涪陵烏江二橋主梁0#塊支架施工技術

歐瓊，任歷文

（中鐵八局一公司 重慶 400050）

1 概述

涪陵烏江二橋主橋長590m，跨徑組合為150m＋340m＋100m，高低塔單索面單箱單室不對稱預應力混凝土斜拉橋，為塔梁固接體系。塔高分別為178.4m和126.4m，橋面寬25.5m，底板寬9.5m。箱梁為單箱單室截面。最大單懸臂長度為204m，且沒有輔助墩。結構設計新穎，施工難度大，施工控制尤為重要。

0#塊為邊、中跨梁及上、下塔柱的交點，受力十分復雜，其施工質量對全橋的結構安全起著至關重要的作用，而且直接影響后續部位工程的施工。本橋0#塊長20m、寬25.5m、高3.5m，在下塔柱正上方部分為實心預應力混凝土結構，其余部分橫截面尺寸與同側梁體基本相同 （頂、底或腹板厚度不相同），如圖1所示。0#塊采用C60高性能混凝土，距承臺頂面69.5m，順橋向懸臂長度7.25m，重487.227t。

圖1 0#塊結構圖

2 支架設計難點和總體構思

本橋0#塊自重大、單懸臂長且采用高性能混凝土，支架設計的難點是剛度和強度控制，以及支架平臺與下塔柱的聯結方式。

一般說來，0＃塊支架平臺常采用滿堂落地腳手架和勁性牛腿膺架兩種形式。當0＃塊距地面不高且有滿堂腳手架搭設場地時，常采用第一種方式，否則應采用勁性牛腿膺架。勁性牛腿膺架一般采用萬能桿件、貝雷梁、六四式軍用梁等拼裝，膺架與塔柱的聯接采用預埋鋼板焊接、預埋工字鋼作支撐等形式。

考慮到本橋0＃塊順橋向懸臂長度7.25m、重487.23t、0#塊結構的特殊性和拆裝式桁梁通過銷釘連接，支架變形量很小。本工程支架平臺采用拆裝式桁梁作承力構件，桁梁上布工字鋼，工字鋼上搭設碗扣件腳手架這種體系。拆裝式桁梁通過特制角鋼和預埋在塔內的螺栓套筒將所有力傳遞給塔柱。

利用拆裝式桁梁作為梁體現澆的支架體系，具有懸臂長、荷載承受能力大、剛度大的特點。在塔內預埋螺栓套筒，通過高強螺栓將支架體系與混凝土結構相聯，受力明確、操作簡便，規避了焊接缺陷造成的安全風險。

3 支架設計

3.1 施工托架

托架支撐于橋墩上，將0#塊荷載傳遞于橋墩上。

針對涪陵烏江二橋0#塊懸臂長且自重大的特點，采用拆裝式桁梁作為托架。桁梁標準單元為2.5×2.0m，桿件之間通過銷釘聯接。根據懸臂端及翼緣板自重荷載分部情況，順橋方向塔身每側布設4個單榀桁梁（其中每兩個按照標準的桁梁形式聯接），橫橋向塔身每側布設4個單榀桁梁。每個單榀桁梁設計長8m，高5m。為保證橫橋向桁梁的穩定性，同側桁梁上下用16#角鋼安在每個節點處連接成整體。如圖2和圖3。

圖2 側面圖

圖3 托架平面布置示意圖

每榀托架有三個點支撐于橋墩上，三點位于同一豎直線上，豎向間距為2.5m。混凝土荷載作用下，上支點豎直向承受剪力，水平向承受拉力，采用精軋螺紋鋼筋穿過橋墩將對稱兩榀桁梁的上支點對拉連成整體，避免局部拉應力過大對橋墩造成損傷。下支點除豎向承受剪力外，水平向承受較大的壓力，采用2根10#槽鋼穿過橋墩將對稱兩榀桁梁相對支撐，避免局部壓應力過大對橋墩混凝土造成損傷。

3.2 托架與橋墩聯接方式

拆裝式桁梁為定型產品，它無法和預埋螺栓套筒直接聯接，為此，根據桁梁的形式設計了特制角鋼及節點板，從而有效地將桁梁受力傳遞給主塔。

特制角鋼采用δ=25mm鋼板制作，其主要功能是連接塔內預埋套筒和特制桁梁節點板。為增強角鋼的剛度和穩定性，在角鋼上每隔一定距離增加一道加勁肋，并且，同一接點板處兩個角鋼用δ=25mm厚鋼板聯結成整體。特制桁梁節點板采用δ=32mm鋼板制作，其作用是將桁梁所受力通過特制角鋼傳遞給預埋螺栓套筒進而傳遞到塔內。

預埋套筒和特制角鋼見用雙頭10.9級的高強螺栓聯接，特制角鋼和特制節點板見通過單頭10.9級的高強螺栓聯接。

預埋螺栓套筒采用Φ60mm圓鋼棒，長200mm，材質為45號鋼。鋼棒內機械車內螺紋，內螺紋外直徑為30mm，螺距3.5mm，螺紋總長60mm，如圖4。

圖4 連接示意圖

3.3 分配梁布置

桁梁上不同部位鋪設不同型號的工字鋼作為分配梁，鋪設間距為1.2m。所有工字鋼與桁梁交接處用Φ20的螺紋鋼筋固定，墊平墊穩。如圖5。

工字鋼上鋪設枕木作為碗扣件支架基礎，主梁底枕木鋪設間距為0.6m，翼緣板底為1.2m。碗扣件支架搭設在枕木上，主梁底和塔內空心部分立桿間距為0.6m，翼緣板底立桿間距1.2m，所有橫桿間距均為1.2m。立桿上下設可調托座用以調節支架平整度和模板標高。塔外所有碗扣件支架連成整體，并且加斜向剪刀撐。如圖6。

圖5 工字鋼布置示意圖

圖6 桁梁拆卸示意圖

4 支架檢算

假定牛腿的三個支點與主塔的預埋鋼板固結，牛腿上的每個節點為半鉸連接（半鉸：牛腿的弦桿與斜桿和立桿為鉸支連接，弦桿之間為連續）。以順橋向主塔一側0#塊的懸臂重量497.4t為研究對象。根據實際情況假定施工荷載為105t。則單片牛腿的受力為150.6t，均布荷載為188.25kN/m。計算模式采用結構有限元分析軟件SAP2000進行計算，對桁梁、聯接螺栓和工字鋼分配梁等進行了檢算。

弦桿502所受的彎矩最大為82MPa，小于容許彎曲應力145MPa，滿足要求。斜桿受軸應力最大為98.56MPa，小于容許軸向應力140MPa，滿足要求。支點處最大剪力為1567kN，小于30個鉚釘的抗剪承載能力，故滿足要求。工字鋼分配梁最大彎曲應力為74.04MPa，小于容許彎曲應力140Mpa。荷載作用下單榀桁梁產生的撓度最大為5mm。

5 支架預壓

0#塊施工支架平臺為空中勁性牛腿膺架，其受力支點為塔中預埋套筒，受力基礎為各種型鋼，傳力構件為碗扣。支架體系中各種型鋼受力時會有一定變形；各種桿件間為栓接或銷釘，也有變形的發生。因此，必須對支架平臺進行預壓，一方面消除非彈性變形，另一方面也驗證支架的承載能力。

支架平臺的預壓主要是針對縱向懸臂主梁下的拆裝式桁梁。根據施工圖及相關規范，計算出需預壓的豎向總荷載為589.43t。每個單懸臂主梁下設置了4榀桁梁，每榀桁梁通過9根7Φ5標準強度為1860MPa的鋼絞線張拉來提供預壓力，每榀3個支點。

保證預壓時桁梁均勻受力，以便更加接近混凝土澆筑時的實際受力情況，鋼絞線的著力點布設在桁梁上的工字鋼上，并且采取多級加載的方式，以保證每點受力達到預壓荷載。

設置精密觀測點，對各榀桁梁預壓，實測桁梁彈性最大變形值為7mm，與理論計算值6mm吻合較好。

6 支架安裝

6.1 預埋件施工

由于拆裝式桁梁為銷接聯接，要求眼孔的位置十分精確，為保證螺栓套筒的準確定位，根據桁梁節點處眼孔的位置特制鋼板，從而將套筒的定位轉化為鋼板的定位，保證了定位的精確性。安裝螺栓套筒前將其與特制定位鋼板點焊連成整體，注意保證套筒與板面的垂直及焊接時鋼板不變形。

根據每個套筒的受力大小，在其尾部雙面焊接2根Φ32mm的螺紋鋼筋，焊縫長16cm，錨固長度80cm，以增強螺栓套筒的錨固力。水平、上下相鄰兩個套筒之間用綴板連接，以增強整體剛度，并減小混凝土的局部承壓力。螺栓套筒及連接筋的四周布設間距10cm的Φ10mm鋼筋焊網以加強四周混凝土的抗壓力。

6.2 桁梁安裝

桁梁拼裝按照相關操作規程進行，采取在地面拼裝成單榀整體（預先將特制角鋼和特制節點板裝上），船運至塔底，然后用塔吊吊至安裝部位的方式施工。操作人員利用掛籃來進行螺栓擰緊等工作。緊固螺栓時，先緊固6～8顆上支點處螺栓，即可卸除塔吊，再用手動葫蘆調整桁梁到準確位置進行精確安裝。

7 桁架拆除

根據桁梁與0#塊的特殊性，綜合考慮后，采用兩個10t卷揚機進行吊裝拆卸桁梁。每次一榀整體拆卸，每榀桁梁上設置兩個吊點，每個吊點用一個“走二”滑輪組，靜滑輪通過從兩側吊孔下的鋼絲繩固定并調方向至桁梁正上方。

桁梁和塔身之間的連接桿件為Φ30的高強螺栓，因此只需將連接螺栓卸除，便將桁梁拆卸開。螺栓卸除順序為先下后上，每榀最后剩下兩顆螺栓時，再一次檢查所有鋼絲繩、滑輪、卷揚機、操作人員安全繩等，看是否有處于不良工作狀態的設備，檢查有可疑之處，立即組織人員進行修復或更換。所有螺栓全部拆除后，桁梁荷載落在吊鉤上，通過鋼絲繩傳遞至卷揚機上。

8 結束語

烏江二橋0#塊，采用拆裝式桁梁作為懸澆托架，在第一次和第二次混凝土澆筑過程中均在支架平臺的關鍵位置設置沉降觀測點，實測結果為：第一次最大累計沉降9mm，第二次累計沉降13mm，與計算及預壓結果基本一致。在保證托架剛度的情況下，保證了0#塊混凝土質量。

0＃塊施工是大跨度橋梁施工的關鍵工序，尤其是塔梁固接的斜拉橋，0＃塊施工質量的好壞直接關系到結構的安全性、耐久性。本橋大體積、長懸臂的主梁0＃塊施工未見裂紋，證明了該方案的可行性，為以后類似工程的施工積累了比較有效的經驗。