高墩大跨剛構橋0#塊托架設計與施工技術

陳 偉

中交四航局第四工程有限公司，四川 成都 618000

1 工程概況

某高速公路特大橋全長1099.12m，為雙幅橋，主橋跨徑布置為116m+220m+116m，為典型的山區高墩大跨連續剛構橋，其中6#墩墩身高達100.2m。上部結構為單箱單室箱形截面，箱梁梁高、底板厚度均按1.8次拋物線變化，箱梁根部梁高為13.4m，跨中梁高為4m，箱梁頂板全寬為12m，底板寬6.5m。主橋下部結構橋墩采用空心墩，為群樁基礎。該橋設計荷載為公路一I級，設計速度為80km/h。在大跨度連續剛構橋施工中，0#塊是基礎結構，起到參照作用，對后期整體結構的線形控制效果具有明顯的影響。為提高0#塊托架設計與施工水平，有必要對具體的工作要點展開探討。

2 #塊托架設計

臨時托架是高墩大跨剛構橋施工中的關鍵裝置，具有如下幾項作用：作為0#塊的施工平臺，亦可支撐受力，以保證施工的安全性和結構的穩定性；在懸臂澆灌施工中，臨時托架可以用于承受部分不平衡彎矩，改善受力條件。墩頂0#塊的臨時托架形式較多，從技術可行性的角度來看，三角式托架在實際應用中具有便捷高效、穩定可靠的特點，可以將其作為承重裝置使用。

2.1 0#塊托架的形式

從受力的角度來看，托架含兩種形式，即落地式托架（在低墩施工中具有可行性）和懸臂式托架（在高墩施工中具有可行性）。托架桿件的形式也較多，如萬能桿件和貝雷架等。托架結構的選型是一項系統性的工作，需兼顧橋梁結構特點、橋墩高度、施工現場的河床條件等多方面因素，從而確定能夠兼顧安全、質量、效率多重要求的方案。在該工程中橋墩的最高度可達60m，因此采用了三角形牛腿支架的型鋼托架。

2.2 0#塊托架設計的基本思路

結構上，托架包含牛腿支架、橫縱向分配梁等關鍵的部分，通過各類裝置的聯合應用，可以在保證結構穩定性的同時精簡尺寸，并形成一條較為明確的受力路徑。0#塊托架的縱斷面組成主要有如下幾部分。

（1）縱向分配梁。采用雙槽鋼截面形式，此結構與底模接觸，腹板段荷載集度偏大，為保證結構受力時的穩定性，應適當加密縱向分配梁。

（2）橫向分配梁。托架的受力條件特殊，其需要承受源于翼板以及部分腹板的外伸荷載，在該受力關系的影響下，部分橫向分配梁所受彎矩較大（指的是與橋墩外側牛腿支架交接的部位），考慮到結構的穩定性要求，一定要把截面高度較大的工字鋼這種建材安置穩妥[1]。

（3）牛腿支架。在整個托架受力關系中，牛腿支架是不可缺少的受力裝置，其可以將0#塊荷載高效傳遞至橋墩，確保結構受力的合理性。若箱梁腹板的荷載相對較大，將導致橋梁橫斷面兩側最外邊的牛腿支架所受荷載作用也偏大，因此在工程作業時會將預埋件和橋墩互相連接，從而增加局部受力，而超出結構可承受的荷載上限后會出現開裂。

針對結構受力過大而開裂的問題，解決方法是將牛腿支架的上拉縱梁拉通，如圖1所示。就牛腿支架的內側而言，此局部的受力不大，不用過分擔心，只要做好預埋件和橋墩連接就行；而對于靠內的牛腿支架，該部分的受力較小，無特殊的要求，因此利用預埋件將其與橋墩穩定連接即可。

圖1 內、外托架及牛腿支架的布置

（4）連接方式。①螺栓連接。螺栓連接的特點在于拆卸便捷，效率較高，但需要增設節點板、高強螺栓等用于加強連接的材料，因此原材料及施工成本相對較高。②電焊連接。此方法的優勢在于可減小結構的非彈性變形量，但不足之處是拆卸過程中容易損傷桿件，導致桿件的可重復利用次數少，并且焊接要求較高，容易因為焊接方法不合理或質量控制不到位而出現焊縫不達標的情況。

綜上所述，確定合適的作業方法，即使用螺栓來銜接牛腿支架的桿件，縱、橫分配梁兩部分則直接采用焊接方式進行作業連接。

2.3 0#塊托架的設計方案

外托架和內托架通常由4組牛腿支架以及置放的分配梁和方木等系列配料組成。從受力條件的角度來看，橋梁橫向內、外部的受力存在較為明顯的差異。并且，內、外兩側的兩榀牛腿支架的工料也不一樣，分別為[36a槽鋼和[28a槽鋼。內、外托架靠外邊的牛腿支架上拉縱梁有穿越墩身的可能，鋼盒用到的工料是厚達2cm的鋼板，并通過焊接的方式將其與墩身鋼筋穩定連接于一體[2]。如上拉縱梁穿過該盒的位置基本準確，就可以使用焊接的方式連接鋼板與上拉縱梁，然后注入高標號砂漿。待牛腿支架成型后，橫橋向鋪設I40a工字鋼，形成橫梁結構，再縱橋向鋪設2[10槽鋼，于上方鋪設方木和底模模板。由0#塊的結構特點可知，其地面存在斜度，因此應當利用楔塊加以調整，除能滿足結構的姿態要求外，還可提高拆模的便捷性。

2.4 反力架的設計

錨固點為φ32mm的高強精軋螺紋鋼筋，隨著墩身混凝土澆筑施工進程的推進，澆筑至最后一段時，將該鋼筋預埋到位，埋設深度按150cm控制。單肢薄壁墩反力架主要由3片梯形桁架組成，單個反力架的關鍵構件含水平桿、斜桿及立桿，各自所用材料均為雙肢40C槽鋼。將該材料以背靠背的方式焊接于一體，對于各桿件間的連接，則利用鋼板貼角焊。

3 托架驗算

通常用托架驗算的方式了解實際使用情況，以MIDAS/CIVIL軟件為支撐，利用掌握的信息建造托架的空間桿系模型。型鋼用梁單元模擬，模板用板單元模擬，牛腿支架型鋼交接點采用半鉸接的形式，橫梁與牛腿支架為剛性節點連接，托架與橋墩為固接。

待0#塊預壓工作完成后，對托架標高進行計算測量，算出值后進行彈性變形和非彈性變形量的分析，再以此為基準，針對立模標高做靈活的調整，若無誤則澆筑0#塊混凝土。從實測結果來看，托架彈性變形量、非彈性變形量的最大值分別為1mm、2mm，通過與理論計算結果進行對比分析，認為實際值得到了有效的控制，未出現明顯偏差[3]。

4 托架預壓

托架預壓所用設備為千斤頂，由專員操作，施加集中荷載。在承臺上預埋鋼構架，將其作為支點使用，在滑輪組、鋼絲繩的輔助下，完成對托架的加載預壓作業。根據預壓要求，在托架沿橫橋向外側牛腿支架上安裝千斤頂，并采取張拉錨固措施。預壓荷載的控制參照的是箱梁施工荷載，取該值的110%。

加載遵循的是對稱、同步的原則，由專員操作，精準控制每次加載量以及加載速率，待實際加載量達到滿載狀態后，持荷24h，此時間內要特別注意各節點的高程，并且做好相關數據的記載。千斤頂回油卸載后還要記錄好節點高程以及當時的狀況，最后將這兩次的記錄進行對比，最終計算分析出差值，得出的值相當于托架的彈性變形量。經專員試驗后發現，該值為3mm。

5 #塊立模標高的計算與確定

0#塊施工中，立模標高的控制至關重要，其控制結果會對后續各部分的施工精度產生直接影響。立模標高可按照如下公式計算：

式中：Hlm為立模標高；Hsj為設計高程；Hypg為預拋高值，m；ftj為托架的變形值，mm。

其中，對于預拋高值的取值，可以在空間模型分析工作中獲得，即利用MADIS軟件能夠確定主梁的具體預拋高值。根據實際情況，總的預拋高值是22.5mm。托架的變形量要根據理論計算值和預壓實測值來進行考量計算，從各方面核實計算后得出的計算值為2.2mm、實測值為3mm，最終將該值取為2.6mm。

工程在進行中受到的人為因素影響也不能忽略，因此豎向預拱度取5mm。箱梁尺寸方面，設計高程為928.502m。結合前述的各項數據，可以確定立模高程，即928.53m。

6 結論

（1）托架的布置情況和結構形式非常重要，在施工設計時要謹慎考量，在滿足荷載分布要求的同時做到布置的最優化。

（2）借助MADIS/CIVIL軟件可以對包含托架在內的各類臨時結構展開檢算，具有操作便捷、結果準確的特點。

（3）為了保證非彈性的穩定性，在進行0#塊混凝土澆筑作業時，要提前把托架預壓的作業做到位，這樣也有利于及時檢測彈性變形，為日后的立模標高相關工作提供可靠的參考。預壓采用的是千斤頂同步操作的方法，精度較高，預壓效果較好。