山區(qū)復(fù)雜環(huán)境高墩大跨度剛構(gòu)橋邊跨現(xiàn)澆段施工方案研究

陳 沖

（中國公路工程咨詢集團(tuán)有限公司， 北京 100089）

1 工程概況

麗江～香格里拉公路大具金沙江大橋里程范圍為 K3+598.50～K4+185.50，橋跨布置為(6×30)m+(88+166+88)m+(2×30)m，主橋?yàn)?88+166+88)m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)[1]。

主梁為單箱單室直腹板截面，箱梁頂板寬11m，兩側(cè)翼緣寬2.5m，箱梁底寬6m；梁高按1.8次拋物線變化，主墩根部梁高10.0m，邊跨和跨中梁高3.5m，邊跨直線段長5.8m，其中合攏段長2.0m，采用C55混凝土。6#邊墩采用單肢箱型結(jié)構(gòu)，墩高48.724m，縱橋向按1:100放坡，橫橋向按1:80放坡，豎向設(shè)置1道橫隔板，橫隔板厚1.0m；墩頂縱橋向?qū)?.0m，橫橋向?qū)?.6m；墩帽采用高低布置，引橋側(cè)墩帽高3.6m，主橋側(cè)墩帽高2.2m，上部寬10.0m，采用C40混凝土。

2 高空托架法施工方案

2.1 貝雷梁桁架法

見圖1所示，該方案在墩帽上預(yù)埋爬錐，設(shè)置上下2道掛梁，掛梁上面焊接耳板，用于銷軸連接貝雷梁榫頭。貝雷梁桁架作為主要承力結(jié)構(gòu)，可用作3.8m直線段現(xiàn)澆托架；在澆筑2.0m合攏段時，托架的縱向分配梁與掛籃底縱梁連接，由托架和掛籃共同受力，完成合攏段澆筑。

掛梁上部24套M42爬錐，每2套1組，左右對稱，共（6+6）組，分別為S1～S12；下部12套M42爬錐，每2套1組，左右對稱，共（3+3）組，分別為X1～X6。掛梁采用2HN200×100型鋼，長度均為10.0m，2道掛梁中心距1.4m，2道掛梁之間通過3根HN200×100型鋼連成整體。上下掛梁均設(shè)置13個銷軸耳板，通過銷軸連接13個3m標(biāo)準(zhǔn)貝雷梁，貝雷梁橫向間距為（1.2+3×0.45+0.9+2×1.0+0.9+3×0.45+1.2）m，豎直面和底面通過花窗連成整體，增強(qiáng)其穩(wěn)定性。

貝雷梁頂面橫向擺放6根HN250×125型鋼墊梁，單根墊梁長12.0m，與貝雷梁上弦桿通過U型卡固定。墊梁上縱向擺放13根][20b型鋼分配梁，單根長3.6m，與墊梁點(diǎn)焊固定。分配梁上面擺放底模板，底模板由掛籃的底模改制。

3.8m直線段澆筑完成后，掛籃施工完21#節(jié)段，掛籃的底縱梁與托架的縱向分配梁通過連接鋼板連接，它們的端頭均開設(shè)長圓孔，連接鋼板采用20mm厚鋼板，對應(yīng)的開設(shè)長圓孔。除了3.8m段底模外，利用部分掛籃底模，還需加一塊底模，共同構(gòu)成2.0m合攏段的底模。合攏段混凝土荷載和其他施工荷載由托架和掛籃共同承擔(dān)。

2.2 三角托架法

見圖2所示，該方案在墩帽和墩柱上面預(yù)埋角鋼預(yù)埋件，在預(yù)埋件上焊接2個牛腿，再焊接橫向分配梁和縱向分配梁，以及擺放底模，2個牛腿通過橫向分配梁連成整體，形成穩(wěn)定的三角托架系統(tǒng)[2～4]。分配梁和底模先安裝部分用于3.8m直線段施工，主梁21#節(jié)段施工完成后掛籃后退，再安裝后裝部分的分配梁和底模，用于2.0m合攏段澆筑施工。

墩帽和墩柱上下兩排各設(shè)置2個角鋼預(yù)埋件，橫向間距2.6m。預(yù)埋件上焊接2個牛腿，牛腿橫桿與斜桿均采用2HN400×150型鋼，橫桿與斜桿坡口焊連接，節(jié)點(diǎn)處設(shè)置相應(yīng)的加勁板。先安裝部分，內(nèi)側(cè)橫向分配梁采用HM488×300型鋼，外側(cè)橫向分配梁采用2HM488×300型鋼，長度均為12.0。縱向分配梁采用 HN200×100型鋼加工。為方便掛籃施工 21#節(jié)段，縱向分配梁與橫向分配梁之間有506mm高差，留出空間方便掛籃底縱梁前移。因此每根縱向分配梁帶有506mm的豎梁，補(bǔ)齊高差。另外后安裝部分也是為了方便掛籃施工，在 21#節(jié)段施工完成之后，掛籃后退，后安裝部分的分配梁和底模則可以安裝固定，用于2.0m合攏段施工。該方案3.8m直線段和2.0m合攏段的施工荷載全部由三角托架系統(tǒng)承擔(dān)。

圖1 貝雷梁桁架法布置圖（尺寸單位mm）

圖2 三角托架法布置圖（尺寸單位mm）

3 施工方案計算

3.1 貝雷梁桁架法計算

采用Midas Civil建立施工托架的有限元模型（見圖3所示），掛梁、貝雷梁、橫向分配梁、縱向分配梁、底模大肋等均采用梁單元模擬。每組爬錐部位采用一般支承，約束3個平動自由度。混凝土澆筑和與其他施工荷載折算成線荷載，加載在分配梁上。施工過程分為3個施工階段：階段1，托架成型；階段2，3.8m直線段施工，該階段只加載2.3m懸出部分澆筑荷載；階段3，2.0m合攏段施工，該階段加載1.0m合攏段的澆筑荷載，另一半荷載由掛籃承擔(dān)。

最不利計算結(jié)果如下：貝雷梁弦桿弦桿最大軸力 253.4KN＜560KN，豎桿最大軸力96.2KN＜210KN，斜桿最大軸力129.5KN＜171.5KN，滿足要求[5]。掛梁最大組合應(yīng)力 164.9MPa＜215MPa，最大剪應(yīng)力 61.3MPa＜125MPa；橫向分配梁最大組合應(yīng)力44.9MPa＜215MPa，最大剪應(yīng)力38.5MPa＜125MPa；縱向分配梁最大組合應(yīng)力27.6MPa＜215MPa，最大剪應(yīng)力9.0MPa＜125MPa；底模大肋最大組合應(yīng)力501.MPa＜170MPa，最大剪應(yīng)力18.3MPa＜100MPa。均滿足規(guī)范要求[6]。貝雷梁懸臂端向下最大變形 4.8mm，滿足施工要求。爬錐計算結(jié)果見表1。

表1 爬錐反力計算結(jié)果

每2個爬錐為1組，單個爬錐最大拉力240.1/2=120.1kN＜150kN，最大剪力148.0/2=74.0kN＜150kN，滿足受力要求。

3.2 三角托架法計算

采用Midas Civil建立施工托架的有限元模型（見圖4所示），牛腿橫桿、斜桿，橫向分配梁，縱向分配梁均采用梁單元模擬，牛腿與預(yù)埋件焊接處采用固結(jié)約束。混凝土澆筑荷載與施工荷載折算為線荷載加載在分配梁上。施工過程分為3個施工階段：階段1，托架成型；階段2，3.8m直線段施工，該階段只加載2.3m懸出部分澆筑荷載；階段3，2.0m合攏段施工，該階段全部荷載加載在托架分配梁上。

最不利計算結(jié)果如下：牛腿橫桿最大組合應(yīng)力 128.9MPa＜215MPa，最大剪應(yīng)力49.0MPa＜125MPa；牛腿斜桿最大組合應(yīng)力52.5MPa＜215MPa，最大剪應(yīng)力1.4MPa＜215MPa；牛腿斜桿取計算長度4.5m，最大長細(xì)比55.15，截面穩(wěn)定系數(shù),=0.832，其軸壓穩(wěn)定性計算值 52.5/0.832=63.1MPa＜215MPa；橫向分配梁最大組合應(yīng)力 110.9MPa＜215MPa，最大剪應(yīng)力 34.2MPa＜125MPa；縱向分配梁最大組合應(yīng)力131.3MPa＜215MPa，最大剪應(yīng)力56.5MPa＜125MPa。均滿足規(guī)范要求[6]。托架最大懸臂端向下最大變形 3.8mm，滿足施工要求。上部預(yù)埋件最大拉力385.4kN，最大剪力258.3kN；下部預(yù)埋件最大壓力385.4kN，最大剪力423.0kN，通過設(shè)計角鋼預(yù)埋件可以滿足受力要求[7]。角鋼預(yù)埋件的計算限于篇幅，在此不贅述。

4 方案比選與施工要點(diǎn)

4.1 方案1優(yōu)缺點(diǎn)

方案1利用了可租賃的貝雷梁作為主要承力構(gòu)件，在澆筑合攏段時利用了掛籃承擔(dān)了部分荷載，需要新加工的鋼結(jié)構(gòu)僅5900Kg，具有較好的經(jīng)濟(jì)性，且避免了高空焊接。但是需要預(yù)埋 36套爬錐，預(yù)埋位置需要非常準(zhǔn)確，才能保證掛梁能夠順利安裝上，并共同受力。施工托架的縱梁在3.8m直線段澆筑之前安裝，其擺放位置需要與底模縱梁對應(yīng)，才能方便長圓形連接鋼板安裝， 21#節(jié)段施工完成后，其梁底實(shí)際標(biāo)高可能與設(shè)計標(biāo)高有出入，掛籃底縱梁與托架連接可能采用焊接更為方便，但中間一塊底模安裝，底部可能不平整，采用這種方法合攏段施工難度比較大。另外，貝雷梁榫頭與銷軸之間、銷軸與耳板之間有一點(diǎn)曠量，導(dǎo)致該施工托架非彈性變形稍大，需要合理的預(yù)壓措施，消除非彈性變形。

4.2 方案2優(yōu)缺點(diǎn)

方案2采用2個牛腿作為主要承力構(gòu)件，3.8m直線段和2.0m合攏段施工荷載全部由施工托架承擔(dān)，因此三角托架和預(yù)埋件需要較大的承載能力，預(yù)埋件需要設(shè)計合理并預(yù)埋位置準(zhǔn)確，墩柱混凝土施工時混凝土的振搗要密實(shí)，牛腿與預(yù)埋件之間的焊接質(zhì)量必須滿足設(shè)計要求。該方案需要新加工的鋼結(jié)構(gòu)10500Kg，成本大于方案1。但是該方案預(yù)埋件僅4個，預(yù)埋件施工難度較預(yù)埋36套爬錐小，施工質(zhì)量可控。三角托架的承載能力強(qiáng)，剛度大，施工過程不需要與掛籃連接，工序較為簡單，施工難度可控。

4.3 施工要點(diǎn)

通過施工方案比選，方案2雖然投入較方案1高，但是施工難度與施工質(zhì)量可控，應(yīng)優(yōu)先采用。方案2由于主要受力構(gòu)件是2個牛腿，因此嚴(yán)禁不平衡荷載，在混凝土澆筑施工時，箱梁的兩道腹板處混凝土須對稱澆筑，并用振搗棒分層振搗密實(shí)。預(yù)埋件須按設(shè)計位置埋設(shè)，如與鋼筋位置沖突可適當(dāng)調(diào)整鋼筋位置。牛腿與預(yù)埋件高空焊接，需要技術(shù)熟練的工人施焊，焊接質(zhì)量需嚴(yán)格把關(guān)。后裝部分的分配梁與先裝部分的分配梁點(diǎn)焊固定，保證底模的平整性。施工托架在澆筑混凝土之前，需要按照全部施工荷載的 120%對托架系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)壓，消除非彈性變形。直線段現(xiàn)澆混凝土施工完成后，拆模時，可用氧炔焰切割縱向分配梁的豎梁，方便模板落架。

5 結(jié)語

本項(xiàng)目施工托架設(shè)計，根據(jù)實(shí)際施工條件，比選方案1和方案2，2種施工方案均能滿足施工要求，并且通過計算證明2種方案的施工托架均滿足受力要求。但從施工便捷性和質(zhì)量可控性方面考慮，方案2更為合理。本文總結(jié)了2種施工方案的優(yōu)缺點(diǎn)，拓寬了山區(qū)復(fù)雜環(huán)境下高墩大跨度連續(xù)剛構(gòu)橋邊跨現(xiàn)澆段施工的思路。橋梁施工方案是靈活多樣的，需要按照安全經(jīng)濟(jì)、質(zhì)量可控、施工便捷的原則，科學(xué)設(shè)計因地制宜，合理地選用適宜的施工方案。