托架法在高墩懸臂澆注連續梁0#塊的應用

【摘 要】 高墩連續梁采用懸臂澆注時，0#塊施工是關鍵技術，對后期線型控制影響極大，本文結合具體工程實例，闡述了0#塊托架法施工技術的要點，主要包括方案的選比確定，托架的檢算及托架的施工工藝、預壓方法。

【關鍵詞】 懸臂連續梁、0#塊托架法施工

1 工程概況

合肥鐵路樞紐南環線工程南淝河特大橋主要為跨越二十里埠河、南淝河等，其中跨越南淝河采用（60+100+60）m連續箱梁，與南淝河夾角59°，是合肥鐵路樞紐南環線工程跨度最大的連續梁。本連續梁橋墩采用圓端型實體橋墩形式，主墩165#、166#高度分別為20m、19.5m，均為水中墩，主墩設二級承臺，其中0#塊為墩頂梁段，長14m，重896.7t，順橋向伸出墩身范圍為4.5m，等梁高長度為4m，此段梁高為7.204m。

2 方案的選定

南環線工程南淝河特大橋跨越南淝河連續梁165#、166#高度分別為20m、19.5m，均為水中墩，間距100米，施工涉及南淝河三級航道，行船安全，因此連續梁采用懸臂澆注法。0#塊施工方法有：支架法和托架法。支架法一般選用安全系數較高的鋼管混凝土立柱為支撐系統，占地面積大，地基基礎的處理和承載力要滿足要求，連續梁165#、166#在水中，對地基處理成本高，涉及南淝河三級航道，行船安全。因此0#塊施工方法選用托架法，具有簡捷，安全、符合本工程地理環境。

3 托架結構的檢算

3.1 托架結構布置

由于零號塊均在托架上進行施工，托架采用三角桁架，其三角桁架布置如下圖3.1-1所示。

圖3.1-1 三角桁架結構布置圖單位：mm

根據圖3.1-1可知，三角桁架縱梁采用兩根45b工字鋼、斜桿采用36b雙拼工字鋼并且在工字鋼腹板兩側幫焊1cm厚的鋼板，立桿采用25b雙拼槽鋼，并且在斜桿、立桿與縱梁相交處采用1cm厚的鋼板加厚處理。整個縱梁采用兩根45b雙拼工字鋼整體焊接而成，焊縫放置在墩中心處。橫向分配梁采用32b雙拼工字鋼，間距60cm。小三角桁架采用20b工字鋼焊接加工而成，在腹板下間距為30cm、底板下間距為60cm。三角桁架上放置10×10cm方木橫向放置，間距為30cm。側模采用掛籃側模，預壓荷載采用1.2倍梁重進行預壓。 施工順序為，澆筑墩身時先在托架支點出預埋三層加強鋼筋網片，鋼筋網片采用直徑φ10，網格1尺寸為10×10cm，并在支點處設置1cm厚的鋼板?；炷敛捎脙纱螡仓?，第一次澆筑到3.5m處，待第一次強度達到后澆筑第二次混凝土。

3.2 托架荷載計算

根據圖3.1-1可知，橫梁間距為60cm。在考慮模板自重、梁自重（為偏于安全計算采用壹號塊最大梁高進行計算）、施工荷載、混凝土的振搗荷載和沖擊荷載以及風荷載后通過3.3節荷載組合系數進行組合，則橫梁上荷載計算公式如下式3-1所示。

q＝（1.2×γ×h+1.4×（Q1 +Q2+Q3+ Sk）+1.2×Q4）×b （6-3）

q＝（1.2×γ×h+1.4×（Q1 +Q2+Q3+ Sk）+1.2×Q4）×b （3-1）

式中：Ｑ1——施工人員及設備荷載標準值，4.0kPa；Ｑ2——泵送砼產生的沖擊荷載，2.0kPa；Ｑ3——振搗砼產生的荷載，2.0kPa；Ｑ4——模板標準荷載，0.75kPa；Sk——雪荷載，0.60kPa；γ——新澆鋼筋混凝土容重，26kN/m3；b——荷載作用的有效寬度。根據圖3.1-1可知道，在腹板下荷載最重，底板與翼緣板下梁較輕。

根據公式3-1，荷載組合計算如下表所示。（kN/m）

預壓荷載按照梁重的1.2倍進行加載，其預壓荷載計算如下表6-6所示。

表6-6 預壓荷載計算表（kN/m）

注：預壓荷載采用梁重1.2倍。

3.3 托架影響計算

根據圖3.1-1采用有限元軟件建立空間模型，其中縱梁、立柱、斜桿、橫向分配梁和小三角桁架采用梁單元建立模型，其建立模型如下圖3.3-1所示。

圖3.3-1 三角桁架空間有限元模型圖

根據圖3.3-1建立的空間有限元模型進行計算，其三角桁架軸應力計算結果如下圖3.3-3所示

圖3.3-3 三角桁架軸應力計算結果圖單位：MPa

根據軸應力計算結果圖3.3-3可知，最大軸應力在斜桿處σ＝104.3MPa。根據《鋼結構設計規范》表3.4.1-1查Q235鋼的容許拉壓應力為[σ]＝215MPa。

σ＝104.3MPa<[σ]＝215MPa，則三角桁架軸應力滿足施工使用的要求。 根據圖3.3-1建立的空間有限元模型進行計算，最大剪應力在小三角桁架上τ＝99.3MPa。根據《鋼結構設計規范》表3.4.1-1查Q235鋼的容許剪應力

為125MPa。τ＝99.3MPa<[τ]＝125MPa，則三角桁架抗剪強度滿足施工使用的要求。

根據圖3.3-1建立的空間有限元模型進行計算，在荷載作用下最大彎曲應力在橫梁與斜桿接觸處為σ＝199.5MPa。根據《鋼結構設計規范》表3.4.1-1查Q235鋼的容許彎曲應力為[σ]＝215MPa。σ＝199.5MPa<[σ]＝215MPa，則三角桁架抗彎強度滿足施工使用的要求。

根據圖3.3-1建立的空間有限元模型進行計算，在荷載作用下最大應力在橫向與縱梁交點處最大組合應力σ＝206.04MPa。根據《鋼結構設計規范》表3.4.1-1查Q235鋼的容許應力值為[σ]＝215MPa。σ＝206.04MPa<[σ]＝215MPa，則三角桁架強度滿足施工使用的要求。

根據圖3.3-1建立的空間有限元模型進行計算，在小三角桁架懸臂端有最大變形f1＝64.0mm，主三角桁架懸臂端部有最大變形f2＝23.96mm，主三角桁架縱梁與斜桿相交處最大變形f3＝5.3mm，根據以上計算數據可知，控制點為三角桁架與斜桿相交處 f3＝5.3mm<[f]＝L/400＝3200/350≈9.14mm則其整個三角桁架剛度滿足施工使用的要求。

3.4 托架支點計算

支點預埋到墩身上既斜桿支點預埋在墩身里，為防止支點變形破壞混凝土結構，因此墩上開50×70cm深5cm的窗口。在支點處預埋50×50cm鋼板，并在鋼板下埋置三層網格10×10cm且直徑10mm鋼絲網片增加混凝土局部抗壓強度，其三角桁架斜桿支點結構布置如下圖

圖3.4-1三角桁架支點埋置圖單位：cm

根據圖3.3-1建立的空間有限元模型進行計算，

在縱梁作用在墩身上最大豎向作用力F1＝1223.6kN（兩根縱梁間距10cm，之間焊接鋼板40×20cm），斜桿作用在墩身上最大豎向作用力F2＝2574.9kN，最大水平作用力F3＝1708.6kN，支點處最大應力計算如下所示。 σ1＝F1/A＝1223.6×10-3/（0.4×0.2）＝15.295MPa σ2＝F2/A＝2574.9×10-3/（0.5×0.5）＝10.3MPa

由于墩身混凝土采用C35混凝土，根據《混凝土結構設計規范》表4.1.4

可知，C35混凝土的軸心抗壓強度設計值為16.7MPa，根據以上結算結果可知，σmax＝σ1＝15.14MPa<[σ]＝16.7MPa，則抗壓強度滿足使用使用要求，為增加混凝土的局部抗壓強度因此支點處必須配置鋼筋，配置φ10鋼筋間距為10×10cm。為了防止鋼管柱應力集中造成條形基礎破壞，因此設加強鋼筋。

4 托架施工工藝

4.1 托架搭設

主墩165#、166#墩高分別為20m、19.5m，根據墩身高及現場情況，采用托架施工0#梁塊，將豎向荷載傳遞墩身上。

由于0#塊順橋向伸出墩身范圍達4.5m，因此順橋向采用縱向托架，橋墩縱橋向大小里程兩側各布置兩個三角托架，托架布置與梁體腹板正中。

托架結構設計為：雙并45b工字鋼橫梁埋于墩頂內部大小里程各懸挑6m，36b工字鋼雙并斜撐和25b槽鋼雙并豎桿支承橫梁。同側橫梁之間采用14a槽鋼剪刀撐連接，增強整體穩定性。

托架安裝：施工墩身時預埋上橫梁與墩頂混凝土內，同時預埋斜撐與墩身混凝土內并預留混凝土外50cm長（用于安裝斜撐接長）。搭設支架操作平臺搭設托架，先將預埋的斜撐接長到上橫桿設計支點焊接牢固，再安裝豎桿及剪刀撐完成托架搭設。

焊接托架時要求焊縫滿足設計要求，斜撐接長時要破口焊同時工字鋼腹板兩側加鋼板幫焊。橫梁在斜撐和豎桿支撐點及斜撐在豎桿支點位置要用加勁板加強。

4.2 模板安裝

托架安裝完成后在托架橫梁上橫橋向鋪設32b工字鋼雙拼的分配橫梁，間距60cm，分配梁與橫梁之間要焊接牢固。分配梁上縱橋向鋪設20b工字鋼制成的小桁架，間距在腹板下30cm、底板下60cm，小桁架之間采用6#槽鋼連接，增強桁架的整體穩定性。

在縱向小桁架上鋪設一層橫橋向10cm×10cm的方木，間距30cm；再在橫向方木上鋪設一層1.8cm厚的優質竹膠板作箱梁底模即可。墩頂等高梁段部分先按間距72cm布置縱橋向40b工字鋼，再在工字鋼上按間距50cm鋪設橫橋向15cm×15cm的方木，接著在橫橋向方木上按間距25cm鋪設縱橋向10cm×10cm的方木，最后在縱橋向方木上鋪設1.8cm厚的優質竹膠板做底模板即可。

0#塊側模板采用定型鋼模，外用鋼桁架支固內用對拉拉桿固定。0#塊外模板總長14.2m，模板豎肋采用10cm×1cm扁鋼，橫肋采用I10工字鋼，間距為50cm×50cm。連接法蘭采用<75×75×8mm的角鋼，φ20mm連接螺栓間距為30cm，面板為8mmQ235鋼板。為避免砼澆注澆注時側模向外側滑移，造成跑模，側模加固充分利用箱梁腹板通氣孔，沿梁體橫截面穿與內模支架作對拉，橫隔板處預埋PVC管，內穿φ25mm拉桿的方式加固，背桿采用雙拼[14b槽鋼。

內模支架采用滿堂支架，支架設計成水平方向和豎直方向均可調節長度，以適應梁高和腹板厚度變化的需要，并通過松緊可調底頂托將內模支撐牢固。縱肋采用10cm×10cm方木和2根φ4.8m鋼管，其間距為60cm，橫肋和豎肋采用10cm×10cm方木，間距為30cm。

5 托架預壓

5.1 預壓目的及預壓荷載

托架預壓的目的是消除支架及模板的塑性變形，同時得到托架及模板較真實的彈性變形值。以此作為控制底模高程預抬量的依據，從而保證梁底的線形。梁體跨中預拱度（為跨中預拱度值；為靜載下梁體跨中撓度值；為對應位置支架及地基彈性壓縮值；為對應位置支架及地基非彈性壓縮值。）。

對于任意位置處的預拱度布置如下：（為任意處拱度值；為靜載下梁體對應處撓度值；為對應位置托架彈性壓縮值；為對應位置托架非彈性壓縮值。）其中由計算式（L為跨徑；x為任意點到跨中的橫向距離）。

0#塊托架、底模板拼裝完畢后，對托架進行預壓。由于0#塊采用兩次澆筑的方法，所以托架承受的荷載不能考慮全部的梁重，在預壓時預壓重量是對應位置第一次澆筑梁自重的1.2倍，用砂袋和鋼筋堆載。預壓荷載為梁重的1.2倍且位置對應分布，其中頂板砼重量直接傳送到底板上。隔墻處荷載比較集中荷載位于墩頂。堆載時要按照單位橫斷面荷載分布情況進行堆放，以便能真正模擬砼荷載，達到預壓的目的，荷載具體分布情況如圖5.1-1。

圖5.1-1 0#塊梁重荷載分布圖

5.2 觀測點布置

預壓前在托架底設沉降觀測點，每個托架頂截面設置5個觀測點，分別位于左翼緣、左腹板中、底板中、右腹板中和右翼緣板。墩頂部分布置中截面3個觀測點，大小里程截面各布置2個觀測點。采用人工配合吊車吊裝砂袋和鋼筋至梁體底模上，按計算荷載的60%、90%、120%分級進行人工配合機械堆碼整齊，觀測時間定在預壓加載前、加載60%后、加載90%后、加載120%二十四小時后、卸載50%后、卸載完后，隨即畫出荷載與沉降量曲線圖，以此計算支架彈性變形值和塑性變形值，托架彈性變形量可作為模板預拋高值之一。通過托架預壓，可以得出托架的非彈性值（消除非彈性變形）及彈性變形值；卸載后，根據觀測到的托架的彈性變形值，結合設計給定的施工階段圖中提供的撓度值最終確定梁體施工的底模高程，重新調整模板和檢查支架，正式進行箱梁施工。

在箱梁底模上布置測點，用強度和硬度較高、直順的細鐵絲鉛垂掛在觀測點上，地下設點，釘鐵釘并用紅油漆標注，鐵絲下面吊垂球并對中鐵釘。

5.3 水準基點的觀測

高程系統采用設計提供的高程系統，以CPI點為起算工程點，在施工范圍以外堅固穩定處，埋設水準基點，點位設置長久牢固的標志，每一個月全網校正一次，水準基點高程變化值最大為0.2mm，說明水準基點是穩定的。

5.4 沉降觀測

在支架未施加預壓荷載前實施第一次觀測，對鉛垂絲鋼尺上標記標高測量，測出各點的初始值H0并記錄入表格。而后勻速加載；加載一次觀測一次，每一次加載結束后立即進行觀測各測量點的標高值H1、H2，并做好相應的記錄，當連續兩次觀測讀數不變后，間隔2小時才能繼續加載，直至加載完成，達到設計1.2倍受壓荷載。當全部加載完成后觀測一次，每12小時觀測一次，直至沉降穩定后進行卸載，并記錄卸載之前的最后一次觀測標高值H3，卸載一半測量并記錄H4，卸載完后再進行最后一次觀測記錄標高值H5。相應測點的彈性變形值=H5-H3，非彈性變形值=H0-H5。

6 結束語

通過實際施工，托架法較好解決了南淝河特大橋跨南淝河連續梁主墩0號塊的施工，既安全又能保質量，滿足結構要求，施工成本較低。在工程建設中可進行推廣應用。

參考文獻

[1] 《混凝土結構設計規范》（GB50010-2002）

[2] 《路橋施工計算手冊》周水興主編（人民交通出版社）

[3] 《機械設計手冊》（新編軟件版）2008

[4] 計算軟件Midas/civil7.8.1、理正系列軟件