勁性骨架法在斜腿橋墩施工中的應用

惠小軍

1 工程概述

某新建客貨共線鐵路大橋為(52+7×96+52)m剛構連續組合梁橋，其中超百米高墩多達4個，最大墩高為116 m。為增加橋梁橫向剛度，橋墩設計為異型斜腿。該異型橋墩墩頂至分岔區的高度為50m，岔區高度為5m，岔區以下斜腿豎直高度最大為61m，采用矩形空心截面，橫橋向采用倒圓處理。岔區以上采用直線放坡，縱向內外坡率均為1∶0，橫橋向外坡率為20∶1，內坡率為26∶1。岔區以下將橋墩分開形成斜腿，斜腿仍采用矩形空心截面，為增加橋墩流線美感，橫向仍進行倒圓處理。

由于橋墩最大墩高達116 m，施工方法首選采用液壓爬模施工。斜腿施工在岔區合龍段澆筑前為獨立受力構件，與一般橋墩施工所異之處在于:由于斜腿傾角約為7.5°，合龍前斜腿受力屬壓彎組合受力，由于混凝土自重作用，斜腿將會發生撓曲變形，且隨著斜腿高度的增加，彎曲變形將呈明顯增大趨勢，為確保橋墩線型滿足設計要求，必須進行斜腿變形約束。另一方面，由于在斜腿現澆混凝土節段重量作用下，鋼筋由于剛度較低，將發生較大的彎曲變形，不利于保證混凝土質量和鋼筋保護層厚度的控制。因此，必須提高斜腿在施工過程中的剛度，減小斜腿變形影響，確?；炷凉こ藤|量。勁性骨架法采用型剛支架對斜腿內鋼筋進行加強，從而顯著提高橋墩高度，在斜拉橋橋塔、Ⅴ形橋墩等施工中已有較多采用，實踐證明其有效性。本橋借鑒已有勁性骨架法施工的成功經驗，針對異型斜腿的構造特點設計相應的型鋼加強方案，借助橋梁有限元分析軟件對設計方案進行強度和剛度檢算，檢算結果滿足相應規范要求，實際施工證明該方案的合理性。

2 斜腿施工工藝

本橋有4個斜腿異型墩，考慮工期緊，4個墩同時施工，一次澆筑高度4.5 m。高墩身施工除最下面一節采用拉桿模板法外，其余部分墩身施工均采用爬模逐段澆筑施工。高墩身爬模施工時，設置一臺塔吊作為施工的垂直起重機械，塔吊基礎位于高墩身承臺上，附著于高墩身外壁上，間隔一定高度設一道附墻撐，確保塔吊安全穩定。施工零星材料以及設備的垂直運輸等均由高墩旁塔吊負責。另設置一臺雙籠施工電梯(1 t)，供人員上下使用。當塔柱起步段1，2節段完成后安裝電梯，電梯基礎位于高墩身承臺上，導軌附著于高墩身外壁，并隨著爬架的爬升而接高，在爬架外側底口設置吊掛平臺，以作為電梯平臺。高墩身混凝土由混凝土拌合站供應，通過攪拌車輸送至墩位處，混凝土輸送泵泵送入模。由于垂直距離較高，采用高壓混凝土輸送泵，其垂直輸送能力應滿足最高墩身施工需要。

1 )施工準備。待高墩身承臺施工完畢后，做好承臺的竣工檢查，對承臺的里程、位置、高程等再聯測一次，并與承臺竣工資料核對，確定高墩身的準確位置。放出測量點，根據測量點的位置及高程，清理承臺混凝土表面，按規范要求進行接縫處理。整修連接鋼筋，在基礎頂面測定中線、水平，劃出墩身底面位置。

2 )勁性骨架安裝。為固定、定位墩身鋼筋，固定模板，在墩身每個節段均設置勁性骨架，勁性骨架采用∠125×10，∠75×8焊接成具有一定剛度和定位精度的鋼桁架。勁性骨架使鋼筋定位更準確，施工時能更好的保證A形高墩身的線型，避免高墩偏離設計位置，也能提高模板施工的便利性。

3 )鋼筋綁扎。鋼筋制作全部在鋼筋車間完成，運至墩位現場安裝。墩身豎筋上端靠骨架臨時固定，測量控制豎筋的斜度。根據豎筋上標出的箍筋控制綁扎位置，從下往上準確與豎筋綁扎固定。箍筋綁扎時，在豎筋外側綁一定數量的橡膠墊塊，以保證澆筑混凝土時墩身鋼筋的保護層厚度。

4 )模板。高墩爬模板包括內模和外模，該種模板主要由以下部件組成:模板、上平臺、主背楞桁架、斜撐、后移裝置、受力三角架、主平臺、吊平臺、埋件系統、滑道、液壓提升裝置等。外模主要采用大塊木模板，配以小塊切角處模板，內模也采用大塊木模。內、外模主要由WISA面板、木工字梁、槽鋼背楞組成。

模板具有結構合理，經濟實用，標準化程度高等特點。在單塊模板中，膠合板與豎肋(木工字梁)采用自攻螺絲和地板釘連接，豎肋與橫肋(雙槽鋼背楞)采用連接爪連接，在豎肋上兩側對稱設置兩個吊鉤。兩塊模板之間采用芯帶連接，用芯帶銷固定，從而保證模板的整體性，使模板受力更加合理、可靠。木梁直墻模板為裝卸式模板，拼裝方便，在一定的范圍和程度上能拼裝成各種大小的模板。模板剛度大，接長和接高均很方便。

鋼筋施工完畢后，經監理檢查鑒認后，方能立模。爬模施工時先提升內模再提升外模，通過設置保護層墊塊確保鋼筋有足夠的保護層。模板固定要牢固，確保其穩定性，不能漏漿。由于套模板主要靠埋置在混凝土里的埋件爬錐進行受力，所以需加強對埋件系統檢查驗收的簽證制度。

5 )混凝土澆筑。模板安裝完成，檢查、簽證，符合規范要求后，進行混凝土澆筑施工。

6 )混凝土養護與施工縫處理?；炷琉B護:墩身混凝土達到一定強度(一般手按不露痕)時，即可進行養護。A形墩壁厚3 m，需設冷卻管降溫，混凝土養護方法采用灑水養護。灑水次數多少應以能保持混凝土濕潤為度。

施工縫處理:當塔柱混凝土強度達到2.5 MPa時，采用人工鑿毛，要求完全清除混凝土表層浮漿，露出粗骨料顆粒，墩身混凝土施工在水平方向不得留有接口分隔縫，混凝土施工接縫應滿足相關施工規范要求。

7 )墩身施工質量控制。高墩身施工過程中，應嚴格控制墩身的傾斜度誤差，傾斜度誤差、墩身軸線偏差、墩身斷面尺寸偏差均應符合規范要求。

3 勁性骨架系統設計

本橋勁性骨架系統主要由沿高度方向的立柱以及其間的平聯和斜聯組成的角鋼桁架體系(見圖1)。其中立柱采用角鋼∠125×125×10，其他桿件采用角鋼∠75×75×8。

勁性骨架所受荷載考慮勁性骨架自重、鋼筋自重、澆筑節段混凝土濕重、風力、振搗混凝土產生的側壓力以及施工機具及模板重量等，主要荷載計算如下。

3.1 澆筑混凝土節段濕重

勁性骨架受到的混凝土荷載為圖2中的ΔABC及ΔA'B'C'部分的混凝土重量。ΔABC部分及ΔA'B'C'部分體積為:V=0.5×4.5×0.93×7.6=15.9 m3，重量為:G=15.9×25=397.5 kN。

等效施加在勁性骨架上的點荷載F=397.5×0.93/4.59/5= 16.1 kN(5個節點荷載)。

3.2 風荷載

風荷載取500 Pa，迎風面面積S=7.6×4.5=34.2 m2;計算簡圖如圖3所示。F=K1K2K3K4W0=0.4×500×34.2×2.25/ 4.59=3 353 N，等效施加在勁性骨架上的點荷載F=3.353/5= 0.67 kN(5個節點荷載)。

3.3 振搗混凝土時的側壓力

按照4 kPa計算。按最不利計算，取模板上口50 cm計算，且加載位置在勁性骨架內側。計算簡圖如圖4所示。

等效施加在勁性骨架上的點荷載F=14.074/5=2.815 kN (5個節點荷載)。

3.4 施工人員及機具等其他荷載

取10 kN的豎向集中荷載，按最不利計算，加載位置在勁性骨架內側。內側勁性骨架立柱，每根立柱受力F=1 kN。

3.5 計算結果

采用橋梁分析軟件對勁性骨架系統在一個混凝土節段的內桁架體系進行建模分析，計算得到最不利荷載作用下模板最大變形5 mm，最大角鋼桿件應力189 MPa，表明所設計的勁性骨架系統受力良好，滿足規范要求。

4 結語

本文通過對某鐵路特大橋斜腿異型高墩的勁性骨架系統進行設計和理論分析，有效控制了斜腿在施工過程中由于混凝土自重作用下的變形，從而避免混凝土澆筑質量難以控制、混凝土保護層厚度不易保證等異型橋墩現澆施工過程普遍存在的難題。實踐證明，勁性骨架對于斜腿在現澆過程中的剛度提高明顯，在異型橋墩現澆施工方法中不可避免。本文所采用的勁性骨架系統設計和計算方法可為類似橋墩施工提供參考。

［1］ 張 力.淺談勁性骨架在高墩施工中的應用［J］.山西建筑，2009，35(35)：342-343.

［2］ 黃玉仁.雙向傾斜索塔柱中的勁性骨架施工設計［J］.福建建筑，2008，123(9)：99-100.

［3］ 于進學.Ⅴ型墩勁性骨架施工工藝簡述［J］.山西建筑，2010，36(2)：324-325.