連續剛構橋大體積0#塊施工關鍵技術研究

劉洋 李鵬飛

收稿日期：2024-02-01

作者簡介：劉洋（1987—），男，本科，工程師，研究方向：工程技術。

通信作者：李鵬飛（1995—），男，本科，助理工程師，研究方向：工程技術。

摘要 連續剛構橋作為一種新體系，結合了傳統T形剛構橋和連續梁橋的特點，將傳統T形剛構橋原本寬大笨重的橋墩減輕減薄，使橋墩與橋梁固結，主梁形成連續梁體，具有內力分布合理、施工便捷、行車平順等特點。對于連續剛構橋施工而言，0#塊澆筑混凝土方量龐大，并且具有結構復雜、工作持續時間長等特點，是施工過程中的重難點。文章在參照大量文獻的基礎上，結合現有施工技術，以一座跨徑為（64+115+64）m的連續剛構橋為背景，根據現場施工條件，運用有限元分析軟件，對連續剛構橋主跨115 m墩大體積0#塊進行分析，優化關鍵流程與施工技術，從而指導現場施工，為同類工程提供參考。

關鍵詞 橋梁工程；連續剛構；0#塊；托架

中圖分類號 U445.4文獻標識碼 A文章編號 2096-8949（2024）11-0165-03

0 引言

高墩大跨徑連續剛構橋，常采用臨時托架作為0#節段施工的作業平臺和受力支撐結構[1]，其澆筑之前的強度剛度驗算以及澆筑過程中0#塊的線形變化情況，直接關系到對托架承載能力的設計要求和分2次澆筑形成的0#號塊的安全性。如果只單純的將0#施工全部依靠有限元計算軟件，在施工過程中不對其進行監測控制，那么有限元軟件設計的不合理以及施工過程中的各種不穩定因素將會對0#塊的安全性造成一定影響[2]，嚴重的甚至會影響整座連續剛構橋質量。故該文將結合一座跨徑為（64+115+64）m的連續剛構橋的大體積0#塊，研究和探討0#塊混凝土澆筑過程中托架的受力計算模型，并且結合施工控制技術，在施工過程中對0#塊進行監控監測，為我國建設同類型橋梁大體積0#塊澆筑施工確定托架的結構形式和平面布置，提供參考和借鑒。

1 工程概況

1.1 工程項目簡介

以某連續剛構橋項目為例，該橋整體箱梁采用直腹板的單箱單室結構，箱梁頂板（橋面）寬度為10.8 m，底板寬度為5.8 m，外翼板懸臂長2.5 m，箱梁頂板設置成2%雙向橫坡，0#塊高為7 m，長12 m。0#塊重量為951.13 t。

邊支點和跨中截面中心處梁高3.5 m，中支點截面中心處梁高7.0 m，梁高按二次拋物線變化，自箱梁根部起48 m范圍內按二次拋物線梁高（H）由7.0 m變化至3.5 m。箱梁邊跨近支點附近腹板厚度由0.45 m線性變化至0.6 m，邊跨及中跨向主墩腹板厚度由0.45 m—0.6 m

—0.9 m折線型變化，中支點加厚至1.2 m。全橋共設8道橫隔板，分別設于中支點、邊支點截面，厚度分別為1.8 m、2 m，主墩位置根據雙肢薄壁墩結構設置2道隔板。具體情況如圖1所示。

1.2 施工方法

0#塊采用牛腿托架現澆法施工。為預防梁體溫度裂縫及降低施工難度保證施工質量[3]，連續剛構箱梁0#塊分2次澆筑，第一次澆筑0#塊第一層，澆筑高度4 m；第二次澆筑0#塊第二層，澆筑高度3 m。

1.3 施工工藝

施工工藝流程：安裝鋼盒、爬錐等預埋件—安裝三角托架—三角托架預壓—安裝、調整底模—安裝、調整側模—安裝底板鋼筋—搭設作業平臺—安裝腹板鋼筋—安裝、調整內模—安裝、調整下層端模—模板加固及調整—澆筑下層混凝土—混凝土養護—混凝土頂面鑿毛—安裝腹板鋼筋及波紋管—安裝、調整上層端模—澆筑上層混凝土—混凝土養護—預應力施工—支架、模板拆除[4]。

1.4 0#塊托架

墩柱澆筑至0#塊倒角頂部（墩頂處），墩柱施工時需預埋0#塊托架鋼盒、預應力用螺紋鋼筋預埋管道、安拆平臺爬錐等埋件。牛腿預埋鋼盒四周布置鋼筋網片用于抗裂；各結構間焊接定位牢固；預埋鋼盒與牛腿拼裝完成后，間隙采用薄鋼片墊實。三腳架頂部于墩頂向下128.1 cm處預埋4根φ32 mm（PSB830）預應力用螺紋鋼筋貫穿墩身，與另一側墩身三腳架用螺栓緊固，以限制三腳架位移的水平力，單個三腳架最大水平力215.7 kN，單個三腳架共設4根預應力用螺紋鋼筋，單根預應力用螺紋鋼筋實際承受水平拉力為54 kN。

0#塊梁體采用三角托架作為主要支撐，角架長2 m，高2.92 m，三腳架采用雙工40b工字鋼雙拼焊接，三腳架底部牛腿采用20 mm、30 mm厚Q355鋼板焊接成整體，牛腿安裝至墩身預埋鋼盒內，三腳架端連接件與墩身另一側用4根φ32 mm（PSB830）預應力用螺紋鋼筋拉緊，墩身另一側用20 mm鋼板作為預應力用螺紋鋼筋螺母墊板；三腳架焊接采用全周圍單面焊，焊縫高度為10 mm。0#塊三腳架具體布置如圖2所示。

圖2 0#塊三腳架布置圖（mm）

0#塊三腳架安裝完成后，安裝平聯、斜聯，在三腳架上布置200 t卸落塊及I36b主橫梁，內側橫梁上布置I36b分配梁，并安放內側底模，外側橫梁上安放坡度架，坡度架采用[10、∠100*10型鋼焊接組成，并與主梁臨時焊接，再安放外側底模，坡度架下弦桿懸挑部分作為兩側通道分配梁，分配梁上鋪設3 mm、5 mm鋼板作為通道板，臨空面設置1.2高護欄，采用48 mm的鋼管焊接，立柱間距1 m，與平臺焊接并外掛防護網。

2 有限元計算模型建立

2.1 荷載組成

根據現場施工情況，臨時結構檢算需要考慮的主要荷載有：

（1）主梁混凝土容重：26 kN/m3。

（2）混凝土超載（脹模）系數：1.05。

（3）施工機具及人群荷載：3.5 kN/m2。

（4）混凝土振搗荷載：4 kN/m2。

（5）模板自重：1.5 kN/m2。

2.2 荷載組合

強度檢算：1.3×（混凝土重量+托架自重+模板自重）+1.5×（人群及機具荷載+混凝土振搗荷載）。

剛度檢算：混凝土重量+人群及機具荷載+托架自重+模板自重+混凝土振搗荷載。

2.3 托架模型

0#塊托架從上往下的組成：

（1）結構底板：腹板最高7 m。

（2）底模：底模采用6 mm鋼模板，材質為Q235。

（3）模板底縱向分配次梁與坡度架：外側采用坡度架；內側腹板下縱向分配次梁為I25b工字鋼，間距為300 mm和900 mm，內側每側布置3根，共6根；底板下縱向分配次梁為I25b工字鋼，間距850 mm、900 mm，共3

根；翼緣板下縱向分配次梁為I25b工字鋼，間距600 mm、

900 mm，每側布置3根，共8根。

（4）模板底主橫梁：主橫梁為雙拼I36b工字鋼橫橋向布置，順橋向間距為800 mm、900 mm。

（5）三角托架：三角托架由雙拼I40b工字鋼焊接組成。

（6）牛腿預埋鋼盒：角架底部牛腿采用20 mm、30 mm厚Q355鋼板焊接成整體，牛腿安裝至墩身預埋鋼盒內。

根據托架圖紙在Midas Civil軟件中建模，荷載通過分配梁及卸落塊加載于托架上。

2.4 強度驗算

經過計算，0#塊托架總體應力中最大彎曲應力為176.8 MPa＜215 MPa，最大剪應力為82.1 MPa＜125 MPa，滿足規范要求。彎曲應力最大值出現在雙I36b工字鋼橫梁上，剪應力最大值出現在牛腿處。

2.5 剛度驗算

經過計算，0#塊托架最大變形為6.273 mm，最大變形出現在雙I36b主橫梁上，主橫梁長度為12 000 mm，6.273 mm＜12 000/400=30 mm，滿足規范要求。

3 線形檢測對比分析

線形檢測是橋梁施工成橋狀態達到設計目標的必要手段，連續剛構橋、斜拉橋、懸索橋等都要做線形檢測[5]。尤其是大跨徑的連續剛構橋，受材料性能影響、現場施工條件變化、材料加工精度偏差等各種不確定因素的影響，如果不對橋梁進行監控檢測，很難達到設計預期的成橋線形目標，并將對后續的施工造成困難。

3.1 高程測量

在各個施工階段完成各快件的標高，從而測得各階段施工后的橋梁線形，根據梁高變化計算出豎向撓度，并與計算撓度相比較，及時調整偏差。

該文為了進行高程測量，在頂板鋼筋骨架上預埋φ16 mm測點鋼筋，測點鋼筋頂面加工成半球形頂面，高出混凝土頂面2 cm。

為了在施工過程中實時掌握主梁的受力和扭曲情況，在斷面頂面布置3個測點，分別位于中線和梁端翼緣處，底板與腹板倒角下緣布置2個測點。

施工單位結合施工及施工監控，承擔測點的布設工作，測量觀測樁要求統一使用不銹鋼水準標準。

3.2 高程測量結果與模型對比分析

根據現場實際施工，該次0#塊混凝土澆筑分為兩次澆筑，此次測量為第一次澆筑，澆筑高度為4 m，其余部分的腹板鋼筋及模板均未安裝，因此0#、1#、2#三個測點及觀測樁均未布置，僅3#、4#兩個測點進行監控監測。該次測量共測5個斷面，每個斷面2個測點，共10個測點，1#、2#和4#、5#測點分別位于墩柱兩側的倒角處，3#測點位于2#和4#測點中部梁底腹板處。

測得情況如表1所示。

實測最大縱向位移增量出現在3號斷面的3#測點0.116 mm，理論最大縱向位移增量也出現在3號斷面的3#測點0.124，將實測縱向位移增量與理論縱向位移增量進行對比可以發現，實際施工中托架的受力情況較理論計算偏小，但實際施工中整體受力趨勢與模型基本一致。

經過綜合分析，實測值與理論值存在偏差，可能是由于以下原因：①在實際施工過程中，模板底主橫梁部分位置焊接加強筋，對托架整體受力起到幫助作用，而在理論計算過程中并沒有考慮模板底主橫梁加強，因此理論計算值較小。②實際測點布置與理論計算時的測點布置有所偏差。

表1 縱向位移增量實測與理論計算結果比較

斷面 觀測點 實測縱向

位移增量/mm 模型縱向

位移增量/mm 位移差/mm

1 3# 0.071 0.093 0.022

4# 0.077 0.093 0.016

2 3# 0.098 0.123 0.025

4# 0.109 0.123 0.014

3 3# 0.116 0.124 0.008

4# 0.113 0.124 0.011

4 3# 0.115 0.123 0.008

4# 0.101 0.123 0.022

5 3# 0.089 0.093 0.004

4# 0.075 0.093 0.018

4 結論

該文主要通過使用有限元軟件Midas Civil模擬0#塊混凝土澆筑過程，得到托架的最大位移為6.273 mm，遠遠小于規范要求的30 mm最大位移量，說明了在分次澆筑過程中，托架的設計及0#塊澆筑的設計高度是安全的；在澆筑過程中對0#塊進行了線形監控監測，將有限元軟件Midas Civil中的模擬情況和施工監控中的試驗數據進行比較，并對數值分析結果進行總體分析評價，分析評價結果表明有限元軟件Midas Civil對0#塊托架受力情況模擬結果是相符的，并且有將近1.2倍的安全系數考慮，這將為橋梁結構分析從業者從事同類橋梁有限元軟件數值模擬計算提供一些借鑒和參考意義。

參考文獻

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[3]王長柱， 李亞特， 霍志剛， 等. 連續剛構橋0號塊水化熱溫控技術研究[J]. 公路， 2023（8）： 87-94.

[4]梁之海. 高墩大跨度剛構連續梁超高超大體積0#塊施工技術[C]. 第九屆橋梁與隧道工程技術論壇論文集， 中國鐵道學會， 2019： 225-230.

[5]胡斌， 李慶擇. 灰色預測在大跨徑剛構橋施工線形監控中的應用[J]. 鐵道建筑， 2020（5）： 38-42.