胡 剛

(中鐵一局集團第二工程有限公司，河北唐山 063004)

大跨連續(xù)梁0號塊的支撐方案根據(jù)墩身高度不同，通常采用的施工方案有落地支架法、墩頂托架法等，托架法施工中三角托架又較為常見［1］，但其構造復雜、成本較高、材料回收率低，在京?？瓦\專線的芹口特大橋(40+64+40)m連續(xù)梁0號塊施工過程中，成功應用了一種構造簡單、受力明確且材料回收率高的工字鋼懸挑托架體系。

1 工程概況

芹口特大橋(40+64+40)m連續(xù)梁梁體結構為3跨1聯(lián)變高變截面三向預應力直腹板混凝土箱梁，頂寬12 m，底寬6.7 m。梁面采用雙面排水，頂板厚度除梁端附近外均為40 cm，底板厚度為40～80 cm，按直線線性變化;腹板厚度為48～80 cm，按折線變化。0號塊長9 m，中支點處截面梁高6.05 m，主墩高38 m，為變截面薄壁圓端空心墩，墩頂截面尺寸為10 m(橫向)×5.4 m(縱向)［2］。

2 懸挑托架的設計思路

整個托架體系主要由懸挑桿件、錨固系統(tǒng)、橫向分配梁、縱向分配梁等組成，具有體積小、用材省、傳力路徑明確等優(yōu)點。懸挑主桿件為雙拼I40a型鋼，受力特點為“后錨前挑”，主構件懸臂根部采用2道雙拼I22a型鋼壓緊，采用墩頂上預埋φ25 mm精軋螺紋鋼筋進行錨固，懸出長度為施工平臺，對比三角托架少了豎撐、斜梁及墩身預埋件等，加工制作簡單，結構受力明確。澆筑混凝土時托架的傳力路徑為:新澆混凝土—模板—方木—縱向分配梁—橫向分配梁—懸挑托架—墩身［3］。

3 懸挑托架的取材及拼裝設計

懸挑主構件采用雙拼I40a型鋼，墩頂兩側各布置6片，長5.1 m，其中墊石內側2根采用通長布置，長度為12 m。橫向布置間距為1 m+1 m+2.5 m+1 m+1 m。主構件安裝前，采用M30水泥砂漿將墩頂找平。同時，在墩頂邊緣預埋承壓鋼板200 mm×400 mm×10 mm，對應位置焊接支墊鋼板，支墊鋼板寬度不小于150 mm，確保墩邊混凝土不被局部破壞［4］。

主構件I40a型鋼上橫向分配梁采用I22a型鋼。其中，梁體懸臂段下方部分采用單根I22a型鋼，長度為12 m，布置間距為40 cm。主構件懸臂根部采用2道雙拼I22a型鋼壓緊，同時采用預埋的φ25 mm精軋螺紋鋼筋進行錨固，并施加50 kN的張拉應力。待0號塊施工完畢后，采用連接套筒接長φ25 mm精軋螺紋鋼筋使其伸入至箱體內底板上，并施加張拉應力將其錨固在底板上，以增強梁體抵抗大懸臂不平衡彎矩的能力。0號塊懸挑桿件布置立面見圖1。

圖1 0號塊懸挑桿件布置立面(單位:mm)

懸挑桿件搭設布置平面見圖2，施工主墩墩身時，在墩柱上實體段兩側對稱預埋φ25 mm精軋螺紋鋼筋，每側布置3排，排間距為400 mm+900 mm，其中，第1排φ25 mm精軋螺紋鋼筋距離墊石邊15 cm，每側布置18根。

4 支撐體系安裝［5］

橫向分配梁I22a型鋼上滿鋪1層10 cm×10 cm方木，方木上鋪設1層塑料薄膜，確保填充的砂子不滲漏。方木上沿梁底輪廓外邊緣砌筑1圈厚度為45 cm的外圈墻，磚墻內填充中粗砂，并用灑水使其密實。待填砂表面干燥后采用M30水泥砂漿找平抹面，形成底模模板鋪設基面。底模采用1 220 mm×2 440 mm×16 mm高強覆膜竹膠板拼裝，板縫間采用雙面膠條粘貼，確?；炷翝仓r不發(fā)生漏漿現(xiàn)象。懸挑托架現(xiàn)場施工圖片見圖3。

5 載荷分項選取(取單側懸挑體系進行分析)［6］

根據(jù)設計圖紙中所示連續(xù)梁與墩柱關系，墩頂范圍內0號塊底模，采用二四磚墻內填充中粗砂進行支墊。臨時支墩以外懸臂段，采用雙拼I40a型鋼懸挑支撐，橫向分配梁I22a上滿鋪100 mm×100 mm方木，方木上采用施作砂倉進行底模支墊。由于本聯(lián)連續(xù)梁施工期間為夏秋季節(jié)，附加力僅考慮風荷載。

圖2 懸挑桿件搭設布置平面(單位:mm)

圖3 懸挑托架現(xiàn)場施工照片

懸挑體系設計檢算所涉及到的荷載自上而下分別為:施工荷載、梁體自重、模板荷載、砂倉自重、100 mm×100 mm方木自重荷載、I22a型鋼自重荷載及I40a型鋼自重荷載。

5.1 附加力(風荷載)

根據(jù)《鐵路橋涵設計基本規(guī)范》(TB10002.1—2005)風荷載計算公式

式中 Wk——風荷載強度，kN/m2;

WO——基本風壓，kN/m2，按照 50 年一遇，武夷山地區(qū)風壓為取0.35 kN/m2;

K1——風載體形系數(shù)，圓端型橋墩長寬比＞1.5，故取 1.1;

K2——風壓高度變化系數(shù)，軌頂離地面高度按40 m考慮，取1.21;

K3——地形、地理條件系數(shù)，橋址所在地區(qū)為一般平坦空曠地區(qū)，取1.0。

因此，Wk=1.1×1.21×1.0×0.35=0.47 kN/m2

5.2 恒載

預應力鋼筋混凝土容重取26 kN/m3。由于梁體按拋物線進行變化，檢算時以最大截面處梁體重力的最大值進行校核［8］。

0號塊墩頂部分兩側臨時支墩之間底模采用充填砂倉進行鋪墊，懸臂部分采用懸挑桿件上滿鋪方木砌筑砂倉進行鋪墊。因此，計算時僅檢算臨時支墩以外的懸臂段部分的桿件受力。懸臂段根部(1－1截面)距離拋物線原點 24.5 m，梁高 5.766 m，底板厚0.781 m，頂板厚0.4 m，腹板厚0.8 m;懸臂段端部(2－2截面)距離拋物線原點22.5 m，梁高5.341 m，底板厚0.75 m，頂板厚0.4 m，腹板厚0.8 m。如圖4所示。

圖4 梁體結構(單位:cm)

經(jīng)計算，懸臂段根部1－1截面縱向線荷載Q1=468.52 kN/m，懸臂段端部2－2截面縱向線荷截Q2=446.68 kN/m。

5.3 施工荷載

施工人員及機具作用荷載取P施=2.5 kN/m2，混凝土傾倒產(chǎn)生的荷載取P倒=2.5 kN/m2，混凝土振搗產(chǎn)生的荷載取P振=2.0 kN/m2。

5.4 荷載組合系數(shù)

為安全考慮，參照《建筑結構荷載規(guī)范》規(guī)定，計算支撐架強度時的荷載設計值，取其標準值乘以下列相應的分項系數(shù):

(1)恒載自重分項分項系數(shù)，取1.2;

(2)活載分項分項系數(shù)，取1.4;

(3)附加力分項分項系數(shù)，取1.4。

6 懸挑托架體系檢算

6.1 懸挑橫向分配梁I22a型鋼檢算

橫向分配梁采用I22a型鋼，通長12 m，布置間距40 cm。檢算時按滿足0號塊懸臂根部荷載要求進行計算。工字鋼主要承受0號塊懸臂段內外側模及支撐架、混凝土、方木及砂等自重荷載，施工荷載及附加力。

根據(jù)結構分析可知:腹板底板均布荷載Q腹=79.53 kN/m;中間底板均布荷載Q中=24.42 kN/m;

外側模集中荷載:Q側=33.59 kN，由于側模有2根立桿支撐，簡化為單根工字鋼受集中力為16.8 kN。

由上可知:Mmax=29.83 kN·m;Qmax=71.77 kN

δmax=Mmax/W=29.83×106/(309×103)=96.5 MPa＜［σ］=145 MPa

τmax=QmaxS/Ib=71.77×103/(18.9×10×7.5)=50.6 MPa＜［τ］=85 MPa

ωmax=5×q×l4/(384×E×I)=5×24.42×2 5004/(384×2.1×105×34×106)=2 mm＜［l/400］=2 500/400=6 mm(合格)［9］。因此，滿足要求。

6.2 懸挑縱梁2I40a型鋼檢算

懸挑體系縱梁采用雙拼I40a型鋼，懸挑桿件總長度為5.1 m。懸挑工字鋼主要承受0號塊懸臂段內外側模及支撐架、混凝土、砂、方木及I22a型鋼等自重荷載，施工荷載及附加力。

根據(jù)結構分析可知:懸臂段根部1－1截面縱向線荷載Q1=704.18 kN/m，懸臂段端部2－2截面縱向線荷載Q2=729.22 kN/m，空懸部位縱向線荷載Q空=37.78 kN/m

由上述可知:Mmax=1 380.99 kN·m;Qmax=1 382.66 kN

δmax=Mmax/W=1 380.99×106/(12×1 090×103)=105.6 MPa＜［σ］=145 MPa

τmax=QmaxS/Ib=1 382.66×103/(12×341×10.5)=32.2 MPa＜［τ］=85 MPa

ωmax=ql4/(8EI)=716.75×1 8504/(8×2.1×1011×12×217)=1.9 mm＜［l/400］=1 850/400=4.62 mm(合格)

6.3 反支點預壓鋼絞線布置

根據(jù)總預壓荷載等效的原則布置鋼絞線

P=(704.28+729.22)×1.85/2+37.78×1.5=1 382.66 kN

布置12根鋼絞線，每根鋼絞線最大拉力1 382.66/12=115 kN。

6.4 分配梁端頭錨固承載能力檢算

(1)縱向懸挑梁2I40a采用φ25 mm高強精軋螺紋鋼筋進行錨固，每組縱向懸挑梁采用3根，為減小變形量，施工前每根預拉50 kN，偏保守考慮，不考慮錨固段頂上的荷載，則每根螺紋鋼筋所受應力

因此，每組縱向懸挑梁采用3根φ25 mm高強精軋螺紋鋼筋進行錨固，能夠滿足設計和施工要求。

(2)精軋螺紋鋼筋墩頂預埋深度計算

根據(jù)《混凝土結構設計規(guī)范》，Ⅳ級鋼筋抗拉強度設計值為fy=360 MPa，墩柱混凝土采用C35，軸心抗拉強度設計值fc=1.57 MPa，即

式中 l——受拉鋼筋的錨固長度;

fy——鋼筋的抗拉強度設計值;

ft——混凝土軸心抗拉強度設計值;

d——鋼筋的公稱直徑;

α——鋼筋的外形系數(shù)，帶肋鋼筋取 0.14［11］。

由上可知，實際施工過程中，精軋螺紋鋼筋預埋深度只要大于883 mm，即可滿足施工要求。

7 懸挑托架結構施工

7.1 懸挑結構反支點預壓

懸挑結構采用反支點預壓施工工藝，即鋼絞線下頭錨固于承臺混凝土中，上頭固定在支架上，通過千斤頂張拉鋼絞線，使支架體系達到受力要求。施工工藝流程為:模擬混凝土荷載分布→安裝分配梁→安裝鋼絞線→上、下端錨固→張拉鋼絞線→持荷→卸載→確定支架變形量［12］。

7.1.1 模擬混凝土荷載分布

將混凝土的勻布荷載轉化為多個集中力作用在支架上，按集中力產(chǎn)生的跨中及支點處的彎矩及剪力與實際混凝土荷載產(chǎn)生的相應位置的彎矩和剪力一樣考慮。考慮0號塊混凝土、支撐體系及模型，0號塊墩柱以外懸臂部分換算成預壓荷載為1 440 kN，共計布置12根鋼絞線，每根鋼絞線受力取115 kN。每側懸挑桿件布置點為1～12，與之對應的承臺上布置點為1＇～12＇。布置位置見圖5。

圖5 反支點預壓鋼絞線布置位置(單位:mm)

7.1.2 安裝分配梁

為使鋼絞線的集中力更加均勻地作用在支架上，使支架整體受力，結合現(xiàn)場材料，采用雙拼I20型鋼作分配梁。采用塔吊將分配梁按設計位置吊裝到位。

7.1.3 安裝鋼絞線

承臺施工時需預埋鋼絞線，承臺內預埋深度為1.5 m，承臺外露長度為1.5 m，外露部分鋼絞線涂抹黃油，并外裹塑料布，以防止鋼絞線銹蝕。擠壓墊板采用2 cm厚鋼板自制，尺寸為0.1 m×0.1 m。擠壓套筒安裝時，要求套絲填滿其中，錨固端鋼絞線伸出套筒不小于1 cm(圖6)。鋼絞線按照計算長度下料。先用鋼絞線單孔連接器將后下料與承臺預埋鋼絞線連接，再用塔吊牽引鋼絞線至懸挑桿件上，對應承臺上的點位將鋼絞線穿順放置在分配梁上，鋼絞線穿到位后，采用錨具和夾片錨固于分配梁上。

圖6 承臺預埋反支點預壓鋼絞線位置(單位:mm)

7.1.4 張拉鋼絞線

觀測點位布置:預壓時沿縱向設2個觀測斷面，分別設在懸臂端頭處和懸臂根部處，每斷面設5個觀測點，如圖7所示:XA1～XA5、XB1～XB5、DA1～DA5、DB1～DB5。每側懸挑桿件頂面均采用 2臺YDC240QX－200型千斤頂進行張拉，確保兩側同時張拉，單側對稱單端張拉。預壓張拉時按照40、80、120 kN分三級加載。預壓觀測采用二等水準測量。在預壓前對觀測點進行初始高程的觀測，前兩級加載時，每級加載后靜停15 min測量豎向變形值，第三級加載后靜停30 min觀測豎向變形值，以后每隔6 h觀測1次。當各觀測點最初24 h的沉降量平均值小于1 mm時，判定支架變形處于穩(wěn)定狀態(tài)。

圖7 反支點預壓變形觀測點布置

7.1.5 卸載

采用相應的兩側同時、單側對稱分級進行卸載，每級卸載后對觀測點進行觀測，最后一級卸載完畢6 h后觀測監(jiān)測點。根據(jù)記錄結果，計算各觀測點的變形量:梁底立模高程=設計梁底高程+支架彈性變形值+設計預留拱度;彈性變形=堆載穩(wěn)定后高程－卸載后高程;非彈性變形=堆載前初始高程－卸載后高程。結合檢算的計算撓度，分析確定拋物線方程，從而確定立模高程。

7.2 底模支撐體系安裝

反支點預壓卸載完成后，結合所得觀測數(shù)據(jù)，按要求鋪設方木加一層塑料薄膜，沿梁底輪廓外邊緣砌筑一圈外圈墻，磚墻內充填密實中粗砂，頂面采用M30水泥砂漿抹面找平并鋪設0號塊竹膠板底模。

7.3 懸挑托架結構施工控制要點

(1)承臺預埋鋼絞線的位置必須準確，埋置及外露深度符合設計要求。

(2)墩頂預埋φ25 mm精軋螺紋鋼筋的位置必須準確，埋置及外露尺寸大于理論計算值。

(3)在吊裝之前，雙拼I40a型鋼的對拼焊接必須保證焊接質量符合要求，精軋螺紋鋼筋穿孔位置預留準確，以便后續(xù)吊裝一步到位。

(4)精軋螺紋鋼筋對工字鋼進行錨固時，須采取雙螺帽錨固，以確保安全。

(5)反支點預壓操作過程中，作為分配梁的雙拼I20型鋼吊裝位置須按設計位置吊放。預壓張拉時，必須確保墩柱兩側同時張拉，單側對稱單端張拉。張拉前后嚴格按要求進行水準觀測。

8 結語

懸挑托架在連續(xù)梁施工中的可行和實用性，得到了理論和現(xiàn)場雙重驗證。其具有結構簡單，加工方便，安裝快捷等優(yōu)點，既可以保證結構體系所需的抗彎及抗剪強度，材料又可以多次重復使用，避免了浪費，同時縮短了工期，節(jié)約了施工成本，在同類的連續(xù)梁0號塊施工中，可借鑒使用。施工成本經(jīng)過對比分析，芹口特大橋(40+64+40)m連續(xù)梁0號塊采用懸挑托架結構方案，比傳統(tǒng)三角托架直接節(jié)省費用252836.4元。

［1］何志勇.沙港大橋剛構0號段支撐設計及施工技術［J］.鐵道標準設計，2005(5):56-58.

［2］中鐵第四勘察設計院.無砟軌道現(xiàn)澆預應力混凝土連續(xù)梁(雙線)(通橋(2008)2368A－Ⅲ)［Z］.北京:鐵道部經(jīng)濟規(guī)劃研究院，2008.

［3］朱傳娣.大跨高墩連續(xù)剛構橋0號塊托架法施工技術［J］.混凝土與水泥制品，2009(4):21-22.

［4］曾周成，王耀傳.金水溝大橋零號塊施工托架設計［J］.長沙鐵道學院學報:社會科學版，2005，6(1):231-232.

［5］雷俊卿.橋梁懸臂施工與設計［M］.北京:人民交通出版社，1999:127-130.

［6］北京鋼鐵設計研究總院.GB50017—2003 鋼結構設計規(guī)范［S］.北京:中國計劃出版社，2003.

［7］鐵道第三勘察設計院.TB10002.1—2005 鐵路橋涵設計基本規(guī)范［S］.北京:中國鐵道出版社，2005.

［8］馬保林.高墩大跨連續(xù)剛構橋［M］.北京:人民交通出版社，1999:69-70.

［9］孫訓方.材料力學［M］.北京:高等教育出版社，2002.

［10］中國國家標準化管理委員會.GB/T 20065—2006 預應力混凝土用螺紋鋼筋［S］.北京:中國標準出版社，2006.

［11］中國建筑科學研究院.GB50010—2010 混凝土結構設計規(guī)范［S］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2011.

［12］卜東平，何占忠.反支點預壓法在高墩大跨橋梁施工中的應用［J］.公路，2007(7):16-19.