桥梁工程悬臂挂篮施工技术的应用研究

张铎

摘要：文章介绍了悬臂施工中挂篮的分类和选型原则，并结合广西玉林某连续箱梁桥施工实际情况，分析了该工程悬臂挂篮的结构特点，研究了挂篮的拼装施工工艺。

关键词：桥梁工程;悬臂挂篮;施工;结构特点

0 引言

随着我国桥梁工程施工技术的不断发展，在桥体结构稳定性、施工材料使用以及施工质量控制等方面积累了丰富的经验。从20世纪60年代后期开始，我国开始进行预应力混凝土桥梁悬臂挂篮方面的施工研究，并以此促进了连续刚构桥及斜拉桥等超大跨度类型桥梁的施工技术发展，从根本上改变了过去传统的支架建桥的施工方法，保证了工程的质量和工期，节约了施工材料的使用，降低了工程成本。悬臂挂篮主要是指在桥梁的上部结构施工过程中，从桥墩顶向两侧进行对称或不对称施工，对于连续箱梁桥、拱桥以及斜拉桥等类型的结构较为适用。

1 挂篮的分类、选型原则

1.1 挂篮分类

在当前国内的预应力箱梁悬灌施工中，多数以挂篮为主要设备，挂篮设备的选型关系到箱梁悬灌的质量。挂篮形式较多，通常包括以下几种类型：

（1）桁架挂篮

桁架挂篮顶部构造多为一等高梁，通过前后吊杆，将底模和侧模的载荷垂直传送到桁架节点以及箱梁的底板，也可称之为吊篮结构，使用锚固方式解决桁架后侧的稳定性问题。

（2）平弦挂篮

平弦挂篮在桁架挂篮基础上减少压重，根据实际工程需要，可向主桁竖向移动，当主桁进行横向移动时，吊住底模和侧模，挂篮底部载荷位于主桁架的力臂减小，无须进行平衡压重，主桁后侧使用梁体预应力筋进行锚固。

（3）弓弦挂篮

弓弦桁架挂篮的主桁架外观为弓形，主要构造类似于平行桁架挂篮，具有桁高可变、受力均匀等特点，安装过程中在其结构内部施加预应力可弱化施工引起的非弹性形变，构件整体重量较轻。

（4）菱形挂篮

菱形挂篮由平行桁架挂篮演变而来，其顶部结构为菱形，两端有双侧伸臂小梁，可用于挂篮底模和侧模移动的滑道，结构后侧在箱梁顶部板上锚固，结构较为简单。

（5）斜拉式挂篮

斜拉式挂篮突破了传统的力学体系结构，上部使用斜拉式架构来替代桁架结构应力，通过一定的限位装置来承受由此产生的横向分力，由后侧锚固压力减少主梁竖向倾覆力。

（6）三角组合梁挂篮

三角组合梁挂篮将受力桁架变为三角组合梁构造，斜拉杆侧的拉力使主梁弯矩降低，主梁可使用单构件的实体型钢，挂篮顶部重量较轻，底模和侧模载荷形式与平行桁架挂篮大体相同[1]。

挂篮分类及特点如表1所示。

1.2 选型原则

当前国内桥梁施工领域所使用的挂篮种类非常丰富，总体上来说，挂篮选型过程中应遵循重量轻、结构简、安装和拆卸方便、安全等原则，而且在进行混凝土悬灌施工时的形变量最小。在公路、铁路等专有线路的桥梁工程施工，宜采用大号型钢作为主梁，使用型刚斜拉式挂篮，通过斜拉杆固定住挂篮前托梁和模板以进行悬灌施工，将平衡重取消后，其结构更加簡单、受力更为均匀，且拆卸方便。对于非标加工量要求不多的桥梁工程，可使用万能杆件拼装成桁架挂篮，这类构件在应用过程中具有很强的通用性和刚度，也可视情况而取消平衡重。

挂篮一般有两根主梁安装于箱梁板上，且主梁应向外悬出一定的长度，在其上方安装垂直吊杆以拉住托梁模板。在进行混凝土悬灌时，挂篮后侧使用锚杆或平衡重以减少挂篮倾覆力，挂篮移动时应解除与锚固系统的连接[2]。

2 挂篮结构性能分析

2.1 工程概况

广西玉林某桥的主桥为（65+3120+65） m连续箱梁桥，主桥为上下行分离式，各幅箱梁为单箱室断面，顶部宽度为12.0 m，底部宽度为6.0 m，翼缘悬臂长为2.80 m，厚度为40～55 cm，腹板厚度为50 cm，箱梁上部横坡为2%，墩顶中线高6.2 m，纵向梁高从底部到跨中为抛物线轨迹。悬灌部分箱梁块段几何参数如表2所示。

主桥箱梁为50#预应力混凝土结构，使用三相交叉预应力体系，顶板和底板预应力束使用J15.24型高强度钢绞线，群锚体系（OVM15-19），顶板横向预应力束为J15.24型高强度钢绞线，偏锚体系（OVM15-2），腹板竖向预应力使用L32粗钢筋。依据施工方案，该桥的主桥箱梁使用悬臂挂篮工艺施工。

2.2 结构特点分析

依据该大桥的原始施工方案可知，挂篮的载荷强度应>1 500 kN，且挂篮的自重以及所有临时性施工载荷应<800 kN，各块段的混凝土应一次浇筑完成，使得挂篮的刚度达到施工标准要求，箱梁在浇筑过程中应确保平衡、对称。主桥箱梁最重的块段为128.4 t（4#块段），最高块段为6.02 m（1#块段），最长块段为5.0 m（8#、9#、10#块段），单幅箱梁顶部宽度为12.0 m，底部宽度为6.0 m。经过分析该箱梁的结构形式，参考历史桥梁工程的施工经验，拟采用GL-170斜拉挂篮法进行该桥的主桥箱梁悬臂施工。挂篮总重量为60 t，由三角形主桁构成，符合施工方案要求，通过导链牵引行走，前、后支座分别设置滑板和滚轮以减小行走的阻力。

2.3 GL-170型挂篮结构

GL-170斜拉三角挂篮一般由主桁承重、行走、后锚和底篮悬吊四个系统构成。

主桁承重系统由主桁及横梁构成，主桁多为三角形状，主梁包括两根H596×199型钢，立柱包括两根H600×200型钢，斜拉带厚度为30 mm，横梁为桁架结构，主梁与斜拉带间通过180 mm（40Cr）销轴相连（如图1所示）。通过这种方式，挂篮在安装时可由千斤顶消除主桁引起的非弹性形变，且有利于主梁的受力。

行走系统包括行走滑道、小车以及前、后支腿等构件。如图2所示。

后锚系统主要由扁担梁、预应力筋以及锚筋共同构成。当挂篮滑动到指定位置后，通过锚筋和预应力筋将挂篮尾部结合、锚固。通常情况下，单根主梁应配置6个锚固点，而一只挂篮可配置12个锚固点。如图3所示。

底篮由前、后横梁以及纵梁、底模构成。一般情况下底篮的前、后横梁应为刚性桁架，而底篮纵梁可分为型钢和桁架两种，腹板处为桁架纵梁，而其他位置为型钢纵梁，底模应使用较大结构的钢模（如图4所示）。悬吊系统由前、后悬吊以及模板悬吊构成。前悬吊锚固在前横梁上，而后悬吊锚固在已完成浇筑的中横梁上，双侧内、外模均采用32 mm的螺纹钢进行锚固。使用穿心式千斤顶对底篮前悬吊的标高进行调整，而后悬吊的标高使用螺旋式千斤顶调整。

3 挂篮拼装工艺

3.1 拼装流程

在拼装前应进行必要的准备工作，铺设枕木以调节箱梁腹板顶部高度差，确保挂篮平衡。在前支点处铺设型钢，当完成0#块施工并达到标准后，通过M20砂浆对枕木位置找平，随后进行前支腿轨道的安装、后行走轨道的安装及挂篮主梁前、后支腿的安装，并通过扁担梁加以锚固，准备工作完成后可进行挂篮的拼装。挂篮拼装的具体流程如后页图5所示。

3.2 拼装要点

挂篮在开始拼装前应使用M20砂浆进行找平。

作者简介：张 铎（1985—），工程师，研究方向：高速、二级公路施工建设。