挂篮施工技术被应用于跨越高山峡谷及江河、高速公路、铁路等不便于使用满堂支架等施工方法的区域,通过爬模技术浇筑好“零号块”后,在其两端分别架设挂篮,实现连续梁的分节段施工,为了确保施工荷载平衡,必须确保两端的挂篮施工的同步性,并进行挠度实时监测,防止出现施工荷载分布不均匀而导致的梁体倾覆。目前使用的挂篮施工方式种类繁多,其使用主要取决于挂篮设计需要、施工现场地形等因素。
1 高铁连续梁桥挂篮施工技术关键点分析
1.1 施工挂篮的负载实验
对于挂篮结构而言,必须对挂篮承载力进行负载实验,通过负载实验获取挂篮承载力包络图,通过包络图可以获取连续梁施工挂篮在任意位置处的极限承载力,最终确定挂篮施工负载的标准值,从而确保挂篮在具体施工中能够始终保持在承载可控范围内。
此外,在具体的连续梁施工挂篮实验阶段,必须选择合理的挂篮受力点,受力点布设应该遵循适度原则,过于紧密或者过于稀疏的受力点布置都会影响挂篮承载能力和施工效率。在具体的负载实验阶段,为了准确获取挂篮任意位置处的极限承载力,必须使用阶梯荷载逐步加载,直到挂篮挠度达到极限位置,从而获取其对应的最大承载力。对于单个节段而言,荷载保持时间应高于30分钟以上,其中末位节段的加载时间不应低于1小时,对于挂篮极限承载力的判定应该以挂篮承载部分是否出现荷载裂缝及挠度变化曲线为准。
1.2 施工挂篮的拼装
对于连续梁施工挂篮而言,除了负载实验以外,挂篮拼装也是较为重要的施工步骤之一。高铁连续梁施工挂篮拼装有专门的规范要求。挂篮在拼装过程中必须实时监测连续梁的横向位移值,以防止拼装外力过大产生扰动力,导致连续梁横向位移过大而出现大面积垮塌。因此,做好挂篮拼装监控工作对于确保施工质量和安全性意义重大。此外,为了保证挂篮移动轨道轨距满足挂篮顺利移动的要求,施工人员必须先精确测定箱梁箱室中心线的位置,以确保挂篮轨道布设满足移动要求,进而降低挂篮拼装及移动过程中对主梁的扰动。
2 高铁连续梁挂篮施工技术分析
对于悬臂施工法而言,挂篮是最主要的核心装备之一,挂篮依照结构形式可以划分为以下四种,即:桁架挂篮、斜拉式挂篮、型钢焊接挂篮及混合式挂篮。在使用挂篮浇筑大跨径连续梁时,必须先使用吊篮进行分节段悬臂施工作业,该项施工技术具有很强的技术性和复杂性。
第一,应先将挂篮主要承重臂悬挂在钢横梁上,以此建立可循环的施工操作体系,接下来在浇筑各混凝土节段时,就可以通过移动挂篮位置实现。
第二,在浇筑混凝土前,必须先搭设混凝土模板,混凝土模板时依靠挂篮架设的,由于混凝土模板是在混凝土尚未完全凝结前的主要承载结构,在选用模板前必须进行必要的承载力实验,此外,在模板架设节段必须确保施工安全,做好必要的防护措施,以防止出现恶性安全事故。
第三,对于墩顶节段的施工而言,该节段施工一般选用墩旁托架或者落地式支架完成,在具体施工中,必须保证墩顶混凝土浇筑质量,确保混凝土振捣充分,以达到理想的承载效果。为了提高墩顶施工质量,必要时需要在墩顶梁上修建临时加固设施,加固装置的设计及布设要严格依照施工设计内容完成。在浇筑过程中,必须对节段两侧的悬臂挠度进行实时监测,防止出现节段两侧出现偏载而引起大面积垮塌。
3 提高高铁连续梁挂篮施工质量的针对性措施
为了进一步提升挂篮施工质量,降低挂篮施工工期,可以考虑从以下几方面对挂篮施工技术进行优化。
第一,在挂篮施工前,应该对拟浇筑节段的梁底板及梁顶板位置预留孔洞,为后期埋设应力、温度、变形等监测传感设备做准备。此外,对于孔洞的定位必须埋设在不影响结构承载力的部位,且预留孔洞一旦定位后不可随意人为更换,以防止对后续的施工造成不便。对于布设传感设备的孔洞必须内衬一层钢板,以防止在浇筑施工中出现封堵,且内衬钢板必须与附近的定位钢筋焊接,防止在施工荷载扰动下出现移位。挂篮拼装完成后,为了防止在挂篮移动过程中影响到预留孔洞的位置,可以采用千斤顶调整挂篮横梁位置,在千斤顶操作过程中,必须做到精细化,确保挂篮锚定杆始终处于连接稳定状态。
第二,对于大跨径连续梁而言,施工过程中的变形及挠度控制也是决定工程质量和进度的关键。在挂篮施工过程中,为了能够提前预判悬臂挠度,可以采用有限元软件提前进行施工模拟,以提前估算悬臂在挂篮施工过程中出现的变形,定量显示挂篮施工过程中的悬臂挠度变化情况。为了能够提前预判施工质量,可以将计算机模拟数据与传感器监测到的实际变形进行对比,通过分析二者的偏差预判施工质量,对于出现较大偏离的情况必须立即停止施工,以避免出现更严重的问题。
4 高铁连续梁桥挂篮施工的具体注意事项
在具体的悬臂梁挂篮施工实践中,必须做好如下细部工作,以确保挂篮施工的正常进行。
第一,应该保证预埋设备的定位精度,一方面可以保证采集数据的精确性,一方面也可以防止由于打孔而影响到连续梁的承载能力。可以使用量角器对预留孔定位角进行定量测定,如果在布设过程中出现预留孔与箱梁腹板预应力波纹管冲突时,首先应保证波纹管位置不变,以防止影响预应力走向,导致箱梁承载能力与设计不符,在此基础上可以在规范规定的基础上就近选取打孔点。除此以外,为了保证预留孔定位准确不发生位移,应将定位孔与钢筋笼绑扎,以防止挂篮施工中影响预留孔的既定位置。
第二,在正式开始挂篮施工前,必须再一次检查各项附件是否正常工作,在确认正常的情况下,可以开始浇筑混凝土,在浇筑阶段,必须做好两端悬臂的应力、应变及挠度监测,并实时汇总各个预留孔位内传感器采集到的数据,为后续施工提供参照。除此以外,在具体的施工监测过程中,除了通过分析传感器数据外,还需要对施工现场具体环境和情况进行综合研判,遇有风力过大、强对流天气影响时,必须立即停止施工,并对已施工结构进行必要的防护,防止外界环境对施工结构的干扰。
5 国内某高铁连续梁悬臂挂篮施工项目分析
项目位于成贵高铁乐山某段,为了穿越下方省道,必须修建大跨径连续梁,该连续梁采用(32+56+32)m跨越省道,主桥的106~109号墩选用三跨连续梁形式,结构形式为预应力连续梁,梁体为单箱单室、变高度、变截面箱梁。梁体全长121.5m,中跨中部10m梁段和边跨端部9.75m梁段等高梁段,梁高3.05m;中跨处梁高为3.05m,其余梁段梁底下缘按二次抛物线Y=3.05+1.3X2/202(m)变化,x=0~20m。箱梁顶板宽12.2m,箱梁底宽6.7m。全桥顶板厚35cm;底板厚42~62.2cm,在梁高变化段范围按抛物线变化。边跨端部底板厚由42cm渐变至62.2cm;腹板厚40~80cm,按折线变化。边跨端部处腹板厚度由40cm渐变至80cm;梁体在支座处设横隔板,全联共设4道横隔板,横隔板中部设有空洞,以利检查人员通过。
在桥梁施工过程中必须严格监测其挠度变形。连续梁设计选用悬臂挂篮施工方法,设计依照七级地震烈度设防。其中零号块长度为12m,两跨合拢段长为2m,挂篮节段设计长度为3.5m。
5.1 悬臂施工挂篮形式的选取
在选取施工挂篮节段,必须重点考虑好如下问题。即:挂篮构件的单体质量、挂篮布设阶段的布设空间、挂篮的横截面尺寸等,该线路施工挂篮在选型上参考了平弦无平衡重挂篮、菱形挂篮、弓弦式挂篮、三角挂篮、斜拉式挂篮等结构形式,将其进一步必选,确定最终的挂篮形式。在必选阶段,必须优先考虑安全控制问题,优先选取质量较轻的挂篮,轻型斜拉挂篮同其他挂篮相比具备以下几个优势:
第一,同菱形挂篮相比,挂篮中心更加贴近浇筑梁段,且走行轨道可以进一步优化为平板支撑,用特制的压轮,极大地减小了行进中的摩擦阻力,从而提高挂篮走行的稳定性。
第二,轻型斜拉挂篮还具备结构形式简单、可拆卸性强、质量轻盈等特点。斜拉挂篮的主体承载结构采用型钢焊接而成,单体质量最大不高于2t,且上下结构梁同横梁之间采用法兰盘连接,卡拆卸性强,便于远程施工运输。
第三,该斜拉挂篮平衡重系统在已成形梁段用竖向预应力钢筋作为后锚点,取消了平衡重的压重结构,确保了挂篮的整体稳定性能。
5.2 连续梁悬臂施工挂篮相关技术参数选取分析
第一,挂篮适应范围分析。连续梁各节段施工的挂篮浇筑长度为3m,且能够在3~4m之间进行节段改造;施工挂篮最大单段混凝土质量为90t,施工荷载为10t。能够满足最大荷载为130t的单体节段施工能力,在承载裕度上有一定优势。此外,箱梁底板宽度为6.7m,顶板宽度为12.2m,且全跨等截面设计,且具备变截面改造条件。
第二,挂篮安全裕度系数。为了确保挂篮施工质量,挂篮在走行阶段的抗倾覆稳定系数不宜低于2,且稳定系数不宜低于1.8,容许应力提升系数为2。
5.3 连续梁悬臂施工挂篮的基本结构简介
轻型斜拉挂篮的基本组成结构有:承重系统、走行系统、模板系统及操作平台,施工挂篮的荷载传递阶段主要分为走行阶段和浇筑阶段两种。在走行阶段,底模、侧模、内模的一半重量由前吊杆传至前上横梁,前上横梁再传至上主梁、下主梁,下梁的低端通过螺栓与锚定杆连接,以实现荷载的顺利传递;浇筑阶段,大部分荷载集中在挂篮底板,前下横梁通过斜拉杆件将底板的一半荷载传至斜上横梁,垂直方向的荷载传递到已浇筑节段。
6 结语
挂篮施工能够极大地提升连续梁施工效率和质量,能够在确保施工质量的前提下缩短工期和投入。在具体的挂篮施工阶段,为了保证施工安全,必须严格控制挂篮各项性能,对于出现的问题和偏差应该及时纠正。此外,必须做好相应的施工监控工作,为挂篮施工提供最准确、最科学的数据参考,以降低施工偏差和事故发生的概率。
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收稿日期:2017-11-13
作者简介:刘太平(1987-),男,湖北孝感人,中铁上海工程局集团第一工程有限公司项目工程部长,助理工程师,研究方向:铁路桥梁连续梁。