斜拉桥牵索挂篮前支点施工工艺设计工法.docx
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斜拉桥牵索挂篮前支点施工工艺设计工法
斜拉桥牵索挂篮（前支点）施工工艺工法
（QB/ZTYJGYGF-QL-0602-2011）
桥梁工程有限公司廖文华罗孝德
1前言
1.1工艺工法概况
牵索挂篮又称前支点挂篮，是一种用于混凝土斜拉桥主梁悬臂浇筑施工的设备，是一种具有国际先进水平的新型挂篮。
我国自安徽铜陵长江公路大桥首次使用牵索挂篮以来，在大跨度、大节段的混凝土斜拉桥如武汉长江二桥、南昌新八一大桥、武汉江汉四桥、湖南岳阳洞庭湖大桥、江西鄱阳湖大桥、湖北荆洲长江公路大桥等的施工中，牵索挂篮施工工艺得到了广泛的应用。
1.2工艺原理
利用斜拉索作为挂篮前支点的牵引索，后锚点锚于已浇梁段的底板上，中支点用C型挂钩支撑于已浇主梁顶面，将后锚点挂篮的悬臂受力状态改变为前后支点的简支受力状态，从而减小了挂篮的挠度与弯矩，提高了挂篮的承载能力，实现主梁全节段一次浇筑。
图1牵索挂篮系统结构示意图
2工艺工法特点
采用钢箱型结构，结构紧凑，整体性强，刚度大，承载能力大，安全性高，采用吊挂与斜拉索牵拉相结合的传力，加大了节段施工长度，施工标准化程度高，施工速度快，施工质量好，重量大，加工费用高。
3适用范围
大跨度长节段混凝土斜拉桥主梁悬臂浇筑施工。
4主要技术标准
《公路桥涵施工技术规范》JTG/TF50
《公路斜拉桥设计规范》JTJ027
《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》JTJ025
《钢结构工程施工质量验收规范》GB50205
《公路工程质量检验评定标准》JTGB80-1
5施工方法
根据设计图纸，主梁0、1#段采用墩旁托架施工，挂篮从第2号段正式悬臂施工。
结合现场条件，0、1#段施工时考虑用挂篮承载平台作为施工平台，挂篮承载平台在墩旁托架上直接拼装、焊接、平移、顶升到位。
墩旁托架采用万能杆件在塔墩顶拼装而成。
挂篮拼装提升到位后，在挂篮后端设支承牛腿，前端设斜拉，挂篮主纵梁中部设斜向钢支撑，以满足0、1#段梁体施工。
牵索挂篮作为主梁悬臂浇筑的承重结构，通过锚固系统，将挂篮锚固在主梁底板上，通过牵索系统将斜拉索与挂篮弧形首相连，形成简支结构受力平台，然后在挂篮平台上进行立模、绑扎钢筋、浇筑混凝土，张拉预应力、压浆等作业。
在挂篮悬臂施工过程中，斜拉索分三次张拉完成，第一次在挂篮锚固就位，立模标高调整到位后进行，第二次在混凝土浇筑一半时进行，第三次在混凝土浇筑完成、等强、梁体预应力张拉、斜拉索锚固体系从挂篮弧形首转换到主梁上后进行。
为平衡斜拉索产生的水平力，在挂篮与主梁之间设置止推机构。
挂篮前移时，C型挂钩将挂篮吊在主梁顶面的滑板上，通过行走反滚轮，在千斤顶顶推C型挂钩底面的滑移装置时，挂篮前移。
挂篮升降均通过千斤顶操作完成。
6工艺流程及操作要点
6.1施工工艺流程
6.1.1牵索挂篮的安装牵索挂篮的安装与主梁0、1号段施工相结合，采用在索塔塔墩顶搭设好的万能杆件支架平台上分块拼装挂篮成整体的方法使挂篮承载平台安装就位，利用挂篮承载平台作为主梁0、1#段施工的托架平台并完成主梁0、1#段施工后，完善挂篮C型挂钩、拱架、行走反滚轮等，前移挂篮至主梁2#段进入牵索挂篮悬臂浇筑节段。
挂篮的安装可以根据施工现场条件采用地面拼装整体提升等不同方法。
6.1.2牵索挂篮的压载试验
牵索挂篮在拼装完成并锚固好后须进行预压试验，以检测实际结构内力状态及变形与设计是否吻合。
预压载荷不小于挂篮承载能力的1.2倍，采取分级施加的方式（至少为4级），荷载可采取模拟等代的方式施加，应尽量与挂篮的实际受力状况相吻合。
受墩高、地形等因素影响，可以采用反支点预压方法进行压载试验。
6.1.3牵索挂篮的施工工艺流程
图2牵索挂篮施工工艺流程图
6.2操作要点
6.2.1挂篮前移
挂篮下降到位，在C型钩底面的滑移装置落在梁面滑移钢板上，行走反滚轮已安装，锚杆约束全部解除后，挂篮准备前移。
在C型钩侧面安装100t千斤顶顶推C型钩，C型钩在滑移钢板上向梁端滑移，实现挂篮的前移。
滑移钢板与滑移装置接触面涂抹黄油，以减小摩阻力。
挂篮前移时，应保证挂篮平稳前移，不走偏，出现走偏时，应及时纠偏。
挂篮的前移也可采用千斤顶牵拉C型钩的方式。
6.2.2挂篮锚固就位，形成前支点
挂篮前移到位，经测量放样挂篮平面位置满足规范要求后，安装锚固系统锚杆。
用主纵梁后部千斤顶反顶主梁底面，放下行走反滚轮，用梁面千斤顶提升中锚杆，使挂篮上升，挂篮上升过程中，主纵梁后部千斤顶同时回缩油缸，保证挂篮上升平稳，直至主肋底模与已浇梁底面紧贴。
安装挂篮微调顶升机构、止推机构，锚固挂篮。
测量放样挂篮牵索系统锚垫板位置，斜拉索塔端挂索完毕后，梁端斜拉索穿过索导管，锚头安装牵索系统上叉头，用汽车吊配合卷扬机压锚，使上叉头与挂篮牵索系统下叉头销接，挂篮形成前支点。
斜拉索通过挂篮牵索系统张拉杆锚固螺母锚固在弧形首的球形锚板上，同时使斜拉索锚圈离开索导管锚垫板设计位置一定距离。
6.2.3挂篮立模标高调校
挂篮模板主要包括底模、内顶模、外侧模和内侧模。
主肋、横隔板底模焊固在挂篮上，随挂篮升降实现安装和拆除。
内顶模随拱架升降实现安装和拆除。
内、外侧模施工用汽车吊、葫芦配合进行安装和拆除。
挂篮立模标高通过主纵梁后部千斤顶调整。
标高调整到位后，顶紧顶升机构，再次紧固锚固系统锚杆、顶紧止推机构。
同时清理挂篮模板，提升拱架。
6.2.4斜拉索张拉
斜拉索分三次张拉完成，第一次在挂篮锚固就位，立模标高调整到位后进行，第二次在混凝土浇筑一半时进行，第三次在混凝土浇筑完成、等强、梁体预应力张拉、斜拉索锚固体系从挂篮弧形首转换到主梁上后进行。
斜拉索张拉在塔端完成，采用索力监控与梁端标高双控，以索力为主。
塔端张拉时需配置张拉撑脚、600t以上千斤顶设备，千斤顶标定后使用。
张拉时，对称同步进行。
6.2.5钢筋绑扎、预应力安装、预埋件安装
斜拉索初张完成，拱架模板、主肋、横隔板内侧模调整到位后进行。
主肋底板钢筋绑扎时，先在底模上放样安装止推预埋件，放样锚杆预留孔位置。
索导管安装在梁端斜拉索挂设时放样确定。
主肋、横隔板钢筋绑扎，预应力安装完成后，再绑扎顶板钢筋，安装顶板预应力和预埋件。
钢筋直径大于20mm时采用等强直螺纹连接，其余钢筋采用搭接连接或单面焊接。
接头连接按设计及施工规范进行。
预埋件在施工过程中必须做好检查和保护，防止在钢筋、混凝土施工中发生移动。
在安装过程中，钢筋与预应力管道、索导管相冲突时，适当挪动钢筋，钢筋必须截断时，预应力、索导管施工完后，将钢筋按等强度原则进行补强。
6.2.6混凝土施工
混凝土浇筑采用泵送，沿主梁边主跨各布置一条泵管。
浇筑时，从前（悬臂端）向后（已浇段）的方向进行，并要相对于主塔和中线对称、均衡浇筑，为防止堵管、离析，应严格保证混凝土的施工配合比和搅拌时间，严格控制混凝土坍落度。
浇筑顺序为先两主肋、横隔板、后顶板，单侧左右对称，边主跨应相互对称，不平衡重控制在10t之内。
砼浇筑完成1/2时，暂停浇筑，按监控指令对斜拉索进行第二次张拉，满足要求后方可继续浇筑直至浇筑完成。
混凝土浇筑完成应及时养生，防止混凝土表面干裂。
6.2.7主梁预应力张拉
主梁预应力包括主肋钢绞线束、横隔板钢绞线束以及顶板精轧螺纹钢。
预应力钢束、钢筋在混凝土强度达到设计强度85%以上进行张拉，张拉按设计顺序进行，先主肋、横隔板，后顶板。
张拉时采取张拉力与伸长量双控，以张拉力为主。
张拉油顶、油表标定后使用，张拉完毕后采用真空吸浆法进行管道压浆。
6.2.8斜拉索体系转换
主梁预应力张拉完成后，进行斜拉索体系转换。
体系转换时，张拉挂篮端牵索系统张拉杆，使张拉杆锚固在弧形首球形锚板上的锚固螺母拧开球形锚板一定距离，然后回缩油顶，使斜拉索锚圈锚固在主梁索导管锚垫板上，拆除挂篮牵索系统连接叉头，实现斜拉索锚固从挂篮上到主梁上的体系转换。
6.2.9降拱架、挂篮，安装行走系统
拱架下降通过千斤顶下放精轧螺纹钢完成，千斤顶必须对称同步作业，保证拱架整体稳定性。
拱架下降后挂篮内侧模倒在拱架内顶模上，下降高度以挂篮前移时能顺利通过横隔板底为准。
外侧模则直接靠在挂篮操作平台围栏上。
挂篮下降在斜拉索三张完成后进行。
挂篮下降前，在主梁顶面安放滑移钢板，解除止推系统、后锚杆等约束。
在梁面用千斤顶将中锚杆与主梁的锚固松开并下放，使挂篮下降，挂篮下降时，主纵梁后部千斤顶同时反顶主梁底面，保证挂篮下降平稳，直至挂篮C型钩底面的滑移装置落在滑移钢板上。
解除中锚杆约束，再顶升主纵梁后部千斤顶，安装行走反滚轮，下降微调顶升机构，最后回缩千斤顶，使行走反滚轮顶在主梁底面上，准备挂篮前移，进入下一节段施工。
7劳动力组织
牵索挂篮施工工艺复杂，技术要求高，专业性强，工种多，现场组织一个作业队伍便于协调管理，队伍由各工种组成，流水作业施工，同时配备专业技术人员。
实际施工时，可酌情增减。
表1劳动力配置表
序号
工种
人数
工作内容
备注
1
施工负责人
1
负责现场指挥总协调调度
2
质检员
1
负责现场质量检查及验收
3
技术员
4
负责现场技术指导和质量控制
4
汽吊司机
3
负责操作汽车吊
5
泵车司机
2
负责地泵操作
6
塔吊司驾人员
3
负责操作塔吊
7
电梯工
2
负责电梯操作
8
装吊工
20
负责挂篮升降、前移
9
安全员
1
负责安全工作实施及检查
10
钢筋工
40
负责钢筋加工及安装
11
模板工
16
负责模板安装及支架支设工作
12
砼工
20
负责砼浇筑及振捣等相关工作
13
电焊工
10
负责各种焊接工作
14
张拉工
12
负责斜拉索、预应力体系的张拉及压浆工作
15
电工
2
负责安装及检查电力设施及线路
16
修理工
2
负责修理机械设备
17
普工
10~20
辅助各工种人员做好剩余工作
8主要机具设备
牵索挂篮施工所使用的机具设备主要包括起吊设备、运输设备、钢筋、钢材、模板、混凝土、预应力等施工设备。
实际施工时，可酌情增减。
表2主要设备配置表
序号
机械名称
型号规格
数量
（台套）
工作内容
1
轮胎吊
16t
1
起重吊装
2
电焊机
BX3-500-2
6
焊接
3
混凝土拖泵
60C/80C
2
砼输送
4
塔吊
TC5023
1
垂直起重
5
电梯
SC100
1
输送人员上下
6
千斤顶
400t
8
张拉预应力、顶升挂篮
7
千斤顶
70t
12
张拉预应力、升降拱架
8
千斤顶
600t
8
张拉斜拉索
9
千斤顶
300t
8
升降挂篮
10
高压油泵
36
和千斤顶配套使用
11
压浆机
1
灌注压浆
12
空压机
3-6m3/min
2
打压及清理
13
高压水泵
IS50-120
2
抽水养护
14
发电机
150/200KW
1
备用电源
15
牵索挂篮
2套
设备平台
9质量控制
9.1易出现的质量问题
9.1.1线形控制
在主梁线形控制中，监控单位所给定的挂篮立模标高，由于实际施工与理论计算存在差异，导致主梁施工线形与理论线形不相符，在施工中若不及时调整，不严格控制各个环节的施工误差，主梁施工线形将无法满足规范要求。
9.1.2外观
混凝土外露面平整度，色泽，错台等；容易出现露筋和孔洞，表面蜂窝麻面，梁体裂缝。
9.2保证措施
9.2.1模板采用大面积钢模，除强度应满足浇注砼的各项要求外，为保证其表面平整度，设计时主要以刚度控制。
9.2.2对模板的拼接缝，力求做到设计合理，加工制作精细，减少或避免漏浆现象发生。
9.2.3尽量减少对拉螺杆数量，以减少砼上的孔洞，并对主梁施工完成后留下的孔洞及时封堵修补。
采用与主梁相同标号的水泥浆进行，力求做到与主梁砼颜色一致，并安排专人负责。
9.2.4对砼配合比进行优化选择，砼搅拌均匀，保证其工作性能，确保砼整体上色泽一致。
同时保护好已浇梁面免遭油污。
9.2.5对模板的准确安装定位，砼的搅拌、泵送入模、振捣、养护等工艺过程采取有效措施，加强控制。
对现场管理人员和操作人员进行质量意识教育，做好每个关键工序的技术交底。
通过保证各个工艺环节的工作质量来确保工程的质量。
9.2.6加强主梁平面位置与标高的测量复核，特别是挂篮锚杆预留孔、预埋件、斜拉索张拉锚垫板的定位必须准确。
主梁在挂篮滑移前后、浇筑前后、斜拉索张拉前后均需测量标高的变化，以指导下一节段的标高控制。
10安全措施
10.1主要安全风险分析
牵索挂篮施工属高空作业，作业人员施工过程中必须切实做好安全防护工作，防止高空坠落，防止物体打击伤害。
另外，在施工作业中，防止出现触电事故。
挂篮使用过程中，防止挂篮坠落。
10.2保证措施
10.2.1制定主要分项工程的安全操作规程，作业前认真进行安全技术交底与安全教育培训。
10.2.2挂篮在拼装过程中，必须经常检查万能杆件拼装平台的稳固情况。
平台上应设置封闭安全栏杆，包裹安全网，人行走道满铺脚手板或铁皮，禁止上下双层交叉作业，若必须采用则操作层必须全部封闭，防止落物伤人。
10.2.3吊装作业应有专人指挥，指挥按规定的哨声和信号，必须清楚准确，指挥者站在所有施工人员都能看到的位置，同时指挥者本人应清楚地看到重物吊装的全部过程。
吊装作业必须按安全技术规范要求进行。
10.2.4挂篮悬臂施工中，挂篮前移、升降、锚固等操作必须按安全技术交底进行，出现异常应及时停止作业，待查明原因并排除安全隐患后方可继续作业。
10.2.56级风以上时，不得进行挂篮落架、顶升、滑移等作业，同时应对挂篮锚固点加固。
挂篮在工作状态时，首先检查各锚杆组的锚固情况，斜拉索与挂篮连接处的连接质量，并进一步作出相应的加固，期间不得有人滞留在挂篮上；在非工作状态下，必须立即停止作业，做好防止挂篮模板在风的作用下自动滑移的防护，并用钢绳将挂篮挂退紧固在主梁上。
10.2.6施工用电线路必须规范，不准乱拉乱接，线路接头不得裸露。
11环保措施
环境的影响有两层含义：
一层含义是指内部环境，即施工作业环境；另外一层是外部环境，即对周边环境的影响，对周边环境的影响主要指因各种原因引起的地表下沉；水文条件变化、枯水、水位降低、水质污染等；对周边结构物的影响；对社会、生活环境的影响。
11.1水环境保护
针对现场实际情况，本标段施工时，不对原地层造成较大的破坏，确保当地居民的生活用水；废水排放前要经过处理并排放到远离居民生活用水区，并由环保协调部定期联系当地环保监督部门对水质进行检验，确保当地水质不被污染。
11.2生态环境保护
在施工准备阶段，结合设计图纸，对现场各种材料拌和站的设置、弃碴场的选择、施工便道的设置等进行进一步的调查，详细掌握第一手资料，以“减少植被破坏，少占耕地”为原则，合理规划临时用地，最大限度地减少施工用地。
严格遵守《环境保护法》以及相关的法律、法规、规章制度，严格执行“三同时”即：
同时设计、同时施工、同时竣工，不留尾巴、不留后患，采取一切合理措施保护现场内外的环境，确保环保目标圆满实现。
12应用实例
12.1工程简介
重庆巫奉高速公路何家坪特大桥主桥为（58+84+180）m三跨一联独塔双索面预应力混凝土边主梁斜拉桥，主跨24个节段，边跨18个节段，共42个节段。
其中0、1、b17、z23号段为现浇段，b16、z22为合拢段，其余为悬浇段。
主梁截面顶全宽27.5m，截面端面高2.3m，中心高2.575m；主梁顶板厚0.32m，设双向2%横坡。
节段长有8m、6m和24.78米三种，边肋宽度有3m、4m和底宽28m的箱形截面三种，横梁的基本间距是8m、6m和3.5m，主塔与主梁连接处固结。
横梁均设有预应力钢绞线。
主梁每节段在单根边主梁内各配置3根19股的钢绞线，在桥面板内配有32根Φ32的精轧螺纹钢。
主梁合拢段长2.5m，合拢段内各配置上、下缘合拢束。
主梁混凝土标号为C55，悬浇段最大重量434.6t。
12.2施工情况
何家坪特大桥主梁悬浇段采用牵索挂篮悬臂施工。
牵索挂篮采用旧挂篮改制而成，承载平台在主梁位置搭设的万能杆件平台上分块拼装成整体。
主梁0、1#段利用拼装好的挂篮承载平台作为托架平台进行施工。
在施工完成的主梁0、1#段梁面上利用汽车吊安装挂篮C型钩、拱架等，使挂篮转换到主梁上，完善挂篮系统后实现挂篮的正常悬臂浇筑。
挂篮自2010年7月17日正式悬臂浇筑，边跨于2010年12月20日合拢，主跨于2011年5月11日实现全桥合拢。
挂篮正常悬臂浇筑9天每个节段。
上台钢筋缝，__________________________________________________________________________________________________________________________
12.3工程结果评价
何家坪特大桥主梁施工挂篮通过对挂篮弧形首、牵索系统重新设计、加工改制，采用球形锚板，解决了空间索横桥向角度变化的张拉锚固难题。
挂篮上桥与0、1号段施工相结合，采用在塔墩顶搭设万能杆件支架平台，在平台上拼装挂篮成整体，再利用挂篮承载平台作为0、1号段施工支承托架的施工方案。
该方案无需大型起吊设备，不必搭设挂篮整体吊装平台，简化了施工工艺，提高了施工速度，减少了施工投入。
主梁牵索挂篮悬臂施工形成了一整套工艺，积累了丰富的施工经验，对今后施工类似桥梁打下了坚实的基础。
主桥成功合拢，安全质量控制良好，在重庆地区创造了良好的声誉，获得了业主的一致好评，社会经济效益明显。
12.4建设效果及施工图片
图3托架拼装平台图4挂篮分块拼装
图50、1#段施工图6挂篮悬臂浇筑施工
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