高空T構橋墩頂梁段施工技術

楊平波

（山西省交通科學研究院，山西 太原 030006）

1 工程概況

某特大橋跨越黃河兩岸，連接秦晉兩省。主橋為75+4×120+75=630 m六跨預應力混凝土剛構－連續(xù)梁組合橋。墩頂梁段由0#、1#塊段合成，梁長12 m，兩端伸出懸臂長度3.5 m。6#、10#邊跨墩墩梁為鉸接連接，7#～9#墩墩梁為剛性固接。墩頂梁段截面形式為單箱單室箱梁結構，箱室內(nèi)有橫隔板，梁高6.6 m，底板寬6.5m，頂板寬12m，腹板厚度70c m，底板厚度由150～65cm變化，頂板厚度0#段50cm，1#段28cm。箱梁采用三向預應力體系：縱向采用16－7 Φ5鋼絞線鋼束，橫向3-7 Φ5鋼絞線鋼束,豎向采用Φj 32高強精軋螺紋鋼筋。梁段混凝土標號為C 50，每個梁段混凝土方量291 m3，重756 t。

本橋主墩墩身為5 m×6.5 m單肢空心薄壁結構柔性墩，最大墩高66 m，梁段兩端伸出墩身懸臂長度達3.5 m，如此大的懸臂長度比同一般同類橋型結構比較少見，故此結構的墩頂梁段對施工承重托架的設計提出更高的要求。

2 施工方案選擇

對于高空T構橋的墩頂梁段施工方法一般采取附著式托架法。根據(jù)本墩頂梁段的結構特征，并結合本單位以往在其他類似工程中的施工經(jīng)驗，通過常見的3種托架結構形式從受力安全、安拆操作方便安全性、經(jīng)濟效益等方面進行綜合研究和比較（見表1），最后選用牛腿組合貝雷梁式托架。

表1 附著式托架結構形式比選

3 托架設計

托架作為墩頂梁段施工的承重體系和作業(yè)平臺，主要承受由混凝土自重荷載、支架和模板的重量、機具和施工人員的重量、施工振動荷載，通過托架和牛腿傳遞到墩身上?？紤]托架設計的承載能力和施工的可操作性，混凝土采取分層二次澆注，第一層高度H1=3.3 m，第二層高度H2＝3.3 m，待第一層混凝土達到90%以上混凝土強度后再進行第二層混凝土澆注，此時認為第一層已具備承受自身重量荷載，故托架設計僅考慮荷載較大的一層混凝土的重量荷載。

托架主要由附著牛腿、懸臂斜撐桿、縱梁、橫梁、作業(yè)平臺、卸落砂桶等6個單元組成。附著牛腿設在墩身左右兩側面上，每面上下各2個，形成4個縱梁的支撐點。通過在附著位置點預埋鋼盒在墩身上，把鋼牛腿穿在鋼盒內(nèi)，再通過對拉鋼筋進行對拉，從而附著在墩身上?？v梁和橫梁均梁采用“321”裝配式貝雷梁拼裝而成，每側縱梁由兩片桁架梁采用耳板焊接合并聯(lián)結在一起，在墩身位置于墊在牛腿的卸落砂桶上，懸臂端用銷子把斜撐桿鉸接在縱梁耳板上，通過斜撐桿連接支撐在下層牛腿上。橫梁長12 m，每根橫梁由貝雷片拼裝成單層雙排桁架梁，置在兩端懸臂部分的兩側縱梁上，每端布置3根，形成附著式托架，作為模板分配梁和翼緣板支架的支撐體。斜撐桿由2[22 a槽鋼組焊加工，支撐在縱梁懸臂3.75 m處端支點上，把支點反力傳遞到牛腿上。作業(yè)平臺采用加強弦桿通過弦桿螺栓連接在橫向桁架梁上，形成伸臂式平臺擔梁，再在擔梁上鋪設方木和木板、圍欄形成封閉式平臺。頂板翼緣板采用鋼管支架，支架支撐在置于橫梁上的縱向I 28 a工字鋼底腳墊梁，形成支撐體系。見圖1。

圖1 鶴楹鮮酵悄苤撐示意圖

4 托架主要構件受力檢算

4.1 設計參數(shù)

（1）鋼筋混凝土容重：26 k N/m3；混凝土超灌系數(shù)：1.05。

（2）模板和支架重量荷載：按0.2倍混凝土重量計算。

（3）施工人員和機具荷載：2.5 k N/m2；施工振動荷載：2.0 k N/m2。

（4）安全系數(shù)：K1=1.2。

（5）構件材料彈性模量和容許應力值：Q 235鋼：E=2.06×105 MPa，[σ]=170MPa，[τ]=85MPa；16 M n鋼：E=2.06×105MPa，[σ]=210 MPa，[τ]=120 MPa。

4.2 橫梁受力驗算

（1）受力計算：橫梁采用單排單層貝雷梁，橫向貝雷梁承受三角支架傳遞的荷載。計算簡圖見圖2、圖3，采用疊加法，對每個橫梁進行計算，結果數(shù)據(jù)見表2。

表2 各排橫梁受力計算結果數(shù)據(jù)表

（2）強度及剛度驗算：單排單層貝雷梁容許內(nèi)力：[M]=788.2 k N.m；[Q]=245 k N（參考人民交通出版社《裝配式公路鋼橋多用途使用手冊》）。從表 2得：Mmax＝188.1 k N.m；Qmax＝128.7 k N。

K2Mmax=1.2×188.1=225.7 k N.m<[M]=788.2 k N.m

K2Qmax=1.2×1128.7=154.4 k N<[Q]=245 k N

fmax=1.8 m m

4.3 縱向貝雷梁驗算

（1）受力計算：縱向貝雷梁采用單層雙排貝雷梁桁架，受橫梁傳遞下來的荷載，計算圖及計算結果如下：Mmax=137.2 k N.m；Qmax=245.3 k N；fmax=0.1 m m；Ra=Rd=354.8 k N；Rb=Rc=249.3 k N。

（2）強度及剛度驗算：雙排單層貝雷梁容許內(nèi)力：[M]=1576 k N.m；[Q]=490 k N

K2Mmax=1.2×137.2=164.6 k N.m<[M]=1576 k N.m

K2Qmax=1.2×245.3=294.4 k N<[Q]=490 k N

fmax=0.1 m m

4.4 支撐斜桿受力驗算

（1）受力計算:由平衡公式：P-NCOS（90-49）=0

解得：N=470 k N。

（2）應力驗算：支撐斜桿截面特性：支撐斜桿由2根[22 a槽鋼并口組成，22 a槽鋼特性:A=31.8cm2；Ix1=2394cm4；Iy1=157.8cm4；ix1=8.67cm；iy1=2.23cm；z0=2.1cm。

Ix=2×Ix1=2394×2=4788cm4

Iy=2×[Iy1+A×（y-z0）2]=2×[157.8+31.8×（8-2.1）2]=2379cm4

圖2

=73.4

查b類截面軸心受壓構件穩(wěn)定系數(shù) φ 得：φx=0.85；φy=0.729

MPa＜[σ]=170 MPa

=121.6 MPa＜[σ]=170 MPa

圖3

4.5 焊縫受力驗算

（1）斜撐桿與平衡擔梁連接焊縫：焊縫計算僅考慮側向焊縫，端焊縫作為安全儲備。

hf=100 m m；lw=290-10=280 m m

V=NCOS 49=308 k N

（2）耳板與縱梁連接焊縫：

hf=10 m m；lw=400-10=390 m m

V=NCOS 49/2=154 k N；M=V×0.15=23.1 k N/m

5 墩頂梁段施工

5.1 托架安裝

托架安裝次序為：牛腿→平衡擔梁→縱梁→縱梁對拉及平聯(lián)→斜撐桿→橫梁→鋼管支架墊梁→作業(yè)平臺→底模分配梁→底模。牛腿在墩身施工完畢并拆除模板后進行安裝，牛腿、砂筒、平衡擔梁的安裝利用塔吊沿著墩身吊掛一吊籃作為空中作業(yè)臺，操作人員站在籃中進行安裝作業(yè)。縱梁采取在地面預先把貝雷桁架拼裝組合成型，每根梁重約3 t，然后用塔吊逐根吊裝安放在已安好的牛腿上，由于縱梁高度高，寬度小，吊放在砂筒上后立即采用短鋼筋臨時與牛腿焊連，并用鐵絲栓在墩頂鋼筋上，使之站立穩(wěn)固，防止傾倒墜落，而后在墩身兩正側面各用2根精軋螺紋鋼上下穿過兩側縱梁和對拉分配梁，兩頭擰上螺母對拉，最后再安裝各端部的平聯(lián)裝置，即形成一附著在墩身上的共體支撐梁?？v梁安裝完畢后，須檢查高程是否符合設計要求，高于設計標高時，通過調(diào)整砂筒的高度進行糾正。斜撐桿在縱梁地面拼裝時將其一端用銷子連在縱梁上，隨著縱梁一起吊裝，待縱梁安裝后，把其下端頭拉到平衡擔梁上進行焊接。橫梁同縱梁一樣在地面預先拼裝，然后按照設計位置逐個吊放擱置在縱梁上，接著采用聯(lián)結花窗把各片橫梁連成一體。橫梁安裝完畢后基本形成了一個高空托架平臺，其他構件按照設計要求位置逐件吊裝就位。

5.2 托架加載試驗

加載試驗的目的是檢驗托架構件在墩頂梁段第一層施工時荷載作用下的承載能力及穩(wěn)定性，確保施工安全。采取在托架受力最大的懸臂端支點上集中加載，通過設置橫梁傳遞，即可檢驗支撐斜桿、下牛腿、連接焊縫及連接銷子等受力最不利構件的承載能力。

加載采取千斤頂反壓加力的方法，在桁架縱梁兩懸臂端支點位置設置橫擔梁作為傳遞體，通過置在每端橫梁上的4個千斤頂（最大張拉力60 t）同步張拉拉索(4根φ15.24鋼絞線)，形成反壓集中力作用在橫梁上。拉索一端用Y M 15-5工作錨具和夾片錨固在反力錨固鋼架座上，另一端在橫梁底面設置一特制錨具(在Y M 15-5錨具的中間鉆一Ф35 m m的通孔)聯(lián)結，用Ф32精軋螺紋鋼穿過錨具的通孔與千斤頂連接。

加載采取分5級加載和5級卸載逐步進行，并用水平儀測量每級加載時托架的變形量?？紤]到托架的重量及已安裝的部分模板的重量已經(jīng)直接作用，最大加載力確定為：N=1.1 P=1.1×355=391 k N。經(jīng)過試驗及施工實踐表明：桁架式托架剛度大、變形?。ㄗ畲髲椥宰冃? m m）、整體穩(wěn)定性好、安全性比較大。

5.3 混凝土澆注

墩頂梁段外側模板采用墩身的大塊鋼模，內(nèi)側采用組合鋼模組拼，翼緣板采用專制的鋼模采用鋼管支架支撐，內(nèi)拱頂板采用專制的鋼架和鋼管支架支撐模板?；炷练譃?次澆注，第二層澆注待第一層混凝土強度達到設計強度的90%以上后方可進行。混凝土采用高壓輸送泵從攪拌站輸送入模，最大輸送距離480 m。澆注按照先兩懸臂端，后墩頂部；先底板，后腹板的順序?qū)ΨQ均勻布料。在梁段內(nèi)腔搭設臨時作業(yè)鋼管架作業(yè)臺，通過對稱挪動出口管來回循環(huán)進行各部位的混凝土澆注。

5.4 托架拆除

墩頂梁段全部施工完畢，并進行預應力體系張拉后即可進行支架、模板、托架的拆除。托架拆除按照從上至下逐層進行，采用卷揚機和倒鏈葫蘆穿過梁頂上的預留孔，配合前拖后拉，把各榀桁架橫梁托至梁端頭部，再用塔吊把其整件吊下地面?？客鈧鹊目v梁采用卷揚機從兩頭進行吊裝整體下放，靠內(nèi)側的縱梁由于受塔吊附著架的阻擋，采用卷揚機配合塔吊，采取前托后拉，邊拖邊放的方式把其拖出梁的范圍，再用塔吊吊放。

6 結束語

實踐證明，采用貝雷桁架梁結合牛腿的托架具有受力簡單、強度高、剛度大、安全可靠、安裝拆除方便等優(yōu)點。對于端部懸臂較大的墩頂高空現(xiàn)澆段施工采用此法應當是一種比較理想、可行的選擇。

[1]石治峰.抱箍+貝雷梁現(xiàn)澆箱梁支架施工技術及受力計算[J].山西交通科技，2011（3）：37.

[2]成學政.大跨度梁橋腹板豎向預應力施工技術研討[J].山西交通科技，2010（1）：56.

[3]交通部.J T J041-2000.公路橋涵施工技術規(guī)范[S].北京：人民交通出版社，2000.