白帝城長江大橋主塔橫梁施工工藝

摘要 白帝城長江大橋為主跨916 m的鋼箱梁懸索橋，橫梁支架主要構(gòu)件為貝雷梁支架、桁架和鋼牛腿，中橫梁支架倒角采用型鋼焊接。經(jīng)優(yōu)化設(shè)計，中橫梁支架采用2片桁架進(jìn)行施工。文章針對白帝城長江大橋主塔橫梁施工進(jìn)行研究。結(jié)合實際概況從施工工藝中的中橫梁支架設(shè)計、支架計算、主要施工方案等方面進(jìn)行分析，提出該大橋主塔橫梁主要施工工藝，減少項目施工的總體投入，取得良好的經(jīng)濟(jì)效益，為后續(xù)該類橋梁的橫梁施工提供參考。

關(guān)鍵詞 懸索橋;橫梁施工;支架施工;支架設(shè)計

中圖分類號 U445.4文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A文章編號 2096-8949（2022）11-0070-03

引言

橋梁工程是高速公路建設(shè)的重要部分，文章針對安康至來鳳國家高速公路重慶奉節(jié)至巫山（渝鄂界）段白帝城長江大橋施工進(jìn)行研究，從主塔橫梁施工中橫梁支架設(shè)計、支架計算、主要施工方案等方面對其施工工藝進(jìn)行探討[1]。該項目建設(shè)促進(jìn)了西安—三峽—張家界區(qū)域的旅游發(fā)展、秦巴和武陵山區(qū)脫貧攻堅，對全面建成小康社會和提升交通運輸水平具有重要意義。

1 工程概況

安康至來鳳國家高速公路重慶奉節(jié)至巫山（渝鄂界）段白帝城長江大橋全長1 170 m，起止樁號K6+363～K7+533，橋型布置為2×65 m T型剛構(gòu)+916 m鋼箱梁懸索橋+4×30 m先簡支后連續(xù)T梁。

兩岸索塔均采用直線型內(nèi)傾的斜塔，索塔由橫梁、橫梁組成鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)。2#索塔塔座以上高度為186.20 m，3#索塔高度為158.30 m，兩岸主塔橫梁結(jié)構(gòu)及標(biāo)高相同。

主塔橫梁與主塔采用異步的施工工藝，即在主塔塔身施工及液壓爬模超過橫梁頂標(biāo)高后，再進(jìn)行橫梁支架的安裝及施工，主塔施工至橫梁位置時預(yù)埋好橫梁的鋼筋及相應(yīng)預(yù)埋管道，橫梁施工滯后主塔塔柱約3個節(jié)段[2]。

2 主要施工工藝

2.1 施工方法概述

（1）由于施工期長江水位為豐水期，橋址位置水位高程為173.0 m，已將主塔底橫梁淹沒，采用螺旋鋼管滿堂支架方式不能施作，中橫梁距地面高度為74.12 m，綜合考慮施工周期、工程造價等方面因素，擬采用型鋼桁架的方案對中橫梁進(jìn)行施工，中橫梁支架計劃由專業(yè)生產(chǎn)廠家進(jìn)行生產(chǎn)，上橫梁只需在中橫梁的基礎(chǔ)上減去相應(yīng)桿件后利用。

（2）索塔塔身與中橫梁采用異步施工的方案，橫梁總體分為三次澆筑，首次澆筑倒三角部分，第二次澆筑底板及腹板4 m高，第三次澆筑剩余混凝土。

2.2 中橫梁支架設(shè)計

2.2.1 桁架設(shè)計

支架采用少支架體系，從下至上一次為2×H600×200型鋼桁架、2×700×300 mm H型鋼梁、貝雷梁主梁、I20a分配梁及模板體系，具體支架設(shè)計圖如圖1所示。采用2榀材質(zhì)為Q355的雙拼H600×200型鋼對中橫梁桁架進(jìn)行加工，桁架上面依次為雙拼2H700×300型鋼橫梁、貝雷梁縱梁、分配梁與模板系統(tǒng);桁架采用連接板及M27高強(qiáng)螺栓的形式連接，兩榀桁架之間間距為5.4 m，采用雙拼I32a工字鋼與雙拼I25a工字鋼進(jìn)行縱向連接為一整體結(jié)構(gòu)，具體設(shè)計如圖1所示。

2.2.2 支架計算

中橫梁支架設(shè)計情況：桁架全長29.2 m，高10.3 m，橫橋向依次為兩側(cè)布置倒角處雙拼32a工字鋼支架、中間布置18 m長貝雷梁;順橋向依次布置18組貝雷梁，間距為45 cm;在每片貝雷梁的支撐點上安裝20a工字鋼分配梁，共計64根，分配梁上方采用10#槽鋼+1.5 cm厚竹膠板作為支撐底模，主要受力為每根分配梁對應(yīng)的混凝土荷載+施工荷載，采用線荷載的方式加載到分配梁上進(jìn)行模擬計算。

（1）橫梁支架荷載計算。主要分為三種工況計算橫梁支架，工況一為采用整個橫梁全重加載到桁架上進(jìn)行計算，工況二為按實際澆筑情況進(jìn)行荷載加載，先僅在桁架上加載實心倒角處的混凝土荷載;澆筑第二次混凝土?xí)r加載第二次澆筑的混凝土荷載到橫梁支架上，并驗算實心混凝土倒角的受力情況是否滿足要求;澆筑第三次混凝土?xí)r將荷載加載到已澆筑完成的橫梁上，驗算橫梁混凝土的強(qiáng)度是否滿足要求[3]。

第三次澆筑混凝土?xí)r，間隔時間可達(dá)到15天，橫梁第一次澆筑的混凝土已凝固，此時第二次澆筑的混凝土質(zhì)量主要作用在首次澆筑的部分，因此采用 Midas實體模型對分別對桁架、已澆筑的混凝土部分進(jìn)行受力驗算。

（2）計算結(jié)果（如表1）。經(jīng)兩種工況對比計算，主塔橫梁及支架均能滿足要求。

2.3 桁架鋼牛腿設(shè)計計算

鋼牛腿采用材質(zhì)為Q355的鋼板進(jìn)行焊接加工，根據(jù)設(shè)計情況，鋼牛腿主要承受桁架的支撐反力，每片桁架上下支點各設(shè)置一個鋼牛腿共計四個，根據(jù)桁架計算出來的支撐反力可知，按混凝土全重計算時鋼牛腿受到的豎向反力最大，為256 t。牛腿結(jié)構(gòu)設(shè)計時，主要受力支撐板采用2 cm鋼板進(jìn)行焊接，共設(shè)計三塊豎向鋼板，每塊鋼板之間的距離為13 cm，整個牛腿焊接完成后的長、寬、高依次為0.7 m、0.47 m、0.82 m，為保證鋼牛腿與主塔塔柱的密切接觸，設(shè)置8根直徑φ32 mm的精軋螺紋鋼筋為拉桿，在安裝時每根精軋螺紋鋼上預(yù)先施加45 t的拉力，保證鋼牛腿牢牢貼緊在塔柱上[4]。

采用Midas Civil軟件按鋼牛腿的實際尺寸，對牛腿進(jìn)行單元劃分，采用板單元的形式建立牛腿模型，共建立節(jié)點564個，板單元752個，以桁架實際的反力加載到鋼牛腿上，并對鋼牛腿進(jìn)行受力分析。

鋼牛腿按照最大反力荷載施加后通過計算得出，牛腿中板單元的最大應(yīng)力為103.68 MPa，為中間受力的板單元上，最大變形為0.326 mm，均滿足規(guī)范要求。因此計算得出鋼牛腿能完全滿足要求。

2.4 主要施工方案79CEAFD1-90FC-4645-AAF6-3BCFF485F3C6

2.4.1 橫梁施工預(yù)埋件

（1）支架預(yù)埋板。支架預(yù)埋件采用型鋼牛腿作為支點，墩柱施工時預(yù)埋槽口，便于安裝鋼牛腿，施工前將鋼牛腿所需要的預(yù)埋件采用厚2 cm鋼板焊接為長寬高分別為32 cm、27 cm、42 cm的箱子，并在箱子四周1.5 m范圍內(nèi)采用φ16 mm鋼筋網(wǎng)進(jìn)行加強(qiáng)處理后再澆筑混凝土?；炷翝仓r必須保證預(yù)埋件周邊混凝土的密實度，現(xiàn)場管理人員須嚴(yán)格進(jìn)行驗收。

（2）橫梁鋼筋預(yù)埋。由于主塔與橫梁異步施工，因此橫梁施工過程中需要預(yù)埋橫梁鋼筋，主塔與橫梁采用Φ28 mm、Φ20 mm兩種帶肋鋼筋連接;鋼筋接長采用套筒進(jìn)行連接，在主塔施工時按設(shè)計鋼筋位置及間距提前預(yù)埋好連接套筒，在橫梁鋼筋安裝時直接在原材料上攻絲后安裝即可。

（3）預(yù)應(yīng)力管道預(yù)埋。白帝城長江大橋主塔中橫梁預(yù)應(yīng)力設(shè)計共40束，每束由19根鋼絞線組成，分別位于橫梁的底板和頂板內(nèi)部。波紋管直徑為120 mm的塑料波紋管，安裝前需進(jìn)行檢驗合格，其固定采用10#光圓鋼筋焊接為“井”字架后與主筋連接定位，焊接時注意防止焊渣燒傷波紋管，采取防護(hù)措施，避免波紋管被燒傷而漏漿;預(yù)應(yīng)力管道在錨墊板外側(cè)連接處預(yù)埋直徑為244.5 mm的無縫鋼管作為連接管道，以滿足橫梁預(yù)應(yīng)力管道接長。

（4）張拉平臺預(yù)埋件。根據(jù)張拉平臺設(shè)計在橫梁相應(yīng)節(jié)段施工預(yù)埋鋼板，后期焊接工作平臺即可。

2.4.2 支架安裝

（1）桁架的拼裝。型鋼支架在生產(chǎn)廠家生產(chǎn)完成后，需進(jìn)行試拼裝后再運輸?shù)浆F(xiàn)場進(jìn)行拼裝，采用高強(qiáng)螺栓連接為整體后，用兩臺8 t卷揚機(jī)進(jìn)行吊裝。

（2）桁架吊裝。根據(jù)桁架設(shè)計，單榀桁架拼裝完成后總質(zhì)量約27 t，大橋主塔施工現(xiàn)場僅安裝了兩臺12 t塔式起重機(jī)，塔式起重機(jī)起重重量不滿足要求。因此桁架安裝前，先行在支架上方5 m左右處安裝6組型鋼牛腿作為吊裝平臺（型鋼牛腿采用雙拼20a工字鋼進(jìn)行加工焊接，寬度為2.5 m，能滿足8 t卷揚機(jī)的安裝需求），然后利用卷揚機(jī)及滑輪組將桁架提升至設(shè)計高程（滑輪組采用25 t的雙門滑車），在型鋼牛腿上安裝手拉葫蘆將桁架蕩移至設(shè)計位置，桁架安裝完成后拆除牛腿支架;橫梁支架上的其余H700橫梁、貝雷架、分配梁等質(zhì)量均在塔吊的吊裝重量內(nèi)，可采用塔吊進(jìn)行吊裝。

（3）承重橫梁及砂筒安裝。承重橫梁設(shè)計為雙拼H700×300型鋼，長度為9 m，橫梁下設(shè)置直徑為530 mm的砂筒，砂筒內(nèi)需放置含水量低于1%的天然黃砂[5]。在吊放橫梁前對桁架的實際標(biāo)高進(jìn)行復(fù)查，進(jìn)行砂筒頂標(biāo)高的調(diào)整后再進(jìn)行承重橫梁的安裝，安裝時需保證橫梁與砂筒的中心位置對正，并在砂筒上安裝刻度線，在澆筑混凝土?xí)r實時監(jiān)控砂筒上的刻度線并進(jìn)行記錄。

2.4.3 模板安裝

支架搭設(shè)完畢后進(jìn)行中線、邊線的定位，然后鋪設(shè)底模，底模采用1.5 cm厚的優(yōu)質(zhì)竹膠板，底模與橫梁之間銜接縫采用雙面泡沫膠布密封，保證混凝土澆筑時不漏漿，并且對底模涂刷脫模劑。

側(cè)模用拉桿及槽鋼支撐固定，模板拼縫之間間隙宜采用海綿條及雙面膠堵塞，防止漏漿。模板安裝需保證表面平整，接縫嚴(yán)密，錯臺不得超過2 mm。

2.4.4 混凝土澆筑

橫梁混凝土澆筑采用主塔下方的地泵泵送入模。澆筑混凝土前需對現(xiàn)場人員進(jìn)行技術(shù)交底工作，澆筑時由橫梁的中間向兩端水平分層、縱向分段進(jìn)行澆筑，分層澆筑的厚度控制在30 cm左右，并且在橫梁中間上安裝轉(zhuǎn)換器，要嚴(yán)格控制混凝土均勻澆筑，嚴(yán)禁混凝土集中入?；蚧炷羶H澆筑一側(cè)，形成集中荷載，影響桁架的穩(wěn)定性。

2.4.5 支架拆除

受荷載的側(cè)模板在混凝土強(qiáng)度2.5 MPa以上后便可以拆除。底模及支架必須等待預(yù)應(yīng)力系統(tǒng)張拉及壓漿完成，并且所注入的水泥漿強(qiáng)度達(dá)到100%后即方可拆除。拆除時通過砂箱從跨中向兩側(cè)對稱緩慢進(jìn)行卸載，不得驟然卸落。澆筑混凝土前在橫梁上預(yù)留相應(yīng)孔洞，方便后期利用橫梁頂安裝的卷揚機(jī)配合塔式起重機(jī)拆除支架。

（1）支架拆除流程：砂筒卸載→底模拆除→分配梁拆除→托架拆除→拆除貝雷梁→型鋼支架拆除。

依次由跨中向兩側(cè)抽出底模，再利用葫蘆（塔吊）將I20工字鋼分配梁緩慢拉出，由塔吊吊移至塔底。分配梁拆除過程中不得提前解除貝雷梁支點處的限位卡。

（2）橫梁拆除。橫梁吊裝：兩臺塔吊將橫梁吊移至橫撐平臺，輔助塔吊卸扣轉(zhuǎn)移至卷揚機(jī)，由卷揚機(jī)配合主吊裝塔吊緩慢收繩，將橫梁蕩移出支架范圍，解除卷揚機(jī)牽引繩（專門用一段吊繩接在卷揚機(jī)鋼絲繩上方便解除）砂筒吊裝，將砂筒上下托筒焊接成整體，由塔吊直接吊移至塔底即可。

（3）三角牛腿支架拆除。利用橫撐操作平臺拆除三角牛腿區(qū)支架：割除中間鋼支撐→解除砂筒荷載→拆除模板、分配梁→逐片拆除托架、I32a工字鋼及雙拼36a工字鋼→拆除砂筒→三角支架預(yù)應(yīng)力解除→三角支架割除[6]。

（4）支架拆除時注意事項：①在橫梁澆筑過程中在頂板、底板相應(yīng)位置預(yù)埋孔道，作為卷揚機(jī)鋼絲繩走線通道。②拆除支架前要須在實驗室進(jìn)行混凝土試塊的試驗，確保混凝土及水泥漿強(qiáng)度滿足要求。③拆除支架時，各部位必須安排專人指揮，吊裝前檢查吊具施工牢固。④拆除時嚴(yán)格按照“先搭后拆、后搭先拆”的原則進(jìn)行拆除。⑤支架拆除人員必須佩戴好安全防護(hù)用品。⑥吊裝系統(tǒng)卷揚機(jī)、鋼絲繩、滑輪組、地錨等在使用前必須由安全人員驗收合格方可投入使用。

3 結(jié)語

白帝城長江大橋兩岸索塔橫梁施工支架均采用桁架的結(jié)構(gòu)形式，桁架采用Q355材質(zhì)的型鋼進(jìn)行加工，極大減輕了橫梁支架自身的結(jié)構(gòu)重量。設(shè)計時同步考慮上橫梁的施工，在桿件的組成上進(jìn)行優(yōu)化，避免上橫梁桁架的二次加工，在施工成本上得到較大的節(jié)約，并且橫梁與主塔異步施工，橫梁施工時主塔塔身繼續(xù)向上施工，整體上也縮短了塔柱施工的工期，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)

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收稿日期：2022-03-17

作者簡介：陳勃（1992—），男，本科，助理工程師，從事橋梁與隧道施工工作。79CEAFD1-90FC-4645-AAF6-3BCFF485F3C6