挂篮设计与施工技术分析

中建交通建设集团有限公司，北京 100000

1 工程概况

新设长北桥在L4+848.1～L5+106.5跨越长春北站，共13条线路，西起依次为京哈下行线、长北到达场咽喉线5条、J15～J12线、长图线、京哈上行线。线路全部为电气化铁路。长北立交桥主桥左右幅错开布置，上部结构为55m+80m+86m+92m+55m连续箱梁，采用挂篮悬浇法进行施工。

2 挂篮设计

2.1 挂篮的构造

利用菱形挂篮进行悬浇段施工，具体包含主承重系统、底篮及悬吊系统、后锚及行走系统、模板系统[1]。

2.2 挂篮的设计计算

（1）确定设计参数。①挂篮的全部重量按设计图纸数量取G=45t+12t（挂篮自重+绝缘设施）计算。②堆放荷载，主要为施工人员和各类材料的重量，取250kg/m2。③振捣施工期间水平模板所受的荷载，取200kg/m2。④胀模系数为1.05。⑤浇筑混凝土和挂篮空载行走时的抗倾覆安全系数为2.0。⑥挂篮空载行走的冲击系数为1.30。⑦浇筑混凝土的冲击系数为1.20。

（2）荷载组合。①荷载组合Ⅰ：混凝土自重+动力附加荷载+挂篮自重+施工人员及设备重量，共计2377.5kN。②荷载组合Ⅱ：混凝土自重+挂篮自重+施工人员及设备重量，共计2299.5kN。③荷载组合Ⅲ：挂篮自重+冲击附加荷载，共计741kN。根据上述运算可知，不同荷载组合的作用各异：组合Ⅰ，可展开计算以便确定主承重系统的强度并分析其稳定状况；组合Ⅱ，可展开计算以便确定刚度情况；组合Ⅲ，经计算后可确定挂篮行走阶段的稳定性表现。

（3）挂篮底篮纵梁设计。箱梁1#（箱梁最重节段）块腹板厚度为70cm，高度为5m，节段长度为3m，混凝土的容重为2.6t/m3，则作用于底篮边纵梁的均布荷载q=9.1t/m，1#块的底板平均厚度为d=70cm，中纵梁间距为90cm，作用于中纵梁的均布荷载q≈1.7t/m，底篮纵梁的计算简图，如图1所示。

图1 底篮纵梁计算简图（单位：m）

（4）菱形架各杆件的内力计算及截面选择。各杆件内力计算结果，如图2所示。杆截面按容许应力法选择。主桁架各杆件轴力N、弯矩M、剪力Q计算如下。①G1：N=1072.8kN，M=73.45kN·m，Q=6.113kN；采用2根［40b。②G2：N=971.7kN，M=43.92kN·m，Q=4.831kN；采用2根［40a。③G3：N=611.6kN，M=10.16kN·m，Q=0kN；采用2根［40a。④ G4：N=1143.3kN，M=36.87kN·m，Q=3.87kN；采用2根［40a。⑤G5：N=971.7，M=63.29kN·m，Q=3.531kN；采用4根［40a。

图2 各杆件内力（单位：cm）

从以上计算结果可以看出，G1杆件所受的轴力、弯矩最大，而各杆件的剪力均很小，对换算应力几乎没有影响。G1杆件满足要求，则其他杆件应满足要求。G5杆件因有后锚杆作用力需要单独设计，因竖向精轧螺纹的纵向最大间距为90cm，菱形架节点后取30cm，则最不利的后锚点起始位置在节点后60cm，G5按简支梁计算。

2.3 挂篮模板设计

考虑到挂篮侧模板与箱梁0号块侧模共用，模板高度按0号块高度设计，侧模高度H=5.8m，侧模由厚度为6mm的钢板面板、间距为50cm的［6.3横肋、间距为75cm的［10与［6.3组成的桁架片拼成。模板计算时混凝土的容重γ=2.6t/m3，混凝土的初凝时间t=90min，考虑到混凝土采用泵送，坍落度较大，浇筑速度也较快，作用于模板上的最大侧压力按6t/m2计算横肋两端是焊接在竖肋上的，故可把横肋看作是简支于竖肋的简支梁，承受的荷载是上下面板各一半的混凝土压力。

2.4 挂篮吊杆设计

该挂篮吊杆设计全部采用JL32精轧螺纹钢筋，其标准强度fpk=930MPa，控制应力fk=fpk×70%=651MPa，控制拉力N=50t。为防止在工作状态调整挂篮标高时造成单根吊杆拉力过大，故所有的千斤顶扁担梁最大荷载均按50t控制。根据该桥箱梁最大悬浇段自重约150t，挂篮空载重60t，与最大节段重量比约为0.4。

3 挂篮施工

（1）菱形桁架。在挂篮结构体系中，菱形主构架发挥出承重的作用，具体包含桁架、横联、门架及前上横梁。杆件间通过高强螺栓稳定连接，以维持稳定。前上节点和前上横梁形成连接关系，于前上横梁处依次布设挂篮前吊点。以A3型钢为基础材料制作菱形桁架的各类结构。

（2）提吊系统。①底模前吊带。前吊带具有传递重量的作用，底板、腹板及底模三部分的重量可以通过该装置传递给主桁架。取8根φ32mm精轧螺纹钢，经制作成为吊带，均匀划分为4组，各组分别配置2台LQ32千斤顶，根据安装情况对扁担梁进行调节，以达到提高底模标高精准度的效果[2]。②底模后吊带。后吊带具有传递荷载的作用，源于底模架的部分荷载可通过该装置传递至箱梁的底板上。腹板处预留2个方形孔洞，箱梁临近该处；扁钢吊带穿过箱梁底板，通过销接的方式实现与底模架后横梁的稳定连接。上端配置2台LQ32千斤顶，依然通过扁担梁完成对底模的高精度调节。

（3）模板系统。将大块钢模板作为箱梁外侧模使用，梁高范围内共设置三块，其目的在于增强梁高调整的便捷性。将厚度为8mm的钢板制作成面板，外侧模稳定支撑在外模走行梁上，分段依次设置走行梁，要求其前端位于主构架前上横梁处，后端通过悬吊的方式置于梁段顶板。后吊杆与走行梁之间的区域安装后吊架，再配置滚动装置，施工期间存在挂篮走行需求时，外侧模走行梁与外模共同滑行。

（4）走行及锚固系统。①走行系统：取2根轨道，将其布设在主构架的梁片桁架下方的箱梁顶面处，取钢板和槽钢，经焊接后使两者形成Ⅱ型截面，轨道底面锚固至竖向预应力筋处。主桁后端配套后支座，该处用反扣轮沿轨道滚动，此过程中无需额外加平衡重，正常情况下仅需2台手拉葫芦反向牵引的方式便可满足前行的要求。②锚固系统：悬灌施工期间，在挂篮的后端设置φ32mm精轧螺纹钢和后锚扁担梁，利用此类装置将主构架后节点锚固至轨道上。为确保锚固系统可以正常使用，在锚固施工期间应保证后支座反扣轮与轨道无接触关系（相互脱离），此时精轧螺纹将承受后锚力。根据挂篮的结构特点，每套挂篮分别配置12根φ32mm精轧螺纹钢。

（5）防护系统。首先，邀请接触网产权单位（供电段）共同协商防静电的安全措施；其次，在悬浇段施工过程中，不能向下面洒落任何块状物体，用纱网和安全网将菱形挂篮全部封闭。

（6）张拉操作平台。以型钢和钢筋为材料，经拼装后形成张拉操作平台。通过4个倒链悬吊在主构架上，所配置的倒链应具有可升降的作业特点，以便有效适应梁段的高度变化。

（7）挂篮悬浇施工工艺。悬浇段的施工程序如下：挂篮安装或挂篮前移就位→安装底模、绑扎底板钢筋→安装内模、绑扎腹板钢筋、安装预应力束成孔管道、预埋件及预留孔道→安装外模、端模→调整挂篮标高→一次灌注梁段砼→疏通预应力筋孔道→养生→拆模→质量检查（及时处理接缝）→穿钢束→张拉→孔道压浆。

（8）悬臂施工期间的注意事项。①以不影响挂篮刚度和承载性能为基本前提，尽可能降低挂篮重量，应保证悬臂端施工外载总量≤60t。②丰富挂篮前吊带的功能，其应具备灵活调整竖向挠度的能力，通过该调整措施可减小立模标高的偏差。③在挂篮设计阶段，应兼顾挂篮后支点预埋件的安装需求，协调好空间关系。④箱梁顶板底模、侧模和底板底模的施工应将其锚固至挂篮桁梁上，所设置的吊带需要满足位置和尺寸的要求，不可影响桥梁纵向预应力管道的正常设置。⑤在强度和重量均可满足要求的基础上，需要最大限度地提高挂篮主桁梁的纵向抗弯刚度。

4 结束语

综上所述，在现阶段挂篮法悬臂浇筑的施工过程中，克服了场地受限的困难，在挂篮安装、悬臂浇筑、挂篮行走的施工过程中均未出现安全事故及质量问题，表明所采取的施工方案具有可行性。并且通过此次的分析，可以起到抛砖引玉的作用，给上跨江、河、既有线施工提供了有参考价值的经验。