李 馳，彭子茂

(1.湖南路橋建設(shè)集團(tuán)公司，湖南長沙 410004;2.湖南交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南長沙 410132)

0 引言

隨著國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，公路橋梁的跨徑越來越大，對于連續(xù)梁橋、連續(xù)剛構(gòu)橋梁，目前主要采用掛籃懸澆法施工。在掛籃懸臂澆筑施工過程中，主橋0#塊的施工安全是重中之重。國內(nèi)也曾發(fā)生不少因臨時支撐結(jié)構(gòu)倒塌而引起安全事故，因此，有必要對0#塊托架結(jié)構(gòu)的設(shè)計、計算、施工等進(jìn)行研究。尹紫紅［1］、文瑜［2］介紹了連續(xù)梁橋 0#段托架的構(gòu)造、結(jié)構(gòu)應(yīng)力與變形計算、穩(wěn)定性驗算等。盧江［3］、李喜程［4］介紹了 0#塊托架法的施工技術(shù)與施工工藝。任銀［5］綜合闡述了大體積0#塊分次澆筑施工中托架結(jié)構(gòu)的計算模型和施工監(jiān)控技術(shù)。

本文依托長沙市三一大道瀏陽河大橋工程，從0#塊托架的結(jié)構(gòu)選型、設(shè)計驗算、施工工藝等方面對主橋0#塊托架結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析研究，得出了一些有益的結(jié)論，可供業(yè)內(nèi)借鑒與參考。

1 工程概況

三一大道瀏陽河大橋主橋為五跨變高度預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁橋，橋跨布置為(58+3×96+58)m，大橋全長828 m，6#墩正交，7#～9#墩中心線與道路中心線夾角70°。

主橋箱梁采用單箱雙室斜腹板截面，中心支點(diǎn)處底板寬9.577 m，頂板寬20.5 m。0#段采用支架現(xiàn)澆法施工，1～12#段采用掛籃懸臂澆筑法施工，0#段節(jié)段長12 m，懸臂澆筑T構(gòu)段節(jié)段長3～4 m，合龍段長2 m，邊跨現(xiàn)澆段長10 m。主墩墩頂高5.6 m，0#塊混凝土方量為 473.3 m3，重量為 1 254.2 kN。

2 托架結(jié)構(gòu)設(shè)計與驗算

2.1 托架結(jié)構(gòu)選型

0#塊托架結(jié)構(gòu)主要是作為0#塊施工的作業(yè)平臺和支撐結(jié)構(gòu)，同時也用來承受懸臂澆筑施工中T構(gòu)產(chǎn)生的部分不平衡彎矩。根據(jù)結(jié)構(gòu)受力特點(diǎn)及墩柱高度，托架結(jié)構(gòu)可分為落地式托架、懸臂式托架等。托架桿件主要采用型鋼、貝雷架、萬能桿件等。托架結(jié)構(gòu)選型時應(yīng)綜合考慮橋梁結(jié)構(gòu)形式、橋墩高度、河床條件、桿件材料等因素，做到施工方便，結(jié)構(gòu)安全，經(jīng)濟(jì)合理。

該橋主橋0#塊長度較長，且橋面比墩身寬得多，結(jié)合實際施工條件及工地材料供應(yīng)情況，經(jīng)綜合比選，0#塊托架擬選用鋼管樁支架結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)具有施工安全可靠、裝拆快捷方便、經(jīng)濟(jì)效益合理等顯著優(yōu)點(diǎn)。

2.2 托架結(jié)構(gòu)設(shè)計

0#塊托架結(jié)構(gòu)主要由鋼管樁立柱、剪刀撐、主橫梁、縱向分配梁、落架系統(tǒng)、模板系統(tǒng)等六部分組成，托架結(jié)構(gòu)構(gòu)造見圖1，具體構(gòu)件設(shè)計如下:

鋼管樁立柱:墩柱順橋向兩側(cè)底板位置各設(shè)置3根φ700 δ10鋼管樁立柱，用于支撐底板、腹板荷載以及抵抗部分施工不平衡力距;橫橋向兩側(cè)各設(shè)置3根φ530 δ6鋼管樁立柱，用于支撐腹板和翼板荷載。

剪刀撐:鋼管樁立柱之間設(shè)置［20槽鋼剪刀撐增加支架橫向穩(wěn)定，剪刀撐的層數(shù)根據(jù)支架高度進(jìn)行調(diào)整。

主橫梁:主橫梁采用2根Ⅰ45b工字鋼，橫梁與鋼管樁采用焊接。

縱向分配梁:縱向分配梁采用Ⅰ25b工字鋼，分配梁按照支架設(shè)計進(jìn)行布設(shè)。

落架系統(tǒng):縱向分配梁與主橫梁之間設(shè)置木楔，以便于后期模板拆除。

模板系統(tǒng):外側(cè)模采用定型鋼模，單側(cè)模板長度組合為4.5 m+3.5 m+4.5 m，外側(cè)模橫斷面示意圖見圖2。0#塊內(nèi)部幾何尺寸變化較大，內(nèi)模采用優(yōu)質(zhì)組合竹膠板模。

圖1 托架結(jié)構(gòu)構(gòu)造圖(單位:cm)

圖2 外側(cè)模結(jié)構(gòu)示意圖

2.3 托架結(jié)構(gòu)驗算

托架結(jié)構(gòu)設(shè)計完成后，要驗算結(jié)構(gòu)的合理性與安全性。托架結(jié)構(gòu)驗算一般有手算和電算兩種方式，手算即按照結(jié)構(gòu)的傳力路徑一步步手工計算;電算即借助于有限元軟件建立托架結(jié)構(gòu)的空間模型，并按照實際受力情況進(jìn)行加載計算。

針對本橋，采用有限元計算軟件Midas civil建立托架結(jié)構(gòu)的三維空間模型(見圖3)，采用空間桿系模型進(jìn)行模擬計算。模型中，型鋼構(gòu)件采用梁單元進(jìn)行模擬，模板構(gòu)件采用板單元進(jìn)行模擬，剪刀撐型鋼交接點(diǎn)根據(jù)實際情況采用半鉸接形式，主橫梁、縱向分配梁之間采用剛性節(jié)點(diǎn)連接，托架與橋墩的連接采用固接形式。

圖3 托架結(jié)構(gòu)示意圖

根據(jù)托架結(jié)構(gòu)實際承受恒載(混凝土自重、模板自重、托架自重等)、活載(施工機(jī)具、人群荷載)情況，按照最不利工況進(jìn)行加載，對托架結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、剛度、整體穩(wěn)定性等方面進(jìn)行靜力計算分析，并提取出各關(guān)鍵連接部位的內(nèi)力數(shù)據(jù)，對螺栓、焊縫、預(yù)埋件等細(xì)部構(gòu)造進(jìn)行驗算。

驗算結(jié)果表明:

在中腹板下的縱向分配梁跨中位置，托架結(jié)構(gòu)彎矩產(chǎn)生的應(yīng)力值最大，σmax=93.8 MPa＜［σ］=125 MPa，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度滿足要求。

在邊腹板下的鋼管樁立柱位置，托架結(jié)構(gòu)軸力產(chǎn)生的壓應(yīng)力最大，σmax=100.5 MPa＜［σ］=215 MPa，結(jié)構(gòu)壓桿穩(wěn)定性滿足要求。

托架結(jié)構(gòu)剪應(yīng)力最大值為τman=52.7 MPa＜［τ］=125 MPa，結(jié)構(gòu)抗剪強(qiáng)度滿足要求。

托架結(jié)構(gòu)變形最大值fmax=4.3 mm＜l/400=8.0 mm，結(jié)構(gòu)剛度滿足要求。

托架結(jié)構(gòu)關(guān)鍵連接部位的螺栓強(qiáng)度、焊縫強(qiáng)度、預(yù)埋件應(yīng)力等均滿足規(guī)范要求。

因此，托架結(jié)構(gòu)的應(yīng)力指標(biāo)、變形指標(biāo)、穩(wěn)定性和連接強(qiáng)度均滿足0#塊安全施工的要求，該托架結(jié)構(gòu)可以應(yīng)用于現(xiàn)場施工。

3 托架結(jié)構(gòu)施工

3.1 安裝工藝流程

本橋托架結(jié)構(gòu)的安裝工藝流程為:

施工準(zhǔn)備→預(yù)埋件預(yù)埋及澆筑墩身混凝土→打設(shè)中間鋼管樁立柱→打設(shè)兩側(cè)鋼管樁立柱→設(shè)置剪刀撐→安裝主橫梁→安裝縱向分配梁與落架系統(tǒng)→鋪設(shè)底?！Ъ茴A(yù)壓→卸載→調(diào)整模板標(biāo)高→安裝側(cè)模→澆筑0#塊混凝土→墩梁臨時固結(jié)。

托架結(jié)構(gòu)的拆除工藝流程與安裝工藝流程相反。為抵抗施工過程中的不平衡彎矩，增加上部懸澆T構(gòu)的抗傾覆穩(wěn)定性，懸澆過程中0#塊托架結(jié)構(gòu)不拆除，采用墩梁臨時固結(jié)和托架結(jié)構(gòu)支撐相結(jié)合的方法，保證施工安全。待上部結(jié)構(gòu)合龍后，再依次拆除托架結(jié)構(gòu)。

3.2 托架結(jié)構(gòu)預(yù)壓

托架結(jié)構(gòu)雖為臨時結(jié)構(gòu)，但它承受大部分0#塊混凝土重量、施工荷載及懸澆過程中T構(gòu)的不平衡彎矩，托架結(jié)構(gòu)的變形大小對大橋施工過程安全和0#塊的立模標(biāo)高起決定性作用。

托架結(jié)構(gòu)變形過大時，0#塊澆筑混凝土后即隨之下?lián)希粌H會影響橋梁施工的線型控制，甚至?xí)＜按髽蚪Y(jié)構(gòu)安全。因此，澆筑0#塊混凝土前，必須對托架結(jié)構(gòu)進(jìn)行預(yù)壓試驗，既可驗證托架結(jié)構(gòu)的安全性和穩(wěn)定性，又可消除托架桿件、落架系統(tǒng)和拼接點(diǎn)的非彈性變形，并且檢驗托架系統(tǒng)在工作狀態(tài)時與設(shè)計期望值是否相符。

托架結(jié)構(gòu)預(yù)壓時，根據(jù)各部位實際受力情況，按照施工中最大荷載的130%作為預(yù)壓試驗的最大荷載，塔吊起吊鋼筋或砂袋分級加載進(jìn)行預(yù)壓。加載共分為 3級，分別為預(yù)壓荷載的 50%、80%和100%，每一級荷載加載后持荷24 h，測量標(biāo)高，必要時加大測量頻率。加載過程中托架結(jié)構(gòu)變形過大時，應(yīng)停止加載并查明原因，采取相應(yīng)加固措施后，再行加載。見表1。

表1 預(yù)壓加載托架變形表

采用線性插值法，求得施工中托架上承受最大荷載時(即預(yù)壓荷載的77%)對應(yīng)的變形值為－4.7 mm，與理論計算值－4.0 mm極為接近，誤差約為1 mm，理論計算值偏小。分析原因，主要受托架結(jié)構(gòu)預(yù)壓時的非彈性變形和測量誤差的影響。

要想通過預(yù)壓測得更為準(zhǔn)確的托架變形值，可通過增加測量頻率、提高測量精度、增加預(yù)壓持荷時間等措施，盡可能地消除托架構(gòu)件連接之間的非彈性變形、系統(tǒng)誤差等影響因素。

3.3 托架結(jié)構(gòu)施工注意事項

托架結(jié)構(gòu)施工中應(yīng)遵循先下后上對稱拼裝的施工工序，嚴(yán)格控制各部件的位置和幾何尺寸，并加強(qiáng)對鋼管樁頂面、主橫梁、縱向分配梁、模板等結(jié)構(gòu)的高程控制，以滿足托架安裝成型后的承重和標(biāo)高要求。

托架結(jié)構(gòu)焊接應(yīng)嚴(yán)格按照規(guī)定的焊縫尺寸施焊，并采用合理的焊接順序和局部降溫措施，控制焊接過程中的變形。托架結(jié)構(gòu)起吊安裝前，應(yīng)該對重要部位的焊縫進(jìn)行探傷，探傷檢查不合格的焊縫進(jìn)行補(bǔ)焊處理。

橋墩施工至預(yù)埋件位置前，應(yīng)適當(dāng)調(diào)整主筋位置，以免預(yù)埋件時切斷主筋。預(yù)埋鋼板及高強(qiáng)螺栓位置處鋼筋要局部加強(qiáng)。預(yù)埋件在現(xiàn)場鋼筋棚加工完成，為確保預(yù)埋鋼板位置的準(zhǔn)確，鋼板應(yīng)定位在主筋和模板上。預(yù)埋件安裝標(biāo)高誤差控制在0～+5 mm。安裝托架縱梁時，用水準(zhǔn)儀調(diào)整縱梁，保持縱梁水平。

4 結(jié)語

本文以三一大道瀏陽河大橋工程為依托，對主橋0#塊托架進(jìn)行了結(jié)構(gòu)選型、設(shè)計驗算分析，從安裝工藝流程、預(yù)壓加載試驗等方面介紹了托架結(jié)構(gòu)的施工措施，并總結(jié)了施工中的注意事項。鋼管樁托架結(jié)構(gòu)可以保證主橋0#塊的施工安全和大橋懸澆過程中的抗傾覆穩(wěn)定性。該設(shè)計實例和施工工藝措施可為同類型橋梁設(shè)計和施工提供參考。

［1］尹紫紅，董啟軍.廣珠鐵路西江大橋連續(xù)剛構(gòu)拱主橋0#塊托架設(shè)計與施工［J］.鐵道建筑，2012(4):30－32.

［2］文 瑜，謝 瑋.公路橋梁施工臨時支架穩(wěn)定性計算與分析［J］.山西建筑，2012，38(23):167 －169.

［3］盧 江，曾德榮，段 波.崇遵高速公路新橋0#塊托架法施工技術(shù)研究［J］. 公路交通技術(shù)，2004，12(6):76 －79.

［4］李喜程.湘潭特大橋連續(xù)梁0#塊托架法施工技術(shù)［J］.安徽建筑，2013，3(191):68 －70.

［5］任 銀.大體積0#塊分次澆筑托架受力計算模型及監(jiān)控技術(shù)研究［D］.重慶:重慶交通大學(xué)，2011.

［6］JTG D40－2004，公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范［S］.

［7］JTG/T F50－2011，公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范［S］.

［8］GB 50017－2003，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范［S］.