trolley（mm）

3 施工索力分析

斜拉索索力的调整是前支点牵索挂篮施工的基础，也是施工中难度最大的关键节点。斜拉索在挂篮施工中通过牵索机构与挂篮连接，并施加一定的张拉力，在挂篮头部形成前支点，承受箱梁混凝土载荷。挂篮施工索力大小的确定需要施工监控单位、桥梁设计单位、监理单位和挂篮设计单位共同商讨确定。如果张拉索力太大，则对挂篮结构本身提出更高的要求，造成挂篮自重偏大，施工风险也大大提高；相反若张拉索力偏小，挂篮浇筑过程中需多次调整斜拉索，桥梁线形难以保证。

根据牵索挂篮施工工艺，每个节段浇筑施工时，要进行2次斜拉索的张拉。第1次为斜拉索初张拉，在挂篮立模调整到位后，挂篮空载条件下进行，张拉力大小一般取设计索力的30%左右。第2次斜拉索张拉（通常称为二张），在混凝土浇筑完50%时进行，张拉力大小一般取设计索力的70%左右。由于DM1～DM4变截面梁节段本身结构不对称，在变宽侧桥面上增加1个三角桁架，并对吊杆进行预张紧，在保证桥梁线形的同时，斜拉索索力的张拉值比常规牵索挂篮的张拉值减小10%左右[7]。

4 结语

本技术方案首次成功解决了中央索面变截面箱梁挂篮施工的难题，与传统支架法施工相比，在施工成本、周期、质量、安全上有明显优势，为后续类似工程提供技术支持和丰富的施工经验。