韓勝

（貴州省公路工程集團(tuán)有限公司，貴州 貴陽 550008）

目前，以貝雷梁—鋼管柱支撐體系作為跨中受力支撐、以牛腿作為墩頂荷載支承的支架配置組合，在花瓶高墩的預(yù)應(yīng)力現(xiàn)澆箱梁的支架設(shè)計(jì)中得到廣泛應(yīng)用。為降低花瓶墩墩帽側(cè)面牛腿的施工難度，同時(shí)保障支架的結(jié)構(gòu)支承能力，以扁擔(dān)梁替代牛腿的創(chuàng)新支架優(yōu)化方案應(yīng)運(yùn)而生。本文通過優(yōu)化設(shè)計(jì)雙山大橋花瓶墩現(xiàn)澆支架，研究了扁擔(dān)梁應(yīng)用工藝的設(shè)計(jì)與施工控制過程，以期為相關(guān)人員提供可靠的參考依據(jù)，提高花瓶高墩支架的方案設(shè)計(jì)和施工控制水平。

一、工程概況

貴州省興義環(huán)城高速公路雙山大橋位于貴州省黔西南州興義市頂效鎮(zhèn)境內(nèi)，為左右幅分離式橋。橋梁前三跨為3m×46m預(yù)應(yīng)力混凝土現(xiàn)澆箱梁，其中左、右幅第二跨和第三跨上跨城市主干道東風(fēng)林大道，其余八跨為40m先簡支后連續(xù)預(yù)應(yīng)力T梁。

雙山大橋下構(gòu)布置為左、右幅0#臺(tái)，位于雙山隧道出口的陡峭坡面，重力式U型橋臺(tái)，距離大道邊緣綠化帶約51m；左、右幅1號(hào)墩，位于東峰林大道邊緣綠化帶外緣的石壁上，矩形花瓶墩，墩高37m，斷面尺寸2.4m×6.5m；左、右幅2號(hào)墩位于東風(fēng)林大道中央分隔帶綠化帶中，矩形花瓶墩，墩高47m，墩徑2.4m×6.5m。中央分隔帶綠化帶寬8m；左、右幅3號(hào)墩位于東風(fēng)林大道右側(cè)運(yùn)動(dòng)跑道外側(cè)，矩形花瓶墩，墩高46.5m，墩徑2.4m×6.5m。

二、支架優(yōu)化之“扁擔(dān)梁”設(shè)計(jì)及驗(yàn)算

（一）原支架體系構(gòu)成

雙山大橋上構(gòu)現(xiàn)澆支架采用貝雷梁-鋼管柱支撐體系。其中，第一跨和第二跨單幅每組鋼管支墩橫橋向布置3排，每排4根，每組共12根；鋼管柱外徑φ610mm，壁厚16mm，第三跨單幅每組鋼管支墩橫橋向布置兩排，每排4根，每組共8根；鋼管柱外徑φ1020mm，壁厚10mm，鋼管墩組采用I25工字鋼設(shè)置斜撐，層間距6m。在鋼管柱頂部，以3根I56a型工字鋼組合橫梁支撐貝雷片桁架梁。貝雷桁架梁端部，即在混凝土花瓶墩墩帽位置，設(shè)預(yù)埋裝配式斜腳牛腿，1號(hào)和2號(hào)花瓶墩橫向正面布置三組6個(gè)，縱向墩側(cè)面布置3個(gè)，對(duì)稱布置，3號(hào)過渡墩正面布置五組。

（二）原方案存在的問題及設(shè)計(jì)優(yōu)化

在方案校核的過程中，花瓶墩墩帽圓弧段牛腿頂部橫梁懸挑長度為78cm，靠花瓶墩大面方向牛腿頂部橫梁外挑1.25m，因此出現(xiàn)了兩個(gè)問題。一是墩柱側(cè)立面的牛腿安裝困難，且預(yù)埋件盒需切割過多墩柱受力主筋，影響該曲面墩柱結(jié)構(gòu)受力。二是由于懸挑長度較長，挑梁在支架拼裝過程中容易產(chǎn)生不平衡失穩(wěn)，且在后期箱梁澆筑加載后，由于橋梁底面縱坡較大，混凝土的流動(dòng)也容易對(duì)挑梁造成不平衡受力，從而產(chǎn)生受力失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)。結(jié)合實(shí)際情況，經(jīng)過多次現(xiàn)場調(diào)研和方案對(duì)比，項(xiàng)目方?jīng)Q定優(yōu)化施工方案。

首先，采用I25×4工字鋼+Φ32精軋螺紋鋼+I20×3工字鋼組合替代原花瓶墩墩帽側(cè)面斜角牛腿，為貝雷片的下承橫梁提供支承力；其次，兩組I25×4工字鋼橫挑梁分別置于墩頂橫橋向兩側(cè)，通過騎馬卡錨固墩柱頂預(yù)埋鋼板，扁擔(dān)梁的懸挑長度將由原方案的78cm縮減至30cm，大大縮短了懸挑力臂，降低了承重挑梁的負(fù)彎矩。在扁擔(dān)梁上預(yù)留精軋螺紋孔道，采用Φ32精軋螺紋作為豎向傳力構(gòu)件，懸吊墩柱大面的I56a受力下承橫梁，如圖1、圖2所示。

圖1 優(yōu)化支撐體系設(shè)計(jì)圖

圖2 支撐體系細(xì)部構(gòu)造設(shè)計(jì)圖

（三）Midas Civil 建模驗(yàn)算

為保證結(jié)構(gòu)安全，扁擔(dān)梁優(yōu)化方案采用Midas Civil優(yōu)化模型進(jìn)行模擬，仿真計(jì)算模型中采用的鋼材、混凝土和預(yù)應(yīng)力筋等材料的特性值均符合現(xiàn)行設(shè)計(jì)規(guī)范，相關(guān)型鋼材料參數(shù)符合相關(guān)型材國家標(biāo)準(zhǔn)取值。通過驗(yàn)算，結(jié)果均滿足《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50017—2017)要求。

三、扁擔(dān)梁的安裝與控制

（一）扁擔(dān)梁的安裝

扁擔(dān)梁可在地面完成工字鋼組合焊接后，再吊到墩頂進(jìn)行安裝，在連接豎向精軋螺紋吊帶使其承受豎向荷載前，應(yīng)做好準(zhǔn)備工作。

首先，應(yīng)嚴(yán)格根據(jù)箱梁底高程、扁擔(dān)梁梁高反算墩帽預(yù)留槽口高度，扁擔(dān)梁頂面除預(yù)留箱梁底模板的安裝高度外，還應(yīng)鋪設(shè)碎石或砂墊層為拆除底模提供必要的施工空間。

其次，由于豎向精軋螺紋吊桿頂面會(huì)高出扁擔(dān)梁頂面10cm～15cm，如果過多地降低花瓶墩墩頂高程以保障預(yù)留施工空間，預(yù)留槽口勢必會(huì)對(duì)過多墩頂構(gòu)造鋼筋構(gòu)成影響（改變構(gòu)造鋼筋形狀或切割避讓）。為避免該情況發(fā)生，可讓豎向精軋螺紋吊帶適當(dāng)占用箱梁底板混凝土空間，只需要在對(duì)應(yīng)的箱底位置采用Φ100的PVC管預(yù)留出精軋螺紋的施工空間即可。

然后，在墩頂混凝土施工時(shí)，應(yīng)沿扁擔(dān)梁縱向的兩側(cè)在墩帽前后兩端各預(yù)埋一塊鋼板。當(dāng)扁擔(dān)梁吊裝至墩帽頂面完成放樣定位后，通過預(yù)埋鋼板焊接騎馬卡環(huán)鎖定扁擔(dān)梁，以抵抗在支架安裝和拆卸過程中產(chǎn)生的部分不平衡力，避免扁擔(dān)梁失穩(wěn)。

最后，為保障扁擔(dān)梁組合的各根工字梁受力均衡和增大梁體抗剪性能，應(yīng)在豎向精軋螺紋的組合梁吊點(diǎn)頂面和側(cè)面加焊一塊厚20mm的鋼板進(jìn)行受力加固。

（二）扁擔(dān)梁的設(shè)計(jì)和施工控制

用扁擔(dān)梁代替花瓶墩側(cè)向的圓弧面牛腿，則下承橫梁的支點(diǎn)受力從原先的以牛腿作底面支承變成通過精軋螺紋進(jìn)行豎向懸吊。當(dāng)施工荷載加載后，精軋螺紋因加載豎向拉力而產(chǎn)生的豎向形變，與墩柱大面上的牛腿形變具有一定的差異，為保障下承橫梁不因加載形變而產(chǎn)生支點(diǎn)受力不均，應(yīng)在扁擔(dān)梁和下承橫梁的受力計(jì)算和施工過程中，對(duì)相關(guān)事項(xiàng)進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算和施工控制。

首先，在進(jìn)行下承橫梁受力計(jì)算時(shí)，應(yīng)根據(jù)扁擔(dān)梁、下承橫梁和精軋螺紋的材料特性，結(jié)合荷載加載的不同階段，計(jì)算需要對(duì)下承橫梁的預(yù)加載應(yīng)力情況，并在支架安裝和混凝土施工的不同階段進(jìn)行應(yīng)力加載，使得扁擔(dān)梁、帶吊和下承橫梁在箱梁混凝土加載后，下承橫梁在牛腿支點(diǎn)處的形變小于等于牛腿的形變值，確保橫梁的各支點(diǎn)斷面受力分配均衡。

其次，應(yīng)分層循環(huán)澆筑箱梁混凝土。在混凝土澆筑前做好澆筑方案設(shè)計(jì)，避免對(duì)扁擔(dān)梁造成單端偏載、對(duì)扁擔(dān)梁支架造成不可逆的損傷。

四、結(jié)語

從實(shí)踐結(jié)果來看，扁擔(dān)梁施工工藝在雙山大橋得到了很好的應(yīng)用。該方案不僅可行，且達(dá)到了優(yōu)化施工設(shè)計(jì)、降低施工難度、減少施工步驟、提高施工功效，以及降低施工成本的效果。作為一種創(chuàng)新工藝，雖然仍有提升空間，但并不妨礙其成為花瓶高墩圓弧面支架支承點(diǎn)設(shè)計(jì)的又一選擇方案，值得在現(xiàn)澆箱梁支架施工中推廣應(yīng)用。