某大橋主橋0#塊托架結構設計及預壓施工

蘆博文，任科亮

(1.浙江交工集團股份有限公司地下工程分公司,浙江 杭州 310000；2.浙江交工金筑交通建設有限公司，浙江 杭州 311500)

1 工程概況

某段改(擴)建工程路線總體為南北走向，起點位于世紀大道交叉口，起點樁號 K14+890，終點位于木業大道交叉口，終點樁號 K22+480，路線總長度 7.59 km。城區高架橋主墩結構形式為72 m+120 m+72 m變截面連續箱梁，采用掛籃施工，主墩為137#、138#墩，邊墩為136#、139#墩，主墩位于南星港航道南北兩側，均在岸上。主橋全寬27 m，采用左、右兩幅箱梁并通過箱梁之間的濕接縫聯接來進行設計。單幅箱梁采用單箱單室截面，直腹板、箱梁頂板寬13.25 m，懸臂長3 m，箱室底寬7.25 m，頂板厚度為30 cm，底板為變厚度，墩頂支點處為160 cm，跨中為32 cm，腹板亦為變厚度，墩頂支點處腹板厚度為90 cm，跨中腹板厚度為50 cm，其中在1#塊和9#、10#塊分別漸變一次腹板厚度。端支點橫隔板厚度為190 cm，墩頂中支點橫隔板厚度為350 cm。橋面橫坡為單向2%，橫坡以箱梁腹板高度變化來形成，箱梁底板為平坡。主橋采用C55混凝土。

2 托架構造

城區高架橋主橋上跨南星港(規劃Ⅴ級航道)采用72 m+120 m+72 m變截面連續箱梁，主橋平面位于R=1 950 m的圓曲線上，采用掛籃懸澆法施工，主墩為137#、138#墩，邊墩為136#、139#墩，主墩位于南星港航道南北兩側，均在岸上，在掛籃施工的過程中主要涉及到在通航水域上方施工。變截面現澆連續箱梁梁體混凝土采用C55，共8 395.4 m3，箱梁施工共分16個節段，0#塊高度7 m，長11.5 m，采用支架現澆法施工，支架設計采用三柱鋼管混凝土樁支架，與臨時固結體系為一體，預埋件分別在承臺及墩身施工時進行預埋。主墩施工時在承臺和墩身施工時預埋鋼板作為鋼管樁支架連接件，單幅箱梁橫向布置3根，縱向布置2排，鋼管直徑820 mm，壁厚10 mm；0#塊施工完畢并設置臨時固結后，在墩頂梁段上進行掛籃安裝調試，進行后續1、1`#梁段的掛籃懸澆施工；當新澆梁段養生至混凝土強度達到設計的張拉要求后，進行預應力張拉及孔道壓漿，然后掛籃向前移動就位進行下一個梁段施工，如此循環推移，在施工12#梁段的同時進行邊跨現澆段的施工，直至完成最后一個懸澆梁段的施工。

3 托架預壓施工

托架通過對拉桿和銷軸緊固在墩身上，緊固組裝、質量檢驗達到要求后需進行預壓試驗，緩解托架非彈性變形，并確定彈性變形量，驗證托架施工過程無此安全風險，為以后0#塊混凝土施工提供立模標高。由于施工過程中托架支撐0#號塊承受較大載荷，按照堆載法進行預壓施工，預壓材料需求量多，項目運轉組織的難度加大，時間周期將極大延長。支架體系搭設完成后，對其進行施工前的預壓，以確定其強度、剛度及穩定性，并消除非彈性變形，同時獲得支架彈性變形數據，以便在底模標高調整時，預留反拱，以滿足施工后梁體設計標高的要求。

3.1 預壓施工方法

預壓在0#塊已鋪設好的底模上進行，預壓最大荷載是設計荷載的1.2倍，采用堆載混凝土預制塊和鋼材的方法對托架進行分級預壓，加載時按照20%、60%、100%、120%預壓荷載分四級加載，并觀測其變形和沉降。預壓方法采用預制混凝土塊(80 cm×80 cm×300 cm，約重4.6 t)。

3.2 預壓荷載計算

0#塊墩頂部分混凝土由墩身自身承擔，因此只考慮兩懸臂及翼板部分所承受的重量，0#塊混凝土單幅方量為380.66 m3，總重989.7 t，墩頂重量485.1 t，預壓區域重量504.6 t，按重量1.20倍計算上施工、材料等荷載，如表1所示，測量結果，共計需要預壓重量605.5 t，0#塊各區域預壓荷載數值。

表1 0#塊支架沉降監測

3.3 預壓測點布置

(1)托架預壓時，先施加20%的荷載，以消除非彈性壓縮值，此時停止加載，測量托架沉降，記錄相關數據；然后加載到60%的荷載值，再次測量托架沉降，記錄相關數據；繼續加載至100%的荷載值，測量沉降值，最后加到120%，靜置1 d，觀察結構桿件是否有變形，焊縫是否出現裂紋等。預壓試驗結束應對資料進行分析處理，并提供箱梁底模修正后的立模標高。

(2)測點縱橋向布置4排，分別在0#塊中心向兩側2 m、0#塊的端部、翼板邊緣位置；橫橋向根據截面的結構形式布置3個點，即測點。

(3)墩兩側腹板中心位置附近設置1個觀測點，即測點。

(3)堆載過程中隨時觀察托架變形情況，重點應觀察牛腿焊縫連接。堆載完成時進行標高測量，并且逐日進行沉降觀測，沉降穩定穩定后(據《鋼管滿堂支架預壓技術規程》JGJ/T194-2009第4.1.6條規定：各監測點連續24 h的沉降量平均值小于1 mm或連續72 h的沉降量平均值小于5 mm即可視為沉降穩定，預壓合格)卸下荷載，觀測模板標高，并且每天進行觀測，托架回彈變形穩定后，進行高差對比，得出彈性變形值和非彈性變形值。

3.4 現澆支架布置方式

墩柱施工完畢，待混凝土強度達到設計強度后，采用C50混凝土在墩頂墊石縱向兩側各澆筑4個2.925 m×0.5 m×0.55 m臨時支墩(倒角同墩柱倒角)，橫橋向側面砌筑24磚墻，將墩頂封閉，填滿中粗砂，用水夯實。支座四周塞滿泡沫板，防止沙子進入支座影響支座位移?，F澆支架由墩身兩側各布置的3根外徑820 mm、壁厚10 mm的螺旋鋼管。鋼管底(承臺頂)和鋼管頂(箱梁底)均預埋鋼板，鋼板分別通過預埋錨固筋和精軋螺紋鋼固定在承臺頂及箱梁底部，螺旋鋼管與鋼板接觸面滿焊并加焊加勁板。鋼管通過開口并焊接斜撐加工I45a托架，托架上方依次安裝I45a主承重梁、I25a分配梁、箱梁側模以及竹膠板底模。0#塊施工過程中，混凝土及施工荷載通過各級工字鋼體系向下傳遞至螺旋鋼管，進而通過鋼管預埋鋼板傳遞至主墩承臺，期間正式支座暫不參與受力。

3.5 預壓結果

通過MIDAS仿真軟件對托架進行有限元的應力、應變分析，并根據應力應變的仿真結果對托架焊縫進行強度計算。實際工程應用過程中，預壓載荷提升到120%時，墩側托架測點發生最大沉降，實測最大沉降為13 mm，理論計算為14 mm；墩間托架測點位置處出現最大沉降，實測為15 mm，理論計算為16 mm。當托架卸載到0%時，實測最大非彈性變形為6 mm，出現在位置處。現場托架各組件未出現焊縫裂開等缺陷問題，實測應變結果與有限元仿真結果相近，可以表明千斤頂預壓能夠符合現場施工要求，滿足施工的設定需求。

4 施工注意事項

托架加工時要保證焊縫質量，嚴格按照施工設計圖紙中規定的焊縫尺寸施焊，并采取合理的施焊順序，控制焊接變形，焊縫尺寸要飽滿，避免虛焊等現象。在托架起吊安裝前，對重要部位的焊縫按設計和施工規范要求進行探傷。對目視檢察不合格、探傷檢查不合格的焊縫應進行補焊，以保證施工安全。托架安裝時，要確保托架安裝位置的準確性，注意桿件位置及托架在豎平面內位置的準確。同時注意其水平面上的高程控制，保證實際受力狀態和設計受力狀態相符合。托架加工完成后，先進行托架的試拼，以保證每個桿件均能順利安裝。墩身一側的3肢托架安裝完成后，立即安裝水平桁架。水平桁架安裝完成后方能安裝分配梁(2I50a工字鋼)，以確保托架的穩定性。分配梁(2I50a工字鋼)和托架節點采用U型螺栓進行連結，以防止外側懸臂端發生傾覆事件。在支架預壓施工中，應密切觀測結構的變形數據，發現異常變形應立即停止施工，查明原因、安全處理后方可接續施工。在托架拆除時，必須按照與安裝相反的順序由上向下逐層拆除。

5 結 論

某城區高架橋為工程依托，對主橋0#塊托架采用銷軸及對拉桿進行固定，有效地減少了托架的焊接量，加快了托架安裝速度，同時采用多點千斤頂上下反壓梁和精軋螺紋鋼錨固在行走軌道上，同時克服傳統預壓施工中受天氣影響大、所需預壓材料多、施工組織困難，施工工期長等難題，取得了較好的工程實際效果。在施工中通過對托架沉降以及焊縫的觀測可得，托架強度和剛度能夠滿足施工的要求，對其進行施工前的預壓，以確定其強度、剛度及穩定性，并消除非彈性變形，同時獲得支架彈性變形數據，以便在底模標高調整時，預留反拱，以滿足施工后梁體設計標高的要求，可為同類型橋梁設計和施工提供參考。