大跨度高墩連續梁0 號現澆支撐系統研究

張雙洋ZHANG Shuang-yang

（中鐵二十三局集團有限公司，成都 610000）

0 引言

掛籃懸澆連續梁的0 號塊需在主墩頂部現澆，其不僅結構復雜，外形尺寸大，且是安裝掛籃的平臺及后續懸澆箱梁節段的基準，對0 號塊的施工質量、線型控制及施工安全要求非常高。故要求模板支撐結構具有強大承載能力，極高的安全穩定性，且要求造價合理，施工簡便快速。在綿陽至蒼溪高速公路西河大橋大跨度、高墩連續梁0 號塊現澆施工時，對墩頂錨固三角架法實施優化及創新，成功地應用于連續梁0 號段的施工，在確保安全、質量及進度等各方面均取得了良好的效果。

1 工程概況

綿陽至蒼溪高速公路西河大橋橋梁起點樁號為K57+993.96，終點樁號為K58+830.04，全長836.08m，主橋最大墩高50m。

西河大橋位于主線曲線段，曲線半徑為R=1200m，縱斷面為0.8%單向坡。主橋上部結構為（65+120+65）m 預應力混凝土連續剛構，下部為矩形空心墩。主梁采用單箱單室，箱梁頂板寬12.6m，底板寬7.0m，單側懸臂長度2.8m。箱梁0 號、1 號塊（同時澆筑才有足夠的平臺安裝掛籃）總長13.0m，縱橋向懸伸3.5m。根部斷面高7.5m，在墩頂范圍內，箱梁腹板厚0.9m，頂板厚0.5m，底板厚1.2m。

2 箱梁0 號塊現澆支撐方案選擇

2.1 箱梁0 號塊模板的幾種支撐方案比較

0 號塊結構復雜，施工難度大，技術含量高。西河大橋主距長達120m，其對應的0 號塊更是尺寸大，懸挑長。且13#、14#主墩墩高50m。故0 號塊線性控制、高空作業難度大，安全防護壓力大。為了確保0 號塊的澆筑質量，設計要求0 號段一次澆筑成型，現澆0 號塊懸出墩身3.5m，對模板支撐體系的承載能力提出了很高的要求。故設計安全穩固、剛度足夠、技術可行、造價合理的0 號塊支撐體系成為本項目技術重點和難點。

針對本項目的具體情況，初步提出了如表1 所示的3種模板支撐體系的設計方案，然后從技術可行性、施工簡便、安全可靠性及經濟合理性等方面展開比選。

表1 0 號塊模板支撐體系方案比選表

經多方面的綜合比選，并結合方案缺點的改進可能性，本項目選用了墩頂錨固三角架法，并針對傳統錨固三角架的缺點進行了改進及優化，以確保安全及施工質量，減少安全隱患。

2.2 支撐系統設計方案

2.2.1 墩頂錨固三角架總體設計

錨固三角托架法為在橋梁墩身頂部設置錨固于砼中的支承牛腿（或鋼板等），通過與支承牛腿聯結，將三角托架安裝、固定在墩頂，然后在托架上安放縱、橫梁及輔助構件，形成支撐模板及支架的平臺。然后在平臺上進行0 號段的現澆施工。施工荷載由三角架傳給支承牛腿，最終傳給墩身。

三角托架主要由水平桿、斜撐構成。主托架采用雙拼I45 工字鋼加工而成水平桿，采用雙[40b 槽鋼背-背焊接成斜撐。相鄰托架間加設由16#槽鋼制作的花架，使主托架聯結成穩固的整體。

0 號塊懸出段縱向每側設置3 片主托架，主托架上焊接2I32b 調坡立柱，調坡立柱頂上擺放橫梁（2I40b 工字鋼焊接而成）。橫梁上再擺放縱梁（采用掛籃縱梁（I32b 工字鋼））。懸出段底板采用掛籃模板（85 系鋼模板）。

在墩頂橫向每側設2 片側面小托架，小托架為側面翼緣下通長縱梁加設的中間支撐。在通長縱梁上安裝側模及翼緣模板。側面小托架采用I32b 工字鋼作水平桿，斜撐及立桿采用I25b 工字鋼，通過4 個爬錐與墩身固結。

0 號塊周邊按不低于1.0m 的操作空間設置操作平臺，操作平臺采用I16 工字鋼設置縱向分配梁。根據墩身、0 號塊的平面投影響尺寸，以及操作平臺作業空間的需要，支撐體系構成的平臺尺寸不小于17×13m。

操作平臺周邊設置高度超過1.2m 的圍欄，圍欄外側掛設細目安全網。

托架結構詳見圖1～圖3 所示。

圖1 0#、1# 塊支架平面圖

圖2 0-1# 塊支架側面圖

圖3 0#、1# 塊懸出段支架正面圖

2.2.2 懸出段三角托架詳細設計

托架水平桿采用2I45b 工字鋼加工而成，斜撐采用2[40b 槽鋼焊接而成。

本項目對傳統的結構進行改變，設置預埋于墩身的上、下牛腿，水平桿搭設在上牛腿上，上、下腿伸入墩身內40cm，外露40cm。由上牛腿的型鋼斷面承受水平桿傳遞的豎向力，避免傳統支架以焊縫承載的方式，消除了焊縫質量缺陷可能產生的安全隱患。牛腿由鋼板焊成箱形結構，上牛腿底板鋼板采用80×18×2cm（長×寬×厚），頂板鋼板寬度在墩身內部分寬18cm，墩身外外部分寬40cm（便于與斜桿節點板螺栓連接），長度與厚度上底板相同，2 塊腹板采用80×36×2.5cm（長×高×厚）。加工時，腹板與頂底板焊接處采用單邊V 形角焊縫。下牛腿結構與上牛腿相同，但預埋時寬40cm 鋼板置于頂面。

采用2 根Φ32mm 精軋螺紋將水平桿錨固在墩身上，來承受水平桿向外的水平拉力，錨固長度不少于50cm，并且端部加裝墊片及螺帽。

水平桿與斜撐間優化成銷接形式，而不是傳統的直接焊接。銷接的各節點均在加工廠內完成制造，現場對接后插入銷子即可，消除了焊接連接存在的安全隱患，也減少了高空作業量，加快了施工速度。

斜撐下節點板支撐在下牛腿上，下牛腿主要承受面向墩身的水平壓力和豎向剪力。面向墩身的水平壓力由墩身砼承受。所以下牛腿主要承受豎向剪力。

為便于調整梁底縱坡，托架與橫梁間增加調坡立柱，立柱采用2I32b 工字鋼，上下端各與橫梁及托架水平桿焊接牢固。

2.2.3 側面小托架詳細設計

側面小托架水平桿采用I32b 工字鋼，斜撐及立桿采用I25b 工字鋼。水平桿端部焊接25×36×2cm 節點板，節點板有2 個Φ45mm 螺栓孔，通過外部螺栓與墩身預埋爬錐連接固定。爬錐外側Φ78mm，外部螺栓Φ42mm，爬錐內側Φ48mm，內部預埋螺桿Φ26.5mm，爬錐與螺栓采用40 鉻材料加工，爬錐長150mm。

懸出段三角主托架及側面小托架結構示意見圖4、圖5。

圖4 懸出段三角主托架

圖5 側面小托架結構示意圖

3 托架安裝

墩身施工時，嚴格按設計方案的標高及位置進行爬錐、上下牛腿的精確預埋施工，并與墩身牢固聯結，確保后續構件的順利安裝及承載安全。

托架的水平桿、斜撐及相應的銷接件在鋼構件加工廠里進行加工、制作、焊接及質量檢測，以確保施工質量。

構件在現場吊裝，并嚴格檢查安裝質量，不符合要求的立即改進，完成安裝的托架經多方驗收通過后，方可進行預壓。

4 托架預壓

4.1 預壓目的

為清除因安裝工藝、材質本身、構件間存在間隙而產生的非彈性變形。同時測定托架的非彈性變形量，為0 號塊底模標高的調整提供數據。

4.2 預壓方法

預壓是確保托架安全及檢驗托架質量的關鍵工序，本項目改變以往堆載預壓的試驗方法，采用千斤頂+根精軋螺紋鋼體系進行荷載的施加。該方法不需準備大量的堆載材料及吊裝作業，加快了進度，降低了成本。且通過設置壓力傳感器和電腦控制，可精確控制加載力數值和順序，更能真實模擬施工荷載的作用。

預壓在模板及支架安裝前進行。在托架拼裝完成后，利用在墩頂預埋的Ф32mm 精軋螺紋鋼筋錨固預壓桁架作為張拉底座進行預壓。預壓桁架在橋墩大小里程各2個，預埋的精軋螺紋與外側的兩個三角托架在同一斷面上，4 根精軋螺紋鋼為一組，每個墩身共埋設4 組，三角托架上方設置2I40b 工字鋼兩組，在2I40 工字鋼上方且與外側的兩個三角托架同一斷面的位置設置3I50b 工字鋼兩組，在I50b 工字鋼與預壓桁架間設置預壓千斤頂。

在托架頂面的四角、中心、千斤頂附近的分配梁頂面及分配梁的跨中等具有代表性的位置布設觀測點。

按梁段設計尺寸圖及實際施工荷載的分布情況，計算每個千斤頂的荷載應施值。逐級加載（分四級：20%～60%～100%～120%）至預壓值，并按規范要求分級測量及記錄托架變形值。

5 主要構件的承載檢算

5.1 荷載取值及驗算說明

懸出端長3.5m，砼數量為79.3m3，砼重荷載為79.3×26=2061.8kN，其余的施工人員、機具設備、振搗砼、模板及支架等荷載經計算，總合為123.7kN，將以上所有荷載簡化成由0 號塊底板下的11 根I32b 工字鋼縱梁承擔，并考慮承載不均衡系數1.2。

縱梁簡化成受均布線性荷載的簡支梁；橫梁則按承受均布線性荷載的二等跨連續梁；托架的水平桿及斜撐均按兩端為鉸接的桿件進行簡算；因斜撐為軸心受壓桿件，承載驗算時引入了失穩系數。

5.2 驗算結果及說明

由表2 的驗算結果可知，支撐系統各主要桿件承載強度滿足施工要求。

表2 支撐系統各主要桿件承載驗算結果

6 結語

通過對墩頂錨固三角架法實施多項優化及創新，提高了安全可靠性，使該法能夠應用于本項目大尺寸、長懸挑的0 號塊支撐；同時，技術改進后的托架施工更為簡便快速，大幅度降低了施工成本（經評估，較改進前的方案降造約28%）。為了確保安全，在施工期間，在托架上設置了位移、壓力傳感器，進行了信息化、數字化的安全監測，監測結果表明，支架安全穩固，滿足施工要求。該工法可供其它類似大尺寸、高墩0 號塊模板支撐方案進行參考。