预应力混凝土主梁前支点挂篮与支架组合施工技术

  崔占奎，易  达，张子俊

  （中交一公局第三工程有限公司，北京  101102）

[摘要]以秦淮新河大桥工程为依托，简要介绍了前支点挂篮与支架组合施工技术的工艺原理和关键技术，相对于传统斜拉桥混凝土主梁单一的前支点或后支点挂篮施工，该施工方法施工进度更快，缩短了工期，确保了工程质量，同时降低了施T成本。

[关键词]桥梁_T程；斜拉桥；预应力混凝土梁；挂篮；支架；施工技术

[中图分类号]U448. 27；U445.4 [文章编号]1002-8498(2016)05-0044-04

1工程概况

 本文依托南京市滨江大道跨秦淮新河大桥工程，主桥为3跨双塔双索面混凝土斜拉桥，主塔为柱脚略向外趴的H形混凝土结构，肋板式1T形预应力混凝土主梁结构，主肋截面高2. 5m，宽2~2.Sm，两主肋间距27m，0.28m厚横梁顺桥向间距为6m，桥面板厚0. 28m，全漂浮体系。主桥总长490. 0m，跨径组合为110m +270m+110m，边跨分为4个节段(21.5m +24m×3)，中跨分为19个节段(6.0m×19)，主梁施工采用边跨支架现浇、中跨前支点挂篮悬浇工艺。主桥上部结构布置如图1所示。

2施工方案比选和优化

2.1  传统后支点挂篮或前支点挂篮施工技术

 传统后支点挂篮受力体系为悬臂结构受力，仅通过后端锚固，将施工荷载全部传递到已浇筑悬臂梁端。前支点挂篮受力体系为简支结构受力，将挂篮后端锚固在已浇筑悬臂梁端上，并将待浇梁段的斜拉索锚固在挂篮前端，充分发挥斜拉索的效用，由斜拉索和已浇梁段共同承担待浇节段的混凝土重力，从而降低施工中主梁的临时应力值。待已浇梁段混凝土达到设计要求强度后，张拉预应力筋、进行索力转换：将斜拉索对挂篮前支点的拉力转换到预应力混凝土主梁的斜拉索锚垫板上，前移挂篮，进行下一节段施工。可见相对于后支点挂篮，前支点挂篮施工工艺使节段悬浇长度及自重均大大提高，加快了整体施工进度。

2.2本桥采用的前支点挂篮与支架组合施工技术

 1)本桥主梁0号块长33. 0m，采用支架现浇施工完成且塔梁临时刚接后，优先采用支架现浇施工边跨24m(6m x4)长1号块，同时可进行中跨前支点挂篮的试拼工作。

 2)待边跨1号块完成预应力张拉、压浆后，方可进行中跨前支点挂篮的吊装上桥、挂篮预压及中跨1号块钢筋、模板施工。

 3)中跨4号块施工完成前，采用支架现浇完成边跨24m长2号块施工（含预应力张拉、压浆）；中跨8号块施工完成前，采用支架现浇完成边跨24m长3号块施工（含预应力张拉、压浆）；中跨12号块施工完成前，采用支架现浇完成边跨21. 5m长4号块施工（含预应力张拉、压浆）并增加相应配重。

 该施工技术中，边跨采用满堂支架现浇施工大节段，中跨采用前支点挂篮施工小节段，且确保边跨混凝土自重加配重大于中跨已完成节段，施工过程中边跨荷载传至支架来平衡中跨荷载以控制主塔弯矩，且边跨与中跨的斜拉索必须同时安装、对称张拉，保证主塔两侧的受力相对平衡，确保位移控制在10mm以内。

3  前支点挂篮与支架组合关键施工技术

3.1  主桥整体施工流程

主桥主要施工流程如图2所示。

3.2  主要施工工艺方法

3.2.1  塔梁刚接施工

 本桥为全漂浮体系，为控制施工过程中施工荷载对主塔产生的不平衡弯矩，在0号块下方设置4个截面尺寸为1. 2m×1.2m的钢筋混凝土临时锁定柱，每根柱内预埋8根ɸ32竖向精轧螺纹钢对0号块进行锁定，精轧螺纹钢一端锚入承台2m，另一端锚入0号块主肋，0号块施工完毕强度达到设计值90%后对精轧螺纹钢进行张拉，每根精轧螺纹钢张拉力控制在400kN，待主桥合龙后拆除临时刚接（见图3）。

3.2.2边跨支架施工

 边跨主要分成4个大块施工，每个大块包含4个6m长的节段，总计24m长，边跨现浇段为21. 5m长。边跨主要采用满堂碗扣支架施工，主肋荷载较大，其下采用2排ɸ630 x10螺旋钢管支撑，强度和稳定性均满足施工要求。

3.2.3  中跨前支点挂篮施工

3.2.3.1前支点挂篮设计

 本桥用挂篮由承载平台、牵索系统、行走系统、定位系统、锚固系统、模板系统、操作平台及预埋件系统等组成。设计充分考虑了结构的安全性和实用性，挂篮、模板自重约为130t，采用Q235钢材设计，强度和刚度设计按最重节段310t考虑。

 承载平台核心部分为一钢箱截面的平面刚架及钢拱架，包括顺桥向两主纵梁(截面尺寸

1 804mm x1800mm×12mm×16mm)、横桥向前横梁（截面尺寸2 500mm×1 000mm×14mm×16mm）及中、后横梁(截面尺寸1 000mm×800mm×8mm×10mm)，主要起到连接两主纵梁的作用，钢管肋拱架承担顶板荷载。

 牵索系统的功能是在挂篮悬浇施工时将斜拉索与挂篮连接起来形成前支点；在悬浇完成后，将斜拉索与挂篮分离，实现索力转换。牵索系统由张拉机构、斜拉索冷铸锚和连接器组成。张拉机构中的张拉千斤顶通过撑脚固定在垫块总成上。垫块总成可沿主纵梁头部导轨上下滑动并锁定，因而前支点空间位置可调整。

 行走系统采用2台YC70×150千斤顶及精轧螺纹钢牵引，同步牵引挂腿下部行走滑靴带动挂篮前移，行走滑靴在主梁顶面铺设的滑轨上滑动。挂篮行走时由行走反滚轮平衡前倾力。

 定位系统实现挂篮浇筑前的定位，由前锚杆组、止推机构及顶升机构组成。挂篮由前锚杆组提升到位，放置在主纵梁尾部的顶升机构调整挂篮前端的竖向标高，止推机构承受斜拉索张拉力中的水平分力。

 锚固系统包括4组前锚杆组和2组后锚杆组。前锚杆组设在主纵梁上面，其作用是将承载平台承受的施工荷载传递到已浇梁段上，后锚杆组设在主纵梁尾部，其作用是平衡挂篮斜拉索初张拉时产生的后倾力，同时，4组锚杆组也作为抗风安全锚固点。

 挂篮设计采用Midas/Civil有限元软件建模整体分析，挂篮主纵梁、前中后横梁均采用梁单元建模；拱架除吊杆采用只受拉桁架单元建立外其他均采用梁单元，部分杆件释放梁端约束；结构边界条件一般支撑为铰接（见图4）。

 风速按22 m/s考虑，计算风荷载，混凝土重按26kN/m3考虑，分浇筑和移动两种工况考虑：①浇筑工况下，主纵梁最大应力52. 6MPa，前横梁最大应力93. 4MPa，中后横梁最大应力46MPa，钢管拱圈最大应力106MPa，横杆最大应力45MPa，立柱及斜撑最大应力187MPa<205MPa。刚架最大位移为19 mm<<1/400= 67.5 mm，拱架最大位移8mm。②移动工况下，C型挂钩最大应力61MPa<205MPa，刚架按浇筑工况考虑。最大位移为7. 7mm<<1/400。可见，两种工况下此挂篮强度和刚度均可满足施工要求。

 为保证箱形截面局部稳定，设计配置了纵向、横向加劲肋和支承加劲肋。根据《钢结构设计规范》GB50017-2003，对于两纵梁和前横梁，均有h0/t w>150，在此不再对纵横向加劲肋等进行详细计算。

3.2.3.2前支点挂篮施工

3.2.3. 2.1前支点挂篮预压

 挂篮拼装完成后采用体内预压方式对挂篮进行预压，即可在0号块主肋处设置预埋件，安装反力支撑用三角托架，对挂篮主刚架采用4台千斤顶同时分级施加模拟荷载预压。钢管拱架采用钢筋堆载预压。预压主要步骤为：挂篮安装，安装对应斜拉索并第1次张拉至500kN→挂篮上加载最重阶段的40%→第2次张拉S2号、M2号斜拉索至1250kN→挂篮上加载最重阶段的80%，100%→持荷48h后卸载60%→S2号斜拉索张拉力调整至500kN，M2号斜拉索张拉力调整至550kN；卸载100%。

3.2.3.2.2前支点挂篮施工工艺流程

 节段混凝土浇筑完成→养护待强→梁体预应力张拉压浆→挂篮侧模拆除→挂篮拱架下落→挂篮体系转换→挂篮下降30cm到轨道板→行走挂篮到位→挂篮提升、拱架组拼、立模校正到位→挂篮前支点拉索挂设一斜拉索初张拉-b钢筋及预应力构件制作与安装→混凝土浇筑到50%进行拉索第2次张拉→直至混凝土浇筑完成（见图5）。

 1)挂篮预埋件定位控制：前支点挂篮预埋件主要包括锚杆组预留孔、止推机构预埋件。钢筋骨架绑扎基本结束时，及时定位锚杆组预留孔、止推机构预埋件，并准确固定；混凝土浇筑前进行预埋件的复测工作，确保位置准确。

 2)挂篮下降以5cm为1个控制单位，确保挂篮整体平衡下降。接长行走滑梁，拆除止推机构，安装牵引机构。挂篮前移时，以千斤顶为动力，以15cm为1个控制单位，确保挂篮前移过程中轴线偏差在合理范围内。

 3)挂篮标高定位：根据测量监控标高及挂篮的弹性变形量确定挂篮的定位标高，并在混凝土浇筑前保持此标高无变化。

 4)斜拉索索力须进行监控，并保证初张力、二次张力及三次张力等的误差控制在±3%以内。

 5)主桥主梁宽度为36m，其中翼缘板悬臂宽度为3. 5m。主梁施工若采用一次浇筑成型工艺，则前支点挂篮行走悬挂系统横向内伸较多，同时底梁和C型挂钩自重将大大增加，本桥采用分段浇筑工艺，即翼缘板滞后于1个节段浇筑，挂篮减重效果明显。

3.2.3.3合龙段施工

 索区梁段及合龙段(3.5m +2.0m +3.5m)采用贝雷吊架法进行施工。即在中跨主梁19号节段完成后，在梁顶面搭设贝雷片，安装吊点，下面铺设由工字钢等结构组成的模板系统，然后同时进行两侧3. 5m无索区梁段的施工，两侧对称浇筑，施工完毕后再进行合龙段(2.0m)施工。

 根据现场实际测量，合龙段混凝土浇筑前后标高及轴线对比分析如表1所示。

 根据主梁合龙前测量轴线的对比，右幅南北主肋相对偏差为-1.4cm，左幅南北主肋相对偏差为1. 1cm。

 合龙前，测量两合龙梁端标高、轴线偏位，及时调整部分斜拉索索力，以标高控制为主、索力控制为辅；解除南北主塔与主梁之间的临时刚接；在最低温度条件下焊接劲性骨架，进行合龙锁定；浇筑合龙段混凝土，同时分级拆除平衡重；张拉合龙段预应力钢束。

 合龙段混凝土浇筑前的预压平衡重采用水袋预压，预压位置设置在中跨20号节段上，其预压重与位置的关系通过监控单位的模型计算确定，并严格按照监控指令施工。

3.2.4前支点挂篮与支架组合施工控制

 1)边跨先于中跨对应节段施工，斜拉索同时安装及张拉，确保主塔受力基本保持平衡。

 2)因边跨先于中跨施工，故造成边跨整体重于中跨，使主塔受力不均衡，须通过有限元分析软件提前模拟各施工阶段，并通过索力调整使主塔受力均衡。

 3)边跨施工完成后，其支架系统暂不能拆除，使其承受一部分梁体自重，确保主塔受力均衡，待全桥合龙后方可拆除支架系统。

 4)根据主梁设计方案，边跨的配重恒载须在中跨对应节段施工前完成总配重的50%，确保主塔两侧受力均衡。

3.3施工测量监控

 混凝土浇筑前，预埋电子传感元件，每施工完成1个节段，张拉l根斜拉索，进行全桥主梁的标高、轴线通测，对塔顶位移进行监测。同时，进行全桥主梁应力通测，为下一斜拉索的张拉力计算提供依据，并对主塔、临时锁定柱进行内力检测。通过施工测量，确保主梁的轴线、标高等误差在合理范围内；监控主塔位移，为斜拉索的索力计算提供必要依据；通过内力监测分析，为斜拉索、主梁施工提供准确的数据支撑（见表2，3）。

4施工效果

 采用前支点挂篮与支架组合施工技术，取得了如下效果：①人力成本  中跨节段混凝土养护期可调配人员施工边跨支架现浇段；②设备投入减少2套前支点挂篮的投入，有效降低了成本；③工期节约无须进行边跨合龙段施工，有效加快了施工进度；边跨支架现浇为大节段施工，一次浇筑4个6m长标准节段，且不受挂篮对称、同步施工的影响。

 采用该组合工艺施工斜拉桥混凝土主梁，可有效加快施工进度，降低施工人员、机械设备的投入。根据经营效益分析，本组合施工技术较全采用前支点挂篮施工技术可节约成本83. 58万元，缩短工期20d。

5  结语

 该组合施工技术适用于边跨位于陆地、中跨位于水上的斜拉桥混凝土主梁施工。滨江大道跨秦淮新河大桥主桥主梁采用边跨支架现浇、中跨前支点挂篮施工工艺，加快了工期进度，质量满足相关设计、规范要求，同时降低了施工成本。