0#塊段銷接托架與焊接托架施工工藝對比

馬 龍，羅 勇

(中交第二公路工程局第三工程有限公司，陜西 西安 710016)

0 引 言

目前的橋梁懸臂施工中出現(xiàn)了較多的施工工藝，而三角托架在0#塊段施工中應用廣泛，主要是因為三角托架結構形式簡單，受力性能較好，成本較低。同時三角托架在與墩身預埋件連接形式上也有不同，施工中較為普遍的有焊接托架及銷接托架，這2種托架各具優(yōu)缺點。本文依托于漢江流域的1座懸臂橋作為實例，從施工過程對比分析2種托架的施工工藝。

1 工程概況

陜西省安康市漢江流域上某懸臂橋是1座左右分離式橋梁，墩高較高，施工水域的水深較深，且受洪水水位影響不適合采用落地式支架澆筑0#塊段，所以使用托架法施工工藝，在確定方案時將銷接及焊接2種托架類型作為課題進行研究。本項目中主橋箱梁0#塊箱梁中心高850 cm，頂板寬1 250 cm(橫坡 2%)，底板墩頂4 m段與墩身同寬800 cm、懸臂側寬700 cm，根部底板高200 cm、端部底板高111.8 cm，根部腹板厚120 cm、端部腹板厚104 cm，根部頂板厚180 cm、端部頂板厚28 cm，橫隔板厚135 cm，兩側裝飾板高5.5 m、厚0.5 m。

2 0#號塊段施工

連續(xù)剛構0#號塊段的施工關系著整個橋梁的線型控制，而且0#號塊段托架設計及施工過程中的各種缺陷往往是導致安全質量事故的重要原因?，F(xiàn)有的托架形式多種多樣，但是總體分為落地式托架及墩身預埋式，主要根據(jù)當?shù)氐匦?、橋梁結構特點、工程造價及墩身高度來選擇。一般橋梁施工中采用墩身預埋懸空托架的居多，主要施工工藝為在墩身上預埋結構件，待墩身澆筑完成后安裝托架并經過檢查合格后進行預壓，消除托架非彈性變形，驗證彈性變形量后調整0#塊段分配梁及砂筒的標高，開始0#號塊段鋼筋、模板及混凝土工序的施工。

2.1 托架施工

選取托架材料主要受0#號塊段重量、結構形式影響，同時應考慮項目現(xiàn)有材料的利用率，盡量采用現(xiàn)有材料設計0#號塊段托架。利用Midas軟件計算結構穩(wěn)定性后，通過標高計算托架預埋件的位置，并在預埋件位置處加強墩身鋼筋安裝，確保預埋件對墩身影響小。

現(xiàn)有的托架基本分為兩種類型，一種是焊接式，即墩身上預埋鋼板與托架焊接，并在墩身兩側設置對拉桿件讓托架形成整體，增加托架水平拉力，減少焊縫承擔的拉力。同時在托架下方設置鋼棒來提高豎向受力性能和結構安全性；另一種是銷接式，即在墩身上預埋銷接構件，一般采用打孔厚鋼板作為銷接構件，便于在預埋時減少對墩身主筋鋼筋的影響。

2.2 0#號塊段混凝土澆注

0#號塊段混凝土澆注方式可分為1次澆注或多次澆注成型，主要由0#塊段尺寸確定，應充分考慮拌合站的生產能力及混凝土熱脹冷縮等因素。一般高度超過8 m的0#號塊需要多次澆注成型，不宜采用單次澆注，否則易產生收縮裂縫。在確定方案時應考慮澆注次數(shù)并根據(jù)澆注次數(shù)驗算結構及變形量，還要根據(jù)澆注方案調整托架預壓分級，并保證方案、計算與實際施工相符合。

3 不同托架施工對比

3.1 焊接對拉托架

0#塊托架三角架由II40a雙拼工字鋼制成，三角架共5組，兩側腹板各2組，中心距為120 cm，底板中心1組，與兩側間距均為220 cm。每片三角架橫桿設置2根對拉精軋螺紋鋼筋用以消除0#塊懸臂段產生的水平拉力。三角架橫桿上設置4根II40a工字鋼作承重橫梁，中心間距為120 cm；承重梁上安設由I12.6工字鋼焊拼的排架。焊接托架與墩身預埋鋼板焊接，并在托架下方預埋承重錨桿作為主要承重構件。

3.2 銷接對拉托架

銷接對拉托架的基本數(shù)量及材料型號同焊接托架，區(qū)別是它的三角架通過70銷釘與錨固于墩身的2 cm厚鋼板預埋件銷接。

4 不同托架分析

4.1 材料差別

由圖1、2可知，銷接托架相較于焊接托架形式更加簡潔。焊接托架需要在加工場內整體焊接完成后方可轉運吊運安裝，如果不加豎向工字鋼作為固定加固構件，極有可能會發(fā)生變形，導致安裝后結構受力存在不利影響。同時，由于焊接施工時處于高空作業(yè)且為豎向及仰視焊接，不利于控制質量，所以需要在托架底部預埋鋼棒作為承重構件。

圖1 焊接對拉托架

圖2 銷接對拉托架

4.2 工效差別

研究人員根據(jù)托架形式的不同在施工階段對人工及時間進行統(tǒng)計，統(tǒng)計結果見表1。

由圖3、4可知，在人工及時間方面，銷接托架比焊接托架更加快捷省力，人工僅為焊接托架總數(shù)的60.66%，時間僅為焊接托架總數(shù)的62.5%。從安全方面來說，銷接托架安裝時間短，工人在高空作業(yè)的時間較少，僅需要1 d就能安裝完，且安裝過程簡單，因此相對于焊接托架的安全性更高，更加方便。

表1 人工、時間統(tǒng)計表

圖3 人工對比表

圖4 時間對比表

同時，焊接托架一般需要在場地內將型鋼焊接加工成整體后再吊運至安裝位置，對焊接精度要求高，吊運時需要注意保護托架不變形不扭曲。而銷接托架可以直接按照尺寸加工好后進行吊運安裝，便于現(xiàn)場組織施工，工序上銜接更加順暢，間接減少了機械、人工方面的使用成本。

4.3 成本差別

從圖1、2中的托架形式及表2中的材料對比來看，銷接托架使用的材料要少于焊接托架，直接成本較低。其次，銷接托架拆除后還可以重復使用，也會減少成本，提高材料的利用率，每個項目僅需要預埋銷接的鋼板及加固鋼筋即可。

4.4 質量控制差別

首先，在300 ℃的高溫下,混凝土的抗壓強度基本不變，但超過50 ℃時混凝土的抗拉強度就會明顯下降。鋼筋混凝土的強度在300 ℃～400 ℃時會迅速降低。普通鋼筋混凝土和混凝土的耐熱溫度都不應超過80 ℃。而Q235鋼材的焊接熔化溫度約為1 400 ℃左右，焊接過程中可能會對周邊混凝土的性能造成較大的影響，因此在焊接區(qū)域內的混凝土時常會出現(xiàn)裂縫等病害，對墩身質量有較大的影響。而銷接托架則沒有這方面的影響，在后續(xù)拆除過程中對預埋件進行防銹處理即可，同時應避免采用高溫割除而采用低溫割除，盡可能不割除。

表2 托架不同之處材料對比表

其次，高空焊接的質量受現(xiàn)場實際施工情況影響較大，還會受焊工技術、焊接方式等因素影響。公路行業(yè)的焊工技術差異化較大，焊縫質量無法達到專業(yè)焊工的標準，以上各種因素都會對焊接質量產生不利影響。

圖5 鋼材工程應力-應變曲線

最后，鋼板在焊接過程中部分區(qū)域應力-應變產生變化，如圖5所示。焊縫的應力-應變較母材強度更高，且變化趨勢同母材一致，但是熱影響區(qū)的應力-應變關系存在斷裂現(xiàn)象。而焊接的熱影響區(qū)無法消除，范圍一般是板厚的30%，這就存在鋼材受拉區(qū)域和熱影響區(qū)重疊的情況，產生安全隱患?，F(xiàn)場高空焊接多采用手弧焊，這種焊接方法對鋼材的變形影響較大，對鋼材的破壞更大，所以本項目在托架下方設置了鋼板以減少焊接的不利影響。

4.5 施工安全差別

焊接托架在空中作業(yè)時間長，且需要仰焊、平焊等多種工序，對焊工技術要求較高。同時，工人需要在空中轉換焊接位置，施工時間長，安全風險高。焊接托架需要在場地內整體焊接成型，提升安裝時容易在空中翻轉，不易固定。每片三角托架重量約3.5 t，安裝時需要工人在空中固定焊接三角托架，容易產生傷害并有高空墜落風險。而銷接的三角托架每片重約2.8 t，不需要整體吊裝，可以吊裝單根承重梁，每根承重梁重約1.6 t，安裝時僅需要將插銷安裝固定即可，相對于焊接施工更加高效安全。

5 結 語

(1)銷接托架和焊接托架均能滿足施工需要，本文所提到的不足均能通過技術措施、質量控制措施等進行規(guī)避和減輕，如焊接托架對墩身混凝土的影響可以通過將預埋鋼管伸出墩身表面混凝土5～10 cm，防止焊接時高溫對混凝土的影響。

(2)銷接托架相對于焊接托架更加省人工及時間，人工節(jié)省30%以上，效率也更高。

(3)銷接托架安裝過程更加方便快捷，可操作性高，不需要長時間的高空焊接作業(yè)，提高了施工安全性，大大的減少了安全事故發(fā)生的概率。

(4)銷接托架避免了對墩身混凝土的高溫影響，同時減少了焊縫對使用安全和質量的不利影響。