裝配式牛腿托架及反拉預壓在 0 # 塊施工中的應(yīng)用

李育林 李志剛

摘要：文章以賀州至巴馬高速公路（都安至巴馬段）三分部主線紅水河特大橋0#塊施工為工程背景，介紹了一種采用千斤頂進行反拉加載的裝配式牛腿托架預壓技術(shù)的設(shè)計方案與施工工藝。

關(guān)鍵詞：0#塊施工;托架預壓;連續(xù)剛構(gòu)橋

文獻標識碼：U443.16-A-39-134-3

0 引言

連續(xù)剛構(gòu)橋一般是采用掛籃進行懸臂對稱施工，0#塊作為掛籃施工的起始塊段，具有截面尺寸大、混凝土澆筑量大等特點，因此0#塊的施工至關(guān)重要。當橋梁上跨峽谷、河流、既有線路或橋墩墩身過高時，采用落地支架法進行0#塊施工的方法已經(jīng)不再適用。本文介紹了一種采用裝配式牛腿托架及千斤頂反拉預壓托架進行0#塊施工的技術(shù)，施工時可以不受橋墩處地形條件的影響，為0#塊的施工提供便利。

1 工程概況

賀州至巴馬高速公路（都安至巴馬段）三分部新建主線K404+403紅水河特大橋主橋為三跨預應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋，主橋跨徑布置為（100+185+100） m，主橋主梁采用單箱單室變截面預應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁。主墩采用雙肢實體墩，順橋向雙肢中心間距11.3 m，單肢墩頂順橋向?qū)?.7 m，橫橋向?qū)?.05 m，墩身高度為29.079 m，均位于紅水河中。如圖1所示。

墩頂0#塊尺寸（長×寬×高）為（16×14.55 ×13） m，底板寬8.05 m，兩側(cè)懸臂長度為1.5 m。0#塊澆筑混凝土共計949.2 m3，重2 467.9 t。如圖2所示。

2 裝配式牛腿托架設(shè)計

2.1 托架系統(tǒng)設(shè)計

牛腿托架系統(tǒng)由裝配式托架、卸荷塊、縱橫向分配梁、側(cè)模桁架、托架加勁平聯(lián)等構(gòu)件組成。其構(gòu)造如圖3、圖4所示。

整個托架系統(tǒng)的受力路徑為：鋼模板→I25工字鋼縱向分配梁→I45a工字鋼大橫梁→卸荷塊→牛腿托架。

順橋向在橋墩兩個雙肢實體墩上安裝四榀裝配式牛腿托架，牛腿托架采用單肢I45b工字鋼在地面按設(shè)計尺寸進行加工，利用塔吊進行吊裝安裝。為便于安裝，雙肢實體墩之間的牛腿斷開60 cm，待牛腿安裝完成后再進行焊接連成整體。

縱橫向分配梁及卸荷塊按照設(shè)計的尺寸及間距安裝在牛腿托架上。為了保證結(jié)構(gòu)的整體剛度，縱向分配梁與橫向分配梁之間及橫向分配梁與托架之間采用焊接進行連接[1]。

2.2 托架系統(tǒng)驗算

整個0#塊牛腿托架系統(tǒng)采用Midas Civil結(jié)構(gòu)仿真分析軟件對結(jié)構(gòu)進行強度、剛度及穩(wěn)定性受力分析，荷載值及荷載工況按相關(guān)規(guī)范及設(shè)計進行選取，邊界條件按施工實際情況進行添加。如圖5所示。

經(jīng)計算，整個托架系統(tǒng)的最大組合應(yīng)力為175.4 MPa，小于Q235鋼材抗彎強度設(shè)計值205 MPa;剪應(yīng)力為94.8 MPa，小于Q235鋼材抗剪強度設(shè)計值120 MPa;最大變形為4.17 mm，小于撓度允許值L/400=10 mm;在風荷載作用下托架整體失穩(wěn)時臨界荷載系數(shù)為7.29，偏于安全，結(jié)構(gòu)不會失穩(wěn)。

3 裝配式牛腿托架施工

3.1 整體施工流程

墩身施工時預埋各種預埋件→托架構(gòu)件加工→托架拼裝搭設(shè)→托架預壓→調(diào)整底模標高→分配梁及桁架安裝。

3.2 預埋各種預埋件

托架下支點伸進主墩墩身混凝土的部分設(shè)計深度為50 cm，施工時采用1 cm厚的鋼板加工成內(nèi)徑尺寸為長49 cm、寬19 cm、高50 cm的鐵盒。鐵盒一端敞口，每邊比設(shè)計構(gòu)件尺寸大2 cm，待墩柱施工到相應(yīng)標高時將鐵盒進行預埋。托架預埋件須用測量儀器跟蹤測量，為保證托架頂面為同一水平面，預埋位置誤差控制在1 cm以內(nèi)。預埋位置處墩身混凝土往下（5+7.5+7.5） cm布設(shè)3層螺紋鋼鋼筋網(wǎng)，對預埋位置下的混凝土進行局部加強，防止托架下支點承受荷載后導致混凝土崩裂。

托架豎桿處通過預埋50 mm鋼管，對穿32 mm精軋螺紋鋼，使托架豎桿與主墩墩身緊貼在一起。牛腿托架安裝后對精軋螺紋鋼進行張拉施加預應(yīng)力，防止托架受力后變形過大背離主墩墩身，導致結(jié)構(gòu)失穩(wěn)。

3.3 托架構(gòu)件加工

托架構(gòu)件采用在地面的工廠內(nèi)進行統(tǒng)一加工。加工前各構(gòu)件按照設(shè)計的尺寸進行1∶1的放樣下料，構(gòu)件焊接時采用CO2氣體保護焊進行焊接，以保證托架結(jié)構(gòu)的焊接質(zhì)量。

3.4 托架拼裝搭設(shè)

托架在地面加工完成后采用橋墩附近設(shè)置的塔吊進行吊裝安裝，并及時上緊精軋螺紋鋼將主墩墩身兩側(cè)的兩片牛腿托架緊固，復核托架牛腿標高及平面位置后，將墩柱間斷開的牛腿進行焊接連接，讓每榀牛腿連接成整體。托架安裝完成后及時安裝四榀牛腿間的平聯(lián)，增強牛腿托架間的剛度。

3.5 托架預壓

托架預壓采用千斤頂反拉的方式進行加載荷載，預壓的總荷載值為1.15倍的墩頂梁段一期恒載重量[2]。

承臺施工時，提前在承臺相應(yīng)位置的混凝土內(nèi)埋設(shè)鋼絞線。鋼絞線埋入端采用錨墊板對鋼絞線進行固定，以增強鋼絞線的錨固力;鋼絞線另一端伸出承臺外作為牛腿托架預壓時反拉的傳力結(jié)構(gòu)。

托架焊接成整體且托架豎桿處精軋螺紋鋼預應(yīng)力張拉完成后，在托架上方安裝雙拼I50a工鋼扁擔梁，在扁擔梁上面安放穿心式千斤頂（千斤頂使用前先標定），將承臺預埋的鋼絞線進行接長，穿過雙拼I50a工鋼和穿心式千斤頂，并用工作錨具進行錨固。鋼絞線接長時要保證垂直度，避免預壓時扁擔梁偏心受力。預壓按照總荷載的25%、50%、75%、100%分4個階段進行。預壓前計算好每個階段的千斤頂油表讀數(shù)，預壓時需讓千斤頂同步頂升，達到對托架結(jié)構(gòu)均布施加預壓荷載的目的。每一階段的預壓荷載達到設(shè)計值后，穩(wěn)壓5 min，測量托架的變形值，并觀察托架的受力情況，同時查看托架是否有變形過大、焊縫開裂等情況，若有則需查明情況后再進行預壓。千斤頂全部加載完成，托架變形滿足設(shè)計及規(guī)范要求后，將千斤頂進行卸載，計算托架結(jié)構(gòu)的彈性和非彈性變形，利用卸荷塊調(diào)節(jié)0#塊的底模標高，開始0#塊的下一道施工工序。

4 結(jié)語

紅水河特大橋主墩墩身高且位于河水中，利用裝配式牛腿托架和千斤頂反拉加載的托架預壓技術(shù)進行0#塊的施工，整個施工過程操作簡單，用時較短，裝配式牛腿托架結(jié)構(gòu)受力合理，托架預壓時人員可以在主墩墩柱上操作油泵和讀取標高數(shù)據(jù)，施工安全有保障。該施工技術(shù)特別適用于上跨峽谷、河流，既有線路或橋墩墩身過高的橋梁0#塊的施工，對類似工程有一定的借鑒意義。

參考文獻

[1]汪小鵬.懸空托架在連續(xù)剛構(gòu)橋邊跨現(xiàn)澆段施工中的應(yīng)用[D].西安：長安大學，2012.

[2]周彥文，汪泉慶，孫 鵬.大跨徑連續(xù)梁0號塊托架結(jié)構(gòu)設(shè)計及預壓施工[J].世界橋梁，2019（3）：32-37.

收稿日期：2021-03-18

作者簡介：

李育林（1986—），高級工程師，主要從事路橋施工技術(shù)研究工作。