楊平波

（山西省交通科學(xué)研究院，山西 太原 030006）

1 工程概況

某特大橋跨越黃河兩岸，連接秦晉兩省。主橋?yàn)?5+4×120+75=630 m六跨預(yù)應(yīng)力混凝土剛構(gòu)－連續(xù)梁組合橋。墩頂梁段由0#、1#塊段合成，梁長(zhǎng)12 m，兩端伸出懸臂長(zhǎng)度3.5 m。6#、10#邊跨墩墩梁為鉸接連接，7#～9#墩墩梁為剛性固接。墩頂梁段截面形式為單箱單室箱梁結(jié)構(gòu)，箱室內(nèi)有橫隔板，梁高6.6 m，底板寬6.5m，頂板寬12m，腹板厚度70c m，底板厚度由150～65cm變化，頂板厚度0#段50cm，1#段28cm。箱梁采用三向預(yù)應(yīng)力體系：縱向采用16－7 Φ5鋼絞線鋼束，橫向3-7 Φ5鋼絞線鋼束,豎向采用Φj 32高強(qiáng)精軋螺紋鋼筋。梁段混凝土標(biāo)號(hào)為C 50，每個(gè)梁段混凝土方量291 m3，重756 t。

本橋主墩墩身為5 m×6.5 m單肢空心薄壁結(jié)構(gòu)柔性墩，最大墩高66 m，梁段兩端伸出墩身懸臂長(zhǎng)度達(dá)3.5 m，如此大的懸臂長(zhǎng)度比同一般同類(lèi)橋型結(jié)構(gòu)比較少見(jiàn)，故此結(jié)構(gòu)的墩頂梁段對(duì)施工承重托架的設(shè)計(jì)提出更高的要求。

2 施工方案選擇

對(duì)于高空T構(gòu)橋的墩頂梁段施工方法一般采取附著式托架法。根據(jù)本墩頂梁段的結(jié)構(gòu)特征，并結(jié)合本單位以往在其他類(lèi)似工程中的施工經(jīng)驗(yàn)，通過(guò)常見(jiàn)的3種托架結(jié)構(gòu)形式從受力安全、安拆操作方便安全性、經(jīng)濟(jì)效益等方面進(jìn)行綜合研究和比較（見(jiàn)表1），最后選用牛腿組合貝雷梁式托架。

表1 附著式托架結(jié)構(gòu)形式比選

3 托架設(shè)計(jì)

托架作為墩頂梁段施工的承重體系和作業(yè)平臺(tái)，主要承受由混凝土自重荷載、支架和模板的重量、機(jī)具和施工人員的重量、施工振動(dòng)荷載，通過(guò)托架和牛腿傳遞到墩身上。考慮托架設(shè)計(jì)的承載能力和施工的可操作性，混凝土采取分層二次澆注，第一層高度H1=3.3 m，第二層高度H2＝3.3 m，待第一層混凝土達(dá)到90%以上混凝土強(qiáng)度后再進(jìn)行第二層混凝土澆注，此時(shí)認(rèn)為第一層已具備承受自身重量荷載，故托架設(shè)計(jì)僅考慮荷載較大的一層混凝土的重量荷載。

托架主要由附著牛腿、懸臂斜撐桿、縱梁、橫梁、作業(yè)平臺(tái)、卸落砂桶等6個(gè)單元組成。附著牛腿設(shè)在墩身左右兩側(cè)面上，每面上下各2個(gè)，形成4個(gè)縱梁的支撐點(diǎn)。通過(guò)在附著位置點(diǎn)預(yù)埋鋼盒在墩身上，把鋼牛腿穿在鋼盒內(nèi)，再通過(guò)對(duì)拉鋼筋進(jìn)行對(duì)拉，從而附著在墩身上。縱梁和橫梁均梁采用“321”裝配式貝雷梁拼裝而成，每側(cè)縱梁由兩片桁架梁采用耳板焊接合并聯(lián)結(jié)在一起，在墩身位置于墊在牛腿的卸落砂桶上，懸臂端用銷(xiāo)子把斜撐桿鉸接在縱梁耳板上，通過(guò)斜撐桿連接支撐在下層牛腿上。橫梁長(zhǎng)12 m，每根橫梁由貝雷片拼裝成單層雙排桁架梁，置在兩端懸臂部分的兩側(cè)縱梁上，每端布置3根，形成附著式托架，作為模板分配梁和翼緣板支架的支撐體。斜撐桿由2[22 a槽鋼組焊加工，支撐在縱梁懸臂3.75 m處端支點(diǎn)上，把支點(diǎn)反力傳遞到牛腿上。作業(yè)平臺(tái)采用加強(qiáng)弦桿通過(guò)弦桿螺栓連接在橫向桁架梁上，形成伸臂式平臺(tái)擔(dān)梁，再在擔(dān)梁上鋪設(shè)方木和木板、圍欄形成封閉式平臺(tái)。頂板翼緣板采用鋼管支架，支架支撐在置于橫梁上的縱向I 28 a工字鋼底腳墊梁，形成支撐體系。見(jiàn)圖1。

圖1 鶴楹鮮酵悄苤撐示意圖

4 托架主要構(gòu)件受力檢算

4.1 設(shè)計(jì)參數(shù)

（1）鋼筋混凝土容重：26 k N/m3；混凝土超灌系數(shù)：1.05。

（2）模板和支架重量荷載：按0.2倍混凝土重量計(jì)算。

（3）施工人員和機(jī)具荷載：2.5 k N/m2；施工振動(dòng)荷載：2.0 k N/m2。

（4）安全系數(shù)：K1=1.2。

（5）構(gòu)件材料彈性模量和容許應(yīng)力值：Q 235鋼：E=2.06×105 MPa，[σ]=170MPa，[τ]=85MPa；16 M n鋼：E=2.06×105MPa，[σ]=210 MPa，[τ]=120 MPa。

4.2 橫梁受力驗(yàn)算

（1）受力計(jì)算：橫梁采用單排單層貝雷梁，橫向貝雷梁承受三角支架傳遞的荷載。計(jì)算簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖2、圖3，采用疊加法，對(duì)每個(gè)橫梁進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。

表2 各排橫梁受力計(jì)算結(jié)果數(shù)據(jù)表

（2）強(qiáng)度及剛度驗(yàn)算：?jiǎn)闻艈螌迂惱琢喝菰S內(nèi)力：[M]=788.2 k N.m；[Q]=245 k N（參考人民交通出版社《裝配式公路鋼橋多用途使用手冊(cè)》）。從表 2得：Mmax＝188.1 k N.m；Qmax＝128.7 k N。

K2Mmax=1.2×188.1=225.7 k N.m<[M]=788.2 k N.m

K2Qmax=1.2×1128.7=154.4 k N<[Q]=245 k N

fmax=1.8 m m

4.3 縱向貝雷梁驗(yàn)算

（1）受力計(jì)算：縱向貝雷梁采用單層雙排貝雷梁桁架，受橫梁傳遞下來(lái)的荷載，計(jì)算圖及計(jì)算結(jié)果如下：Mmax=137.2 k N.m；Qmax=245.3 k N；fmax=0.1 m m；Ra=Rd=354.8 k N；Rb=Rc=249.3 k N。

（2）強(qiáng)度及剛度驗(yàn)算：雙排單層貝雷梁容許內(nèi)力：[M]=1576 k N.m；[Q]=490 k N

K2Mmax=1.2×137.2=164.6 k N.m<[M]=1576 k N.m

K2Qmax=1.2×245.3=294.4 k N<[Q]=490 k N

fmax=0.1 m m

4.4 支撐斜桿受力驗(yàn)算

（1）受力計(jì)算:由平衡公式：P-NCOS（90-49）=0

解得：N=470 k N。

（2）應(yīng)力驗(yàn)算：支撐斜桿截面特性：支撐斜桿由2根[22 a槽鋼并口組成，22 a槽鋼特性:A=31.8cm2；Ix1=2394cm4；Iy1=157.8cm4；ix1=8.67cm；iy1=2.23cm；z0=2.1cm。

Ix=2×Ix1=2394×2=4788cm4

Iy=2×[Iy1+A×（y-z0）2]=2×[157.8+31.8×（8-2.1）2]=2379cm4

圖2

=73.4

查b類(lèi)截面軸心受壓構(gòu)件穩(wěn)定系數(shù) φ 得：φx=0.85；φy=0.729

MPa＜[σ]=170 MPa

=121.6 MPa＜[σ]=170 MPa

圖3

4.5 焊縫受力驗(yàn)算

（1）斜撐桿與平衡擔(dān)梁連接焊縫：焊縫計(jì)算僅考慮側(cè)向焊縫，端焊縫作為安全儲(chǔ)備。

hf=100 m m；lw=290-10=280 m m

V=NCOS 49=308 k N

（2）耳板與縱梁連接焊縫：

hf=10 m m；lw=400-10=390 m m

V=NCOS 49/2=154 k N；M=V×0.15=23.1 k N/m

5 墩頂梁段施工

5.1 托架安裝

托架安裝次序?yàn)椋号Ｍ取胶鈸?dān)梁→縱梁→縱梁對(duì)拉及平聯(lián)→斜撐桿→橫梁→鋼管支架墊梁→作業(yè)平臺(tái)→底模分配梁→底模。牛腿在墩身施工完畢并拆除模板后進(jìn)行安裝，牛腿、砂筒、平衡擔(dān)梁的安裝利用塔吊沿著墩身吊掛一吊籃作為空中作業(yè)臺(tái)，操作人員站在籃中進(jìn)行安裝作業(yè)。縱梁采取在地面預(yù)先把貝雷桁架拼裝組合成型，每根梁重約3 t，然后用塔吊逐根吊裝安放在已安好的牛腿上，由于縱梁高度高，寬度小，吊放在砂筒上后立即采用短鋼筋臨時(shí)與牛腿焊連，并用鐵絲栓在墩頂鋼筋上，使之站立穩(wěn)固，防止傾倒墜落，而后在墩身兩正側(cè)面各用2根精軋螺紋鋼上下穿過(guò)兩側(cè)縱梁和對(duì)拉分配梁，兩頭擰上螺母對(duì)拉，最后再安裝各端部的平聯(lián)裝置，即形成一附著在墩身上的共體支撐梁?？v梁安裝完畢后，須檢查高程是否符合設(shè)計(jì)要求，高于設(shè)計(jì)標(biāo)高時(shí)，通過(guò)調(diào)整砂筒的高度進(jìn)行糾正。斜撐桿在縱梁地面拼裝時(shí)將其一端用銷(xiāo)子連在縱梁上，隨著縱梁一起吊裝，待縱梁安裝后，把其下端頭拉到平衡擔(dān)梁上進(jìn)行焊接。橫梁同縱梁一樣在地面預(yù)先拼裝，然后按照設(shè)計(jì)位置逐個(gè)吊放擱置在縱梁上，接著采用聯(lián)結(jié)花窗把各片橫梁連成一體。橫梁安裝完畢后基本形成了一個(gè)高空托架平臺(tái)，其他構(gòu)件按照設(shè)計(jì)要求位置逐件吊裝就位。

5.2 托架加載試驗(yàn)

加載試驗(yàn)的目的是檢驗(yàn)托架構(gòu)件在墩頂梁段第一層施工時(shí)荷載作用下的承載能力及穩(wěn)定性，確保施工安全。采取在托架受力最大的懸臂端支點(diǎn)上集中加載，通過(guò)設(shè)置橫梁傳遞，即可檢驗(yàn)支撐斜桿、下牛腿、連接焊縫及連接銷(xiāo)子等受力最不利構(gòu)件的承載能力。

加載采取千斤頂反壓加力的方法，在桁架縱梁兩懸臂端支點(diǎn)位置設(shè)置橫擔(dān)梁作為傳遞體，通過(guò)置在每端橫梁上的4個(gè)千斤頂（最大張拉力60 t）同步張拉拉索(4根φ15.24鋼絞線)，形成反壓集中力作用在橫梁上。拉索一端用Y M 15-5工作錨具和夾片錨固在反力錨固鋼架座上，另一端在橫梁底面設(shè)置一特制錨具(在Y M 15-5錨具的中間鉆一Ф35 m m的通孔)聯(lián)結(jié)，用Ф32精軋螺紋鋼穿過(guò)錨具的通孔與千斤頂連接。

加載采取分5級(jí)加載和5級(jí)卸載逐步進(jìn)行，并用水平儀測(cè)量每級(jí)加載時(shí)托架的變形量?？紤]到托架的重量及已安裝的部分模板的重量已經(jīng)直接作用，最大加載力確定為：N=1.1 P=1.1×355=391 k N。經(jīng)過(guò)試驗(yàn)及施工實(shí)踐表明：桁架式托架剛度大、變形?。ㄗ畲髲椥宰冃? m m）、整體穩(wěn)定性好、安全性比較大。

5.3 混凝土澆注

墩頂梁段外側(cè)模板采用墩身的大塊鋼模，內(nèi)側(cè)采用組合鋼模組拼，翼緣板采用專(zhuān)制的鋼模采用鋼管支架支撐，內(nèi)拱頂板采用專(zhuān)制的鋼架和鋼管支架支撐模板?；炷练譃?次澆注，第二層澆注待第一層混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的90%以上后方可進(jìn)行?；炷敛捎酶邏狠斔捅脧臄嚢枵据斔腿肽?，最大輸送距離480 m。澆注按照先兩懸臂端，后墩頂部；先底板，后腹板的順序?qū)ΨQ均勻布料。在梁段內(nèi)腔搭設(shè)臨時(shí)作業(yè)鋼管架作業(yè)臺(tái)，通過(guò)對(duì)稱挪動(dòng)出口管來(lái)回循環(huán)進(jìn)行各部位的混凝土澆注。

5.4 托架拆除

墩頂梁段全部施工完畢，并進(jìn)行預(yù)應(yīng)力體系張拉后即可進(jìn)行支架、模板、托架的拆除。托架拆除按照從上至下逐層進(jìn)行，采用卷?yè)P(yáng)機(jī)和倒鏈葫蘆穿過(guò)梁頂上的預(yù)留孔，配合前拖后拉，把各榀桁架橫梁托至梁端頭部，再用塔吊把其整件吊下地面?？客鈧?cè)的縱梁采用卷?yè)P(yáng)機(jī)從兩頭進(jìn)行吊裝整體下放，靠?jī)?nèi)側(cè)的縱梁由于受塔吊附著架的阻擋，采用卷?yè)P(yáng)機(jī)配合塔吊，采取前托后拉，邊拖邊放的方式把其拖出梁的范圍，再用塔吊吊放。

6 結(jié)束語(yǔ)

實(shí)踐證明，采用貝雷桁架梁結(jié)合牛腿的托架具有受力簡(jiǎn)單、強(qiáng)度高、剛度大、安全可靠、安裝拆除方便等優(yōu)點(diǎn)。對(duì)于端部懸臂較大的墩頂高空現(xiàn)澆段施工采用此法應(yīng)當(dāng)是一種比較理想、可行的選擇。

[1]石治峰.抱箍+貝雷梁現(xiàn)澆箱梁支架施工技術(shù)及受力計(jì)算[J].山西交通科技，2011（3）：37.

[2]成學(xué)政.大跨度梁橋腹板豎向預(yù)應(yīng)力施工技術(shù)研討[J].山西交通科技，2010（1）：56.

[3]交通部.J T J041-2000.公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范[S].北京：人民交通出版社，2000.