薛宇① XUE Yu；张巍② ZHANG Wei
（①太原理工大学，太原 030024；②中交隧道工程局有限公司，北京 100088）
（①Taiyuan University of Technology，Taiyuan 030024，China；
②CCCC Tunnel Engineering Co.，Ltd.，Beijing 100088，China）
摘要： 长春长北立交桥为预应力混凝土连续刚构结构，采用挂篮悬浇施工。文章主要介绍了菱形挂篮的设计构造，挂篮拼装、挂篮预压、混凝土、钢筋、预应力施工等各施工阶段要点，为同类挂篮悬浇施工提供参考、借鉴。
Abstract： Changchun north overpass is a prestressed concrete continuous rigid frame structure and the bridge was constructed by the form travelers with cantilever casting method. This paper introduces the design， structure， installation， the pre-pressure test of rhombic hanging basket， the concrete engineering，，thesteel bar engineering， and the prestress construction control points in each stage of the construction， providing reference for the construction of the same style bridges.
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关键词 ： 桥梁；钢构；菱形挂篮；悬浇；施工
Key words： bridge；rigid frame；rhombic hanging basket；cantilever casting；construction
中图分类号：U445.4 文献标识码：A文章编号：1006-4311（2015）25-0080-04
作者简介：薛宇（1987-），男，山西吕梁人，中交隧道工程局有限公司，工程师，太原理工大学学士学位，研究方向为桥梁、隧道。
0 引言
随着经济快速增长和城市化进程的加快，当前的人们越来越要求全面的高效率与低消耗，对于道路交通的需求也与日俱增，城市立交道路体系在前所未有的发展。在城市立交工程中，受限于工程的既有场地及环境约束，以往单一的安装施工工艺无法满足要求，如桥梁建设中大多采用的大吨位挂篮施工对于本工程并不适用。因此必须加强对城市桥梁施工建设方面的改进工作。
文章结合长春长北立交桥的挂篮施工特点，在保证既有铁路行车安全的基础上，明确了大跨径、宽桥面、预应力混凝土连续刚构箱梁、低吨位混凝土挂篮，在满足质量与施工要求下的施工要点。为同类工程的施工者提供借鉴。
1 工程概述[1]
长春长北立交桥为跨越长春北站而设，场内京哈上下行正线等13条既有铁路，施工工程对铁路行车安全要求极高。全桥位于R=600m的圆曲线上，沿道路设计中心线孔跨布置为55+80+86+92+55m预应力混凝土连续刚构箱梁，桥宽为26.5m，路面净宽为12m，中间设0.5m分隔带，是市政关键工程。箱梁中墩采用钢筋砼矩形板式桥墩，边墩采用圆柱式桥墩，边墩和中墩基础均采用Ф1.5m钻孔桩。悬浇梁采用C50高强砼，为单箱单室断面，箱底宽8.1m，顶板13.1m，悬壁长度2.5m，梁高2.90m-5.80m，箱梁根部底板厚0.9m，跨中底板厚0.3m，梁高及底板厚从根部到跨中采用圆曲线变化。箱梁桥面横向坡度为1.5%单向横坡，顶板与底板横坡与路面横坡相同，各腹板高度一致，腹板侧面铅直设置。
主桥连续箱梁采用挂篮悬臂浇注施工。各单“T”箱梁除0号段采用在支架上现浇外，其余均采用对称平衡悬臂逐段浇筑法施工。0号段距离各线路中心平均距离为5m，处于铁路安全限定以外。按道路设计中心线展开计算，箱梁浇筑分段长度共分4个T构，依次分别为：15m长0号段+7×3m+3×3.5m；15m长0号段+7×3m+3×3.5m；15m长0号段+9×3m+3×3.5m；15m长0号段+9×3m+3×3.5m。合拢段长均采用2m，其余为边跨现浇段。为保证既有铁路行车安全，要求挂篮自重及施工机具重量按不超过70吨。
2 挂篮结构设计
目前常用挂篮的结构型式多为桁架式、三角斜拉式、菱形架式、型钢式等。根据该项目的实际情况和要求，为保证施工质量与安全，考虑采用三角斜拉式或菱形架式，二者都有结构重量轻、整体刚度大、受力简单明确的特点。然而由于三角斜拉挂篮因主承重梁为水平状态，需设置较高的支点才能满足顶板钢筋及面层混凝土施工的作业空间，综合考虑选择菱形挂篮。能够一次移动到位，拆装锚固方便，利于施工人员操作。[2]
本工程所用的挂篮为菱形桁架式挂篮，其主体结构包括主桁架、吊杆系统、行走装置及锚固系统、模板系统和底盘系统。单侧挂篮自重45t，防电装置12t，累计57t，满足挂篮自重不大于60t的要求。结构如图1所示。
①主桁架。桁架是挂篮的主要承重结构，承重主梁由桁架构成，后端利用精轧螺纹钢筋作锚杆，配重横梁将桁架锚固于已浇好的箱梁顶部，锚杆下端锚固在提前埋置的精轧螺纹钢筋上。
②行走系统及安全措施。采用拖动方式行走，先铺设行走钢板，穿系行走钢丝绳，桁架尾端设锚压梁，借助锚杆使压梁固定在箱梁顶板下部，用滚轮连接尾梁与压梁，确保二者能够相对运动，再用2T葫芦及钢丝绳带好锚压梁，用2台卷扬机牵引梁体使之相对移动。另外，当一条桁架前移时，另二条桁架不移动，并且这二条桁架梁后端分别用一只无滚筒压梁锚固于腹板竖向筋进行防倾覆于纵向滑移保护。
③底盘系统。底平台系统主要由底篮前后托梁和纵梁组成，底平台上铺模板，主桁架上悬吊前后横梁。浇筑混凝土时，后横梁应锚固在前段已浇筑完毕的箱梁底板上。
④悬吊系统。悬吊系统主要包括上横梁、吊杆、外滑梁、内外侧模吊杆四部分。前、后上横梁为40工字钢双拼组成。每个横梁均用5根Ф32的精轧螺纹钢筋作吊杆，悬吊在挂篮前横梁处，后端两侧分别用2根精轧螺纹钢筋作吊杆，悬挂于后顶横梁两端，后端用3根精轧螺纹钢筋作锚杆，锚固在浇好的混凝土底板上。
⑤侧模及内模系统。侧模为定型带后支架大钢模，悬浇施工过程中外挂横梁上，内芯模置于悬吊内横挂梁上，框架上铺0.6cm的钢板作芯模。
3 挂篮设计验算
挂篮在设计时必须保证有足够的稳定性，刚度和强度安全系数。采用专业有限元计算软件Midas建立挂篮模型，按容许应力法进行验算。分步验算挂篮各杆件受力状况，空载走行状态下的平衡稳定，浇筑混凝土时的倾覆稳定；并对底篮纵梁、挂篮模板、挂篮横梁、挂篮吊杆等关键部位设计与验算。经过验算，挂篮相关组件均符合要求。
由于篇幅有限，本文在此仅列举相关设计参数，荷载组合的计算，以及部分验算结果。
3.1 设计参数的确定
①挂篮的全部重量按设计经验取G＝59t计算；
②混凝土自重：G砼=134t；
③施工人员和材料等堆放荷载：250 kg/m2；
④插入式振捣器对水平模板产生的荷载：200 kg/m2；
⑤挂篮空载行走的冲击系数：1.30；浇注混凝土的冲击系数：1.20；浇注混凝土时和挂篮空载行走时的抗倾覆安全系数：1.50；胀模系数：1.05；
⑥风荷载：查《桥规》（JTJ021-89）知，本地风压为500Pa，迎风面折减系数取0.4，根据本挂篮结构取F＝10kN；[3]
⑦A3钢材的容许应力[σ]＝170MPa，[τ]＝100 MPa，弹性模量E=210GPa。[4]
3.2 荷载组合
荷载组合Ⅰ：混凝土重量+动力附加荷载+挂篮自重+人群和施工机具重量
134×1.2+13×3×0.2+59+13×3×0.25＝237.4t≈2326kN；
荷载组合Ⅱ：混凝土重量+挂篮自重+人群和施工机具重量134×1.2+59+13×3×0.25＝229.3T≈2250kN；
荷载组合Ⅲ：挂篮自重+冲击附加荷载+风载
59×（1+0.3）×9.8+10≈762kN；
荷载组合Ⅰ用于主承重系统强度和稳定性计算，组合Ⅱ用于刚度计算，组合Ⅲ用于挂篮行走稳定性计算。
3.3 验算结果
挂篮工作状态抗倾覆安全系数：K0＝Pm/P=1.53>1.5，满足要求。
挂篮空载行走抗倾覆安全系数：Ks=Mr/M=1.6＞1.5，满足要求。
经验算，在各种最不利状态下，各验算结果均在要求范围之内。挂篮主承重系统、挂篮刚度及行走稳定性均满足要求。
4 挂篮悬浇施工工艺
悬臂灌注施工主要包括挂篮前移、挂篮调整及锚固、钢筋及孔道安装、混凝土灌注及养护、预应力施加、孔道压浆六个工序循环进行。
4.1 挂篮拼装
墩顶0#块是全桥施工难点之一，它施工的质量将影响全桥的施工质量，制约着全桥的线型，应从悬臂支架搭设、模板的选择、线型的调整、预拱度设置、混凝土施工质量以及预应力张拉等各方面着手，确保其施工质量。
0#块托架现浇施工完毕后拼装挂篮结构。从0#梁段中心向两侧对称装配两套挂篮。用吊车将挂篮结构的散件吊放至0#块梁面上按下列步骤逐一拼装：
①安装走行钢板。消除0#梁段面三腹板部位的杂物，并在钢板位置进行砂浆找平，在砂浆上铺设宽70cm厚2cm的钢板，测量放出箱梁中心线、主桁中线和轨道端头位置线；
②安装桁架前后支座；
③吊装菱形桁架。在铁路安全限界以外，用吊车将菱形桁架分别吊放至于前后支座上，用联结系连接使其稳固；
④桁架后端安装Ф25精轨螺纹钢筋及扁担梁，使椼架锚固在箱梁顶板上；
⑤吊装前上横梁；
⑥吊装前吊杆和后吊带与底模前、后托梁栓接；
⑦整体吊装底模系统；
⑧吊装内模架滑梁，同时按设计要求装设前后吊杆和内模；
⑨装配外侧模滑梁。先在0#梁段的外模框架内插入外模滑梁，装配前后吊架吊杆，吊起外模；
⑩装好挂篮结构后，借助全站仪调整挂篮中线，使之对正；采用水准仪抄平，通过吊杆调校标高，并参考设计要求设置预拱度。预拱度参数需要结合预压参数通过计算求得。
4.2 挂篮预压
①挂篮拼装完成后，在使用前均采用1.2倍的结构自重预压。以消除挂篮的非弹性变形，并测量出其弹性变形值，确定模板的预抬值及便于调整箱梁标高。
②使用砂袋进行预压，在地面装好砂袋，然后使用吊车吊至挂篮底模板上，加载过程包括如下五个步骤：
1）预压前先布设观测点，将各点明确标示在压重图的相应位置，然后测量并记录初始数据；
2）压重0.8倍结构物自重，测量并记录相应参数；
3）分别将压重增加到1.0倍结构物自重和1.2倍结构物自重，分别施测一次，并记录相应参数；
4）压重1.2倍压重静压24h，再施测一次，如果和上次观测所得变形数据都小于等于2mm即可卸载，如果超过2mm，就需要继续观测；
5）24h后再观测一次，汇总分析所测得的所有参数，并计算出挂篮的非弹性变形值及弹性变形值，以供后续施工作为参考。
4.3 钢筋工程
钢筋工程是钢构悬浇箱梁的灵魂，必须按照规范操作。
①钢筋加工、绑扎、接头等项应符合设计和《道路桥梁工程质量检验评定标准》CJJ2-90及《公路桥涵施工技术规范》（JTJ041-2000）中的相关规定：直径小于16mm的钢筋可按要求采用绑扎接头，其余均应采用焊接或机械接头。[5，6]
②梁体各部位钢筋在地面钢筋加工车间统一加工，吊运到梁位处现场绑扎，钢筋安装时应根据施工顺序安装。梁段底模板安装好并经测量检验合格后，便可进行骨架安装及绑扎。
1）底板下层钢筋网片、底板管道定位网片，底板上层钢筋网片，底板上下层钢筋网片间用“马蹬筋”垫起焊牢，保持上、下层钢筋的规定间距。
2）钢筋骨架插入底板上、下层钢筋网中，然后绑扎腹板下倒角的斜筋和腹板底层纵向钢筋。
3）钢筋骨架内安装曲线（直线）预应力筋成孔管道，并固定。
4）安装顶板和翼板下层钢筋。
5）安装顶板预应力定位网、顶板锚头垫板及螺旋筋，穿设波纹管，并固定。
6）安装顶板和翼板上层钢筋网片用“马蹬筋”焊在上、下层网片间，使上、下层钢筋网片保持规定的距离。
③定位网筋安装。
定位网功能是确保制孔管精确定位，严格按规范规定设置。安装工作开始前，按曲线<0.5m和直线0.5m的间距确定各束钢绞线的中心位置，依次编制各断面预应力管道的控制要素，按要素设定位网。定位网由Ф10钢筋焊接成井字形框架，并与主筋骨架固定，定位位置应正确而且焊接牢固。
④预应力制孔。
纵、横向预应力制孔：
1）为防止混凝土浇筑时管道上浮或漏浆堵管，在波纹管内安装衬管（PVC管）。
2）管道定位必须准确牢固，管道轴线必须与垫板面垂直，严格按照设计图纸的要求设置定位钢筋。
3）浇筑混凝土时应避免振捣棒或其它金属物直接碰撞波纹管，接头凿毛时防止金属物敲击，严禁电焊烧伤和气割熔渣烧穿波纹管。
4）钢筋绑扎和管道安装完成后，对管道进行二次全面检查，保证管道状况良好。
5）钢筋绑扎和管道安装完成后，立即铺设脚手板，使施工人员不直接在钢筋和管道上踩踏，以防管道被碰坏和变形。
6）混凝土浇筑完毕初凝后，立即拔出各衬管，检查是否漏浆，如发现衬管上有水泥浆立即用高压水冲洗管道。
竖向预应力筋制孔：
本工程竖向预应力筋采用JL25精轧螺纹钢筋，管道采用Ф45锌皮铁管制孔。
上下部连接钢管采用砂轮切割机切割，切割必须垂直于管中线，在距管上端170mm下端400mm处各钻Ф25的孔，将Ф25mm钢管压浆管与孔道钢管在此焊接。将Ф25mm精轧螺纹钢筋对号穿入锌皮铁管，上下垫板螺帽均上好，下口露丝（出螺母）30mm，上口露丝（出螺母）大于100mm，高压软管与Ф25mm压浆钢管用铁线缠裹，并将软管与主体钢筋固定牢靠。
4.4 混凝土工程
箱梁的混凝土强度等级为C50，必须严格按照设计文件及图纸进行混凝土的配合比设计，水泥、砂、石料及水均应符合设计及规范要求。浇筑箱梁混凝土时，从悬臂内端开始浇筑，在根部与前段混凝土连接，两个悬臂端应对称均衡地进行浇筑，并在浇筑混凝土同时注意对预应力管道的保护，浇筑后应及时对管道清孔，以利穿束。在混凝土浇注时，将严格控制施工荷载，力求两端平衡。须严格控制两端的砼浇注的盘数，两端同时泵送，做到两端砼等量对称进行，浇注速度一致，悬臂端砼数量偏差不超过本节段箱梁自重的5%。混凝土振捣，严格执行快插慢提的振动模式，每一振动点振捣时间一般以周边砼拌和物无明显沉降，无明显气泡溢出，表面平坦泛浆为佳。
根据本桥箱梁截面高度情况采用一次浇筑法，先浇筑底板并同时浇筑腹板混凝土，最后浇顶板混凝土，一次完成，以防发生裂纹，且可以避免施工缝，加快施工进度。浇筑完成后，要对混凝土进行养护，养护期间必须保证砼表面始终是湿润状态。
4.5 预应力施工
预应力施工是保证整个主桥主梁结构施工质量、安全及工期的关健，是整个桥的生命线。[7]主梁箱采用了C50砼，布置了三向预应力体系，箱梁纵向钢束每股直径15.2mm，每束15股，为大吨位群锚体系；顶板横向钢束每股直径15.2mm，每束3股；竖向预应力筋采用JL25精轧螺纹钢筋。梁体砼强度达到设计强度的90%且混凝土龄期不小于5d后方能张拉钢束，张拉钢束采用张拉力和伸长量双控，箱梁纵向预应力钢束在箱梁横截面应保持对称张拉，同一根纵向钢束张拉时两端应保持同步。张拉前按规范要求对千斤顶、油泵进行标定。张拉时按设计要求控制张拉力进行张拉，张拉时逐级加压直到最大张拉力，并做好逐张张拉记录。张拉时，采用张拉应力和伸长量的双控：以张拉应力为主，伸长量为校核，实际伸长量偏差要在±6%的允许偏差以内，否则，要立即停止张拉，查明原因，并采取有效措施后，方可继续张拉。如有滑（断）丝超过规范要求，要进行换束，重新张拉。
4.6 孔道压浆
张拉完成后尽早压浆，以使预应力与梁体砼之间产生粘力，均匀分布预应力，减少锚口出的预应力峰值。孔道压浆采用真空辅助压浆法，采用40号水泥浆，在水泥浆中拟掺加适量的微膨胀剂高强硅粉，以弥补浆体硬化时的收缩，硅粉掺量为4kg/m3。压浆之前，先进行水泥浆水灰比试验，按JTJ041-2000的方法对水泥浆进行流动性、泌水性、膨胀率和强度试验，以选择最佳和的压浆配合比。
压浆前，应将锚具周围的钢丝间隙和孔洞填封，以防冒浆。水泥浆的拌和应首先将水加于拌和机内，再入水泥。经充分拌和以后，再加入掺加料。掺加料内的水份应计入水灰比内。拌和应至少2min，直至达到均匀的稠度为止。任何一次投配以满足一小时的使用即可。稠度宜控制在30s以内。压浆时，对曲线孔道和竖向管道应由最低点的压浆孔压入，并且使水泥浆由最高点的排气孔流出，直到流出的稠度同注入的稠度后一致方可关闭出浆阀。压浆完成后第2天应检查注浆端及出气孔的水泥浆密实情况，必要时进行补浆处理。
5 结语
长春长北立交桥施工操作中，为保证铁路行车安全，还有严密完善的安全防护措施。文章主要介绍了悬浇施工的阶段要点，对于安全防护措施、挂篮移除、合拢段施工、线性控制[8]等阶段未作介绍。实践表明，本文所述挂篮在长春长北立交桥施工操作中满足设计要求，在优化各施工阶段方法的情况下，能够满足质量、工期及美观要求，也进一步完善了挂篮在工程操作中的经验，为类似的桥梁施工提供借鉴。
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参考文献：
[1]中交隧道工程局有限公司.长春市四环道路桥梁排水互通工程长北立交桥主桥施工图设计说明[Z].北京：2009.
[2]赵金祥.嘉绍跨海大桥北副航道桥挂篮设计[J].桥梁建设，2013，43（2）.
[3]JTJ021-89，公路桥涵设计通用规范[S]．
[4]GB 50017-2003，钢结构设计规范[S]．
[5]JTJ041-2000，公路桥涵施工技术规范[S]．
[6]CJJ2-90，道路桥梁工程质量检验评定标准[S].
[7]苏国明.菱形挂蓝在桥梁工程施工中的拓展使用[J].铁道标准设计，2000（3）：21-22.
[8]杨成.大跨径预应力连续梁桥施工控制关键技术研究[J].价值工程，2015（21）：89-91.