61牵索挂篮施工工法

牵索式挂篮施工工法

GGG（鲁）C3061-2008

杨荣泉侯福金万雨帆闫宗山孙建全（山东省路桥集团有限公司山东省公路桥梁建设有限公司）

1.前言

牵索挂篮是施工大跨径斜拉桥混凝土主梁的主要工具，目前国内使用的牵索挂篮形式主要有桁架式和钢箱式。目前，箱梁的宽度和单节段浇筑长度都比较大，滨州黄河大桥主梁宽度更是达到了32.8m，单节段浇筑长度为7.5m，为提高挂篮的整体刚度，挂篮采用钢箱式主桁结构，目的为保证主梁的浇筑质量及控制浇筑时间，使挂篮的刚度及强度满足一次浇筑完毕整个梁段的要求。

该利用永久性斜拉索作为施工挂篮前支点，以简支体系受力改变了传统平衡压重式挂篮的单悬臂受力，增加了浇筑节段长度。本挂篮具有刚度大、比同类挂篮自重轻、行走及操作方便的特点，能优质、安全、快速地完成斜拉桥混凝土主梁悬浇施工任务，施工操作简便宜行，普通工人稍加学习便可灵活掌握操作要领，施工工艺安全可靠。这种挂篮于先后在利津黄河大桥和滨州黄河大桥应用，取得较好效果，该挂篮结构具有技术性和经济性的综合效果，达到国内先进水平。

2.工法特点

2.1.利用斜拉桥特有的永久性斜拉索作为施工挂篮前支点，结合桥面锚固系统构成无压重挂篮，挂篮中端悬吊在已浇好的梁段上，将传统挂篮的单悬臂受力状态改变为简支正弯矩受力状态，从而大大提高了挂篮承载力，又减轻挂篮自重，一次浇筑长度达7.5m，一个浇筑施工周期为7d，工效提高30%～50%。

2.2.利用钢箱作为挂篮的纵、横向主桁结构，从而大大提高了挂篮的整体刚度，变形量小，保证了施工质量。

2.3.挂篮采用液压驱动，减轻了工作强度，提高了工作效率。

2.4.结构简洁紧凑，受力明确，使用较为方便。

3.适用范围

本工法适用于悬臂浇筑的大跨度预应力钢筋混凝土斜拉桥。

4.工艺原理

斜拉索水平分力与水平反力平衡。斜拉索竖向分力与中支点反力形成简支梁的两个支点，承载待浇混凝土箱梁重量。

挂篮前鼻梁设计，通过四根反力杆完成斜拉索牵引、张拉、锚固及挂篮下落等几个转换过程。

顶模整体落架设计，通过设在已浇梁段上的后吊杆和设在前横梁侧面的支撑杆，实现了顶底模的整体上升和下降，提高了施工速度。

挂篮行走系统设计，挂篮行走靠大行程千斤顶驱动，后滑靴升降及滑行设计。

5.施工工艺和操作要点

5.1.牵索挂篮简介

5.1.1.挂篮组成

牵索挂篮共有六部分组成：主桁系统、模板系统、牵索系统、行走系统、工作平台系统。

⑴主桁系统：采用整体焊接钢箱，主桁包括两道纵梁，两道横梁，为提高前横梁钢度，在前横梁下端设置了三角桁架。为调节立模标高和保持挂篮平衡，在挂篮后端设置了调节杆。在后横梁处的纵梁上设置悬挂C型梁。

⑵模板系统：边箱底板及顶板底板采用钢桁架，面板用3mm钢板，边箱内模用木模，用木胶合板做面板，横隔梁模板采用木模，面板用进口维莎板。

⑶牵索系统：该系统有前鼻梁、牵引杆、反力架、千斤顶及斜拉杆组成。张拉斜拉索的水平分力由板力杆平衡。

⑷行走系统：该系统有滑靴、滑道、牵引钢绞线及千斤顶组成。其主要作用是当挂篮施工完一段后，将其转移到下一段。

⑸工作平台：主要用于完成斜拉索

张拉、模板支立、挂篮行走等。

5.1.2.挂篮安装

挂篮安装采用整体吊装方案，先在

地面上将主桁系统整体拼装后，用千斤

顶提升就位，详见图4《挂篮提升图》。

提升就位后安装吊杆、模板、工

图1：牵索挂篮结构示意图1

作平台、悬挂C型梁等附属部件。

5.1.3.挂篮预压：

1.预压重量：为施工荷载总和。总

重量约为主梁自重的1.1倍，预压配重

用砂袋，根据主梁的受力模式进行加载，分级进行预压，预压分为10级，每级压重均为施工荷载重量的10%。

2.预压顺序：加载顺序按照混凝土浇筑顺序进行，首先在两边箱前端加载，由前向后进行，边箱及横隔梁加载完毕后再从两从两端开始沿由前向后，先两边后中间的顺序对称加载，操作顺序：挂篮安装就位→调整模板→测量标高并做好记录→第一次张拉→加施工荷载重量的10%→测量标高→……分十级加载至施工荷载总重→测量挂篮变形及模板标高→第二次张拉斜拉索→测量挂篮变形及模板标高→分级卸载。

3.注意事项：

①严格按照正确的施工顺序施加荷载；

②预压用砂袋要严格称量，做好记录。

③加载过程中注意观察挂篮变形情况，如有异常立即停止加载，分析原因，必要时对挂篮进行改进和加固。

4.预压观测及调整

每施加一级荷载均进行变形观测并记录，并对重点受力部位进行严密观察。

5.斜拉索第二次张拉

当预压荷载全部施加完成后，按照设计要求对斜拉索进行第二次张拉，并对张拉后的挂篮及模板进行变形观测。

6.卸载：预压及张拉过程全部完成并且变形稳定后，即可进行卸载，卸载的过程与加载的过程相反，并做好观测记录。

7.成果分析：待整个预压及卸载过程全部完成后，将观测结果绘成图表，对观测成果进行分析，成果分析的主要目的：

1）检验挂篮的强度、刚度和稳定性；

2）消除非弹性变形，确定荷载—变形

关系线；

3）确定正式进行挂篮浇筑时的立模标

高

4）将预压结果报设计、监理及施工监

控单位，必要时对斜拉索的初次张拉力进行

图3：挂篮钢筋绑扎图

调整，以满足设计及施工需要。

5.2.挂篮施工

挂篮预压并卸载完成，按按监控部门提供的施工标高调整模板高度，第一次张拉斜

拉索后进行钢筋绑扎、预应力及模板安装。

挂篮施工顺序：挂篮安装、预压、卸载→底模调整→斜拉索安装→第一次张拉斜拉索→钢筋绑扎及预应力管道安装→安装内模及侧模→混凝土浇筑→混凝土养护→拆除顶板底模及横隔梁侧模→第二次张拉斜拉索→主梁横隔梁预应力张拉→拆除内模→剪断小拉索→挂篮下落、前移、就位→主梁预应力封锚、压浆→底模调整（重复以上步骤，进入下一节段施工）→挂篮拆除

5.2.1.钢筋绑扎及模板安装顺序：横隔梁钢筋→预应力钢束及波纹管→定位斜拉索锚固套管→绑扎锚固区钢筋→绑扎底板、斜腹板第一层钢筋→定位及防崩筋钢→斜腹板预应力钢束及波纹管→绑扎底板、斜腹板第二层钢筋→→横隔梁模板（边箱内模安装并加固）→绑扎顶板钢筋→放置护拦底座，泄水管预埋件→顶板预应力穿束及定位→支立顶板侧模及两端模板。

5.2.2.钢筋垫块：顶板等钢筋较轻的部位用塑料垫块。横隔梁及斜腹板下部钢筋较重的部位用大理石垫块。

5.2.3.预应力管道安装时应严格按图纸尺寸定位并每隔1米加一道定位钢筋，管道定位后应仔细检查，保证密封。为确保预应力钢束不被水泥浆液固结。

5.2.4.混凝土浇筑

混凝土浇筑采用拖式泵配合布料杆进行，布料杆长18米，置于箱梁横轴线上，布料范围可覆盖整个现浇段。混凝土浇筑顺序按照由前向后，先两边后中间的顺序进行，横向浇筑顺序为：边箱底板→斜腹板→直腹板→横隔梁→横隔梁頂板→边箱顶板。

5.2.5.混凝土抹平及养生：为使桥面平整度达到设计要求，沿箱梁横桥向每3m设置一道∠50×50mm角钢，角钢顶面与混凝土面齐平，与桥面钢筋焊接成一体，顶板混凝土浇筑后用木刮杆将混凝土刮平后，将角钢拆除，再用泥板将混凝土表面抹平。混凝土初凝前，用泥板进行二次碾压以使混凝土表面进一步平整和防止收缩裂缝。二次抹平的同时用麻面片覆盖混凝土表面并及时洒水养生。混凝土表面应覆盖严密，并将覆盖物压牢系紧。洒水应连续，均应，以保持混凝土表面湿润为准。二次抹平后混凝土达到设计强度50%前严禁踩踏。

5.2.

6.沉降观测：混凝土浇筑前在前端模板上设置沉降观测点，沿桥横桥向共设置5个观测点。混凝土浇筑前观测并记录各点的标高，混凝土浇筑过程中随时观测各点的沉降量，当发现沉降量过大或不规律变化时应查出原因并及时处理。

5.2.7.施工预埋件、预留孔的设置：主要包括标高观测点、挂篮预留孔，下灰点等。

5.2.8.注意事项

1)混凝土浇注时，均匀、慢速，分30cm一层振捣。

2)斜腹板混凝土振捣时，要特别注意振捣位置，避开波纹管，以免损坏波纹管。对

于不易振捣的地方，我们用橡皮锤或木棰击打斜腹板模板，使内部混凝土密实。

3)横隔梁马蹄处混凝土振捣时，振捣工要手提振动棒，使其悬浮振动，以避免卡棒

或戳穿底部波纹管。

4)斜拉索锚固套筒和锚头处，

由于钢筋密集，要加长振捣时间

至40秒。

5)浇筑顶板混凝土时，边浇筑

边抹平覆盖，防止水分散失过快。

5.3.挂篮操作

挂篮的步骤为：模板调整→安装、

第一次张拉斜拉索→混凝土浇筑→第

图4：挂篮提升图

二次张拉、体系转换→挂篮下落→前

移→提升→锚固→挂篮拆除。

5.3.1.模板调整：挂篮提升就位后，将前吊杆锚固，调节后支撑点使挂篮主桁保持水平后即可进行模板调整，可分两个步骤完成，第一步将挂篮根据图纸给出的标准段几何尺寸，调整斜腹板、顶板及横隔梁底板的相对标高；第二步：底板相对标高准确后，用千斤顶调节挂篮后端的调节后座，使模板标高达到立模标高的要求。调节完毕，将中、后吊杆锚固，即可张拉斜拉索。

5.3.2.安装、第一次张拉斜拉索：挂篮底模按施工标高调整后，将弧形垫板及反力架调到与斜拉索对应位置，先通过软牵引将与锚杯连接的φ148mm丝杆带出千斤顶，再按照设计及监控部门提供的张拉力或标高张拉斜拉索。

5.3.3.混凝土浇筑：浇筑过程中随时观测挂篮沉降，发现异常情况时及时查找原因，当设计和监控部门有要求时，在混凝土浇筑过程中或浇筑完成后再一次张拉斜拉索。

5.3.4.第二次张拉斜拉索、体系转换：混凝土强度达到张拉要求后，先将横隔梁侧模、周圈侧模及斜拉索锚块模板拆除，把斜拉索锚垫板周围清理干净，将锚圈紧固在锚垫板上，千斤顶回油，将与反力架连接的四根拉杆解除后，千斤顶进油带动反力架与锚垫板贴紧，用高强螺栓将反力架固定在锚垫板上。反力架位置应安放准确，中心线与锚垫板重合，否则锚怀引出时容易刮丝。

反力架与锚垫板固紧后，千斤顶进油，第二次张拉斜拉索至设计要求，在千斤顶出顶的同时，将锚圈旋紧。二次张拉开始，挂篮与主箱分离，斜拉索力转换至主箱，体系转换完成。

图4：挂篮行走图

5.3.5.挂篮下落、前移、提升与锚固

二次张拉完成后，连接器与锚杯分离，反力架、千斤顶与引出杆下落并固定在挂篮上。挂篮下落分模板下落与挂篮下落两个步骤完成：

1)模板下落：首先落顶板底模，共分六个单元，横隔梁内侧分两个单元，前端为两根支撑立杆，一个立杆用两个2吨导链，导链挂在立杆下端下落；后端为两根吊杆，先用千斤顶将吊杆松开，在吊杆上端加一连接器，与钢丝绳相连，上接3t 导链，导链挂在桥面三角架上，前后端同时下落。横隔梁内侧顶底模下落完成后，将内侧横隔梁侧模旋转放在底模上，同时将直腹板拐角处模板拆除也放在顶板底模上。横隔梁外侧顶板底模能过旋转顶杆螺旋下落10-20cm 后，用导链辅助与横隔梁外侧模板一起整体外移。边箱内模拆除后，转移至桥面上重新加工。

2)挂篮下落：顶板底板及横隔梁侧模拆除后，先将外侧中吊杆解除，将外侧锚梁翻转后放在滑道位置；在挂篮内侧中杆处安装千斤顶、反力架，在前端中吊杆预留孔处安放180t 千斤顶、反力架及丝杆，与挂篮前鼻梁处的吊鼻连接。解除后吊杆及反力杆后，挂篮用四台千斤顶下落。挂篮落距为1m ，下落到指定位置时，中悬挂C 型梁滑靴落在滑道上，再将后支撑杆升起，支撑杆顶端滑靴与主箱翼缘底板顶紧后，将下落使用的千斤顶及丝杆拆除。

3)挂篮前移：挂篮下落后，解除挂篮与主箱之间的全部约束，使挂篮主桁保持水平，只有悬挂C 型梁与后支撑杆与主箱接触，调节中吊杆处悬挂C 型梁与后支撑杆上的定位轮与主箱侧面混凝土持5mm 距离。在桥面上施工出挂篮行走轨道控制线，将行走轨道准确定位，并将轨道下的桥面整平，安放25t 牵引千斤顶与固定销，用油泵带动千斤顶驱动挂篮前移，千斤顶每一行程结束回油时，由人工辅助千斤顶后座向前移动并插拔固定销。两侧千斤顶必须保持同步顶升，最大行程误差小于5cm ，挂篮行走过程中应由专人随时检查各部位，保证挂无任何

障碍挂靠、行走直顺、挂篮各部件使用安全，无异常现象。

4)挂篮提升：挂篮行走到位后，安装中吊杆的内侧吊杆与提升千斤顶，在后端支撑座上各安放两个50t 手动千斤顶及厚5cm 的支撑垫块，先用手动千斤顶将后支撑杆解除，然后提升中吊杆，中吊杆千斤顶由油泵驱动，每次提升5cm ，中吊杆提升后，用后端两后50t 手动千斤顶交替使用将支撑垫块逐块拆除。挂篮提升到位后，将滑道翻转做反力杆锚梁，安装外

侧中吊杆。

5)挂篮锚固：中吊杆安装完毕后，根据设计及监控部门提供的立模标高调节斜腹板及横隔梁底模高度，标高调整通过后支撑座上的手动千斤顶完成，模板标高达到设计要求后，安装后吊杆及反力杆。挂篮操作完成。

5.4.第一次张拉斜拉索

挂篮锚固后，即进行斜拉索安装，先用软索引将斜拉索前端的引出杆带出张拉千斤顶后，将斜拉索张拉至设计要求，并将斜拉索锚定在挂篮前鼻梁上。第一次张拉完成后，再调整斜拉索套并固定。

5.5.钢筋绑扎及模板安装

第一次张拉完成后，安装并绑扎横隔梁及斜腹板钢筋，横隔梁钢筋先预制成三片，用吊机安装就位后，再绑扎成整体。斜腹板钢筋现场就绑扎。

钢筋绑扎顺序为绑扎横隔梁筋→穿预应力钢束及波纹管→定位斜拉索锚固套管，绑扎锚固区钢筋→绑扎底板、斜腹板第一层钢筋→绑扎防筋钢筋→绑扎底板、斜腹板第二层钢筋→绑扎腹板钢筋。横隔梁及斜腹板下层钢筋绑扎完成后，立横隔梁侧模，顶升顶板底板，模板顶升由导链完成。顶升后顶板后端固定在已浇筑混凝土面上，前端支撑杆加横向联接杆加固，顶板模板的标高根据斜腹板相对标高确定。顶板模板安装并加固后，绑扎主梁顶层钢筋并安装顶板预应力束及管道，然后立侧模、放置护拦底座、泄水管预埋件，并安放施工预留孔及预埋件。

5.6.混凝土浇筑

5.6.1.浇筑前准备：混凝土供应由拌和站集中拌和，罐车运输，拖式混凝土泵输送，用布料杆辅助混凝土入模，布料杆工作半径18m，安放在主箱已浇混凝土面前端，可覆盖整个待浇筑段。准备好木板，待斜腹板拐角处浇筑完毕后铺上木板，防止翻浆。预埋测温管、沉降观测点，设置好下灰点。

5.6.2.混凝土浇筑顺序

混凝土浇筑总体顺序为由前向后，先两边后中间。从悬臂端边箱开始，向后向中间对称浇筑，具体顺序为：边箱底板→斜腹板→直腹板→横隔梁→横隔梁頂板→顶板。

5.6.3.抹平及养生

为控制梁体表面平整度达到不超过7mm 的要求，从箱梁纵轴线开始向两侧每3.5m设置一道L30×30mm角钢做为标高控制线，角钢安装时用水准仪精确定位。浇筑后用刮杆沿角钢顶面将混凝土表面整平，用泥板抹平压实。混凝土初凝前把角钢撤掉后，再用泥板进行二次碾压以使混凝土表面进一步平整和防止收缩裂缝。二次抹平的同时用麻面片覆盖混凝土表面

并及时洒水养生。混凝土表面应覆盖严密，并将覆盖物压牢系紧。养护用水的温度不低于30℃，洒水应连续，均应，以保持混凝土表面湿润为准。二次抹平后混凝土强度达到27.5Mpa 前严禁踩踏。

5.7.预应力束施工

5.7.1.挂篮施工预应力钢束以连接器连接的纵向钢束及合拢束、横隔梁及边箱斜腹板预应力束，合拢束在主箱合拢后一次穿束锚固。

5.7.2.预应力施工顺序为：横隔梁管道在横隔梁钢筋安装后安放，每隔1m设置一道定位筋，接口用塑料焊机焊接或用标准塑料接头连接，接口处应平齐，不破裂，不变形，接口处用胶布缠裹后再加缠一层透明胶带。预应力钢束在混凝土浇筑完成后穿。斜腹板钢束一端轧花，在上端口张拉锚固，在底层钢筋绑扎完成后安装，除每米一道定位筋外，在底端拐角处设置防崩钢筋。

纵向束在斜腹板下层钢筋绑扎完成安装，钢束固定端为挤压锚，安装在连接体上，钢束安装时应注意与连接体结合紧密，安装后将喇叭管固定在锚垫板上，锚垫板与喇叭管之间填塞橡胶垫，以防露浆，然后将波纹管、约束环及螺旋筋从钢束张拉端分别安装就位。

顶板束安装步骤与纵向束基本相同，在顶板底层钢筋绑扎完毕后安装。

5.7.3.预应力张拉：在斜拉索第二次张拉完成后，挂篮移动之前张拉预应力束。张拉顺序为先纵向束，后横向束。纵向束张拉先从主箱刚度最大位置开始，左右对称张拉；横向束同步张拉。

5.7.4预应力压浆：张拉完成后，立即割索、封锚，压浆在挂篮前移并锚固后进行。

5.8.挂篮施工注意事项

5.8.1.挂篮的立模标高严格按照设计规定及施工监控单位的要求调整；

5.8.2.施工中各梁段立模标高的确定和主梁标高测量以及索力的测量依据施工监控部门的要求进行。

5.8.3.预留孔位应准确，不得使吊杆及拉杆受弯；

5.8.4、主梁施工过程中，一定注意预埋所有附属工程的预埋件；注意预埋用于应力监控的应变片以及测量标高的控制点预埋件等。

5.8.5.挂篮行走时，两侧行走轮要同步平稳前移。如有偏移要及时调整；

5.8.

6.悬臂浇筑混凝土时应从挂篮的前端分层向后浇筑，横向应先浇筑两侧边箱梁，然后从两侧向中间浇筑桥面板及横梁；

5.8.7.认真保养和及时校定千斤顶，确保张拉力准确，并配备备用千斤顶。

5.8.8.行走系统要经常进行润滑保护。

5.8.9.中塔主梁悬臂浇筑最大长度达到201.5m，浇筑混凝土时注意天气情况，浇筑期间桥面处10min最大平均风速不得大于15m/s。

6.材料与设备

牵索挂篮钢箱及主受力构件采用16Mn钢材其它部分采用普通Q235钢材，张拉杆及反力杆采用40cr机加工件。

主梁混凝土一般采用C50以上，钢筋及预应力材料均应满足公路工程试验检测要求。

使用的主要机械材料见下表：

使用机械、设备表

7.质量控制：

质量控制是施工的重点，控制好施工质量是工程成败的关键。按以下原则控制质量。

8.安全措施

8.1.进行安全教育。建立健全各项规章制度，加强岗位责任制。严格施工纪律，严格按规程操作。

8.2.参加高空作业（特别是塔吊），人员必须有特别作业证书，严禁带病上岗。高空作业必须设置安全网，工人穿戴安全帽、施工鞋、安全带。

8.3.设立施工作业警示区，严禁非施工人员及车辆进入施工现场。

8.4.遇有大风、暴雨天气需停止施工，注意保护电源，防止漏电。

8.5.严禁乱抛掷杂物。

8.6.塔吊司机要经培训考核，持证上岗；定期检查各种限位开关，起重机钢丝绳、卡环如有损坏及时更换。

8.7.塔吊设专人指挥，禁止超负荷起吊。

8.8.高处作业应遵守以下规定：

1）悬空高处作业设有可靠的安全防护措施。从事高处作业人员要定欺体检，发现不适病症，不得从事高处作业，严禁酒后高空作业。

2）高处作业所用的梯子不得缺档和垫高，同一架梯子不得二人同时上下，在通道（或平台）使用梯子应设置围栏。

3）高处作业与地面联系，应有专人负责，或配有通讯设备。

4）运送人员和物件应有可靠的安全装置，严禁人员乘坐运送物件的吊栏。

9.环保措施

在实施过程中，应遵照执行的国家和地方（行业）有关环境保护法规中所要求的环保指标，加强文明施工管理。

挂篮施工中，液压设备要加强保养，不能污染梁体和施工场地的水体和山体等。

施工过程中产生的垃圾应该分类处理，不能随意丢弃。

10. 效益分析

1）按箱梁结构计算，本挂篮结构简单，轻巧，节省了大量材料，使成本降低了20万元/套。

2）挂篮的功能全面，行走方便，可以方便大型斜拉索安装。

3）工作平台空间大，操作方便。

11.工程应用实例

1）利津黄河公路大桥主桥结构形式为40+120+310+120+40m五跨连续PC箱梁双塔双索面斜拉桥，悬浇梁段采用牵索挂篮悬浇施工，混凝土总数量为26054M3。

2）国道205线滨州黄河公路大桥主桥结构形式为2×42+2×300+2×42m六跨连续PC 箱梁三塔双索面斜拉桥，标准断面宽32.8m，主梁采用双边箱梁预应力混凝土主梁，主梁全长767.1m，梁高3m，主梁在中塔处与中塔固结，边塔处半飘浮支承。采取落地支架现浇与牵索挂篮悬臂浇筑相结合，其中CB0、SB0、SB0′及SB1梁段为支架现浇段，SB2至SB11及CB1至CB25梁段采用牵索挂篮悬浇施工，混凝土总数量为20036M3，斜拉索采用半平行钢丝斜拉索，，中塔斜拉索104根，边塔共有96对。