曾彬峻

（中國(guó)水利水電第八工程局有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410000）

1 工程概況

紅河特大橋位于元陽(yáng)縣南沙鎮(zhèn)南沙水電站庫(kù)區(qū)內(nèi)，對(duì)應(yīng)里程樁號(hào)K66+989.65～K68+355.65，是紅河州建水（個(gè)舊）至元陽(yáng)高速公路上的關(guān)鍵控制性工程。全橋孔跨布置：7×40m預(yù)應(yīng)力砼T梁+6×50m鋼板組合梁+700m懸索橋+2×40m預(yù)應(yīng)力砼T梁，紅河特大橋橋梁布置圖如圖1所示。全長(zhǎng)1366m，中心里程為K67+672.65。路線在跨越紅河庫(kù)區(qū)范圍內(nèi)設(shè)計(jì)標(biāo)高+448.636～+452.136m，水面寬約360m，水面距橋面高達(dá)184m。

圖1 紅河特大橋橋梁布置圖

建水岸索塔采用鋼筋混凝土門式塔柱，索塔總高181.286m，上塔柱橫橋向內(nèi)側(cè)傾斜，塔柱頂中心間距27m。索塔橫梁采用預(yù)應(yīng)力混凝土箱形梁，橋塔設(shè)置上橫梁、中橫梁及下橫梁，塔柱及橫梁均采用C50混凝土。中橫梁尺寸：29.4m（長(zhǎng)度）×7m（高度）×8.1m（寬度），壁厚1m，橫梁為箱形截面并設(shè)置橫隔板，隔板厚0.8m，距承臺(tái)頂面97.3m。主要工程量：鋼筋89t，混凝土771.8m3，鋼鉸線56t。

2 中橫梁總體施工方案

紅河特大橋建水側(cè)索塔高181.286m，索塔底節(jié)6m，采用落地腳手架施工，其余采用勁性骨架結(jié)合液壓爬模逐段連續(xù)施工。索塔共分為31個(gè)施工節(jié)段，中橫梁位于17～18施工節(jié)段，索塔中橫梁底面距承臺(tái)頂面97.3m，距離地面較高，施工周期長(zhǎng)，且施工風(fēng)險(xiǎn)高，施工難度大。通過(guò)研究對(duì)比塔柱橫梁落地支架和托架方案的施工工期、鋼材用量、支架變形等方面，最終決定采用型鋼托架法施工。

3 中橫梁托架設(shè)計(jì)

中橫梁采用型鋼托架法施工，中橫梁混凝分兩次（4m+3m）澆筑施工。中橫梁支架系統(tǒng)由牛腿、牛腿對(duì)拉桿、型鋼支架、貝雷梁、分配梁和底模系統(tǒng)組成。塔身預(yù)埋鋼套件，預(yù)留牛腿安裝孔洞，支撐牛腿安裝在預(yù)留孔洞內(nèi)，利用Φ32mm精軋螺紋鋼拉桿錨固在主塔上，主桁架支撐于牛腿之上，順橋向布置兩桁，主桁架上由下到上依次布置楔塊、承重梁、橫梁（貝雷片）、I20分配梁，底模系統(tǒng)由15mm竹膠板及100mm×100mm方木組成，置于I20分配梁之上，中橫梁支架結(jié)構(gòu)體系設(shè)計(jì)圖如圖2所示。

圖2 中橫梁支架結(jié)構(gòu)體系設(shè)計(jì)圖（單位：mm）

支架體系完成搭設(shè)后，頂部荷載傳遞路徑為底模系統(tǒng)→I20工字鋼分配梁→橫梁（貝雷片）→承重梁→主桁架→支撐牛腿→主塔塔身。荷載傳遞路徑清晰簡(jiǎn)單，經(jīng)過(guò)有限元計(jì)算模擬分析，確保了結(jié)構(gòu)的安全穩(wěn)定，合理規(guī)避了風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)，通過(guò)構(gòu)件間臨時(shí)焊接以及堆載預(yù)壓等措施最大程度消除了支架體系的非彈性變形，確保了橫梁施工的質(zhì)量可控。主桁架各桿件間采用螺栓連接，安拆簡(jiǎn)單快捷，支架改制方便迅速，且安裝精度高。

支架根據(jù)《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》（JTG D 60—2015）采用概率論的方法進(jìn)行設(shè)計(jì)。故設(shè)計(jì)支架時(shí)，按第一次澆筑時(shí)上部所有荷載由支架全部承擔(dān)，第2層混凝土澆筑時(shí)上部施工荷載及混凝土自重由已成型梁及支架共同承擔(dān)。同時(shí)，考慮到其作為施工臨時(shí)結(jié)構(gòu)，施工安裝精度、現(xiàn)場(chǎng)焊接質(zhì)量相對(duì)于永久結(jié)構(gòu)較差。因此，在規(guī)范規(guī)定采用荷載分項(xiàng)系數(shù)的基礎(chǔ)上，為確保結(jié)構(gòu)安全，支架主要構(gòu)架仍需留有一定的安全儲(chǔ)備[1]。

設(shè)計(jì)支架時(shí)，采用Midas建立中橫梁支架模型如圖3所示，其中各桿件均采用梁?jiǎn)卧Ｐ?，各桿件采用彈性連接[2]。（1）型鋼支架頂部I20分配梁計(jì)算結(jié)果如圖4所示。

圖3 中橫梁型鋼托架計(jì)算模型圖

支架頂部I20分配梁的組合應(yīng)力σmax=94.2MPa＜[σ]=215MPa，組合應(yīng)力滿足要求。最大位移S=（23-22）mm=1mm＜900mm÷400=2.25mm，滿足要求。

圖4 承重梁受力計(jì)算結(jié)果

（2）其他桿件受力計(jì)算結(jié)果如表1所示。通過(guò)計(jì)算，在最不利組合下，各桿件的強(qiáng)度和剛度均滿足要求。

表1 桿件受力情況表

（3）牛腿受力計(jì)算。作用于牛腿上的最大豎向荷載F=1134.6kN，牛腿處混凝土局部受壓承載力[F]=1.35βcβlfcAln=1.35×1.03×1×23.1×128800=4137kN＞F，滿足承壓面強(qiáng)度要求。經(jīng)過(guò)計(jì)算，牛腿鋼板變形值最大值為0.016mm，最薄弱點(diǎn)出現(xiàn)在下拐角處，體現(xiàn)為應(yīng)力集中14MPa＜[τ]=100MPa，牛腿強(qiáng)度滿足要求。

（4）拉桿計(jì)算。下橫桿內(nèi)設(shè)置8根32精軋螺紋鋼，考慮單根精軋螺紋鋼筋其預(yù)拉力為360kN，單根拉桿受拉力為F=2250÷8=276kN，安全系數(shù)k=360÷276=1.4，滿足要求。

通過(guò)對(duì)中橫梁型鋼托架系統(tǒng)的承重梁、分配梁、貝雷梁、斜撐桁架、牛腿、牛腿對(duì)拉桿的應(yīng)力和變形的計(jì)算，中橫梁型鋼托架系統(tǒng)的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性均滿足要求，結(jié)構(gòu)安全。

4 中橫梁施工

4.1 施工工藝流程

中橫梁采用塔梁同步工藝施工，中塔柱爬模爬升至第15、16節(jié)段預(yù)埋中橫梁托架相關(guān)預(yù)埋件，中橫梁分兩次與塔柱第17、18節(jié)段同步澆筑。中橫梁施工工藝流程為測(cè)量定位→橫梁支架安裝→預(yù)壓→接高塔柱內(nèi)勁性骨架→塔身主筋接長(zhǎng)→安裝橫梁底?！鷾y(cè)量調(diào)整底?！壴装?、腹板鋼筋、穿波紋管及穿預(yù)應(yīng)力鋼束→安裝內(nèi)外模、測(cè)量、調(diào)整→檢查、鑒證→澆注混凝土→養(yǎng)護(hù)、拆內(nèi)外模板→安裝頂板模板→綁扎頂板鋼筋→穿波紋管及穿預(yù)應(yīng)力鋼束→檢查、鑒證→澆注混凝土→養(yǎng)護(hù)、拆內(nèi)外模板→張拉→壓漿→封端→拆除橫梁底模及支架。

4.2 型鋼托架安裝

中橫梁支架預(yù)埋件、牛腿、主桁架（上、下弦桿及斜桿）、鋼墊塊、承重梁部分外委專業(yè)廠家加工，加工完成并驗(yàn)收合格后運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)與其余構(gòu)件一起進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)拼裝，型鋼托架安裝如圖5所示。

圖5 中橫梁型鋼托架安裝施工

（1）支撐牛腿安裝。施工前，按設(shè)計(jì)要求放樣出支架體系的各個(gè)預(yù)埋件位置，為確保測(cè)量精度，進(jìn)行換手復(fù)測(cè)。在索塔施工過(guò)程中，于設(shè)計(jì)位置埋設(shè)牛腿預(yù)埋鋼套件，鋼套件預(yù)埋時(shí)注意預(yù)埋深度，埋件外露面需深入混凝土面2～3cm，以便后期混凝土修補(bǔ)。待塔柱混凝土澆筑完成且爬模爬升露出預(yù)埋鋼套件后安裝牛腿，牛腿裝入預(yù)埋鋼套件內(nèi)后，穿入預(yù)應(yīng)力筋并張拉，完成支撐牛腿安裝工作。

（2）主桁架安裝。主桁架由上、下弦桿、斜桿和橫聯(lián)桿組成，上、下弦桿及斜桿均為雙拼H58型鋼組成，由專業(yè)廠家在廠內(nèi)制作，驗(yàn)收合格后運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行組拼，各桿件連接方式采用螺栓連接，主桁架分上、下兩部分組拼并分次吊裝就位，采用兩臺(tái)塔吊抬吊進(jìn)行安裝，兩榀桁架吊裝完成后立即連接橫聯(lián)桿，使兩榀主桁架形成一個(gè)整體。

（3）承重梁和橫梁安裝。承重梁由H70型鋼雙拼順橋向裝在主桁架上，因后期落架施工需要，承重梁與主桁架上弦桿之間需安裝鋼墊塊，鋼墊塊在廠內(nèi)焊接而成，頂面、底面分別與承重梁與上弦桿接觸面焊接。橫梁為321型貝雷梁，按照設(shè)計(jì)圖紙間距進(jìn)行擺放，腹板下45cm/組，每組間距25cm；底板90cm/組，每組間距60cm。

（4）分配梁和底模安裝。橫梁頂部按照貝雷片豎桿及斜桿節(jié)點(diǎn)間距布設(shè)I20分配梁，I20分配梁上部鋪設(shè)10cm×10cm方木分配梁，上橫梁腹板及倒角下方方木間距為15cm，底板下方方木間距為30cm，底板采用1.5cm厚的竹膠板。

4.3 型鋼托架預(yù)壓

中橫梁型鋼托架安裝完成后對(duì)其進(jìn)行預(yù)壓，以消除支架的非彈性變形，觀測(cè)支架的彈性變形，根據(jù)彈性變形值對(duì)底模進(jìn)行預(yù)抬[3]。壓重采用混凝土預(yù)制塊進(jìn)行配重，按照主梁結(jié)構(gòu)的荷載分布進(jìn)行堆載，總的堆載量為上橫梁混凝土重量的1.1倍，堆載按照60%→80%→100%→110%的順序進(jìn)行堆載，堆載荷載分布按上橫梁實(shí)際結(jié)構(gòu)荷載分布進(jìn)行。支架預(yù)壓荷載取索塔中橫梁第一層澆筑混凝土澆筑重量+模板自重+施工荷載，即需施加荷載1486t，采用1251塊（1m×1m×0.5m）混凝土預(yù)制塊進(jìn)行預(yù)壓。

支架預(yù)壓監(jiān)測(cè)主要包括加載之前監(jiān)測(cè)點(diǎn)標(biāo)高、每級(jí)加載后監(jiān)測(cè)點(diǎn)標(biāo)高和卸載后6h監(jiān)測(cè)點(diǎn)標(biāo)高三項(xiàng)內(nèi)容，以觀測(cè)預(yù)壓支架的計(jì)算沉降量、彈性變形量及非彈性變形量。支架壓載觀測(cè)點(diǎn)布置：箱梁測(cè)點(diǎn)布置5個(gè)斷面，即每1/4跨度、1/2跨度及端部5個(gè)斷面，每個(gè)斷面分別在底板下布設(shè)3個(gè)點(diǎn)、在翼緣板下分配梁上布設(shè)2個(gè)點(diǎn)，一個(gè)斷面共布設(shè)5個(gè)點(diǎn)。通過(guò)預(yù)壓得出，托架非彈性變形平均為8mm，彈性變形平均為10mm，支架預(yù)抬值按照10mm設(shè)置。

4.4 中橫梁模板施工

中橫梁模板采用木模，內(nèi)模搭設(shè)鋼管腳手架支撐。橫梁底模及側(cè)模板均采用15mm厚的竹膠板，外背10cm×10cm方木背楞，側(cè)模橫向背楞采用兩根Φ48mm鋼管，兩根鋼管之間留有2.5cm的間距，以便穿入拉桿，拉桿直徑20mm，按照豎向間距80cm、橫向間距1m布置，底部?jī)傻览瓧U與上橫梁主筋焊接。

4.5 中橫梁鋼筋施工

中橫梁斷面外側(cè)主筋為一排為Φ28mmHRB400鋼筋，內(nèi)側(cè)為一排Φ20mmHRB400鋼筋，箍筋和拉筋為Φ16mm鋼筋，橫梁鋼筋安裝總體按照由下至上的順序進(jìn)行鋼筋綁扎，依次安裝底板、腹板、隔板、頂板鋼筋，橫梁混凝土表面設(shè)置CRB550防裂鋼筋網(wǎng)片。鋼筋統(tǒng)一由鋼筋廠集中加工，鋼筋半成品驗(yàn)收合格后，配送至現(xiàn)場(chǎng)安裝，按照設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行鋼筋安裝，要求鋼筋數(shù)量、鋼筋間距、保護(hù)層厚度、鋼筋接頭質(zhì)量等滿足設(shè)計(jì)和驗(yàn)收規(guī)范的要求。

4.6 中橫梁混凝土施工

中橫梁混凝土澆筑分兩次施工，第一層澆筑高度為4m，第二層澆筑高度為3m。橫梁第一次澆筑的整體澆筑順序?yàn)橛蓛啥讼蛑虚g澆筑，從腹板下料，首先澆筑至底板倒角位置，然后澆筑底板混凝土，最后澆筑腹板及隔板。第二次澆筑順序同樣由兩端向中間澆筑，先腹板及隔板，再澆筑頂板。中橫梁第二次澆筑前，應(yīng)按照設(shè)計(jì)圖紙要求預(yù)埋墊石及擋塊的鋼筋及預(yù)埋件?，F(xiàn)場(chǎng)通過(guò)輸送泵管垂直運(yùn)輸至橫梁位置處的布料桿進(jìn)行布料，布料桿出料口設(shè)置軟管，控制混凝土自由下落高度在2m以下[4]。

4.7 中橫梁預(yù)應(yīng)力施工

橫梁預(yù)應(yīng)力鋼絞線均采用兩端對(duì)稱張拉，一次張拉完畢。每束鋼絞線的設(shè)計(jì)錨下控制應(yīng)力為1395MPa，張拉采用雙控，以控制為主，以鋼絞線伸長(zhǎng)量進(jìn)行校核。施工順序?yàn)轶w內(nèi)預(yù)應(yīng)力施工完成→抽真空→檢查壓漿泵出口漿體情況→管路連接→啟動(dòng)真空泵→觀測(cè)排氣孔的出漿情況→加壓2～3min→封堵漿口及出氣孔→清理工作平臺(tái)。

4.8 托架拆除

當(dāng)中橫梁完成所有待張拉、注漿、封錨后便可進(jìn)行托架拆除，拆除采用切割鋼楔塊的方式進(jìn)行。先對(duì)稱釋放鋼楔塊，然后拆除底模，再拆除分配梁，之后拆除貝雷片。貝雷架采用分組拆除的方法，用手動(dòng)葫蘆橫移至分配梁兩側(cè)，用塔吊吊至橋外堆放。主桁架和連接系在貝雷梁拆除完成后再進(jìn)行拆除，從上至下依次拆除，橫聯(lián)桿拆除時(shí)采用氧焊切割，主桁架拆除通過(guò)塔機(jī)配合橫梁頂部安裝的卷?yè)P(yáng)機(jī)進(jìn)行拆除、下放。最后拆除支架牛腿，在預(yù)埋鋼套件內(nèi)焊接加勁肋并回填混凝土。

5 實(shí)施效果

該橋采用的型鋼托架法與落地支架方案相比，減少了高空焊接及吊裝工作，節(jié)約了120t鋼材，節(jié)約了成本60萬(wàn)元。而且，整個(gè)支架體系安裝僅需7d，節(jié)約了工期12d，加快了材料的周轉(zhuǎn)?？梢钥闯?，中橫梁施工采用型鋼托架法實(shí)施效果顯著，達(dá)到了便于施工、節(jié)約材料、節(jié)省工期、保證質(zhì)量和降低安全風(fēng)險(xiǎn)的目的。

（1）主塔中橫梁底面距承臺(tái)頂面97.3m，若采用落地支架方案，對(duì)支架立柱承載能力的要求非常高，支架高度很大，且立柱穿過(guò)下橫梁，對(duì)下橫梁的結(jié)構(gòu)內(nèi)力造成影響，同時(shí)施工存在大量的高空焊接作業(yè)，安全風(fēng)險(xiǎn)大。

（2）整套支架體系由牛腿、牛腿對(duì)拉桿、型鋼支架、貝雷梁、分配梁和底模系統(tǒng)組成。各桿件均由廠內(nèi)定制加工，桿件間采用螺栓連接，既減少了現(xiàn)場(chǎng)焊接的工作量，又保證了安裝精度，且主桁架采取整體吊裝，減少了起重吊裝的工作量，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，施工方便。

（3）整套支架體系除主桁架外，均為型鋼原材或定制鋼構(gòu)件，施工不同位置橫梁時(shí)可直接周轉(zhuǎn)無(wú)需改制或重新加工，且橫梁施工完成后仍可重復(fù)使用，改制簡(jiǎn)單，便于周轉(zhuǎn)。

（4）相比于落地支架，該支架通過(guò)牛腿固定于塔柱上，不占用地面空間，解決了施工場(chǎng)地小的問(wèn)題，避免了因地面基礎(chǔ)沉降導(dǎo)致的支架非彈性變形，支架在荷載作用下變形較小。

6 結(jié)束語(yǔ)

建水（個(gè)舊）至元陽(yáng)高速公路紅河特大橋中橫梁通過(guò)采取型鋼托架法，安全有效地完成了索塔中橫梁施工，保證了整體工程質(zhì)量，節(jié)約了施工成本，加快了施工效率，同時(shí)降低了安全風(fēng)險(xiǎn)，取得了良好經(jīng)濟(jì)效益，可在同類橋梁施工中提供參考。