王 蕾

（中鐵十六局集團第三工程有限公司，浙江湖州313000）

1 概 述

大懸臂蓋梁作為橋梁建設中常見的結(jié)構(gòu)形式，具有線型流暢、造型美觀、橋下通行空間寬敞、采光良好等優(yōu)點，成為城市高架橋蓋梁首選形式。但大懸臂蓋梁的現(xiàn)澆施工對下部托架強度、剛度、穩(wěn)定性、調(diào)節(jié)性能等要求較高，因此國內(nèi)許多專家對此進行過相關研究。張新朝［1］通過墩柱預埋牛腿的方式對蓋梁現(xiàn)澆托架進行固定；姚凱在立柱上預留好Ф150 mm孔，通過銷棒連接，將型鋼托架安裝在其兩側(cè)牛腿上，型鋼托架采用對拉螺桿多點橫向連接為整體后，在其上布置28a工字鋼作為縱梁，從而形成完整鋼桁梁托架系統(tǒng)［2-4］；在人、車流量大的地段，為了保證正常通車運行，前人采用門式鋼管腳手架和抱箍懸挑架，門式鋼管腳手架受力明確，技術成熟，但施工速度較慢，且存在安全質(zhì)量方面的隱患［5-8］；一些專家通過在墩身前后兩側(cè)的承臺設置鋼管支撐立柱，鋼管支撐立柱設置斜撐，斜撐上設置雙工字鋼分配梁，并在上面設置橫橋方向的主梁，主梁上設雙工字鋼分配梁，從而形成整個托架系統(tǒng)［9-10］；還有一些學者采用抱箍進行固定的方式，其中抱箍懸挑架將力直接傳遞到橋墩，較大程度上減少對兩側(cè)道路的占用［11-12］。因此，本項目開展了可調(diào)高度機械組合鋼桁梁托架的研究，以提高大懸臂鋼桁梁托架的拼裝速度，保證施工安全及精度的控制。

2 工程概況

浙江省甬臺溫高速公路復線溫州南塘至黃華四標段，線路全長5.46 km，設計為雙向六車道，時速100 km／h，路基整體寬度33.5 m。線路位于浙江省溫州樂清市境內(nèi)，其中，翁垟高架橋橋梁全長為4.41 km，共有146個橋墩，且墩高度相差較大，大懸臂預應力鋼筋混凝土蓋梁136個，蓋梁的尺寸為長31.57 m，寬2.5 m，蓋梁跨中等截面高為3.0 m。蓋梁左右兩端懸臂段8.5 m為變截面，蓋梁高度由3.0 m變化至2.1 m，翁垟高架橋下左右為地方道路樂翁西路。

橋址地基地質(zhì)條件較差，上部為全新統(tǒng)海積層淤泥、淤泥質(zhì)土，整體厚20～45 m，局部厚度達到了60 m。中部分布沖積湖層黏土，灰黃色，可塑狀為主，厚度一般，且不連續(xù)分布，其下多為海積軟塑—可塑狀黏性土，厚度較大，力學性質(zhì)一般。中下部為沖湖積、海積黏性土，局部有礫石分布。

3 設計原理及工藝流程

目前城市高架橋施工中常采用鋼桁架立柱＋鋼桁架梁的方式，通過預壓控制變形及關鍵截面受力，確保了結(jié)構(gòu)安全穩(wěn)定，且能最大限度提供該梁下部空間。這種方式雖然具有一定的優(yōu)勢，但是在每個蓋梁施工中都要進行鋼架立柱的安裝，且由于現(xiàn)場蓋梁高度相差較大，立柱規(guī)格不一致，部分立柱長度比較大，運輸及安裝也不方便，保證立柱安全穩(wěn)定性的處理措施也不同，部分立柱之間需要現(xiàn)場加強橫向連接，增加高處焊接施工。另一方面，當采用模塊化組合鋼桁梁托架時，可以根據(jù)蓋梁高度針對性地組合，而且各構(gòu)件可以工廠化預制，現(xiàn)場進行拼裝可加快施工進度。因此現(xiàn)場施工中采用了可調(diào)高度機械組合鋼桁梁托架作為蓋梁托架，可大大加快施工速度。

3.1 鋼桁梁托架的組成

鋼桁梁上下弦桿為I45a工字鋼，端斜桿為I28a工字鋼，其余腹桿均為I18工字鋼；上層托架為矩形，鋼桁梁上下弦桿為I45a工字鋼，端豎桿為I45a工字鋼，端部三根斜腹桿均為I28a工字鋼，其余腹桿均為I18工字鋼，下層托架豎桿為I22a工字鋼。當花瓶式橋墩高度超過兩層鋼桁梁托架高度之和時，上、下兩層鋼桁梁托架之間的下層鋼桁梁托架弦桿上，采用 I45a型鋼支墩加高450、900、1 350 mm鋼桁梁托架高度，組合鋼桁梁可調(diào)高度，采用高度450 mm模數(shù)化尺寸加高，為施工提供了便利性。

3.2 材料強度標準及驗算

3.2.1 材料強度

參考《橋梁施工工程師手冊》提供的資料，混凝土自重取26 kN／m3，鋼模板自重按1.2 kN／m2，方木自重取7.5 kN／m3，鋼材自重取78.5 kN／m3，施工人員、機具等活載取2.5 kN／m2，傾倒混凝土產(chǎn)生的活載取2 kN／m2，振搗混凝土產(chǎn)生的活載取2 kN／m2。貝雷梁鋼材容許拉、壓和彎曲應力為273 MPa，剪應力為208 MPa。Q235鋼材參數(shù)（厚度或直徑≤16 mm）：抗拉、抗壓和抗彎強度為215 MPa；彈性模量E＝2.06×105MPa；抗剪強度為125 MPa。Q345鋼材參數(shù)（厚度或直徑≤16 mm）：抗拉、抗壓和抗彎強度為310 MPa；彈性模量E＝2.06×105MPa；抗剪強度為180 MPa。Q345鋼材參數(shù)（厚度或直徑≤35 mm）：抗拉、抗壓和抗彎強度為295 MPa；彈性模量E＝2.06×105MPa；抗剪強度為170 MPa。懸臂處最大撓度小于L／250，跨中位置最大撓度小于L／400。利用橋墩承臺作為承載基礎，托架直接作用在承臺頂面，不需要對基礎進行處理，節(jié)約了資源，減少了大量的地基處理費用，并且采用了粗調(diào)和精調(diào)相結(jié)合的方式對托架標高進行控制，其中粗調(diào)主要是在矩形鋼桁梁和梯形鋼桁梁之間加入鋼支墩來實現(xiàn)托架整體加高，精調(diào)主要在貝雷梁托架和矩形鋼桁梁之間設置螺旋千斤頂，通過調(diào)節(jié)千斤頂實現(xiàn)托架整體精調(diào)，從而保證大懸臂蓋梁施工精度的控制。

3.2.2 受力驗算

貝雷梁自重為：Q2＝0.9 kN／m

作用在貝雷梁上的橫向風荷載計算：w＝k1k2k3w0。k1取 1.3；k2取 1.0（支架高度小于10 m）；k3取1.0（按一般平坦空曠地區(qū)）；按50年一遇最大風速。貝雷梁按桁架計算其擋風系數(shù)，取0.4。

計算得到橫向風荷載為：q1＝w×1.5×0.4＝1.3×1.0×1.0×0.6×1.5×0.4＝0.468 kN／m（按作用在貝雷梁上弦桿考慮）。

作用在蓋梁側(cè)面模板的風荷載為：q2＝w×1.3×1.0×1.0×0.6×3×1＝2.34 kN／m（按作用在蓋梁側(cè)模頂考慮），貝雷梁以上層托架千斤頂為支點，千斤頂間距為 4.44、4.21、4.21、4.21、4.44 m。采用有限元模擬結(jié)果可知單排單層貝雷梁在荷載作用下的最大彎矩為258.4 kN·m，最大剪力為197.8 kN，比單排單層貝雷梁所能承擔的彎矩788.2 kN·m和剪力245.2 kN要小，因此貝雷梁滿足強度要求；懸臂處最大撓度為 20.4 mm ＜5 975／250＝23.9 mm，跨中位置最大撓度為5.8 mm＜4 210／400＝10.525 mm，貝雷梁撓度也滿足要求。

3.3 拼裝工藝

3.3.1 鋼桁梁托架模塊化組合

如圖1所示，可調(diào)高度組合鋼桁梁托架，采用兩層組合式鋼桁梁上下疊加，以便于安裝。下層鋼桁梁為梯形斷面結(jié)構(gòu)，減小下層鋼桁梁占用橫向面積，騰出橫向空間，鋼桁梁下部空間寬敞，視野通透。上層鋼桁梁為矩形斷面結(jié)構(gòu)，在下層梯形斷面鋼桁梁騰出橫向空間后，上層矩形斷面鋼桁梁左右懸臂長度，在下層梯形鋼桁梁增加3.35 m，減小了上部的貝雷桁架梁的懸臂長度，提高了大懸臂蓋梁變截面處貝雷桁架梁的剛度。大懸臂蓋梁可調(diào)高度組合鋼桁梁托架，全部為模塊化組合，下層梯形斷面鋼桁梁、上層矩形斷面鋼桁梁和加高鋼支墩，尺寸規(guī)格、桿件型鋼規(guī)格、材質(zhì)全部相同，通用性和互換性好。

鋼桁梁上下弦桿為I45a工字鋼，端斜桿為I28a工字鋼，其余腹桿均為I18工字鋼；上層托架為矩形，鋼桁梁上下弦桿為I45a工字鋼，端豎桿為I45a工字鋼，端部三根斜腹桿均為I28a工字鋼，其余腹桿均為I18工字鋼，下層托架豎桿為I22a工字鋼。

圖1 可調(diào)高度組合鋼桁梁托架設計

3.3.2 組合式鋼桁梁托架標高控制

當橋墩高度超過兩層鋼桁梁托架高度之和時，在上、下兩層鋼桁梁托架之間的下層鋼桁梁托架弦桿上，采用高450 mm的I45a型鋼支墩對鋼桁梁托架進行模數(shù)化尺寸加高，安裝時I45a型鋼支墩垂直于鋼桁梁托架，且平行于橋梁中線設置安裝，上下兩層鋼桁梁托架之間以及鋼桁梁托架與鋼支墩之間均采用高強螺栓進行連接，上層托架分成兩段進行安裝，兩段之間采用高強螺栓拼接，墩身前后上、下層鋼桁梁托架之間安裝I18工字鋼橫向剪刀撐，以提高各榀鋼桁梁托架之間的整體性。為了在小范圍內(nèi)更精確地對鋼桁梁托架高度進行調(diào)整和蓋梁支架的落架拆除，在上層鋼桁梁托架下弦桿的橫梁聯(lián)系梁上設置螺旋式千斤頂，每個橋墩鋼桁梁托架設置6對螺旋千斤頂，螺旋千斤頂間距為 4.44、4.21、4.21、4.21、4.44 m。最外側(cè)螺旋千斤頂位于蓋梁大懸臂段，承載重量最大，采用型號為QL100 t，其他位置螺旋千斤頂承載重量小，采用型號為QL50 t。上層鋼桁梁托架下弦桿內(nèi)側(cè)設有螺旋千斤頂橫梁聯(lián)系梁支座，螺旋千斤頂螺旋絲杠上設有門字型鋼框架，為了防止門字型鋼框架受力后發(fā)生偏移，鋼框架立柱置于導向槽內(nèi)，貝雷梁安置在門字型鋼框架上，從而實現(xiàn)螺旋千斤頂對鋼桁梁托架高度的精確調(diào)整。

根據(jù)施工設計圖承臺頂面設計高程和蓋梁底面設計高程計算墩身高度：H＝蓋梁底面設計高程－承臺頂面設計高程。

1）如圖2所示，當墩身高度大于2層組合鋼桁梁托架總高度，托架高度在螺旋千斤頂升降調(diào)節(jié)高度范圍內(nèi)，不需要在下層鋼桁梁托架與上層鋼桁梁托架之間增加鋼支墩，只需要通過螺旋千斤頂升降調(diào)節(jié)支架高度。

圖2 組合鋼桁梁無加高托架

2）如圖3所示，當墩身高度大于2層組合鋼桁梁托架總高度，托架高度不在螺旋千斤頂升降調(diào)節(jié)高度范圍內(nèi)，需要在下層鋼桁梁與上層鋼桁梁之間增加鋼支墩加高鋼桁梁，且加高度在450 mm范圍內(nèi)，需要在下層鋼桁梁托架與上層鋼桁梁托架之間，橋墩單側(cè)增加6個高450 mm鋼支墩，通過螺旋千斤頂升降精確調(diào)節(jié)支架高度。

圖3 組合鋼桁梁加高450 mm托架

3）如圖4所示，當墩身高度大于2層組合鋼桁梁托架總高度，托架高度不在螺旋千斤頂升降調(diào)節(jié)高度范圍內(nèi)的時候，需要在下層鋼桁梁與上層鋼桁梁之間增加鋼支墩加高鋼桁梁，且加高度在900 mm范圍內(nèi)，需要在下層鋼桁梁托架與上層鋼桁梁托架之間，橋墩單側(cè)增加6個高900 mm鋼支墩，通過螺旋千斤頂升降精確調(diào)節(jié)支架高度。

圖4 可調(diào)高度組合鋼桁梁加高900 mm托架

4）如圖5所示，當墩身高度大于2層組合鋼桁梁托架總高度，托架高度不在螺旋千斤頂升降調(diào)節(jié)高度范圍內(nèi)時，則需要在下層鋼桁梁與上層鋼桁梁之間增加鋼支墩加高鋼桁梁，且加高度在1 350 mm范圍內(nèi)，需要在下層鋼桁梁托架與上層鋼桁梁托架之間，橋墩單側(cè)增加6個高1 350 mm鋼支墩，通過螺旋千斤頂升降精確調(diào)節(jié)支架高度。

圖5 可調(diào)高度組合鋼桁梁加高1 350 mm托架

4 施工控制要點

4.1 承臺頂面安裝下層鋼桁梁托架

安裝下層鋼桁梁托架前，將承臺頂面雜物清除并清掃干凈。測量定位出下層鋼桁梁托架縱橫中心線至墩身蓋梁縱橫中心線距離，按照測量放樣的點位安裝底層鋼桁梁托架。確保下層鋼桁梁托架安裝的精度。下層鋼桁梁托架安裝偏差過大，導致墩身前后兩側(cè)的上、下層鋼桁梁托架之間安裝I18工字鋼橫向剪刀撐無法聯(lián)接，同時，還會導致鋼桁梁托架受力不均發(fā)生偏載。

4.2 上、下層鋼桁梁托架之間安裝I18工字鋼橫向剪刀撐

上、下層鋼桁梁托架安裝完成后，下層鋼桁梁托架之間安裝I18工字鋼橫向剪刀撐。各榀托架橫向之間采用I18工字鋼橫向剪刀撐進行連接，并設置橫向斜撐以加強整體性，以防止鋼桁梁托架失穩(wěn)，加強蓋梁支架與橋墩之間的橫向聯(lián)系防止出現(xiàn)支架面外失穩(wěn)，抵抗橫向風力。

4.3 門字型鋼框架、上部貝雷桁架梁、蓋梁底模型鋼分配梁安裝

上層鋼桁梁托架內(nèi)側(cè)設置的導向槽采用方形鋼管，方形鋼管導向槽是防止門字形鋼框架受力發(fā)生偏移失穩(wěn)。導向槽內(nèi)的門字形鋼框架與千斤頂螺旋絲杠對接，通過調(diào)整螺旋千斤頂高度實現(xiàn)導向槽內(nèi)的門字形鋼框架升降，達到組合鋼桁梁托架高度的精確調(diào)整的目的。

門字型鋼框架上設置橫橋方向貝雷桁架梁，由2排間距600 mm的貝雷桁架梁組配而成。每排由12榀貝雷桁架梁拼接組成，底模I18工字鋼分配梁，分配梁排列間距250 mm和400 mm，蓋梁懸臂端最外側(cè)4 m 范圍 I18工字鋼分配梁排列間距400 mm，懸臂端最外側(cè)4 m范圍至懸臂根部及蓋梁中部I18工字鋼分配梁排列間距250 mm。蓋梁模板直接鋪設在I18分配梁上。

4.4 型鋼分配梁上鋪設蓋梁底模

大懸臂預應力混凝土蓋梁采用定型組合，將蓋梁底模鋪設在型鋼分配梁上并調(diào)整固定牢固，測量蓋梁底模頂面高程，然后通過調(diào)整螺旋千斤頂升降，精確調(diào)整蓋梁底模頂面高程直至符合施工設計和施工技術規(guī)范要求。在蓋梁底模上綁扎鋼筋，安裝預應力鋼束波紋管，安裝預應力鋼束，安裝蓋梁側(cè)模板。

5 結(jié) 語

1）通過對大懸臂蓋梁托架的研究，設計了一種組合模塊式的倒梯形鋼桁梁托架。該托架有效釋放橋梁下部空間，減小了下層鋼桁梁占用橫向面積，單側(cè)可釋放橫向面積2.31 m2，保證了橋梁下部道路施工進度，且托架可直接作用在承臺上，無須對橋下軟基進行處理，從而大大節(jié)約了成本和工期，保證了施工安全。其中模塊式組合鋼桁梁系統(tǒng)可機械化拆裝，施工速度快，材料可重復利用，損耗量少。

2）托架標高控制中采用粗調(diào)和精調(diào)相結(jié)合的方式，其中粗調(diào)主要是在矩形鋼桁梁和梯形鋼桁梁之間加入鋼支墩來實現(xiàn)托架整體加高，經(jīng)過計算，鋼支墩設計高度共有三種規(guī)格，分別為高450、900、1 350 mm，可滿足項目施工要求；精調(diào)主要在貝雷梁托架和矩形鋼桁梁之間設置螺旋千斤頂，通過調(diào)節(jié)千斤頂實現(xiàn)托架整體精調(diào)，從而保證大懸臂蓋梁施工精度的控制。

3）在城市高架橋上下同時交叉立體作業(yè)，施工場地狹小，交通管理難度大，施工干擾大，深厚層淤泥軟弱地基區(qū)域，該托架設計很好地解決了上述問題，在類似工程施工中具有廣泛的應用前景。