大跨度高墩連續(xù)梁0 號現(xiàn)澆支撐系統(tǒng)研究

張雙洋ZHANG Shuang-yang

（中鐵二十三局集團(tuán)有限公司，成都 610000）

0 引言

掛籃懸澆連續(xù)梁的0 號塊需在主墩頂部現(xiàn)澆，其不僅結(jié)構(gòu)復(fù)雜，外形尺寸大，且是安裝掛籃的平臺及后續(xù)懸澆箱梁節(jié)段的基準(zhǔn)，對0 號塊的施工質(zhì)量、線型控制及施工安全要求非常高。故要求模板支撐結(jié)構(gòu)具有強(qiáng)大承載能力，極高的安全穩(wěn)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(xù)梁0 號塊現(xiàn)澆施工時，對墩頂錨固三角架法實(shí)施優(yōu)化及創(chuàng)新，成功地應(yīng)用于連續(xù)梁0 號段的施工，在確保安全、質(zhì)量及進(jìn)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(diǎn)樁號為K57+993.96，終點(diǎn)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(jié)構(gòu)為（65+120+65）m 預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)，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(cè)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(nèi)，箱梁腹板厚0.9m，頂板厚0.5m，底板厚1.2m。

2 箱梁0 號塊現(xiàn)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(jié)構(gòu)復(fù)雜，施工難度大，技術(shù)含量高。西河大橋主距長達(dá)120m，其對應(yīng)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(yè)難度大，安全防護(hù)壓力大。為了確保0 號塊的澆筑質(zhì)量，設(shè)計要求0 號段一次澆筑成型，現(xiàn)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(shè)計安全穩(wěn)固、剛度足夠、技術(shù)可行、造價合理的0 號塊支撐體系成為本項(xiàng)目技術(shù)重點(diǎn)和難點(diǎn)。

針對本項(xiàng)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(shè)計方案，然后從技術(shù)可行性、施工簡便、安全可靠性及經(jīng)濟(jì)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(jīng)多方面的綜合比選，并結(jié)合方案缺點(diǎn)的改進(jìn)可能性，本項(xiàng)目選用了墩頂錨固三角架法，并針對傳統(tǒng)錨固三角架的缺點(diǎn)進(jìn)行了改進(jìn)及優(yōu)化，以確保安全及施工質(zhì)量，減少安全隱患。

2.2 支撐系統(tǒng)設(shè)計方案

2.2.1 墩頂錨固三角架總體設(shè)計

錨固三角托架法為在橋梁墩身頂部設(shè)置錨固于砼中的支承牛腿（或鋼板等），通過與支承牛腿聯(lián)結(jié)，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(gòu)件，形成支撐模板及支架的平臺。然后在平臺上進(jìn)行0 號段的現(xiàn)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(gòu)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?fù)屑荛g加設(shè)由16#槽鋼制作的花架，使主托架聯(lián)結(jié)成穩(wěn)固的整體。

0 號塊懸出段縱向每側(cè)設(shè)置3 片主托架，主托架上焊接2I32b 調(diào)坡立柱，調(diào)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(cè)設(shè)2 片側(cè)面小托架，小托架為側(cè)面翼緣下通長縱梁加設(shè)的中間支撐。在通長縱梁上安裝側(cè)模及翼緣模板。側(cè)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(jié)。

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

操作平臺周邊設(shè)置高度超過1.2m 的圍欄，圍欄外側(cè)掛設(shè)細(xì)目安全網(wǎng)。

托架結(jié)構(gòu)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(cè)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(xì)設(shè)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(xiàng)目對傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改變，設(shè)置預(yù)埋于墩身的上、下牛腿，水平桿搭設(shè)在上牛腿上，上、下腿伸入墩身內(nèi)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(tǒng)支架以焊縫承載的方式，消除了焊縫質(zhì)量缺陷可能產(chǎn)生的安全隱患。牛腿由鋼板焊成箱形結(jié)構(gòu)，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(nèi)部分寬18cm，墩身外外部分寬40cm（便于與斜桿節(jié)點(diǎn)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?shù)装搴附犹幉捎脝芜匳 形角焊縫。下牛腿結(jié)構(gòu)與上牛腿相同，但預(yù)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(yōu)化成銷接形式，而不是傳統(tǒng)的直接焊接。銷接的各節(jié)點(diǎn)均在加工廠內(nèi)完成制造，現(xiàn)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(yè)量，加快了施工速度。

斜撐下節(jié)點(diǎn)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(diào)整梁底縱坡，托架與橫梁間增加調(diào)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(cè)面小托架詳細(xì)設(shè)計

側(cè)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(jié)點(diǎn)板，節(jié)點(diǎn)板有2 個Φ45mm 螺栓孔，通過外部螺栓與墩身預(yù)埋爬錐連接固定。爬錐外側(cè)Φ78mm，外部螺栓Φ42mm，爬錐內(nèi)側(cè)Φ48mm，內(nèi)部預(yù)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(cè)面小托架結(jié)構(gòu)示意見圖4、圖5。

圖4 懸出段三角主托架

圖5 側(cè)面小托架結(jié)構(gòu)示意圖

3 托架安裝

墩身施工時，嚴(yán)格按設(shè)計方案的標(biāo)高及位置進(jìn)行爬錐、上下牛腿的精確預(yù)埋施工，并與墩身牢固聯(lián)結(jié)，確保后續(xù)構(gòu)件的順利安裝及承載安全。

托架的水平桿、斜撐及相應(yīng)的銷接件在鋼構(gòu)件加工廠里進(jìn)行加工、制作、焊接及質(zhì)量檢測，以確保施工質(zhì)量。

構(gòu)件在現(xiàn)場吊裝，并嚴(yán)格檢查安裝質(zhì)量，不符合要求的立即改進(jìn)，完成安裝的托架經(jīng)多方驗(yàn)收通過后，方可進(jìn)行預(yù)壓。

4 托架預(yù)壓

4.1 預(yù)壓目的

為清除因安裝工藝、材質(zhì)本身、構(gòu)件間存在間隙而產(chǎn)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(biāo)高的調(diào)整提供數(shù)據(jù)。

4.2 預(yù)壓方法

預(yù)壓是確保托架安全及檢驗(yàn)托架質(zhì)量的關(guān)鍵工序，本項(xiàng)目改變以往堆載預(yù)壓的試驗(yàn)方法，采用千斤頂+根精軋螺紋鋼體系進(jìn)行荷載的施加。該方法不需準(zhǔn)備大量的堆載材料及吊裝作業(yè)，加快了進(jìn)度，降低了成本。且通過設(shè)置壓力傳感器和電腦控制，可精確控制加載力數(shù)值和順序，更能真實(shí)模擬施工荷載的作用。

預(yù)壓在模板及支架安裝前進(jìn)行。在托架拼裝完成后，利用在墩頂預(yù)埋的Ф32mm 精軋螺紋鋼筋錨固預(yù)壓桁架作為張拉底座進(jìn)行預(yù)壓。預(yù)壓桁架在橋墩大小里程各2個，預(yù)埋的精軋螺紋與外側(cè)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(shè)4 組，三角托架上方設(shè)置2I40b 工字鋼兩組，在2I40 工字鋼上方且與外側(cè)的兩個三角托架同一斷面的位置設(shè)置3I50b 工字鋼兩組，在I50b 工字鋼與預(yù)壓桁架間設(shè)置預(yù)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(shè)觀測點(diǎn)。

按梁段設(shè)計尺寸圖及實(shí)際施工荷載的分布情況，計算每個千斤頂?shù)暮奢d應(yīng)施值。逐級加載（分四級：20%～60%～100%～120%）至預(yù)壓值，并按規(guī)范要求分級測量及記錄托架變形值。

5 主要構(gòu)件的承載檢算

5.1 荷載取值及驗(yàn)算說明

懸出端長3.5m，砼數(shù)量為79.3m3，砼重荷載為79.3×26=2061.8kN，其余的施工人員、機(jī)具設(shè)備、振搗砼、模板及支架等荷載經(jīng)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(dān)，并考慮承載不均衡系數(shù)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(xù)梁；托架的水平桿及斜撐均按兩端為鉸接的桿件進(jìn)行簡算；因斜撐為軸心受壓桿件，承載驗(yàn)算時引入了失穩(wěn)系數(shù)。

5.2 驗(yàn)算結(jié)果及說明

由表2 的驗(yàn)算結(jié)果可知，支撐系統(tǒng)各主要桿件承載強(qiáng)度滿足施工要求。

表2 支撐系統(tǒng)各主要桿件承載驗(yàn)算結(jié)果

6 結(jié)語

通過對墩頂錨固三角架法實(shí)施多項(xiàng)優(yōu)化及創(chuàng)新，提高了安全可靠性，使該法能夠應(yīng)用于本項(xiàng)目大尺寸、長懸挑的0 號塊支撐；同時，技術(shù)改進(jìn)后的托架施工更為簡便快速，大幅度降低了施工成本（經(jīng)評估，較改進(jìn)前的方案降造約28%）。為了確保安全，在施工期間，在托架上設(shè)置了位移、壓力傳感器，進(jìn)行了信息化、數(shù)字化的安全監(jiān)測，監(jiān)測結(jié)果表明，支架安全穩(wěn)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(jìn)行參考。