高墩大跨剛構(gòu)橋0#塊托架設(shè)計(jì)與施工技術(shù)

陳 偉

中交四航局第四工程有限公司，四川 成都 618000

1 工程概況

某高速公路特大橋全長(zhǎng)1099.12m，為雙幅橋，主橋跨徑布置為116m+220m+116m，為典型的山區(qū)高墩大跨連續(xù)剛構(gòu)橋，其中6#墩墩身高達(dá)100.2m。上部結(jié)構(gòu)為單箱單室箱形截面，箱梁梁高、底板厚度均按1.8次拋物線變化，箱梁根部梁高為13.4m，跨中梁高為4m，箱梁頂板全寬為12m，底板寬6.5m。主橋下部結(jié)構(gòu)橋墩采用空心墩，為群樁基礎(chǔ)。該橋設(shè)計(jì)荷載為公路一I級(jí)，設(shè)計(jì)速度為80km/h。在大跨度連續(xù)剛構(gòu)橋施工中，0#塊是基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，起到參照作用，對(duì)后期整體結(jié)構(gòu)的線形控制效果具有明顯的影響。為提高0#塊托架設(shè)計(jì)與施工水平，有必要對(duì)具體的工作要點(diǎn)展開(kāi)探討。

2 #塊托架設(shè)計(jì)

臨時(shí)托架是高墩大跨剛構(gòu)橋施工中的關(guān)鍵裝置，具有如下幾項(xiàng)作用：作為0#塊的施工平臺(tái)，亦可支撐受力，以保證施工的安全性和結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性；在懸臂澆灌施工中，臨時(shí)托架可以用于承受部分不平衡彎矩，改善受力條件。墩頂0#塊的臨時(shí)托架形式較多，從技術(shù)可行性的角度來(lái)看，三角式托架在實(shí)際應(yīng)用中具有便捷高效、穩(wěn)定可靠的特點(diǎn)，可以將其作為承重裝置使用。

2.1 0#塊托架的形式

從受力的角度來(lái)看，托架含兩種形式，即落地式托架（在低墩施工中具有可行性）和懸臂式托架（在高墩施工中具有可行性）。托架桿件的形式也較多，如萬(wàn)能桿件和貝雷架等。托架結(jié)構(gòu)的選型是一項(xiàng)系統(tǒng)性的工作，需兼顧橋梁結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、橋墩高度、施工現(xiàn)場(chǎng)的河床條件等多方面因素，從而確定能夠兼顧安全、質(zhì)量、效率多重要求的方案。在該工程中橋墩的最高度可達(dá)60m，因此采用了三角形牛腿支架的型鋼托架。

2.2 0#塊托架設(shè)計(jì)的基本思路

結(jié)構(gòu)上，托架包含牛腿支架、橫縱向分配梁等關(guān)鍵的部分，通過(guò)各類(lèi)裝置的聯(lián)合應(yīng)用，可以在保證結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的同時(shí)精簡(jiǎn)尺寸，并形成一條較為明確的受力路徑。0#塊托架的縱斷面組成主要有如下幾部分。

（1）縱向分配梁。采用雙槽鋼截面形式，此結(jié)構(gòu)與底模接觸，腹板段荷載集度偏大，為保證結(jié)構(gòu)受力時(shí)的穩(wěn)定性，應(yīng)適當(dāng)加密縱向分配梁。

（2）橫向分配梁。托架的受力條件特殊，其需要承受源于翼板以及部分腹板的外伸荷載，在該受力關(guān)系的影響下，部分橫向分配梁所受彎矩較大（指的是與橋墩外側(cè)牛腿支架交接的部位），考慮到結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性要求，一定要把截面高度較大的工字鋼這種建材安置穩(wěn)妥[1]。

（3）牛腿支架。在整個(gè)托架受力關(guān)系中，牛腿支架是不可缺少的受力裝置，其可以將0#塊荷載高效傳遞至橋墩，確保結(jié)構(gòu)受力的合理性。若箱梁腹板的荷載相對(duì)較大，將導(dǎo)致橋梁橫斷面兩側(cè)最外邊的牛腿支架所受荷載作用也偏大，因此在工程作業(yè)時(shí)會(huì)將預(yù)埋件和橋墩互相連接，從而增加局部受力，而超出結(jié)構(gòu)可承受的荷載上限后會(huì)出現(xiàn)開(kāi)裂。

針對(duì)結(jié)構(gòu)受力過(guò)大而開(kāi)裂的問(wèn)題，解決方法是將牛腿支架的上拉縱梁拉通，如圖1所示。就牛腿支架的內(nèi)側(cè)而言，此局部的受力不大，不用過(guò)分擔(dān)心，只要做好預(yù)埋件和橋墩連接就行；而對(duì)于靠?jī)?nèi)的牛腿支架，該部分的受力較小，無(wú)特殊的要求，因此利用預(yù)埋件將其與橋墩穩(wěn)定連接即可。

圖1 內(nèi)、外托架及牛腿支架的布置

（4）連接方式。①螺栓連接。螺栓連接的特點(diǎn)在于拆卸便捷，效率較高，但需要增設(shè)節(jié)點(diǎn)板、高強(qiáng)螺栓等用于加強(qiáng)連接的材料，因此原材料及施工成本相對(duì)較高。②電焊連接。此方法的優(yōu)勢(shì)在于可減小結(jié)構(gòu)的非彈性變形量，但不足之處是拆卸過(guò)程中容易損傷桿件，導(dǎo)致桿件的可重復(fù)利用次數(shù)少，并且焊接要求較高，容易因?yàn)楹附臃椒ú缓侠砘蛸|(zhì)量控制不到位而出現(xiàn)焊縫不達(dá)標(biāo)的情況。

綜上所述，確定合適的作業(yè)方法，即使用螺栓來(lái)銜接牛腿支架的桿件，縱、橫分配梁兩部分則直接采用焊接方式進(jìn)行作業(yè)連接。

2.3 0#塊托架的設(shè)計(jì)方案

外托架和內(nèi)托架通常由4組牛腿支架以及置放的分配梁和方木等系列配料組成。從受力條件的角度來(lái)看，橋梁橫向內(nèi)、外部的受力存在較為明顯的差異。并且，內(nèi)、外兩側(cè)的兩榀牛腿支架的工料也不一樣，分別為[36a槽鋼和[28a槽鋼。內(nèi)、外托架靠外邊的牛腿支架上拉縱梁有穿越墩身的可能，鋼盒用到的工料是厚達(dá)2cm的鋼板，并通過(guò)焊接的方式將其與墩身鋼筋穩(wěn)定連接于一體[2]。如上拉縱梁穿過(guò)該盒的位置基本準(zhǔn)確，就可以使用焊接的方式連接鋼板與上拉縱梁，然后注入高標(biāo)號(hào)砂漿。待牛腿支架成型后，橫橋向鋪設(shè)I40a工字鋼，形成橫梁結(jié)構(gòu)，再縱橋向鋪設(shè)2[10槽鋼，于上方鋪設(shè)方木和底模模板。由0#塊的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可知，其地面存在斜度，因此應(yīng)當(dāng)利用楔塊加以調(diào)整，除能滿足結(jié)構(gòu)的姿態(tài)要求外，還可提高拆模的便捷性。

2.4 反力架的設(shè)計(jì)

錨固點(diǎn)為φ32mm的高強(qiáng)精軋螺紋鋼筋，隨著墩身混凝土澆筑施工進(jìn)程的推進(jìn)，澆筑至最后一段時(shí)，將該鋼筋預(yù)埋到位，埋設(shè)深度按150cm控制。單肢薄壁墩反力架主要由3片梯形桁架組成，單個(gè)反力架的關(guān)鍵構(gòu)件含水平桿、斜桿及立桿，各自所用材料均為雙肢40C槽鋼。將該材料以背靠背的方式焊接于一體，對(duì)于各桿件間的連接，則利用鋼板貼角焊。

3 托架驗(yàn)算

通常用托架驗(yàn)算的方式了解實(shí)際使用情況，以MIDAS/CIVIL軟件為支撐，利用掌握的信息建造托架的空間桿系模型。型鋼用梁?jiǎn)卧M，模板用板單元模擬，牛腿支架型鋼交接點(diǎn)采用半鉸接的形式，橫梁與牛腿支架為剛性節(jié)點(diǎn)連接，托架與橋墩為固接。

待0#塊預(yù)壓工作完成后，對(duì)托架標(biāo)高進(jìn)行計(jì)算測(cè)量，算出值后進(jìn)行彈性變形和非彈性變形量的分析，再以此為基準(zhǔn)，針對(duì)立模標(biāo)高做靈活的調(diào)整，若無(wú)誤則澆筑0#塊混凝土。從實(shí)測(cè)結(jié)果來(lái)看，托架彈性變形量、非彈性變形量的最大值分別為1mm、2mm，通過(guò)與理論計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，認(rèn)為實(shí)際值得到了有效的控制，未出現(xiàn)明顯偏差[3]。

4 托架預(yù)壓

托架預(yù)壓所用設(shè)備為千斤頂，由專(zhuān)員操作，施加集中荷載。在承臺(tái)上預(yù)埋鋼構(gòu)架，將其作為支點(diǎn)使用，在滑輪組、鋼絲繩的輔助下，完成對(duì)托架的加載預(yù)壓作業(yè)。根據(jù)預(yù)壓要求，在托架沿橫橋向外側(cè)牛腿支架上安裝千斤頂，并采取張拉錨固措施。預(yù)壓荷載的控制參照的是箱梁施工荷載，取該值的110%。

加載遵循的是對(duì)稱(chēng)、同步的原則，由專(zhuān)員操作，精準(zhǔn)控制每次加載量以及加載速率，待實(shí)際加載量達(dá)到滿載狀態(tài)后，持荷24h，此時(shí)間內(nèi)要特別注意各節(jié)點(diǎn)的高程，并且做好相關(guān)數(shù)據(jù)的記載。千斤頂回油卸載后還要記錄好節(jié)點(diǎn)高程以及當(dāng)時(shí)的狀況，最后將這兩次的記錄進(jìn)行對(duì)比，最終計(jì)算分析出差值，得出的值相當(dāng)于托架的彈性變形量。經(jīng)專(zhuān)員試驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)，該值為3mm。

5 #塊立模標(biāo)高的計(jì)算與確定

0#塊施工中，立模標(biāo)高的控制至關(guān)重要，其控制結(jié)果會(huì)對(duì)后續(xù)各部分的施工精度產(chǎn)生直接影響。立模標(biāo)高可按照如下公式計(jì)算：

式中：Hlm為立模標(biāo)高；Hsj為設(shè)計(jì)高程；Hypg為預(yù)拋高值，m；ftj為托架的變形值，mm。

其中，對(duì)于預(yù)拋高值的取值，可以在空間模型分析工作中獲得，即利用MADIS軟件能夠確定主梁的具體預(yù)拋高值。根據(jù)實(shí)際情況，總的預(yù)拋高值是22.5mm。托架的變形量要根據(jù)理論計(jì)算值和預(yù)壓實(shí)測(cè)值來(lái)進(jìn)行考量計(jì)算，從各方面核實(shí)計(jì)算后得出的計(jì)算值為2.2mm、實(shí)測(cè)值為3mm，最終將該值取為2.6mm。

工程在進(jìn)行中受到的人為因素影響也不能忽略，因此豎向預(yù)拱度取5mm。箱梁尺寸方面，設(shè)計(jì)高程為928.502m。結(jié)合前述的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，可以確定立模高程，即928.53m。

6 結(jié)論

（1）托架的布置情況和結(jié)構(gòu)形式非常重要，在施工設(shè)計(jì)時(shí)要謹(jǐn)慎考量，在滿足荷載分布要求的同時(shí)做到布置的最優(yōu)化。

（2）借助MADIS/CIVIL軟件可以對(duì)包含托架在內(nèi)的各類(lèi)臨時(shí)結(jié)構(gòu)展開(kāi)檢算，具有操作便捷、結(jié)果準(zhǔn)確的特點(diǎn)。

（3）為了保證非彈性的穩(wěn)定性，在進(jìn)行0#塊混凝土澆筑作業(yè)時(shí)，要提前把托架預(yù)壓的作業(yè)做到位，這樣也有利于及時(shí)檢測(cè)彈性變形，為日后的立模標(biāo)高相關(guān)工作提供可靠的參考。預(yù)壓采用的是千斤頂同步操作的方法，精度較高，預(yù)壓效果較好。