連續(xù)剛構橋大體積0#塊施工關鍵技術研究

劉洋 李鵬飛

收稿日期：2024-02-01

作者簡介：劉洋（1987—），男，本科，工程師，研究方向：工程技術。

通信作者：李鵬飛（1995—），男，本科，助理工程師，研究方向：工程技術。

摘要 連續(xù)剛構橋作為一種新體系，結合了傳統(tǒng)T形剛構橋和連續(xù)梁橋的特點，將傳統(tǒng)T形剛構橋原本寬大笨重的橋墩減輕減薄，使橋墩與橋梁固結，主梁形成連續(xù)梁體，具有內力分布合理、施工便捷、行車平順等特點。對于連續(xù)剛構橋施工而言，0#塊澆筑混凝土方量龐大，并且具有結構復雜、工作持續(xù)時間長等特點，是施工過程中的重難點。文章在參照大量文獻的基礎上，結合現(xiàn)有施工技術，以一座跨徑為（64+115+64）m的連續(xù)剛構橋為背景，根據(jù)現(xiàn)場施工條件，運用有限元分析軟件，對連續(xù)剛構橋主跨115 m墩大體積0#塊進行分析，優(yōu)化關鍵流程與施工技術，從而指導現(xiàn)場施工，為同類工程提供參考。

關鍵詞 橋梁工程；連續(xù)剛構；0#塊；托架

中圖分類號 U445.4文獻標識碼 A文章編號 2096-8949（2024）11-0165-03

0 引言

高墩大跨徑連續(xù)剛構橋，常采用臨時托架作為0#節(jié)段施工的作業(yè)平臺和受力支撐結構[1]，其澆筑之前的強度剛度驗算以及澆筑過程中0#塊的線形變化情況，直接關系到對托架承載能力的設計要求和分2次澆筑形成的0#號塊的安全性。如果只單純的將0#施工全部依靠有限元計算軟件，在施工過程中不對其進行監(jiān)測控制，那么有限元軟件設計的不合理以及施工過程中的各種不穩(wěn)定因素將會對0#塊的安全性造成一定影響[2]，嚴重的甚至會影響整座連續(xù)剛構橋質量。故該文將結合一座跨徑為（64+115+64）m的連續(xù)剛構橋的大體積0#塊，研究和探討0#塊混凝土澆筑過程中托架的受力計算模型，并且結合施工控制技術，在施工過程中對0#塊進行監(jiān)控監(jiān)測，為我國建設同類型橋梁大體積0#塊澆筑施工確定托架的結構形式和平面布置，提供參考和借鑒。

1 工程概況

1.1 工程項目簡介

以某連續(xù)剛構橋項目為例，該橋整體箱梁采用直腹板的單箱單室結構，箱梁頂板（橋面）寬度為10.8 m，底板寬度為5.8 m，外翼板懸臂長2.5 m，箱梁頂板設置成2%雙向橫坡，0#塊高為7 m，長12 m。0#塊重量為951.13 t。

邊支點和跨中截面中心處梁高3.5 m，中支點截面中心處梁高7.0 m，梁高按二次拋物線變化，自箱梁根部起48 m范圍內按二次拋物線梁高（H）由7.0 m變化至3.5 m。箱梁邊跨近支點附近腹板厚度由0.45 m線性變化至0.6 m，邊跨及中跨向主墩腹板厚度由0.45 m—0.6 m

—0.9 m折線型變化，中支點加厚至1.2 m。全橋共設8道橫隔板，分別設于中支點、邊支點截面，厚度分別為1.8 m、2 m，主墩位置根據(jù)雙肢薄壁墩結構設置2道隔板。具體情況如圖1所示。

1.2 施工方法

0#塊采用牛腿托架現(xiàn)澆法施工。為預防梁體溫度裂縫及降低施工難度保證施工質量[3]，連續(xù)剛構箱梁0#塊分2次澆筑，第一次澆筑0#塊第一層，澆筑高度4 m；第二次澆筑0#塊第二層，澆筑高度3 m。

1.3 施工工藝

施工工藝流程：安裝鋼盒、爬錐等預埋件—安裝三角托架—三角托架預壓—安裝、調整底?！惭b、調整側?！惭b底板鋼筋—搭設作業(yè)平臺—安裝腹板鋼筋—安裝、調整內?！惭b、調整下層端?！０寮庸碳罢{整—澆筑下層混凝土—混凝土養(yǎng)護—混凝土頂面鑿毛—安裝腹板鋼筋及波紋管—安裝、調整上層端模—澆筑上層混凝土—混凝土養(yǎng)護—預應力施工—支架、模板拆除[4]。

1.4 0#塊托架

墩柱澆筑至0#塊倒角頂部（墩頂處），墩柱施工時需預埋0#塊托架鋼盒、預應力用螺紋鋼筋預埋管道、安拆平臺爬錐等埋件。牛腿預埋鋼盒四周布置鋼筋網(wǎng)片用于抗裂；各結構間焊接定位牢固；預埋鋼盒與牛腿拼裝完成后，間隙采用薄鋼片墊實。三腳架頂部于墩頂向下128.1 cm處預埋4根φ32 mm（PSB830）預應力用螺紋鋼筋貫穿墩身，與另一側墩身三腳架用螺栓緊固，以限制三腳架位移的水平力，單個三腳架最大水平力215.7 kN，單個三腳架共設4根預應力用螺紋鋼筋，單根預應力用螺紋鋼筋實際承受水平拉力為54 kN。

0#塊梁體采用三角托架作為主要支撐，角架長2 m，高2.92 m，三腳架采用雙工40b工字鋼雙拼焊接，三腳架底部牛腿采用20 mm、30 mm厚Q355鋼板焊接成整體，牛腿安裝至墩身預埋鋼盒內，三腳架端連接件與墩身另一側用4根φ32 mm（PSB830）預應力用螺紋鋼筋拉緊，墩身另一側用20 mm鋼板作為預應力用螺紋鋼筋螺母墊板；三腳架焊接采用全周圍單面焊，焊縫高度為10 mm。0#塊三腳架具體布置如圖2所示。

圖2 0#塊三腳架布置圖（mm）

0#塊三腳架安裝完成后，安裝平聯(lián)、斜聯(lián)，在三腳架上布置200 t卸落塊及I36b主橫梁，內側橫梁上布置I36b分配梁，并安放內側底模，外側橫梁上安放坡度架，坡度架采用[10、∠100*10型鋼焊接組成，并與主梁臨時焊接，再安放外側底模，坡度架下弦桿懸挑部分作為兩側通道分配梁，分配梁上鋪設3 mm、5 mm鋼板作為通道板，臨空面設置1.2高護欄，采用48 mm的鋼管焊接，立柱間距1 m，與平臺焊接并外掛防護網(wǎng)。

2 有限元計算模型建立

2.1 荷載組成

根據(jù)現(xiàn)場施工情況，臨時結構檢算需要考慮的主要荷載有：

（1）主梁混凝土容重：26 kN/m3。

（2）混凝土超載（脹模）系數(shù)：1.05。

（3）施工機具及人群荷載：3.5 kN/m2。

（4）混凝土振搗荷載：4 kN/m2。

（5）模板自重：1.5 kN/m2。

2.2 荷載組合

強度檢算：1.3×（混凝土重量+托架自重+模板自重）+1.5×（人群及機具荷載+混凝土振搗荷載）。

剛度檢算：混凝土重量+人群及機具荷載+托架自重+模板自重+混凝土振搗荷載。

2.3 托架模型

0#塊托架從上往下的組成：

（1）結構底板：腹板最高7 m。

（2）底模：底模采用6 mm鋼模板，材質為Q235。

（3）模板底縱向分配次梁與坡度架：外側采用坡度架；內側腹板下縱向分配次梁為I25b工字鋼，間距為300 mm和900 mm，內側每側布置3根，共6根；底板下縱向分配次梁為I25b工字鋼，間距850 mm、900 mm，共3

根；翼緣板下縱向分配次梁為I25b工字鋼，間距600 mm、

900 mm，每側布置3根，共8根。

（4）模板底主橫梁：主橫梁為雙拼I36b工字鋼橫橋向布置，順橋向間距為800 mm、900 mm。

（5）三角托架：三角托架由雙拼I40b工字鋼焊接組成。

（6）牛腿預埋鋼盒：角架底部牛腿采用20 mm、30 mm厚Q355鋼板焊接成整體，牛腿安裝至墩身預埋鋼盒內。

根據(jù)托架圖紙在Midas Civil軟件中建模，荷載通過分配梁及卸落塊加載于托架上。

2.4 強度驗算

經(jīng)過計算，0#塊托架總體應力中最大彎曲應力為176.8 MPa＜215 MPa，最大剪應力為82.1 MPa＜125 MPa，滿足規(guī)范要求。彎曲應力最大值出現(xiàn)在雙I36b工字鋼橫梁上，剪應力最大值出現(xiàn)在牛腿處。

2.5 剛度驗算

經(jīng)過計算，0#塊托架最大變形為6.273 mm，最大變形出現(xiàn)在雙I36b主橫梁上，主橫梁長度為12 000 mm，6.273 mm＜12 000/400=30 mm，滿足規(guī)范要求。

3 線形檢測對比分析

線形檢測是橋梁施工成橋狀態(tài)達到設計目標的必要手段，連續(xù)剛構橋、斜拉橋、懸索橋等都要做線形檢測[5]。尤其是大跨徑的連續(xù)剛構橋，受材料性能影響、現(xiàn)場施工條件變化、材料加工精度偏差等各種不確定因素的影響，如果不對橋梁進行監(jiān)控檢測，很難達到設計預期的成橋線形目標，并將對后續(xù)的施工造成困難。

3.1 高程測量

在各個施工階段完成各快件的標高，從而測得各階段施工后的橋梁線形，根據(jù)梁高變化計算出豎向撓度，并與計算撓度相比較，及時調整偏差。

該文為了進行高程測量，在頂板鋼筋骨架上預埋φ16 mm測點鋼筋，測點鋼筋頂面加工成半球形頂面，高出混凝土頂面2 cm。

為了在施工過程中實時掌握主梁的受力和扭曲情況，在斷面頂面布置3個測點，分別位于中線和梁端翼緣處，底板與腹板倒角下緣布置2個測點。

施工單位結合施工及施工監(jiān)控，承擔測點的布設工作，測量觀測樁要求統(tǒng)一使用不銹鋼水準標準。

3.2 高程測量結果與模型對比分析

根據(jù)現(xiàn)場實際施工，該次0#塊混凝土澆筑分為兩次澆筑，此次測量為第一次澆筑，澆筑高度為4 m，其余部分的腹板鋼筋及模板均未安裝，因此0#、1#、2#三個測點及觀測樁均未布置，僅3#、4#兩個測點進行監(jiān)控監(jiān)測。該次測量共測5個斷面，每個斷面2個測點，共10個測點，1#、2#和4#、5#測點分別位于墩柱兩側的倒角處，3#測點位于2#和4#測點中部梁底腹板處。

測得情況如表1所示。

實測最大縱向位移增量出現(xiàn)在3號斷面的3#測點0.116 mm，理論最大縱向位移增量也出現(xiàn)在3號斷面的3#測點0.124，將實測縱向位移增量與理論縱向位移增量進行對比可以發(fā)現(xiàn)，實際施工中托架的受力情況較理論計算偏小，但實際施工中整體受力趨勢與模型基本一致。

經(jīng)過綜合分析，實測值與理論值存在偏差，可能是由于以下原因：①在實際施工過程中，模板底主橫梁部分位置焊接加強筋，對托架整體受力起到幫助作用，而在理論計算過程中并沒有考慮模板底主橫梁加強，因此理論計算值較小。②實際測點布置與理論計算時的測點布置有所偏差。

表1 縱向位移增量實測與理論計算結果比較

斷面 觀測點 實測縱向

位移增量/mm 模型縱向

位移增量/mm 位移差/mm

1 3# 0.071 0.093 0.022

4# 0.077 0.093 0.016

2 3# 0.098 0.123 0.025

4# 0.109 0.123 0.014

3 3# 0.116 0.124 0.008

4# 0.113 0.124 0.011

4 3# 0.115 0.123 0.008

4# 0.101 0.123 0.022

5 3# 0.089 0.093 0.004

4# 0.075 0.093 0.018

4 結論

該文主要通過使用有限元軟件Midas Civil模擬0#塊混凝土澆筑過程，得到托架的最大位移為6.273 mm，遠遠小于規(guī)范要求的30 mm最大位移量，說明了在分次澆筑過程中，托架的設計及0#塊澆筑的設計高度是安全的；在澆筑過程中對0#塊進行了線形監(jiān)控監(jiān)測，將有限元軟件Midas Civil中的模擬情況和施工監(jiān)控中的試驗數(shù)據(jù)進行比較，并對數(shù)值分析結果進行總體分析評價，分析評價結果表明有限元軟件Midas Civil對0#塊托架受力情況模擬結果是相符的，并且有將近1.2倍的安全系數(shù)考慮，這將為橋梁結構分析從業(yè)者從事同類橋梁有限元軟件數(shù)值模擬計算提供一些借鑒和參考意義。

參考文獻

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[3]王長柱， 李亞特， 霍志剛， 等. 連續(xù)剛構橋0號塊水化熱溫控技術研究[J]. 公路， 2023（8）： 87-94.

[4]梁之海. 高墩大跨度剛構連續(xù)梁超高超大體積0#塊施工技術[C]. 第九屆橋梁與隧道工程技術論壇論文集， 中國鐵道學會， 2019： 225-230.

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