某特大橋跨武九鐵路連續(xù)梁斜拉掛籃設(shè)計(jì)與施工

某特大橋跨武九鐵路連續(xù)梁斜拉掛籃設(shè)計(jì)與施工1概述XX特大橋全長(zhǎng)1916.98m，該橋14-17號(hào)墩采用(32+48+32)m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁上跨武九鐵路，梁底距既有線鐵路接觸網(wǎng)最大距離3米。該跨連續(xù)梁位于直線上，線路縱坡0.67%，設(shè)計(jì)速度350km/h，雙線線間距5米，地震烈度按七度設(shè)防。連續(xù)梁設(shè)計(jì)采用懸灌法施工，現(xiàn)澆箱梁高度3.25m，梁頂寬度13.4m，其中0號(hào)塊長(zhǎng)10米，合攏段長(zhǎng)2米，邊跨現(xiàn)澆段長(zhǎng)7米，余下部分用掛籃施工，各段分節(jié)長(zhǎng)度3米。2掛籃形式選擇及結(jié)構(gòu)介紹2.1掛籃形式選擇懸灌施工中存在掛籃構(gòu)件的單塊最大重量、掛籃安拆時(shí)吊車的擺放空間、掛籃的截面尺寸等多種因素制約掛籃的布置和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，XX特大橋掛籃形式在參考了平弦無(wú)平衡重掛籃、菱形掛籃、弓弦式掛籃、三角掛籃、斜拉式掛籃等HYPERLINK"/Constructure/Index.html"結(jié)構(gòu)形式后，充分考慮該處既有線施工的安全控制的難度，從中選取了輕型斜拉掛籃。該掛籃與其它形式掛籃比較有如下突出特點(diǎn)：(1)斜拉掛籃與菱形等掛籃相比，主梁緊貼已澆梁體，掛籃重心緊靠已澆梁體，并將以往的走行軌道優(yōu)化為平板支撐，用特制的壓輪減小行進(jìn)中的摩擦阻力，從而提高了掛籃走行時(shí)的穩(wěn)定性，減小了行進(jìn)中的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了工效。(2)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，拆裝方便，重量較輕。設(shè)計(jì)中斜拉掛籃主梁和主要結(jié)構(gòu)體系采用鋼板和型鋼焊制的箱形結(jié)構(gòu)，單件最大重量不足3T，上主梁、下主梁及斜橫梁間采用法蘭HYPERLINK"/Constructure/Index.html"結(jié)構(gòu)用高強(qiáng)螺栓連接，易于搬運(yùn)和拆裝。(3)該斜拉掛籃平衡重系統(tǒng)在已成形梁段用豎向預(yù)應(yīng)力鋼筋作為后錨點(diǎn)，取消了平衡重的壓重HYPERLINK"/Constructure/Index.html"結(jié)構(gòu)，確保了掛籃的整體穩(wěn)定性能。(4)掛籃底部最大構(gòu)件距梁底可縮減70cm，增大與既有線鐵路接觸網(wǎng)安全距離。(5)該掛籃通用性強(qiáng)，為后期施工預(yù)留一定的擴(kuò)張能力，稍做改裝即可用于其它梁高和幅寬的橋上。2.2掛籃參數(shù)的選定2.2.1適應(yīng)范圍⑴每段使用掛籃澆筑長(zhǎng)度3米，并具備向3.5~4米節(jié)段改造條件。⑵掛籃施工最大節(jié)段砼重量100T，其它施工荷載10T。同時(shí)預(yù)留最大節(jié)段150T的施工能力。⑶箱梁底板寬6.7米，頂板寬13.4米，按等截面設(shè)計(jì)，并具備變截面改造的條件。2.2.2安全系數(shù)及結(jié)構(gòu)鋼度⑴掛籃行走時(shí)抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)大于2；⑵結(jié)構(gòu)穩(wěn)定系數(shù)>1.5，容許應(yīng)力提高系數(shù)1.5；⑶底模板本身的最大計(jì)算撓度變形<5mm；⑷斜拉桿伸長(zhǎng)量<6mm。2.3掛籃設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)介紹斜拉掛籃主要由承重系統(tǒng)、模板系統(tǒng)、走行系統(tǒng)和工作平臺(tái)等組成，掛籃構(gòu)件的傳力過(guò)程主要分行走時(shí)和澆筑砼兩種狀態(tài)：走行時(shí)底模、側(cè)模、內(nèi)模的一半重量由前吊桿傳至前上橫梁，前上橫梁再傳至上主梁、下主梁，下主梁后端利用精扎螺紋鋼與已澆梁體錨接以平衡主梁所傳的荷載；澆筑砼時(shí)，主要荷載集中的底板上，前下橫梁通過(guò)斜拉桿件將底板的一半荷載傳至斜上橫梁，再由已澆梁體承受垂直力，限位裝置平衡水平力。由此充分體現(xiàn)了斜拉掛籃受力系統(tǒng)簡(jiǎn)單明了的特點(diǎn)，有效減輕了掛籃本身重量，主要情況見圖1、圖2、圖3所示。2.3.1承重系統(tǒng)由主梁、橫梁、平面聯(lián)結(jié)系、前后吊桿、上下限位器、滑梁、活動(dòng)支承和支承墊梁等組成。⑴梁：主梁系是主要承重結(jié)構(gòu)，擔(dān)負(fù)灌注梁段及模板等重量，同時(shí)為模板走行提供支承。每主梁均由兩根I56a組成，分設(shè)上下兩層，互相搭接，以便制造和施工操作。主梁的穩(wěn)定除設(shè)有支承墊梁外，后端設(shè)壓緊器與預(yù)應(yīng)力筋連接防止傾覆。尾部設(shè)有上限位器，與豎向預(yù)應(yīng)力相連，以承受斜拉桿傳來(lái)的水平力。主梁拼裝應(yīng)先上下兩層工字鋼，然后兩組拼成整體，以利螺栓安裝。⑵前后上橫梁及平聯(lián)：在主梁前后端設(shè)有上橫梁各一根，分別由兩根槽鋼組成，它是支承于兩側(cè)主梁頂面的雙懸臂梁。除用于懸吊內(nèi)外模板外，還與斜桿構(gòu)成平聯(lián)，以加強(qiáng)主梁的整體性。⑶斜上橫梁：位于兩側(cè)主梁中部的上緣，亦是一根由兩槽鋼構(gòu)成的雙懸臂梁。用作斜吊桿的上支承，并將斜吊桿承受的底模及待灌梁體段砼重量傳遞給主梁。為改善其受力狀態(tài)并便于施工操作，故讓其支承在三角斜面上，而且此斜面盡可能與斜吊桿軸線保持垂直。⑷斜吊桿：斜吊桿與底?？v梁等，組成力學(xué)三角形，是主要傳力結(jié)構(gòu)。它作為底模的前支承，其下端通過(guò)母帽與前下橫梁銷接。上端通過(guò)母帽支承于斜上橫梁。因此而組成的力學(xué)三角形，受力明確，傳力途徑簡(jiǎn)捷。是掛籃輕巧的主要原因，其上端著力點(diǎn)（或反力點(diǎn)）距支承點(diǎn)較近，因此使支點(diǎn)處反力小。由此斜吊桿克服了豎直力，同時(shí)也產(chǎn)生了附加水平力，而且此水平力較大，故須分別在主梁和底模后端設(shè)置限位器，以便平衡。斜吊桿還須穿過(guò)待灌梁段的頂板，并與梁部鋼筋和管道布置相關(guān)須與箱梁設(shè)計(jì)密切配合。⑸后吊桿：特殊加工制作成70軸，材質(zhì)40Cr，兩端帶絲扣，后吊桿下端（絲扣長(zhǎng)度較大）托住底模后下橫梁，上端穿過(guò)箱梁底板預(yù)留孔，并錨于其頂板，形成底模支點(diǎn)，其松緊調(diào)節(jié)可在上端連接張拉千斤頂實(shí)現(xiàn)。待底模調(diào)整完成后，張拉力F≤500KN，所有使用吊桿均需進(jìn)行探傷，以防事故發(fā)生。⑹壓緊器：設(shè)置在下主梁頂面，與豎向預(yù)應(yīng)力（或施工預(yù)應(yīng)力筋）通過(guò)接長(zhǎng)螺母對(duì)主梁施工壓力，它是主梁走行時(shí)的主要防傾覆措施，同時(shí)是掛籃承載時(shí)克服其豎直力的設(shè)施之一。⑺限位器：按位置分為上下限位器。上限位器用于防止主梁向前滑移，它設(shè)于主梁的尾部，在掛籃走行時(shí)為主梁提供反力，在掛籃承重時(shí)，上限位器至少與4根豎向預(yù)應(yīng)力筋扣緊，每根F≥150KN，施工時(shí)可在拉板與橋面砼之間填木板，再上緊螺母和墊板，以增強(qiáng)其縱向拉滑能力，由于橋面有橫坡，故兩側(cè)限位器之間連接位置不同，不足部分應(yīng)用木板調(diào)整，同時(shí)木材不宜過(guò)厚，以免豎向預(yù)應(yīng)力筋受太大彎距。⑻主梁支承墊梁：用于支點(diǎn)承壓，是主梁走行時(shí)滑道。它對(duì)主梁的受力及傾覆穩(wěn)定至關(guān)重要。載重時(shí)使用支承墊梁，可以提供足夠的強(qiáng)度，走行時(shí)換用梁墊下安放鋼板，擴(kuò)大了梁墊的受力面積，改善了過(guò)去采用走行軌道易發(fā)生失穩(wěn)的不良狀況。⑼前后下橫梁：前后下橫梁皆分別由兩槽鋼組成。前下橫梁頂部通過(guò)吊耳與6根斜吊桿通過(guò)銷接，后下橫梁由位于腹板內(nèi)側(cè)的兩根后吊桿托住。后吊桿穿過(guò)箱梁底板的預(yù)留孔，在上端錨于已成梁段底板，通過(guò)前后吊桿上端設(shè)置的千斤頂，以調(diào)整底模標(biāo)高。⑽底?？v梁：底?？v梁為底模板的支撐體系，其固定于前、后下橫梁上，主要承擔(dān)底板與腹板混凝土的重量。圖1掛籃結(jié)構(gòu)橫斷面圖圖2掛籃結(jié)構(gòu)側(cè)面圖2.3.2模板系統(tǒng)模板由底依次設(shè)計(jì)為底模、側(cè)模、內(nèi)模、端模組成，底模板設(shè)計(jì)為鋼模，固定于底板縱梁上；側(cè)模亦為鋼模板，固定于側(cè)模桁架上，內(nèi)模通過(guò)拉條與外模板作用；端模板采用鋼模，夾于內(nèi)外模之間。外側(cè)模桁架為箱梁腹板外模支撐，既是箱梁上翼緣板的承托，又是外滑梁和底模分別前移時(shí)的支承。它由型鋼組成，順橋向間距100㎝均布5片，通過(guò)與外側(cè)模整體鋼模及縱向角鋼連成統(tǒng)一整體。首尾的外側(cè)模桁架及整體鋼模與活動(dòng)支承相連接，活動(dòng)支承在前后下橫梁上，通過(guò)調(diào)整活動(dòng)支承可以調(diào)整外側(cè)模標(biāo)高，橫向通過(guò)拉條保證箱梁斷面的幾何尺寸，可調(diào)絲杠可以微調(diào)外模的橫向及豎向位置。在外側(cè)模桁架內(nèi)側(cè)上隅角處設(shè)下有上下兩排滾筒，外滑梁在其中間穿過(guò)，外滑梁由兩槽鋼組成。兩端設(shè)有豎吊桿，穿過(guò)箱梁頂板預(yù)留孔而懸掛在主梁的上橫梁上。松開其后吊桿，外滑梁后端落在側(cè)模桁架的下滾筒上，此時(shí)外滑梁可隨主梁在外力牽引下向前滑移，到位后安上后吊桿。通過(guò)活動(dòng)支承使底模橫梁與外側(cè)模桁架聯(lián)結(jié)。當(dāng)?shù)啄２鹉Ｏ侣?，外?cè)模桁架的上滾筒即壓在外滑梁上緣，此時(shí)在外滑梁前端設(shè)有倒鏈牽引。外側(cè)膜和外滑梁互為滑移軌道。內(nèi)模桁架位于箱室內(nèi)頂板底，是頂板內(nèi)模支撐，又是內(nèi)滑梁和內(nèi)模分別前移時(shí)的支承。內(nèi)滑梁主要承擔(dān)內(nèi)模傳來(lái)的重量，當(dāng)主梁前移時(shí)，松開內(nèi)滑梁后吊點(diǎn)，其可隨主梁在外力牽引下向前滑移到位，到位后下落內(nèi)模桁架及內(nèi)膜底板至內(nèi)滑梁上并移動(dòng)到位，調(diào)整，固定。圖3掛籃現(xiàn)場(chǎng)安裝效果圖2.3.3前后工作平臺(tái)前后工作平臺(tái)由型鋼加木板組成，前工作平臺(tái)設(shè)于主梁前端，可由倒鏈升降，對(duì)于頂板預(yù)應(yīng)力束張拉照顧不到時(shí)，可搭設(shè)臨時(shí)腳手架以滿足施工需要。后工作平臺(tái)設(shè)于箱梁底板下方，主要為后吊桿及下限位器的施工而設(shè)，故兩側(cè)各一個(gè)，其前端與底?？v組成一個(gè)力學(xué)三角形，形成懸臂結(jié)構(gòu)，施工時(shí)不宜放過(guò)多的施工機(jī)具，總荷載不超過(guò)15KN。2.3.4走行系統(tǒng)走行系統(tǒng)包括：主梁與滑梁的滑道、導(dǎo)向、錨固、頂推裝置；側(cè)模與底模的走行牽引裝置；內(nèi)模的滑行裝置共三部分。3現(xiàn)場(chǎng)施工情況掛籃施工主要工藝流程見圖4所示。圖4掛籃施工主要工藝流程圖因XX特大橋跨鐵路連續(xù)梁為等截面箱梁，施工中我們利用了掛籃模板作為0號(hào)塊模板使用，即節(jié)約了施工的成本，同時(shí)為后期掛籃安裝節(jié)約了近半個(gè)月的時(shí)間，0號(hào)塊施工完成后，依據(jù)掛籃設(shè)計(jì)圖紙及作業(yè)指導(dǎo)書，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際工況，采用15T吊車對(duì)掛籃的其它構(gòu)件按要求安裝后，將掛籃支撐系統(tǒng)與底模、側(cè)模、內(nèi)模連接，并移出到1號(hào)塊位置。3.1掛籃預(yù)壓及行走掛籃使用前重點(diǎn)對(duì)斜吊桿做強(qiáng)度試驗(yàn)F≥500KN，所有吊桿均做探傷檢查，后下吊桿、下限位器張拉力F≥500KN，在內(nèi)、外模板的截面尺寸與設(shè)計(jì)尺寸做對(duì)比檢驗(yàn)后，利用鋼絞線將承臺(tái)預(yù)埋的型鋼與掛籃橫梁連接，采用4個(gè)100T千斤頂同時(shí)對(duì)稱對(duì)掛籃進(jìn)行預(yù)壓，按最大節(jié)段重量的50%、100%、150%三個(gè)階段施加張拉力，觀測(cè)出掛籃的彈性變形和非彈性變形值，對(duì)觀測(cè)結(jié)果數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析整理后，結(jié)果顯示掛籃本身的實(shí)際變形值與設(shè)計(jì)的理論值相符，完全滿足結(jié)構(gòu)的使用功能，并依據(jù)測(cè)得的彈性變形值確定出后期掛籃模板預(yù)拱度調(diào)整值。3.2掛籃行走掛籃行走主要分以下三個(gè)方面，實(shí)際施工時(shí)底模、側(cè)模同步前移，內(nèi)模在底板鋼筋完工后再前移到位。一是主梁走行（①梁段張拉完成后，松開并抽出斜吊桿，抽出內(nèi)外滑梁后吊桿，滑梁后端落在內(nèi)外側(cè)模桁架下滾筒上；②松開壓緊器取掉限位銷，將后上限位器與主梁脫離，在支撐墊梁下鋪設(shè)鋼板，并在鋼板與墊梁間加適量圓鋼以減小摩擦阻力；③主梁及內(nèi)外滑梁走行用倒鏈牽引，直至主梁行走到位，安裝后上限位器）。二是側(cè)模和底模走行（①旋緊壓緊器豎向預(yù)應(yīng)力筋連結(jié)螺母，旋緊后限位器的連接螺栓用限位銷定位。②穿上后上吊桿并旋緊螺絲栓，拆除下限位器、后下吊桿，并用10T倒鏈把底、側(cè)模固定支承在外?；荷希虎墼诓鸪孪尬黄?、后下吊桿之前，用倒鏈把前下橫梁與已澆注梁段連接）。三是底、內(nèi)模前移（①提升底板，安外側(cè)斜吊桿和后吊桿,提升側(cè)模至設(shè)計(jì)標(biāo)高并予以固定，用斜吊桿精細(xì)調(diào)整底模標(biāo)高；②綁扎底板鋼筋，安裝預(yù)應(yīng)力鋼束管道，綁腹板鋼筋，安裝豎向預(yù)應(yīng)力鋼筋；③通過(guò)吊桿與主梁、上橫梁連結(jié)；內(nèi)模下落至內(nèi)滑梁上并前移到位，安裝內(nèi)斜吊桿。調(diào)整內(nèi)模頂標(biāo)高，綁扎頂板及翼板鋼筋，安裝預(yù)應(yīng)力鋼束及管道；④調(diào)整標(biāo)高檢查無(wú)誤后灌注新梁段砼、待砼達(dá)85%強(qiáng)度后進(jìn)行張拉），滑移掛籃，重復(fù)以上步驟至合攏段。4技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)及施工體會(huì)4.1技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)⑴充分利用斜拉掛籃受力簡(jiǎn)單明了的特點(diǎn)，有效減輕了掛籃本身的重量；⑵降低了掛籃底部構(gòu)件高度，受風(fēng)載影響小，施工安全性能高，同時(shí)有效解決了掛籃底部與既有線接觸網(wǎng)間的安全距離問題，從而使防護(hù)架省去鋪設(shè)防電板的費(fèi)用；⑶利用掛籃本身作為0號(hào)塊模板，不僅節(jié)約了模板費(fèi)用，同時(shí)為后期掛籃安裝提供了了方便，還節(jié)約了施工時(shí)間；⑷采用預(yù)應(yīng)力張拉技術(shù)對(duì)掛籃進(jìn)行加載預(yù)壓，不僅使預(yù)壓的技術(shù)參數(shù)采集更準(zhǔn)確、更直觀，同時(shí)較常規(guī)的堆載特預(yù)壓更快捷、更節(jié)約成本。4.2施工體會(huì)與探索⑴因XX特大橋連續(xù)梁最大跨度為48米，掛籃設(shè)計(jì)時(shí)為方便后期其它更大跨度、不同梁截面梁的施工需要，預(yù)留了部分?jǐn)U充潛力，相對(duì)增大了掛籃重量，影響其作用效率。如果能將掛籃的主要受力構(gòu)件采用類似貝雷片、軍用梁的