大跨度連續(xù)梁0#段支架設計及反支點預壓技術(shù)的創(chuàng)新與應用

王軍 WANG Jun

（中鐵二十一局集團第三工程有限公司，咸陽 712000）

0 引言

傳統(tǒng)的支架系統(tǒng)在每個0 號塊上都需要單獨設計、加工、安裝，這既耗時又費力，還增加了成本。這種方法的局限性限制了施工效率和成本效益的提升空間。且傳統(tǒng)的一次性支架會產(chǎn)生大量的廢棄物，對環(huán)境造成負擔。為了解決傳統(tǒng)支架系統(tǒng)的局限性，提高施工效率，降低成本，提供新的施工思路和方法，以及考慮環(huán)保因素。本項目決定對0 號塊支架方案進行技術(shù)創(chuàng)新，擬設計一種可重復周轉(zhuǎn)的0 號塊現(xiàn)澆支架方案。

1 工程概況

新建鐵路貴陽至南寧高速鐵路紅渡紅水河雙線特大橋主跨以連續(xù)梁跨越紅水河，主跨布置為：（83+156+83）m連續(xù)箱梁，全長323.8m。連續(xù)梁0 號節(jié)段長為14m，梁體為單箱單室、變高度箱梁，箱梁頂寬12.6m，底寬7.8m，頂板厚50cm，底板厚48～100cm，腹板厚45～100cm，底板設直徑100cm 人洞。單側(cè)懸臂長為2.25m。

2 支架總體構(gòu)造及創(chuàng)新設計的核心內(nèi)容

經(jīng)對現(xiàn)有的傳統(tǒng)支架進行詳細分析，全面了解其優(yōu)點和缺點，收集可重復使用支架的相關(guān)資料和技術(shù)并進行深入的研究。基于調(diào)研和創(chuàng)新，利用有限元分析評估了支架性能，設計出可重復周轉(zhuǎn)的0 號塊現(xiàn)澆支架方案。在實踐中驗證了其性能，成功實施了高效、低成本的支架方案。以下對該新型支架方案進行詳細介紹。

2.1 總體構(gòu)造

0 號塊新型支架方案采用墩頂托架的形式，托架主要由墩身下層預埋件，上層預埋件，斜撐和水平承載梁構(gòu)成。托架上設置雙拼I50 工字鋼（橫向分配梁）。橫向分配梁上面設置I45 工字鋼（縱向分配梁）?？v向分配梁工字鋼間距為40cm?？v向分配梁上交錯鋪設10×10cm 方木墊梁，方木上采用厚15mm 竹膠板做底模。

在墩身橫橋向的每個側(cè)面安裝3 組托架，托架以橋墩縱向中心線對稱布設，托架間距離為3.70m。上、下層預埋件間的高差為5.0m。托架結(jié)構(gòu)總體設計詳見圖1、圖2所示。

圖1 托架平面布置圖（單位：cm）

圖2 Ⅰ-Ⅰ截面圖（單位：cm）

2.2 該0 號塊托架創(chuàng)新設計的核心內(nèi)容

通用性與重復使用：這套托架系統(tǒng)能夠適應不同尺寸的0 號塊，而且可以重復使用，從而大大減少了初期成本，并有效縮短了施工時間。

模塊化設計：托架系統(tǒng)被設計為模塊化，各個模塊可以快速地組裝和拆卸。這種設計進一步提高了施工效率，使得現(xiàn)場作業(yè)更為便捷[1]。

簡化的安裝過程：通過優(yōu)化設計，托架各部位間采用螺栓和插銷進行連接，從而避免了現(xiàn)場焊接。這不僅簡化了安裝和拆卸過程，而且避免了因焊接可能帶來的質(zhì)量和安全隱患。

高質(zhì)量的制造工藝：所有的托架構(gòu)件都在工廠內(nèi)進行預制和焊接，確保了構(gòu)件的質(zhì)量和焊接的可靠性。這不僅提高了托架的安全穩(wěn)定性，也增強了整個托架系統(tǒng)的使用壽命。

易于驗算與設計：該托架系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡明，傳力路徑明確。這使得技術(shù)人員能夠快速進行承載驗算，并完成相應的參數(shù)設計。這種設計既科學又便于實際操作，極大地提高了施工效率。

3 托架各構(gòu)件詳細設計

3.1 上、下層預埋件

在橋墩頂部設置上、下層預埋構(gòu)件，其中上層預埋件如圖3 所示。上、下層預埋件外露部分開有?102mm 插銷孔，通過?90mm 插銷分別與斜撐、承載縱梁連接。且采用?32 精軋螺紋鋼將墩身兩側(cè)對應的預埋構(gòu)件對拉后聯(lián)結(jié)成整體，確保預埋構(gòu)件結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。上層預埋構(gòu)件主要承受拉力，兩側(cè)拉力由抗拉能力強的?32 精軋螺紋鋼承擔，增強了預埋構(gòu)件的結(jié)構(gòu)節(jié)點的承載能力[2]。

圖3 預埋構(gòu)件結(jié)構(gòu)圖（單位：mm）

3.2 斜撐

斜撐采用型鋼及鋼板制成，其斷面為矩形，斜撐分節(jié)段模板化設計，其基本段長為3.3m，其余標準節(jié)段長度為1.0m，結(jié)構(gòu)及尺寸如圖4 所示，節(jié)段之間通過法蘭盤螺栓連接，通過增減調(diào)整節(jié)段的數(shù)量來改變斜撐的長度，以滿足不同0 號塊支架對斜撐長度的要求。

圖4 斜撐結(jié)構(gòu)圖（單位：cm）

圖5 承載縱梁結(jié)構(gòu)圖（單位：cm）

在斜撐的下部安裝有螺旋伸縮器，能夠?qū)π睋伍L度進行精確調(diào)整，螺旋伸縮器與斜撐節(jié)段也是通過法蘭盤螺栓聯(lián)結(jié)，螺旋伸縮器后螺桿上焊接連接鋼板，鋼板上開設?102 插銷孔，通過?90 插銷與下層預埋構(gòu)件連接。

斜撐基本段前端焊接有連接鋼板，鋼板上開設?102插銷孔，通過?90 插銷與承載縱梁連接。

3.3 承載縱梁

承載縱梁采用型鋼及鋼板制成，長為4.8m，橫斷面為高度45cm 的п 字形，承載縱梁尾部腹板上開設有一排間距為30cm 的?102 插銷孔，通過?90 插銷與斜撐連接。承載縱梁尾部腹板上多個插銷孔便于選用適合托架的結(jié)構(gòu)設計要求的連接點。

3.4 縱、橫向分配梁

托架上設置雙拼I50 工字鋼（橫向分配梁）。橫向工字鋼上面設置I45 工字鋼（縱向分配梁），縱橫向分配梁之間采用U 形螺栓聯(lián)接?？v向分配梁的搭設間距為40cm，其上交錯鋪設10×10cm 方木，方木上采用厚15mm 竹膠板做底模。

3.5 卸載支座

斜撐下端設有由兩個楔形塊組成的卸載支座，楔形塊間通過螺栓連接，卸載時扭出螺栓，水平向敲擊楔形塊，使其間相對滑動，降低支座高度，即可完成卸載。

卸載支座上下兩端均設有法蘭盤，下端采用螺栓與對應在承載縱梁翼緣板上開的螺栓孔聯(lián)結(jié)固定，卸載支座上端采用U 形螺栓與橫向分配梁聯(lián)結(jié)固定。

4 托架施工技術(shù)要求

4.1 放樣與下料

根據(jù)設計圖紙，核對并選擇合適的材料規(guī)格、型號，按設計配料和放樣，確保所有材料的準確性和一致性。對鋼材表面進行徹底清潔，清除油污、泥土和其他雜質(zhì)。

4.2 切割工藝

板材切割在專用的切割平臺上進行，確保切割的精度和品質(zhì)。

4.3 組裝與焊接

在組裝前，對所有零件進行矯正，以使其尺寸、形狀符合精度要求，并按結(jié)構(gòu)類型、焊接方式和工藝要求確定合理的組裝順序，以降低焊接變形，在組裝過程中，要確保每個零件都能夠方便、穩(wěn)定地安裝。

焊工必須持有相關(guān)證書，施焊前要檢查連接構(gòu)件的制作質(zhì)量和焊區(qū)的處理情況，以達到要求。施焊前，施工人員應熟悉施工圖，并確保焊縫的長度和厚度滿足要求。

4.4 質(zhì)量控制與返工

焊縫不得有氣孔、裂紋、夾渣等缺陷，如發(fā)現(xiàn)缺陷及時返工處理。當對同一處焊縫進行兩次返修還不合格時，按報廢處理。

4.5 除銹與涂裝

除銹和涂裝工作在焊縫質(zhì)量檢測合格后進行，要求涂裝的施作人員經(jīng)過專業(yè)培訓，熟悉涂料的性能和涂層作業(yè)要求。

4.6 托架加工與安裝

采用合理的施焊順序，進行托架加工的構(gòu)件加工，以保證焊縫質(zhì)量，并確保焊接變形控制在合理范圍內(nèi)。對構(gòu)件的關(guān)鍵承載焊縫進行無損檢測（如X 光或超聲波檢測），滿足設計和施工規(guī)范要求后，方可連接安裝。及時處理無損檢測不合格或目測不合格的焊縫。當構(gòu)件焊接變形過大時，采取矯形處理，確保連接處緊密貼合。0 號塊澆筑期間，專人監(jiān)測托架桿件、模板和主要焊縫狀況，出現(xiàn)異常情況，如焊縫開裂等時，立即停止施工并查找原因。

4.7 施工完成后的檢查與加固

在完成托架安裝后，對承載桿件進行全面檢查，如有變形等異常，分析原因并進行相應的加固措施。

4.8 安全注意事項

施工人員按規(guī)定要求佩戴完好、有效的安全帽、安全帶等防護用品。并穿戴整齊，褲角扎好，穿合適的鞋子，避免光滑的硬底鞋。并在堅固的橋墩砼結(jié)構(gòu)或主筋上系牢安全帶，不得系在活動物件上。

5 反向預壓系統(tǒng)的應用

0 號塊托架預壓傳統(tǒng)做法是堆載預壓，不僅操作復雜，且施工成本高，歷時較長，本項目創(chuàng)造性地采用反向預壓法。

5.1 預壓點位確定

根據(jù)施工實際荷載分布情況，將施工荷載（包括0 號塊砼重量及施工所產(chǎn)生的其它各種荷載）轉(zhuǎn)化為作用于托架的等效多個集中荷載。

0 號塊懸空段（單側(cè)）施工荷載計算得193.2t，預壓施加總荷載為193.2×1.2=231.84t。考慮將托架單側(cè)預壓荷載轉(zhuǎn)化為8 個集中荷載[3]，布設以墩身為中心，每個托架上布設8 個預壓點位。反向預壓集中荷載點位布置如圖6所示。

圖6 反向預壓點位布置圖

5.2 荷載轉(zhuǎn)換

根據(jù)施工實際荷載分布情況，通過公式計算，轉(zhuǎn)化得各反力預壓點的集中荷載為289.8kN。

5.3 預壓體系設計

①鋼絞線選定。

根據(jù)上述計算所得的集中荷載為289.8kN，每個反向預壓點設置1 束Φ15.2 鋼絞線，以鋼絞線85%理論張拉力作為施力控制的上限，1 束Φ15.2 鋼絞線完全滿足張拉要求。鋼絞線下料長度為反支點錨具到托架的斜長、鋼絞線承臺錨固端長度、張拉端長度之和。通常鋼絞線在承臺內(nèi)的錨固長度為0.6～0.7m，本項目按1m 長度預埋。根據(jù)千斤頂類型和張拉工藝確定張拉端長度。

②鋼絞線錨固端預埋。

在澆筑承臺砼前，根據(jù)反向預壓系統(tǒng)設計方案進行鋼絞線下端錨固系統(tǒng)的安裝和加固。

為了防止外露鋼絞線生銹和在后續(xù)施工中受到機械損傷，使用塑料膜和PVC 保護套管對其進行多層包裹。在預壓時，將鋼絞線引至墩頂托架預壓梁上進行張拉預壓。

③預壓分配梁安裝。

根據(jù)反支點預壓點位布設圖，于托架縱向分配梁上搭設預壓分配梁，預壓分配梁采用2I40 工字鋼制作。

④鋼絞線張拉端安裝。

在預壓分配梁搭設完成后，人工配合電動葫蘆將鋼絞線張拉端引至預壓分配梁的對應位置，安裝錨具和夾片固定鋼絞線。

⑤分級張拉、持荷、卸載和變形監(jiān)控測量。

張拉工作以墩身縱向中心線開始，向兩側(cè)對稱進行。張拉力分3 級進行，即60%、80%和100%的計算值。達每級張拉值后，保持24h，由技術(shù)人員按設置的變形觀測點測量托架的變形情況，每4h 測量一次。完成全部荷載的施加，保持24h 后，當托架達到不變形的穩(wěn)定狀態(tài)時，按從外向內(nèi)，兩側(cè)對稱的方式分級卸載，同時進行變形測量。

⑥數(shù)據(jù)分析。

通過對觀測數(shù)據(jù)進行分析處理，最終確定彈性變形量及非彈性變形量，據(jù)此進行0 號塊底模安裝標高的調(diào)整。

6 結(jié)束語

通過對連續(xù)梁0 號塊現(xiàn)澆支架的創(chuàng)新設計，本項目成功地提高了施工效率，降低了成本。該創(chuàng)新設計不僅解決了傳統(tǒng)支架系統(tǒng)存在的問題，而且為未來的橋梁施工提供了新的思路和方法。通過不斷的實踐和改進，我們有信心這種創(chuàng)新設計將繼續(xù)在未來的橋梁施工中發(fā)揮重要作用，推動行業(yè)的進步和發(fā)展。