菱形挂篮悬臂浇筑箱型连续梁工法

发布于：2015-07-26 20:52:26 来自：道路桥梁/桥梁工程 [复制转发]

一、前言

随着桥梁建设的快速发展，悬臂灌筑法已成为大跨度预应力混凝土箱型连续梁广泛采用的施工方法。挂篮是悬臂灌筑法施工的主要设备，其技术性能及通用情况直接关系到施工质量、操作安全、梁段作业循环周期和工程造价；在施工过程中，由于受混凝土灌筑、挂篮移动、施工荷载、预应力张拉、混凝土收缩及徐变、温度、湿度以及体系转换等诸多因素的影响，梁体挠度变化量大，如何控制以上因素对梁体挠度的影响，使悬灌梁段的合拢精度和成桥后的线形与设计要求相吻合，又是施工中必须认真解决的关键技术问题。

2003年，在京九铁路泰和赣江特大桥主桥预应力混凝土箱型连续梁悬臂灌筑施工中，会同铁道建筑研究设计院，在总结和吸收国内外各式挂篮优点的基础上，研制出了一种结构简单、操作安全、移动灵活、可多次周转使用的新型挂篮LG一200型菱形挂篮，挂篮自重小(每套重40.5t)，刚度大，弹性及非弹性变形小，主要杆件受力明确，计算简便；挂篮桁架纵向安装尺寸短，只需有12m长的梁段，即可同时反向拼装2套挂篮；挂篮滑行时，通过反扣轮使桁架沿轨道行走，不需要设平衡重，中心控制准确，外模及底摸随桁架前移，一次到位，作业时间短(移动一次2～4小时即可)，移动灵活、简便，操作安全可靠；悬臂灌筑过程中，挂篮的变形通过操作桁架顶部的千斤顶进行调整，施工简便；挂篮工作面开阔，便于悬灌时梁段底板与腹板钢筋分块吊装以及混凝土运输、提升和捣固，施工速度快，大大加快了梁部施工进度。同时，还研究编制了预应力混凝土箱型连续梁悬灌施工线形控制软件，实行悬灌施工全过程微机跟踪监控，确保了悬灌梁段的合拢精度和成桥后的设计线形。该工程完工后以高质量快速度荣获铁道部京九铁路建设办公室颁发的特别项目竞赛优胜奖。2004年12月，结合该工程进行研究的科技项目《铁路双线大跨度连续梁桥悬灌快速施工成套技术》经专家评审鉴定，达到了国内领先水平，后在江西省樟树市赣江公路大桥和上海市奉浦公路大桥施工中推广应用，取得了显著的经济效益和社会效益，经总结形成本工法。

二、工法特点

1、本工法采用的挂篮结构简单，不需要用特殊材料和设备，在一般桥梁工地均可制作应用。挂篮通用性能强，当箱梁截面为单箱双室，梁段重量较大时或者箱梁顶板、底板较宽时，通过增设一片或若干片桁架或者调整两片桁架之间的联结系，即可用于悬灌施工。

2、本工法在悬灌施工过程中，各梁段梁顶立模标高采用计算机软件计算确定和调整，合拢误差小于15mm，体系转换后的桥形满足设计要求。

3、本工法适用温差变化大，可全天候组织施工和合拢。

三、适用范围

本工法适用于铁路和公路单线、双线预应力混凝土箱型连续梁的悬臂灌筑法施工。

四、施工工艺

(一)工艺流程(见图1和图2)。

(二)LG一200型菱形挂篮

1、挂篮构造

如图3所示，LG一200型菱形挂篮由菱形桁架、提吊系统、走行系统、模板及张拉操作平台五部分组成。安装就位后的挂篮经过简化，成为图4所示的单悬臂简支梁，在竖直荷载作用下，前支座受压，后锚固受拉。

每片桁架所受垂直荷载按500kN计算，各杆件内力为N1=989kN，N2=833kN，N3=-972kN，N4=-532kN，N5=-833kN。杆件最大拉应力和最大压应力均小于所用型钢的容许应力，稳定检算亦符合要求。

底模架后吊带拉力为500kN，小于所用钢板容许拉力。

图4菱形桁架受力汁算简图(单位：cm)

其他主要受力部位，如底模架前吊杆、外侧模滑移梁前后吊杆的拉力均小于所用吊杆的容许拉力。

挂篮行走时的抗倾覆稳定系数为2.46，浇注混凝土时抗倾覆稳定系数为2.49，均高于《铁路桥涵施工规范》要求的不小于2.0的标准。

挂篮的主要技术参数如下：

(1)适用梁段最大重量2000kN；

(2)适用梁段最大长度4m；

(3)适用梁高变化范围7.3～2.2m；

(4)适用梁体宽度范围10.O～18.6m；

(5)挂篮自重405kN；

(6)最大整体弹性变形为13mm，非弹性变形为4mm。

2、挂篮工作原理

底模、外模随菱形桁架向前移动就位后，分块吊装梁段底板和腹板钢筋，并安装预应力筋和管道。将内模架从已灌梁段箱体内拖出，待内模安装完毕，再绑扎安装顶板内钢筋以及预应力筋与管道，然后灌注梁段混凝土。当新筑梁段预应力张拉和压浆作业结束后，挂篮再向前移动，进行下一梁段的施工。如此循环，直至梁段悬灌完工。

3、挂篮制作

(1)菱形挂篮可由工厂或现场制造。在现场加工制作时，为减少安装上的麻烦，桁架节点板及各杆件的栓孔加工前，先作样板，精密钻孔，保证栓孔位置准确无误。

(2)外模由大块钢板焊接而成，为确保板面的平整度，面板先在工作平台上用夹具夹紧，然后再进行焊接，并对焊缝进行打毛磨光处理。

(3)对底模架前后横梁上的吊耳等重要部位的焊接，需逐一进行探伤或加载试验。

4、挂篮试验

为方便悬灌施工，挂篮加工完成后，选择场地，进行试拼，并作超载试验，检验挂篮受力状况，测取挂篮自身的弹性变形和非弹性变形值，供悬灌梁段立模时参考。

(三)数据收集与线型控制软件

1、线形控制软件编制与应用原理

线形控制软件用FORTRAN77语言编制而成，以有限元法和预应力混凝土结构设计的有关理论为基础，通过对预应力混凝士结构进行弹性分析和时效分析，计算预应力混凝土箱型连续梁在悬灌施工中以F各项内力和变形；

(1)由于梁体自重、施工荷载、预应力张拉、体系转换、支座沉降而产生的内力与变形；

(2)由于张拉合拢段预应力束而产生的次内力和变形；

(3)由于预应力损失而产生的内力和变形；

(4)由于混凝土收缩、徐变而引起的次内力和变形。

梁顶施工立模标高计算公式表达如下：

HN=HNj+δ

式中HN—N号梁段端部顶面施工立模标高；

HNj—N号梁段端部顶面设计标高；

δ—综合考虑各种因素的影响而设置的施工预拱度，向上为正，向下为负。

应用原理：在预应力混凝土箱型连续梁悬灌施工前，根据施工方案、工艺和工期的要求，模拟施工过程，收集整理有关数据，输入微机，运行线形控制软件，计算梁体受自霞、施工荷载、预应力张拉及预应力损失、混凝土收缩及徐变、支座沉降、体系转换等因素影响而产生的内力和变形，定出各梁段的施工立模标高；施工过程中，再根据实际施工荷载、悬灌循环周期以及对已筑梁体标高的精密测量，重新计算和修正下一梁段的施工立模标高，使悬灌梁段合拢时的精度以及体系转换完成后梁体线形达到设计和规范的要求。

2、数据收集

(1)在线形控制软件运行前，先根据施工组织设计绘出备悬灌梁段详细的施工进度计划图，然后绘制模拟悬灌梁施工过程(如移动挂篮、浇注混凝土、张拉预应力筋、合拢与体系转换等)的时段图。

(2)参照时段图，确定计算信息控制数据，如时段集中荷载节点数、均布荷载单元数、结构受约束节点数、子结构数。

(3)根据悬灌梁设计图，计算出有关材料与截面特征数据，如梁段自重、张拉预应力筋的锚下控制应力、预应力筋截面偏心距等。

(4)准确收集现场实测数据，如挂篮及梁上其他机具设备的重量、混凝土的配合比、容重和弹性模量、桥址处的温度与湿度等。

(5)汇集以上数据，在微机上建立数据文件。核对无误后，运行线形控制软件的主控程序，并打印出计算结果。最后，依照计算结果，绘制悬灌梁段施工立模标高表、悬灌阶段梁体挠度统计表、合拢阶段梁体挠度变化表、施工过程梁顶标高变化表、悬灌施工中梁体各截面内力表、悬灌梁预拱度设置曲线及各阶段梁体挠度变化曲线，作为施工控制依据。

(四)施工过程及要点

1、现浇O#与1#、1‘#梁段

(1)以混凝土的强度和弹性模量作为控制指标，试验选出合适的梁体混凝土配合比。

(2)根据施工进度安排，参照当地气象资料，推测各墩顶O#与1#、1‘#梁段(见图5)施工时气温与合拢段施工时气温之间的差值，计算由此产生的连续梁伸缩量和支座位移值，确定O#段底部永久支座安装时的预留偏移量。

(3)在桥墩承台上搭设膺架(或在墩身上安装托架)，并进行预压，然后铺设O#与1#、1‘#梁段底模、安装永久支座和临时支座。

(4)将预制而成的O#与1#、1‘#梁段钢筋骨架整体吊装就位后，交错安装O#、1#、1‘#梁段的外模、内模、纵向预应力束制孔管道、横向及竖向预应力筋与制孔管、顶板钢筋及有关预埋件1#、1‘#梁段的内外模板均利用挂篮的内外模。

(5)搭设混凝土作业平台，在腹板和顶板上预留天窗，布置溜放混凝土用的漏斗和串筒，从底板开始前后左右对称整体灌注O#、1#、1‘#梁段混凝土。

(6)混凝土灌注结束后，加强对梁段尤其是箱体内侧与外侧的洒水养护。当混凝土强度达到设计强度的50％时，拆除O#梁段模板，松动1#、1‘#梁段的内外模(底模不动)。

(7)当混凝土强度达到设计强度的90%时，穿束、张拉纵向预应力束。张拉顺序为先腹板、后顶板，先上后下，左右对称。张拉程序为：1.04×控制拉力→持荷5min→回油→控制拉力→锚固。

(8)纵向预应力束张拉结束后，分别张拉横向和竖向预应力筋，一次张拉到控制拉力，持荷2min，测取伸长量作饺核，然后锚固。

(9)预应力张拉全部结束后，按纵向、竖向、横向的顺序压浆。

2、挂篮拼装

各T构的O#、1#、1‘#梁段施工结束后，首先清理梁段顶面，并用1:2水泥砂浆将铺枕部位找平，然后按下列程序对称拼装挂篮：铺设钢(木)枕→安装轨道→安装前后支座→吊装菱形桁架→吊装前上横梁→安装后吊带→吊装底模架及底模板→吊装内模架走行梁→安装外侧模→调整立模标高。

3、2#(2‘#)～N#(N‘#)梁段悬臂灌筑

(1)挂篮检查合格后，将预制好2#2‘#的梁段的底板、腹板钢筋骨架依次吊入挂篮内，一边与1#、1‘#梁段预留钢筋相连，一边安装底板、腹板中的纵向与竖向预应力制孔管道。顶板钢筋及横向预应力筋管道待梁段内模架从1#、1‘#梁段箱体内拖移出并装上模板后，进行现场绑扎安装。

(2)复测挂篮的中线和标高，调整合乎要求后，在梁段端部左右腹板正上方各焊接一根短钢筋棒(顶端打磨光滑，标高与本梁段梁顶施工立模标高相同)作为观测点，标高为h21（h‘21）。

(3)同时对称浇注2#与2‘#梁段混凝土。作业结束后，精确测量观测点的标高h22(h‘22)。同时，安排专人清孔，拆除梁段端部模板，将端部混凝土凿毛，调直预留连接钢筋。

(4)混凝士养护期间，梁顶表面覆盖双层草袋，箱体内外由专人不断洒水养护。冬季施工，则给挂篮罩上防雨防风篷，采用蒸气养护。

(5)当2#与2‘#梁段混凝土强度均达到设计强度的90％时，穿束，两个梁段同时同步双向张拉纵向预应力束，张拉顺序及程序同上，纵向预应力束张拉前以及张拉、压浆后，测量记录观测点的标高h23（h‘23）和h24（h‘24）

(6)为避开挂篮轨道的影响，2#2‘#梁段的竖向和横向预应力筋的张拉与压浆安排在3#3‘#梁段施工结束、挂篮移到4#4‘#梁段位置后进行3#(3‘#)～N-2#(N-2‘#)梁段的安排与此相同。最后两个悬灌梁段，即N—1#（N—1‘#）、N#(N‘#)梁段则等挂篮拆除后进行横竖向预应力筋的张拉与压浆。张拉方法同上。

(7)将2#（2‘#）梁段混凝土灌注前后观测点的标高差，即2#（2‘#）梁段端部挠度值以及预应力张拉前后该梁段端部挠度值h22-h24=Δh24（h’22h‘24=Δh’24），以及预应力张拉前后该梁段端部挠度值h24-h23=Δh22（h’24–h‘23=Δh’22），与根据线形控制软件计算结果绘制出的“悬灌阶段梁体挠度统计表”中的ΔH21(ΔH‘21)和ΔH22(ΔH‘22)相比较。如果Δh21（Δh’21）与ΔH21(ΔH‘21)、Δh22（Δh’22）与ΔH22(ΔH‘22)的差值都小于5mm，则按上述步骤进行下一梁段的施工；若两个差值中有一个或者二个都大于5mm，则需要从施工现场和数据文件两个方面查找原因，发现问题，及时纠正解决，并修改数据文件，输入微机，重新计算，使下一梁段按修正后的立模标高施工。

(8)3#（3‘#）～N#（N‘#）梁段悬臂灌注的标高控制方法同(7)。

4、现浇边跨直线段

边跨直线段在膺架或托架上立模浇筑。安装底模时，模板与下面膺架或托架之间设置木楔，以便于合拢后模板与架子的拆卸。该梁段上观测点数量根据梁段长度而定，布点位置与其他梁段相同。

5、合拢与体系转换

(1)合拢段的施工顺序按设计要求排列。

(2)第1合拢段施工时，先拆除挂篮，将相邻两个T构(若合拢边跨，则为边跨直线段与相邻T构)的梁面杂物清理干净，备用配重水箱以及少数必需的机具设备则放置在指定的位置。然后将相邻两个T构上所有观测点的标高精确测量一遍，最后锁定永久支座，拆除各T构的临时支座，并精确测量临时支座拆除后梁面所有观测点的标高。

(3)比较第1合拢段相邻的两个梁端顶面标高，如果其高差Δ≤15mm，则着手下步施工，如果Δ>]5mm，则运行线形控制软件，计算使Δ≤15mm时的水箱配重所需的重量及布置位置，按运算结果，调整Δ，使其达到要求后，再进行合拢段施工。

(4)为防止T构因热胀冷缩而对合拢段的混凝土产生影响，在第1合拢段箱体内模及顶板钢筋安装前，选择气温最低时间，按设计的位置与数量焊接长度与合拢段等长的型钢支撑，将相邻T构(或边跨直线段与相邻T构)连成一体；在灌注混凝土前几小时，根据计算拉力，张拉布置在底板与顶板中的临时预应力束。

(5)第1合拢段的混凝土选择在一天中气温最低、温差变化比较小的时间开始灌注，拌制混凝土时，将混凝土强度提高一个等级，并掺入微量铝粉作膨胀剂，以免新老混凝土的连接处产生裂缝。混凝土作业的结束时间，则根据掌握的天气情况，尽可能安排在气温回升之前。混凝土灌注完毕，顶面覆盖双层草袋，箱体内外以及合拢段前后lm范围内，由专人不停洒水养护。

（6)在第1合拢段混凝土灌注过程中，安排专人用水泵不断向放置在相邻T构的另一悬臂端部的配重水箱中注水。作业结束时，所注水的重量为所灌混凝土重量的一半。经过养护，当混凝土强度达到设计强度的50%时，一边拆除合拢段模板，一边将配重水箱中的水缓慢放掉。最后，解除临时预应力束和相邻T构永久支座的锁定。

(7)第1合拢段混凝土强度达到设计强度的90％时，预应力束按先顶板后底板、先短束后长束、顶板与底板交错进行、先张拉50%控制拉力(预应力束剩余伸长量小于千斤顶最大行程)、第二次张拉至设计控制吨位的顺序和方法进行张拉。

(8)在第1合拢段预应力束张拉前后各测量一次与该合拢段相邻T构上观测点的标高，留着供第1合拢段施工时控制参考。

(9)第Ⅱ合拢段直至全桥最后一个合拢段的施工以及其线形控制主要方法和过程与第1合拢段的做法相同。

五、质量标准及质量控制

1、选定梁体混凝土的配合比时，除混凝土的强度必须达到设计强度外，其弹性模量Eh及容重γh还应分别满足桥梁设计规范第5.2.2条和设计图纸的要求。

2、钢筋、模板、水泥、粗细骨料、预应力筋、张拉千斤顶、油泵、压力表、锚具等原材料和机具设备的验收、试验与检验均按现行规范及有关规定进行。

3、为确保挂篮轨道位置的准确性，竖向预应力筋安装时，横向与纵向偏差不得大于3mm；挂篮拼装、前移就位后，其中线应与桥梁中线重合，偏差不得大于5mm。

4、挂篮的弹性与非弹性变形以现场试验测量值为准，在悬灌过程中，根据混凝土作业量，将弹性变形值分次进行调整，每次调整值4～6mm。

5、在各悬灌梁段施工期间，梁段各工序施工进度以及梁顶面所放材料、机具设备的数量和摆放位置应符合线形控制软件“计算模式”的要求。如果梁体挠度经过测量超过5mm，应立即从软件计算所需的实测数据和特征数据两个方面查找原因，将修改后的数据文件输入微机，计算修正下一梁段的施工立模标高。通过逐段控制和调整施工立模标高，减少累积误差，使悬灌而成的T构顺利合拢。

6、为了提高水平测量的准确度，减少实测数据的离散性，设于各梁段端部腹板正上方的用于线形控制测量的观测点应做明显标记，并在施工中加以妥善保护，同时，各悬灌梁段混凝土灌筑前后以及预应力筋张拉前后的水平测茸应尽可能安排在早晨或傍晚无风无雨的时间进行。

7、水平测量的水准点应尽可能设在桥头或岸边。受地形限制时，水准点亦可设置在各T构O#梁段顶面上。但各梁段施工一结束，应对各水准点的标高进行复核测量，并对与线形控制有关的水平测量数据进行修正。

8、边跨直线段与相邻T构悬臂端部以及相邻T构悬臂端部之间的合拢精度(即标高差)不大于15mm；体系转换结束后，梁顶标高误差为土10mm。

9、梁体尺寸、混凝土质量等检查按现行规范的有关要求执行。

表1单个T构施工主要机具设备

序号	名称	规格	单位	数量
1	挂篮	LG—200	套	2
2	微机	COMPAQDE5KPRO	台	1
3	混凝土弹性模量测定仪		台	1
4	水平仪	WILDNA2	台	1
5	千分表		块	10
6	电阻应变仪	YJ—5	台	1
7	千湿温度计	203	支	2
8	切割机	GQ40	台	2
9	弯曲机	GW40	台	2
10	调直机	TQ4—14	台	1
11	电焊机	BX3—500—2	台	4
12	插入式震动器	ZN—50	台	10
13	附着式震动器	BL—11	台
序号	名称	规格	单位	数量
14	卷扬机	JK—50	台	2
15	起重机	YQ35，YQ20	台
16	倒链	2t、3t、5t、10t	个	6
17	混凝土搅拌机		座
18	混凝土泵	HB30D	台	6
19	千斤顶	YCD—2000	台	3
20	千斤顶	YCD—230	台	3
21	油泵	ZB2×2/49	台	9
22	灰浆泵	UB3	台	1
23	灰浆搅拌机	JW180	台	1
24	水泵	8J35×3	台	3

表2劳动组织

序号	作业组	主要工作内容	人数
技术人员	技工	普工
1	技术组	施工组织设计，“线形控制软件”运用，梁体施工标高计算、测量和调整，合拢段施工时配重水箱的使用指标	4	2
2	试验组	选定混凝土配合比，测试弹性模量，测试挂篮弹性与非弹性变形，支座沉陷测量，梁体混凝土强度试验，孔道摩阻系数试验，预应力筋及锚具试验，选定临时支座硫磺砂浆配合比	5	7	2
3	挂篮组	挂篮试拼、安装、移位、拆除及维修	1	6	14
4	钢筋组	钢筋加工及绑扎，制作安装预应力筋及管道	1	4	20
5	模板组

悬臂浇筑连续梁

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全部回复（1 ）

只看楼主我来说两句 抢板凳

lrg005 沙发

谢谢楼主，好资料，学习了

2015-09-21 15:02:21
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