雙肢板墩大跨度連續(xù)梁0號塊模架技術研究

趙張明ZHAO Zhang-ming

（中鐵十二局集團第一工程有限公司，西安 710038）

0 引言

隨著橋梁設計技術、材料科學及施工工法的發(fā)展，跨度更大、主墩結構更復雜、施工條件更困難的橋梁連續(xù)梁工程層出不窮。故對0號塊澆筑的模架系統(tǒng)在承載能力、安全保障及經濟投入方面也提出了更高挑戰(zhàn)。本文通過詳細闡述了在超大跨度、雙肢板主墩、水中墩等技術難度大、施工困難的情況下，通過技術創(chuàng)新及工法改進，精心設計了承載能力強、安全風險小、施工簡便及材料節(jié)約的0號塊模架體系，確保了0號塊的順利澆筑完成，以期為該類型的0號塊模架的設計提供借鑒。

1 工程概況及技術難點

成綿蒼巴高速公路嘉陵江特大橋主跨采用105+200+105m連續(xù)剛構跨越嘉陵江。連續(xù)剛構箱梁0號塊節(jié)段頂板厚70cm。箱梁頂寬12.6m，底寬6.6m，頂板懸臂長度3m，懸臂板端部厚20cm，根部厚85cm。0號段高13m，長14m，砼方量為820m3。

主墩采用雙肢板墩，雙肢之間凈距為6.5m，板墩厚度為2.5m，寬度7.6m。上構跨度達200m連續(xù)剛構的0號塊具有大高度、大板厚。0號塊澆筑時模架需承受極大的荷載，對模架結構承受荷載的能力和安全穩(wěn)固性都要求很高。且本橋主墩采用雙肢板墩，雙肢板之間凈跨達到6.5m，故較普通0號塊模架設計時僅需考慮兩邊懸臂端不同，還需增設雙肢板之間大跨度模架的設計。更是提升了模架的設計難度，成為本項目急需解決的重要技術難題。

2 模架方案初步比選

根據主墩、0號塊的結構設計特點、外形尺寸及砼數量等數據，結合類似項目0號塊的模架方案，提出鋼管墩支架、新型盤扣式滿堂支架、墩頂托架進行如表1的初步比選。

通過表1的比選。鋼管墩支架、新型盤扣式滿堂支架等方案均因種種難以改進的缺點和劣勢而不建議在本項目中使用。故本項目最終決定采用墩頂托架的模架方案，并在傳統(tǒng)墩頂托架的結構基礎上，開展技術研究及攻關，以達到本項目要求的承載能力和安全要求。

表1 連續(xù)剛構0號塊模架方案初步比選表

為減少0號塊模架所承受的荷載，將0號塊分兩次澆筑，大幅降低托架承受的荷載，進而也減少了模架材料用量，降低施工成本。

3 模架總體方案設計及技術改進情況

3.1 模架結構的創(chuàng)新及改進技術

①0號塊模架的外懸臂段（邊跨）、中間懸空段（中跨）均采用三角托架方案，托架斜撐與托架上平梁、下預埋件的聯結改傳統(tǒng)焊接方式為銷接方式[1]，不僅避免了焊縫承載存在的安全隱患，也減少現場安裝的勞動強度。②設置高強度精軋螺紋鋼，通過螺栓將托架上平梁與墩身錨固，提高了托架的安全穩(wěn)固性。③模架傳統(tǒng)堆載預壓需制作大量預壓材料，然后通過船舶運至主墩旁進行水上吊裝作業(yè)，費時、費力且成本高。本項目在墩頂設置反力架進行托架預壓，不僅簡單易行，且大幅降低了成本。

3.2 模架總體方案

3.2.1 邊跨托架設計

模架邊跨設置2片型鋼三角托架，兩片托架的間距為5.76m，托架上平梁為長度4m的2I45b工字鋼，斜撐為長度5.08m的2[40b槽鋼。在墩身內預埋1.0m長的上下層I45b預埋件，其外露0.5m，上平梁支放在上層預埋工字鋼上，且采用螺栓將兩者聯結牢固。同時，在上平梁的梁端焊接聯結板，在橋墩內預埋2JL32精軋螺紋鋼，通過精軋螺紋鋼將托架上平梁與墩身錨固。斜撐與上平梁及下層預埋工字鋼之間通過銷接連接。在上平梁與斜撐、上平梁與墩身以、斜撐與墩身連接的區(qū)域，上平梁與斜撐均增設加勁板。為增強托架整體承載能力及橫向的安全穩(wěn)定性，在托架間設置[16b槽鋼剪刀撐。

所有焊縫均為雙面貼角正焊縫，焊高8mm。

托架上平梁上布設2I32b工字鋼支墩2個進行斜坡調高，支墩上布設2I45b工字鋼作橫梁，I40b橫梁上布設I40b工字鋼作縱梁?？v梁上按間距為30cm鋪設10cm×10cm方木作橫向分配梁，分配梁上則鋪設0號塊底模（1.5cm厚竹膠板）。

3.2.2 中跨托架設計

模架的邊跨設置4片型鋼三角托架，托架布設間距為0.96m、4.08m、0.96m，除了外形尺寸不同外，其構造與邊跨基本相同。中跨托架上平梁縱向間設置[16槽鋼鎖定。

中跨托架上布設2[25b槽鋼支墩，支墩上橫向布設2[40b槽鋼橫梁（利用掛籃滑梁），橫梁上按間距為30cm鋪設10cm×10cm方木作縱向分配梁，并在腹板范圍加設[10槽鋼加強分配梁，分配梁上則鋪設0號塊底模（1.5cm厚竹膠板）。

托架結構設計見圖1、圖2、圖3、圖4所示。

圖1 托架外側正面布置圖

圖2 雙肢間托架正面布置圖

圖3 托架平面布置圖

圖4 托架側面布置圖

4 托架結構承載驗算

4.1 材料及性能

構件各類型鋼、鋼板的容重取值78.5kN/m3，抗拉、抗壓、抗彎允許應力[fy]取值205MPa，剪切允許應力[fv]取值125MPa，彈性模量Ec取值206000MPa。

4.2 荷載分析及取值

第一層砼澆筑時，經計算作用于托架的砼數量為197.6m3，鋼筋砼容重按26.5kN/m3。砼荷載簡化成均布面荷載，則計算得作用于托架的砼荷載為：88.15kN/m2。

托架承受砼振搗產生的荷載按2kN/m2。

砼澆筑對托架的沖擊荷載按4kN/m2。

側模支架及模板產生的荷載按5kN/m2。

施工機具及人員作用于托架的荷載按2.5kN/m2。

風荷載：項目所在地區(qū)基本風壓ω0=0.25kPa（取重現期n=10對應的風荷載），根據規(guī)范計算標準值ωk=0.7×μs×μz×ω0=0.7×1.3×1×0.25=0.2275kPa＜0.27kPa，取0.27kPa。

其它荷載：2kN/m2。

靜載系數按1.2取值，動載系數按1.4取值。

4.3 承載檢算模型

邊跨、中跨的各類縱梁、橫梁等，均按承受線性均布荷載進行承載驗算[3]。

4.4 驗算結果

4.4.1 型鋼桿件（表2）

表2 支撐系統(tǒng)承載關鍵部位驗算表

4.4.2 預埋工字鋼承載驗算

預埋件為I45b工字鋼，主要承受剪切應力。邊跨承受的最大剪切應力σ=6.3MPa＜[fv]=125MPa。中跨承受的最大剪切應力σ=17.5MPa＜[fv]=125MPa。

5 托架制作及安裝關鍵技術

托架的所有構件均在鋼構件加工廠內進行切割、焊接及質量檢測，所有焊縫均采用超聲波檢測，并于廠內試拼裝，合格后方可運至現場安裝。

墩臺采用液壓爬模法施工，施工至墩頂時，按托架設計方案進行預埋預留施工，預埋預留需嚴格按設計位置進行，且采取加固措施，確保在進行砼澆筑時不移位。

完成墩身澆筑后，保留爬模的液壓平臺及模板平臺作托架的安裝操作平臺。在運輸船上將上平梁與斜撐連接后吊裝至墩頂，利用操作平臺，將構件的上下端裝入墩頂預埋件的對應槽口中，插入插銷，擰上JL32精軋螺紋鋼筋上的螺帽，隨后進行托架安裝位置的調整并固定。

安裝時需確保上平梁水平，且在設計標高上。托架間采用[16槽鋼制作的剪刀撐進行聯結，加強托架的整體穩(wěn)定。

6 支架預壓

為了確保梁體線形美觀，同時消除托架的非彈性變形，測定托架彈性變形值，托架拼裝完成后，對托架實施預壓，由于托架位于水中墩上，如果采取堆載預壓的方案，需通過船舶運輸及吊裝大量砼預制塊，不僅成本高且費時，本項目進行了預壓的技術創(chuàng)新，具體如下：

在墩頂砼內預埋精軋螺紋筋，錨固型鋼制成的反力架（如圖5所示），在各預壓荷載施加點設置千斤頂的荷載施加方式[4]。千斤頂底部安裝工字鋼墊梁，施加的荷載按作用于托架上砼重的1.2倍。荷載按60%，80%，100%分3次進行，緩慢、有序地實施加載過程，以避免托架突然承載而產生不穩(wěn)定和托架承載不均情況。完成每級加載靜置1h后測量1次，待連續(xù)觀測2次的沉降＜2mm后，方實施下一級加載；完成100%加載后，連續(xù)測量12h，直至沉降量穩(wěn)定在2mm內時，完成預壓。

圖5 托架預壓縱向布置示意圖

記錄各級加載及卸載時的觀測點沉降量，并在完成卸載后測量各觀測點的回彈值。

試驗數據采用專用的表格進行詳細記錄，整理、計算、分析、修正預壓試驗采集的數據，計算出托架的各種變形量。根據托架彈性變形值，計算底模預拱度，對底模標高進行調整。

另外，通過預壓試驗可檢驗托架的安全可靠性。還可根據測試數據，評估托架設計的科學合理性，為以后的托架設計提供參考，和優(yōu)化數據依據。

7 結束語

由于本項目大跨度連續(xù)0號塊不僅尺寸大，且主墩為水中墩，不僅要精心設計高強度、高安全性的模架結構。且在施工過程中，需克服施工安裝難度大、安全風險高等困難。施工中，對模架安裝的每一道工序，每一個環(huán)節(jié)都進行認真檢查，確保模架的安裝過程有序、安全、可控。在0號塊澆筑時，模架安全穩(wěn)固，確保了連續(xù)梁0號澆筑的順利安全完成。

雖然該模架方案非常成功，但該模架僅適用于本橋，造成資源浪費。我們團隊下一步擬再依托于工程的其它項目進行0號塊模架的研究，進行模架的模塊化設計，實現模架循環(huán)使用，以節(jié)約材料、降低施工成本，加快施工速度。