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1、菱形掛籃設計與施工摘 要：菱形掛籃主要受力構件為二力桿，具有結構輕巧、受力明確、拆錨方便的特點。主梁采用H型鋼，雙向回轉半徑較大，增加了桿件的穩定性。本文對天興洲大橋北岸引橋灄口左線引橋1號橋的菱形掛籃設計和施工進行了介紹。關鍵詞：懸臂澆筑、菱形掛籃、設計、施工71 工程概況灄口左線引橋1號橋全長1237.64m, 共計37墩1臺，中心里程為WDK1176+447.68。全橋大部分在灄水河泛洪區內。主跨為32m+48m+32m（7號10號墩）等高度預應力混凝土連續彎梁跨越灄水河。連續彎梁為單線懸臂澆筑連續梁，位于R=800m的圓曲線及緩和曲線上，線路坡降為+5.2。2 掛籃設計掛籃設計依據施工2、圖紙按以下要求設計，設計原則：自重輕、結構簡單、受力明確、堅固穩定、變形小、前移和裝拆方便、具有較強的可重復利用性。2.1 掛籃選型掛籃是懸臂施工中的主要設備，按結構形式可分為桁架式（包括平弦無平衡重式、菱形、三角形、弓弦式等)、斜拉式(包括三角斜拉式和預應力斜拉式)、型鋼式及混合式4種。2.1.1 設計要求箱梁結構參數：等高度單箱單室箱梁，截面梁高3.3m，全橋箱梁頂板厚0.25m，箱寬4.2m，橋面板寬7.4m，腹板厚跨中部分為0.35m，支點附近為0.60m，底板厚從跨中部分至支點由0.25m變至0.6m；全梁共設5道橫隔板，全梁共分35個梁段，中支點0#梁段長6.0m，一般梁段長3m，3、合攏段長2m，邊跨直線段長7.5m，全梁采用雙向預應力體系。掛籃最大重量不得大于33t； 懸臂澆筑混凝土最大重量57.72t；2.1.2 類型選定根據混凝土懸臂施工工藝要求及設計圖紙對掛籃要求，綜合比較各種形式掛籃特點、重量、采用鋼材類型、施工工藝等，經過研究決定采用菱形掛籃，菱形掛籃結構簡潔、受力明確、拆裝錨固方便，為施工提供了寬闊的作業空間。2.2 掛籃結構材料掛籃菱形組合梁采用300300H型鋼，內導梁、底縱梁、橫梁均采用I36a工字鋼，吊帶采用32精軋螺紋鋼，滑道采用250250H型鋼。2.3 掛籃結構檢算荷載傳遞路徑見圖1。檢算內容包括：菱形組合梁。按最大重量節段荷載對組合梁各桿件進4、行強度、剛度及穩定性檢算；上下橫梁、吊桿、導梁、滑道、壓緊器、前支腿、后錨、底縱梁進行強度和剛度檢算；各連接螺栓、連接板、焊縫進行強度檢算；圖1 荷載傳遞路徑2.4 掛籃技術參數掛籃及模板自重19t，掛籃與最大梁段重量比0.33； 設計荷載100t，恒載安全系數取1.2，活載安全系數取1.4；走行方式：無平衡重走行方式。走行時抗傾覆系數大于2.0，靜止時抗傾覆系數大于3.0掛籃的彈性變形值為10mm，非彈性變形值為2mm。3 掛籃結構形式掛籃主要由承重系統、底模系統、模板系統（內、外）、走行系統、后錨固系統組成。圖2、圖3分別為掛籃的側面和正面圖。圖2 掛籃側面圖圖3 掛籃正面圖圖3 掛籃正面5、圖3.1 承重系統每套掛籃由10片H型鋼組合梁組成，菱形組合梁由4根H型鋼主梁和1根H型鋼立柱組成，同時頂面設水平聯系桿，提高整體剛度。底縱梁梁下設滑道，滑道固定在已澆筑混凝土梁上。前橫梁：采用2根I36a工字鋼栓接于主梁前端上翼緣，豎向配置4根承重吊桿。后橫梁：采用2根I36a工字鋼，豎向配置2根承重吊桿，2根后錨吊桿。立柱：上端設有橫向聯連接桿，保證主梁橫向穩定。3.2 底模系統底模長4.5m在混凝土懸臂施工中承擔鋼筋混凝土重量及施工機具重量，并兼作施工操作平臺。底模采用大塊鋼模板，模板平鋪于底板縱梁上，縱梁在底板下采用11根I36a工字鋼。底板縱梁與前下橫梁、后下橫梁采用栓接，前下、后下6、橫梁均采用2根I36a工字鋼。3.3 模板系統（內、外）外模用槽鋼及角鋼做骨架，其外圍為大塊鋼模，鋼模面板用6 mm熱軋板，骨架與模板連接均采用焊接，側模與底模用螺栓連接，懸臂部分用鋼管斜撐在外模槽鋼上，側面與底模同菱形掛籃一起移動，內模采用槽鋼和角鋼做骨架，鋼木組合模板，采用內導梁移動。3.4 走行系統分為菱形組合梁走行系統，側模走行系統及內模走行系統三部分。菱形組合梁走行系統：在每片梁前端設滑動點2個，后部設平衡導向滑輪，箱梁頂面上設2個滑道，向前滑移。側模走行：外模走行，在側模上安裝調節桿，當松開后錨栓、底模連接螺栓及支撐拆模時，在模板自重和調節桿共同作用下，側模、底模向下脫落在主梁上，7、主梁、側模、底模、內模滑梁同時前進。內模走行：放松內模后，內模板即落在內導梁上，與主梁、側模、內模同時前進。3.5 后錨系統后錨栓采用25精軋螺紋粗鋼筋。作用是將掛籃承受的荷載傳至箱梁上，并防止掛籃傾覆。主梁移動的傾覆穩定由主梁后端壓緊器來維持。4 掛籃載荷試驗初次使用掛籃前對其進行荷載試驗,以檢驗掛籃的承載能力和了解掛籃的施工撓度。4.1 試驗方法掛籃使用前在地面進行預壓試驗，選擇在諶家磯左線引橋107號墩承臺進行預壓試驗。掛籃的試驗荷載為80t，大于混凝土及施工荷載重量的1.3倍。為了確保掛籃荷載的受力情況與真實情況相同，試驗的荷載采用鋼材和混凝土預制板（2.510.2m，每塊重1t）。分8、級加載順序為：01050100130100500。壓載時間自壓載結束到開始卸載為48小時4.2 變形觀測 在掛籃橫梁、后錨、菱形組合梁后部共設置28個觀測點。在每級加載或卸載的時候及時進行觀測。在加載過程中應注意檢查掛籃各個部位，如發現異常現象應立即停止加載，進行處理。根據測量數據進行統計分析，得出掛籃施工撓度。本掛籃最終試驗結果：掛籃的彈性變形值為12mm，非彈性變形值為2mm。5 掛籃拼裝掛籃在工地加工制作，利用汽車運輸到施工墩位處，主墩掛籃拼裝采用25t吊車提吊拼裝，等1號梁段施工完畢并張拉預應力索后開始拼裝。掛籃安裝順序為：將滑道放在已定位置上，并用壓緊器將其固定，以防傾覆用吊車安裝主9、梁，立柱（菱形桁架底梁錨固在滑道上）及立柱平聯安裝前上橫梁于主梁端頭，并安裝平聯與主梁連接用吊車先后吊裝前下橫梁、后下橫梁、底板腹板下縱梁，并安裝吊桿安裝縱梁，側模及支架。6 掛籃施工工藝菱形掛籃施工工藝見圖4。6.1 模板調整掛籃安裝到位后應做好水平中線及標高的控制。中線控制：由于是彎梁，在上一澆筑梁段上利用全站儀放出上一梁段的軸線，橫橋靠近下一施工梁段處分別放出箱梁中及腹板邊放3個點，以便校核。利用上一梁段的軸線掛線向下一梁段延長，量取兩個梁段之間軸線在未施工梁段前端的橫向偏移值即可定出下一梁段的中軸線。高程控制：掛籃后端標高即為上一梁段混凝土標高。掛籃前端標高考慮設計標高、上一梁段標高、10、掛籃彈性變形、掛籃自重引起的對結構的下撓等因素，由軟件模擬計算得出。圖4 掛籃施工工藝流程圖6.2 鋼筋綁扎鋼筋按要求下料、彎制，制作成型后掛牌分類堆放，需要鋼筋時吊裝至掛籃位置，人工綁扎。先綁扎底板、腹板鋼筋，并安裝豎向預應力筋及波紋管道，待內模前移到位后綁扎頂板底層鋼筋，安裝頂板預應力管道，綁扎頂板上層鋼筋、安裝頂板預埋件。安裝鋼筋、波紋管道、預埋件的尺寸偏差不得大于設計和規范要求。6.3 預應力波紋管成孔全橋預應力管道均按照設計要求采用塑料波紋管成孔，安裝波紋管時如果管道與構造鋼筋位置沖突時，適當移動構造鋼筋，絕對保證預應力管道按設計位置定位，并采取加密定位鋼筋網片、網片與箱梁構造筋點焊11、牢固等措施，保證預應力管道位置在澆筑混凝土時不移動。所有縱向預應力孔道內設置PVC內襯管，防止澆筑混凝土時，孔道發生變形。6.4 混凝土澆筑T構兩節段同時進行對稱懸澆施工，不平衡重按設計不大于2m36.5 預應力穿束、張拉及壓漿豎向預應力筋采用先穿法，縱向采用后穿法人工穿束。在梁體強度達到85以后張拉縱向預應力筋，豎向預應力筋按設計滯后1個節段張拉。壓漿采用真空壓漿工藝。6.6 掛籃移動每一節段縱向預應力鋼絞筋張拉完畢，壓漿后，進行掛籃的向下一梁段移動，準備進行下一梁段的施工，掛籃的移動必須按照以下步驟進行： 首先，在梁段頂面找平并測量好滑道位置，找平、鋪設滑道。 將承重的各吊桿慢慢松開，同一12、斷面的吊桿必須同步放松，當內導梁、底縱梁、下橫梁離開混凝土面15cm時停住。前后橫梁梁端兩側各加掛一個10t的倒鏈連接上下橫梁，防止吊帶脆斷。 此時底模板、側模板及內模系均與梁體脫離，將菱形梁后錨松開，人工采用倒鏈將主梁拖拉到位，主梁的前移帶動側模、底模及內導梁整體滑移到位，隨著主梁的前移，壓緊器應交替前移（不得少于2根），以保持主梁的穩定，滑到位以后將主梁后錨桿錨緊（不得少于3根），并用測力扳手張拉15T。 掛籃主梁移動到位后，把底模重新固定在各吊桿上，將內導梁也和上一梁段預留吊桿及前吊桿固定好。初步調整好中線及標高。 根據測量組放樣中線及抄平測量精確調整好軸線及標高。水平調整采用倒鏈人工調13、，到位后將各螺母旋緊；標高調整采用千斤頂調節吊桿可以精確的達到施工要求。 掛籃調整好后，安裝模板、鋼筋，灌注前重復檢查中線、高程，灌注混凝土。并等混凝土強度85%后張拉、壓漿。 掛籃向下一節段移動。7 掛籃施工中遇到的問題及解決措施 掛籃前移后調整時間過長。主要原因為標高調整時，調整吊桿采用倒鏈人工調整，倒鏈間隙大很難做到精確調整。后在每個需要調整的吊桿上安裝千斤頂，采用千斤頂調整后，掛籃的調整既提高了速度又保證了精度。 掛籃內導梁移動小車上未設計有擋軸固定內導梁，當松開吊桿向前移動掛籃時有危險性，在移動掛籃之前發現此問題后立即鉆孔安裝擋軸，使內模系統安全順利的移動倒位。8 以后施工中擬優化的問題及設想 在設計掛籃主梁時，主梁采用H型鋼作為主梁的桿件，考慮的是H型鋼兩個方向回轉半徑均較理想，可以提高桿件的穩定性。從鋼材的利用率角度看，采用2根槽鋼焊接成方鋼形式作為主梁桿件是最能發揮鋼材性能的方法，但此種方式在桿件的連接上又遇到了困難。如能改善設計方法，利用更輕便的桿件材料將進一步降低菱形掛籃的重量，提高掛籃的利用系數，達到節約成本的目的。 掛籃走行系統采用倒鏈人工拖拉的方式，速度不高且占用勞動力。設想在前支腿處安裝液壓千斤頂采用電動油泵為動力，可達到既快又省的目的。