桥梁工程悬臂前支点挂篮施工技术

吴悦

（承德市双滦区交通运输局，河北 承德 067000）

0 引言

随着国民经济的发展，桥梁工程项目日益增多，大跨径桥梁越来越常见，施工难度和施工质量要求也越来越高。在浇筑较大跨径的悬臂梁桥时，当无法采用满堂支架时，可采用吊篮方法，分节悬臂作业。按悬吊支点位置不同分后支点挂篮和前支点挂篮，前支点挂篮适用于宽主梁，长节段，大吨位，单索面斜拉桥等复杂要求的桥梁工程施工中，对于推动桥梁工程的发展具有重要的作用。

1 工程概况

某桥梁工程位于河北省境内，大桥为独塔斜拉桥，为塔梁固结体系，大桥总长324m，其中主跨长218m。主梁采用C50混凝土，采用π形双肋断面，桥梁顶面宽25.5m，底面宽19.5m。桥梁顶面横坡为2%，肋板处梁高2.2m，肋板宽2.0m，中心梁高2.375m，主梁顶板厚30cm，塔梁固结。拉索锚固于主肋底部。除主梁的0号块节段、边跨和中跨合龙段采用支架现浇外，其余梁段均采用前支点挂篮浇筑，梁节段长8m，最大节段重量为10163kN。

2 前支点挂篮组成及受力特点

2.1 牵索挂篮技术指标

最小承载力应大于10163kN，挂篮自重及施工荷载总和不大于4360kN，系数值0.429，符合规范规定的不宜大于0.5这一要求。

2.2 前支点挂篮构造受力点布置及受力特点

挂篮共设3个支点，其中后支点为两组可以更换的滑轮，锚固在后梁段上。前支点是斜拉索通过转动锚座锚固在挂篮主纵梁前端弧形槽内。挂篮中支点利用挂篮两侧的C形挂钩和ϕ40精轧螺纹钢支撑在当前已浇筑梁段上，挂篮的全部重力由主梁两侧的C形挂钩悬吊，利用已安装的斜拉索在挂篮前支点位置作为牵引索，在已浇筑的梁板底部锚固挂篮的后支点，相对于后支点挂篮，其受力简单，具有更大的承载力。

2.3 前支点挂篮组成部分

挂篮主要分为承重系统、模板系统、悬挂系统、行走系统四大部分。其中承重系统包括主纵梁、横梁等钢结构桁架系统，悬挂系统包括C形挂钩、后支点锚固装置、索力转换装置、止推装置、微调装置等几部分，行走系统包括行走装置和后反顶装置；模板系统包括模板、支架以及升降装置。

3 前支点挂篮的荷载计算分析

3.1 荷载类型

梁段荷载一般按最重节段考虑、施工机具及人群荷载取2.5kN/m2、挂篮自重、风荷载由当地气象资料提供、混凝土偏载、冲击荷载结合实际情况考虑。

3.2 荷载组合类型

荷载组合类型分为以下五种：①梁段荷载+动力附加荷载+挂篮自重+施工荷载；②梁段荷载+挂篮自重+混凝土偏载+施工荷载；③梁段荷载+挂篮自重+风载；④梁段荷载+挂篮自重+施工荷载；⑤挂篮自重+冲击附加荷载+风载。

3.3 计算内容

荷载组合1～3用于挂篮承重系统强度和稳定性计算；荷载组合4用于挂篮刚度计算；荷载组合5用于挂篮行走验算。

4 前支点挂篮拼装及调整

该桥梁工程悬臂前支点挂篮拼装及调整在0#块浇筑及张拉完成之后分五步进行。

第一步：拼搭1#块支架。待0#块浇筑张拉完成后，利用塔柱前后两侧的支栈桥插打1#块钢管桩支架，利用已搭设钢管支架安装挂篮拼装需要的2根悬臂大梁及横梁，挂篮主梁分3个节段，可以利用50t的履带吊车吊装到位，边吊装边拼装。

第二步：浇筑1#块混凝土。在拼装完成的挂篮主梁上，安装1#块两侧的模板以及绑扎钢筋，预压后对称浇筑混凝土。

第三步：体系转换。当1#节块混凝土强度达到设计强度时，安装1#节块斜拉索并张拉至设计索力，完成体系转换。

第四步：拼装挂篮。在1#块上拼装挂篮所有构件，包括：挂篮后锚系统、模板系梁、钢结构桁架支撑体系、后支点滑轮系统。利用前支点挂篮自带的16根40精轧螺纹钢把挂篮主梁拉起来就位，然后利用120型塔吊和50t的履带吊车配合安装C形挂钩，满足安全起吊要求。

第五步：模板安装。主梁模板的顶模可采用竹胶板，底模板、侧模、端模采用钢模，模板体系满足主梁加厚段、标准段、渐变段的施工要求。模板体系包括模板与支撑支架，施工采用与挂篮底平台整体起落。即挂篮底平台提升到位后其底模、顶模、侧模（附于内、外撑架）随之到位，后利用模板撑脚、挂篮吊带进行微调。待底模、顶模完全就位后，顶升、平移横隔墙内侧模、梁肋侧模使其就位。进行钢筋绑扎、波纹管安装，合格后再进行横隔墙外侧模、顶模、端模的拼装，预留钢筋孔及预应力端口，安装位置准确。

5 前支点挂篮施工要点

5.1 前支点挂篮行走

挂篮行走系统全靠千斤顶顶进，挂篮行走时需要把挂篮整体降低1.2m，使得挂篮通过C形挂钩和后滑道受力，利用YC-75千斤顶顶推主挂钩，移动挂篮到位，这样挂篮横梁才能穿越拉索横梁。对于挂篮后锚行走支点，必须采用双轮交替跨越主梁锚固根部。待挂篮完全行走到2#节块位置时，利用千斤顶把挂篮拉起就位和挂2#索，挂篮行走完毕后，挂篮提升并微调至设计位置，然后在挂篮上进行作业施工。

5.2 前支点挂篮预压试验

5.2.1 预压试验的目的

前支点挂篮设计是一项大型临时支承结构设计，作为主梁施工的主要工作平台，其计算极为复杂。对挂篮进行预压试验是对挂篮主纵梁、中前横梁、剪力键、C形挂钩、中后锚固点位置的构件、上下弦杆的刚度、稳定性进行测试，保证挂篮安全。

5.2.2 预压试验结果

通过检测获得挂篮主梁、横梁、C形挂钩等关键部位的最大应力，找出需进行补强处理部位，确保挂篮受力安全。测出挂篮主梁、横梁、C形挂钩等主要部位的变形，为实际桥梁施工监控和立模标高提供数据；通过挂篮C形挂钩下落试验，找到最佳落梁方法；通过预压可得到挂篮预拱度值。

5.2.3 预压试验方法

该项目采用堆载沙袋预压：根据块段最大重量、施工荷载等，以施工过程中承受最大索力的拉索为标准，两侧挂篮同时对称进行堆载。堆载预压分为4级加载，即按照底板重量、腹板重量、顶板重量和箱梁1.3倍总重逐次堆载。

5.3 索力转换系统构建

5.3.1 索力转换系统组成

体系转换系统也称挂索系统，一般由拉索锚头、张拉杆、转动锚座及千斤顶组成。

5.3.2 索力转换系统功能

索力转换装置是由拉索锚头和转动锚座组成，斜拉索锚头与挂篮前端的转动锚座连接起来形成前锚固点，与后锚点一起使挂篮主梁形成简支受力；在悬浇过程中，可多次张拉实现对浇筑块段标高的调整，并在浇筑完成且块段达到设计强度后，通过上拉索锚头，将斜拉索与挂篮分开，通过张拉让拉索悬吊起块段。

5.3.3 索力转换系统工作原理

转动锚座位于挂篮纵梁前端弧形的锚固滑槽内，拉杆连接千斤顶、转动锚座和拉索锚头，挂篮通过拉索由千斤顶将转动锚座按设计标高锚固在主梁的圆弧端。绑扎钢筋、浇筑混凝土，当混凝土浇筑至块段一半时，检查后锚，参照监控单位提供索力由千斤顶张拉调整挂篮标高，然后浇筑完梁段混凝土。待块段混凝土浇筑完成时，检查后锚，参照监控单位提供索力进行斜拉索索力的调整。待块段混凝土达到设计强度后，张拉主梁纵向预应力、横向预应力钢筋以及桥面精轧螺纹钢筋，将拉索由锚固于挂篮前端的转换锚座转换到梁端拉索锚头，让挂篮直接由中后支点锚固装置支撑于已浇筑的主梁上，再由塔端千斤顶张拉至设计索力。

5.3.4 定制转动锚座

该桥梁工程斜拉索为扇形，每一根索与梁的水平夹角随着与塔距离增大而减小，所以每个块段的斜拉索与前支点挂篮的连接角度需要能够调整。为了满足要求，专门根据每个块段的斜拉索夹角加工度数不同的弧形锚座与主梁连接。

5.4 锚固系统构建

锚固系统由后锚点和C形挂梁组成。挂篮的后锚点位于块段的尾部，是用f32mm的精轧螺纹钢由预留孔将挂篮主梁锚固在已浇筑块段上，并通过千斤顶进行上下调节。C形挂梁采用Q345B，厚度为16mm钢板拼焊，上端挂在已浇梁段前端1.48m处，与后支点距离8m，下端与挂篮纵梁相连，通过千斤顶调整挂篮位置。后锚点固定在梁顶面的转铰座上，液压千斤顶可以调整后锚点对梁底的顶力，通过调整后锚点的顶力和牵挂拉索的受力，及时根据施工要求调节挂篮前端的标高，确保挂篮标高符合设计要求。

5.5 止推装置设置

由于斜拉索产生的水平分力会引起挂篮发生纵向位移，因此在每个块段上安装止推座，同样挂篮上相对应的位置也要安装止推装置，通过块段主梁上的止推座和挂篮对应位置的止推座，避免挂篮发生纵向水平移动。

5.6 标准梁段挂篮施工

标准梁段挂篮施工流程如下：挂篮前移→挂篮锚固就位→安装块段模板→安装转动锚座→斜拉索套筒定位和固定→斜拉索第一次张拉→绑扎钢筋、预应力管道→块段混凝土浇筑50%→第二次张拉拉索→块段混凝土浇筑100%→第三次张拉拉索→混凝土养生后主梁纵、横向预应力及面板精轧螺纹钢张拉→第四次张拉斜拉索→拆模→降、前移挂篮。

5.7 主梁施工控制

5.7.1 质量控制

对于主梁施工控制主要包括线形控制和混凝土浇筑控制两方面。对于线形控制，对主梁线形通过标高和索力进行双控，即混凝土浇筑前挂篮高程、混凝土浇筑一半时挂篮高程、混凝土浇筑完成后的高程及体系转换完挂篮下降后桥面高程四个阶段监控，由专门的监控量测单位实施。

对于混凝土浇筑控制，在混凝土浇筑前，应对模板、钢筋、预埋件、锚具、管道等进行全面检查验收。块段混凝土灌注自两端向中线对称灌注，以避免发生不均匀沉降，梁体产生裂纹，同时两侧挂篮要同时对称浇筑。

5.7.2 安全控制

两侧挂篮的桥面施工荷载要对称堆放，同时应确保每个节段混凝土重量与计算的重量差控制在2%以内，主梁施工过程中两侧挂篮混凝土浇筑总重量差不得超过20t，混凝土浇筑时上下游两侧混凝土浇筑重量差不得超过7.5t。主梁挂篮施工要预防高空坠落。支架拼装时不得随意扩孔处，对无法安装的部位请设计人员解决。预应力张拉前，要搭好张拉平台及平台防护设施。预应力张拉时，注意张拉工人不要站在张拉顶的后面，以防张拉断丝造成事故。在挂篮走行时，注意检查起落时各个吊点的工作状况，绝不允许随意切割挂篮上的受力设施，必要时由设计人员解决。

5.8 前支点挂篮拆除

通过在梁顶面安装卷扬机和栈桥上的汽车吊来拆除，顺序为：挂篮下落→拆除外侧模→拆除内模、行走梁→拆除底模→拆吊挂篮横梁→拆吊挂篮主梁。

6 结语

前支点挂篮在斜拉桥主梁悬臂浇筑应用较为广泛，充分利用主塔斜拉索悬吊功能，使挂篮形成简支梁受力状态，这种受力状态极大地提高了挂篮承重能力，加长了块段悬浇长度，大大加快了施工进度。但与后支点挂篮相比较也有明显的缺点，需要多次调整索力，主梁锚座的套管定位难度较大，工艺复杂，提升了施工难度。但该桥梁工程主梁悬臂通过采用前支点挂篮施工，施工过程中未出现安全事故，质量验收合格，提高了施工速度，经济效益和社会效益显著。