菱形挂篮法施工控制建筑工程师职称论文发表

　　摘要:山西中南部铁路通道ZNJL-16标管段东平湖滞洪区特大桥跨柳长河的1-(65+112+65)m连续梁采用挂篮法施工，本文结合自身施工经验及总结，重点对菱形挂篮中跨合拢段施工过程中容易出现的安全、质量及文明施工等问题及预防、控制措施进行介绍，而钢筋加工安装、灌筑混凝土和预应力施加质量、梁体线形、体系转换、合拢段施工等是连续梁悬臂灌筑法工艺和质量控制的关键。

　　关键词:菱形挂篮法,现浇梁施工,中跨合拢段,施工控制

　　1 工程概述

　　1.1工程简介

　　东平湖滞洪区特大桥316-319#墩跨柳长河采用1-(65+112+65)m跨连续梁跨越。连续梁悬浇节段为0-15#块，单侧悬浇长度(7m+4×2.5m+6×3m+5×4m)56m。16#节段为边跨合龙段，长度2m,截面高度5.7m ，混凝土方量26.576m3,重量69.098t。16ˊ#节段为中跨合龙段，长度为2m，截面高度5.7m,混凝土方量36.411m3，重量94.669t。梁体混凝土设计采用高性能C50混凝土。

　　1.2工法特点

　　菱形挂篮法现浇梁施工是采用移动式挂篮作为主要施工设备，以桥墩为中心，对称向两岸利用挂篮逐段灌筑梁段混凝土，待混凝土达到强度后，张拉预应力束，再移动挂篮，进行下一节段的施工。悬臂灌筑每个节段长度一般2～6m，其主要特点是：

　　⑴桥梁在施工过程中产生负弯矩，桥墩也要承受由施工而产生的弯矩，因此悬臂施工宜选用营运状态的结构受力与施工阶段的受力状态比较接近的桥梁中选用，如预应力混凝土T型刚构桥、变截面连续梁桥和斜拉桥等;

　　⑵非墩梁固接的预应力混凝土梁桥，采用悬臂施工时应采取措施，使墩、梁临时固结形成“T构”，梁体施工完成后，需进行结构体系的转换;

　　⑶采用悬臂施工的机具种类很多，就挂篮承重系统而言，有三角形构架、菱形构架、自锚式构架等多种型式，可根据实际情况选用;

　　⑷悬臂灌筑施工简便，结构整体性好，施工中可不断调整位置，常用在跨径大于100m的桥梁上选用;

　　⑸悬臂法施工可不用或少用支架，施工中不影响通航或桥下交通。

　　2施工工艺流程

　　2.1混凝土连续梁合龙梁段的施工顺序，必须符合设计要求，以确保连续梁结构体系转换后梁体内力及变形符合设计要求。

　　2.2相邻T构梁体悬臂端中线、高程，应在距合龙口2～3个梁段施工开始贯通测量控制，以保证合龙口的两悬臂端中线、高程偏差控制在允许范围内。

　　2.3合龙梁段施工前，应对两悬臂端的中线、高程进行测量检查，当发现两悬臂端中线和高程及其相对偏差大于15 mm时，应采取措施实施纠正。合龙口纠偏措施应经设计单位和监理单位同意。

　　2.4纠偏措施须待合龙梁段预应力筋张拉完毕才能解除。

　　3合龙口临时锁定

　　3.1混凝土连续梁的合龙口临时锁定力，必须大于解除合龙口任何一侧梁墩临时固定后各墩全部活动支座的摩擦力，以保证合龙梁段混凝土从开始浇筑至纵向预应力筋实施张拉过程中，不承受任何挤拉外力，避免引起混凝土开裂。

　　3.2混凝土连续梁合龙口临时锁定方法.应符合设计要求。

　　3.3合龙口临时锁定，应在合龙口最大、悬臂端高程符合设计要求和相关规定时进行锁定。由于梁体收缩变形滞后于最低环境温度约为2～3h，故在一日之晨进行锁定。锁定前，应先将刚性支撑的一端与梁端预埋件焊接，到计划锁定时间时，再对称、快速地将刚性支撑的另一端与梁体预埋件焊接。采用支拉共同锁定方法，刚性支撑联锁后，将临时预应力筋按设计要求张拉力值尽快张拉，形成支拉锁定结构将合龙口锁定。

　　3.4混凝土连续梁合龙口临时锁定后，应立即将合龙口一侧的梁墩固结及支座临时锁固约束解除，使梁的一侧能在合龙口临时锁定装置连接下沿支座自由伸缩。

　　3.5合龙口临时锁定设施，应在合龙梁段纵向预应力孔道压浆前拆除。梁体预应力筋张拉时，用作临时锁定的永久预应力束，张拉时间应符合设计要求，当设计无要求时，应在其他纵向预应力筋张拉完毕再补充张拉到设计值。

　　4吊架施工及模板安装

　　4.1合龙梁段施工采用挂篮吊架做施工作业平台，对挂篮及模板进行改制，使其适应与合龙口两端梁段搭接需要。

　　4.2施工吊架的支点，应设置在梁体腹板上，且宜设在距悬臂端不小于50 cm处。

　　4.3施工吊架结构，应根据选用的型钢类型、规格、力学性能等经计算确定，并应便利安装和拆除，吊架承载力检算时，构件应力安全系数应不小于1.3，稳定安全系数应不小于1.5。

　　4.4施工吊架安装时，必须按吊架结构安装设计要求进行施工，梁体横向应同时对称进行结构件安装，并应按照先锚固梁体上面承重梁后，再安装下部结构件进行施工，确保吊架安装施工安全。

　　4.5施工吊架拆除时间应符合设计要求，当设计无要求时，应在合龙梁段全部纵向预应力筋张完毕和混凝土达到设计要求强度等级后进行拆除。拆除施工一般应遵循先下后上、先外后内的顺序进行，并应做好警戒区域内安全防护工作和拆除作业人员安全保护工作。

　　4.6模板设计、安装除应符合现行标准的有关规定外，合龙梁段模板与两悬臂端梁体表面搭接长度不应小于30㎝，搭接缝必须紧密、牢固，搭接缝内应设置弹性胶条，以防止振捣混凝土时漏浆。

　　5混凝土施工

　　5.1合龙梁段混凝土浇筑前，全面检查模板及吊架、钢筋及预应力管道、钢筋保护层及模板坚固件等安装情况。

　　5.2合龙梁段混凝土浇筑前，在合龙口两端悬臂预加压重稳定悬臂。每一悬臂端预压重量应符合设计要求，当设计无要求时可按合龙梁段现浇混凝土重量之半加载，并应于混凝土浇筑过程中按等量换重方式逐步撤除。为调整合龙口悬臂端高程、高差所加压重，在合龙梁段预应力筋张拉完毕后才能拆除。

　　5.3合龙梁段混凝土在一天中气温最低时间段内快速、连续浇筑。

　　5.4合龙梁段混凝士浇筑完成后加强保湿保温养护，控制梁体内外温差，并应将合龙梁段及两悬臂端部1m范围进行覆盖洒水，降低日照温差影响。

　　6预应力施工及体系转换

　　6.1混凝土连续梁合龙梁段混凝土达到设计要求条件时，应及时进行预应力筋张拉，预应力筋张拉顺序及张拉力值必须符合设计要求。合龙口临时锁定利用永久预应力筋作为临时预应力筋时，其补充张拉施工应符合设计要求，当设计无要求时应在其他纵向预应力筋全部张拉完毕再进行补充张拉到设计锚固吨位。

　　6.2混凝士连续梁合龙梁段纵向预应力筋全部张拉完毕，应立即解除相应T构全部永久活动支座的临时锁定设施，实现连续梁结构体系转换。拆除相应T构梁墩临时固结设施和临时支座时，应对称、均匀施作，并应观测墩顶梁体高程预应力和永久支座受力状态变化情况，发现异常情况时应立即停止作业，查明原因，保证施工安全。

　　6.3混凝土连续梁永久支座安装位置和方向应符合设计要求。当合龙梁段全部按设计要求施工完毕形成连续梁体系之后，发生承永久活动支座预偏量大于允许值等情况，必须顶起梁体进行调整施工时，应根据有关规定制订专项顶梁施工方案，并应征得设计单位和监理单位同意后进行施工，严防梁体破损。

　　6.4混凝土连续梁合龙梁段预应力张拉、压浆、封锚等应符合有关规定。

　　7劲性骨架设计

　　为了减少两端悬臂受温度变化的影响可能产生纵向伸缩使合龙段节段长度变化，从而导致合龙梁段混凝土凝固过程中受到张拉或压缩的超应力的影响而产生裂缝，在浇筑合龙段混凝土前采用劲性骨架(临时外支撑)和施加预应力束外拉的方式将两端悬臂临时联结，保证混凝土的完整。

　　7.1 (65+112+65)m连续梁锁定形式

　　(65+112+65)m连续梁采用体外锁形式，采用2[40C槽钢组合焊接为劲性骨架支撑(临时外支撑)并张拉合龙口一定范围内的顶底板临时预应力束外拉的方式将两端悬臂临时联结共同锁定用刚性支撑抵抗混凝土升温时产生的压力，用预应力抵抗降温时产生的拉力，以保护合龙段混凝土的完整。

　　在梁面合龙口顶板预埋3块600×1000×20mm钢板，底板顶预埋3块600×1000×20mm钢板做为板面预埋件，每块钢板下方加焊24根φ20mm的“U”型钢筋进行锚固，钢筋与预埋板采用满焊并与钢板焊接埋入混凝土内，劲性骨架支撑采用2[40C槽钢焊接而成，两根一组，共6组。刚性支撑见附图。

　　7.2 合龙力学分析原理和计算过程

　　7.2.1合龙力学分析原理

　　由于合龙期短，可不计混凝土的徐变，对箱梁断面较大，由于温度升高将会产生数千吨的温度内力，刚性支撑无法承受，故为了方便施工，宜在合龙口锁定后立即释放一端梁的滑动支座约束。当梁体滑动支座约束解除后，合龙口刚性支撑受力情况发生变化，边跨合龙应力计算情况示意图见图4.2：

　　图4.2 桥梁合龙应力计算示意图

　　当升温Δt时 N=Q×f+Ny

　　式中：N-----合龙口刚性支撑所受压力

　　Q-----支座(模板)上的梁体重量

　　f-----支座(模板)与混凝土的摩擦系数。边跨合龙时边跨模板与混凝土的摩擦系数取0.15，中跨合龙时活动支座摩擦系数取0.05。

　　Ny----预应力束的张拉力

　　当降温Δt时 N=Ny- Q×f

　　由以上分析可见，合龙口刚性支撑是升温时控制。在合龙口施工设计时，依据实际情况，测得混凝土浇筑时混凝土达到足够强度时的温度Δt，由此计算出梁体降温时产生的温度内力，若其小于Q×f，则可不设或少设临时预应力束，若其大于Q×f，依抗裂安全要求，可求得所需预应力值，即

　　令 N=Ny- Q×f=0

　　Ny= Q×f

　　考虑安全系数K Ny= K×Q×f

　　N=Ny- Q×f=(K-1)Q×f

　　相应地升温时的轴向力为

　　N=Ny+Q×f=(K+1)Q×f

　　取K=1.2,则 N=2.2Q×f

　　根据最大N值验算劲性骨架。

　　7.2.2计算过程

　　(65+112+65)m连续梁计算过程

　　合龙边跨时：

　　(65+112+65)m连续梁边跨17#节段梁重Q=10463.18KN，17#节段模板与混凝土摩擦系数f=0.15。

　　N=2.2Q×f=2.2×10463.18×0.15=3452.85KN

　　同理合龙中跨时:

　　(65+112+65)m连续梁T构重与边跨现浇段和边跨合龙段梁重Q=68105. 83KN，活动支座与混凝土摩擦系数f=0.05。

　　N=2.2Q×f=2.2×68105.83×0.05=7491.64KN

　　故中(边)跨合龙段劲性骨架和临时张拉预应力值按照中跨受力较大设计偏安全，取N=7491.64KN，Ny=7491.64KN。

　　7.2.3劲性骨架验算和临时预应力张拉束值验算

　　(65+112+65)m连续梁采用体外锁形式，采用2[40C工字钢组合焊接为劲性骨架支撑。梁面顶及底板顶预埋6块600×1000×20mm钢板，每块钢板下方加焊24根φ20mm的“U”型钢筋进行锚固。

　　7.2.3.1劲性钢骨架容许力计算

　　[40C截面特性：A=91.04cm2;重量q=71.47kg/m;Ix=19710cm4;Wx=985.6cm3;t=1.8cm;b=10.4cm，d=1.45cm,H=40cm,a=7.2cm

　　h1=H-2t=36.4cm

　　z=7.82cm

　　z0=b-z=2.58cm

　　Iy0=573.85cm4

　　Iz0=19496.2 cm4

　　Am=180.44cm2

　　组合截面的劲性骨架采用体外锁形式，2[40C槽钢与预埋钢板焊接，可视为两端固定，故劲性骨架按μ=1进行压杆验算。

　　2[40C槽钢截面组合后最大临界力：

　　Iz=2Iz0=38992.4 cm4

　　Iy=2Iy0+A(a/2+z)2=24680.04cm4

　　Iy< Iz

　　ry=( Iy / Am)1/2=11.695cm

　　μL/ry=1×340/11.695=29.07,取φ=0.938

　　则单个立杆劲性骨架受力：

　　[f]=215;

　　[N]= φ×Am× [f]=0.938×180.44×215=3639.13KN

　　每个合龙段工设置6根组合工字钢，则其支撑力：

　　N=6×3639.13=21834.78KN>7491.64KN

　　满足安全要求，其安全系数21834.78/7491.64=2.91,满足安全要求。

　　7.2.3.2预埋钢筋容许力计算

　　单个组合采用24根φ20mm的“U”型钢筋，单根钢筋抗剪力为Q=7491.64/6/48=26.01KN。

　　则：τ=Q/A=26.01×1000N/314mm2=82.83MPa<[τ]=140MPa

　　满足强度要求。

　　7.2.3.3焊缝强度计算

　　N=7491.64KN，焊缝宽度取he=8mm,焊缝强度设计值为： =160MPa

　　单个组合结构用2[40C槽钢焊接在600mm×1000mm×20mm钢板上，焊缝长度计算时取2000mm(下缘长)，对每条焊缝边扣除10mm，实际焊缝长Lw=1960mm,增大系数为βf=1.0，则：=N/he/Lw=7491.64×1000/6/8/1960=79.63<βf =160

　　焊缝满足要求。

　　7.3预应力张拉临时束张拉力计算

　　中跨合龙段张拉顶板束为L(15-7φ5)，左右各1束，共2束，每束的临时张拉力为2000KN，底板为B14(15-7φ5)，左右各2束，共4束，每束的临时张拉力为1000KN。

　　5 结束语

　　菱形挂篮法连续梁中跨合拢段施工工艺复杂，存在的潜在施工安全质量风险较高，需要我们严格按照施工工艺精细化的组织施工，认真做好施工过程安全质量控制，严格各工序卡控制度，认真履行签证和复检程序，才能确保山西中南部铁路通道东平湖滞洪区特大桥跨柳长河连续梁施工质量满足重载铁路标准要求，经得起运营和历史的考验。

　　参考 文 献：

　　[1]《铁路混凝土工程施工质量验收标准》(TB10424-2010)

　　[2]《客货共线铁路桥涵工程施工技术指南》(TZ203-2008)

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