曹華斌CAO Hua-bin；王春云WANG Chun-yun

（中交一公局第二工程有限公司，蘇州 215000）

0 引言

針對重嶺山丘陡壁帶連續(xù)剛構橋施工特點及傳統(tǒng)工藝存在的問題，本文提出一種無落地超長裝配式托架及掛籃一體化施工工藝，即使用菱形掛籃構件改裝成裝配式托架，并在普通三角托架施工工藝的基礎上進行優(yōu)化設計，將托架設計成不同長度且以法蘭連接接長的標準節(jié)段，并在標準節(jié)段上的桿件連接處及墩身承重牛腿上設置銷軸連接孔，通過將標準節(jié)段加工組合成模塊后進行整體安裝及拆除，在掛籃反壓和掛籃施工中循環(huán)使用，一體化設計、一體化施工，優(yōu)化桿件設計的標準化，增強使用的通用性。

1 一體化設計及施工工藝

1.1 工藝原理

結構秉承桿件標準化設計、整體裝配式安拆的理念，通用性強、安全性能好、安拆效率高。裝配式0#塊托架在傳統(tǒng)型鋼托架的基礎上進行優(yōu)化，改剛接為鉸接，優(yōu)化結構受力，使橫桿僅承受軸力（或彎矩及軸力），斜桿僅承受軸力，預埋件的受力清晰化。整個托架體系采用空間框架結構，裝配式托架所有受力均通過剪力鍵傳遞至墩身上。此結構充分利用桿件性能，托架、掛籃構件循環(huán)使用，達到托架、掛籃一體化設計及一體化施工。拖架現(xiàn)場無焊接，預埋件從有損結構到無損結構的優(yōu)化。

1.2 施工工藝流程及操作要點

1.2.1 裝配式托架及掛籃一體化設計

①根據(jù)托架及掛籃一體化施工需求，考慮相關施工工況，以及托架、模板的安裝及拆卸方式，托架及掛籃轉換形式，初步擬定為裝配式結構形式，進行荷載檢算，根據(jù)各工況進行荷載計算，包括桿件強度、剛度計算和結構穩(wěn)定性計算、預埋件計算。裝配式托架所有桿件間的連接形式設計成為銷接，使桿件由彎拉剪的受力狀態(tài)優(yōu)化為僅承受軸力狀態(tài)。確定結構形式之后，通過改裝掛籃構件，滿足托架結構要求。

②掛籃的上下稱重橫梁用作裝配式托架的分配梁匹配以及托架翼緣板承重梁。掛籃菱形架上下平桿用作裝配式托架的橫桿，掛籃菱形架的前斜桿、后拉桿用作裝配式托架的斜桿。桿件設置2種節(jié)段形式：一是一端帶銷軸孔、耳板及法蘭的端部標準節(jié)段；二是兩端帶法蘭的中間標準節(jié)段。每種節(jié)段形式均設置不同長度但能通用的標準節(jié)段。

③裝配式托架橫桿標準節(jié)段采用型鋼或工字鋼加工制作，斜桿標準節(jié)段采用型鋼、工字鋼或鋼管加工制作，端頭均設計實用法蘭盤作為節(jié)段連接面，連接面上設置連接螺栓孔，并與連接螺栓在連接面處形成托架桿件標準節(jié)段的縱向連接系統(tǒng)；托架橫桿節(jié)段上按照需求在翼緣板設置螺栓孔，使桿件在通長的范圍內均能設置連接耳板及橫向平聯(lián)；平聯(lián)上設置螺栓孔通過螺栓與桿件進行連接，共同形成橫向連接系統(tǒng)。橫桿與斜桿之間、桿件與設在墩柱上的承重牛腿之間均通過耳板及銷軸進行連接，形成錨固連接系統(tǒng)。

④裝配式托架按照牛腿及預埋件形式共設置兩種類型：一種為承插牛腿型裝配式托架，其牛腿設置銷軸連接耳板、連接螺栓、剪力鍵，剪力鍵由鋼板加工制成，通過銷軸及連接耳板使牛腿與托架桿件連接，通過剪力鍵插入預埋盒子承受豎向荷載，通過對拉精軋螺紋鋼緊固牛腿并承受水平荷載；另一種為爬錐或加長套筒牛腿型裝配式托架，其牛腿設置銷軸連接耳板、連接螺栓、連接法蘭，通過高強度螺栓及法蘭使牛腿與預埋爬錐系統(tǒng)連接，通過銷軸及連接耳板與托架桿件連接；牛腿及預埋件的豎向及水平荷載分別由螺栓、預埋爬錐系統(tǒng)承受。

⑤0號塊懸臂端托架結構體系依上至下排架、分配梁、卸荷裝置、托架橫梁、托架斜桿。墩柱間托架結構體系依上至下包括排架、分配梁、卸荷裝置、工鋼托架橫梁、牛腿，托架橫梁與墩柱通過裝配式牛腿進行銷接連接。根據(jù)計算結果調整結構，完成后對施工可行性復核，最后進行鋼結構詳圖深化設計。

1.2.2 裝配式托架及掛籃加工

選擇具有資質的鋼結構廠家進行裝配式托架及掛籃一體化構件的加工，嚴格按照施工圖紙進行加工，根據(jù)《鋼結構工程施工質量驗收規(guī)范》（GB 50205-2020）相關要求進行驗收。

1.2.3 托架施工平臺安裝

①施工平臺采用預埋套筒+外掛三角作為支撐，其結構與墩柱模板施工過的施工平臺一致，并在鋼筋加工場用槽鋼統(tǒng)一加工成型。預埋錨固套筒和剪力鍵（爬錐）一同進行預埋，且低于剪力鍵（爬錐）100cm。

②操作平臺施工時，利用塔吊或者汽車吊將三角架整體吊裝至預埋錨固套筒，用螺栓將其與預埋套筒錨固。環(huán)繞墩柱一周布置施工平臺，施工平臺完成后，用防護網片進行臨邊防護，確保施工人員安全。

1.2.4 預埋件及牛腿施工

①墩身施工到預埋件所在節(jié)段時，根據(jù)設計圖推算出預埋件的空間坐標，采用全站儀對控制點進行放樣，保證預埋件施工有足夠的精度，預埋件的軸線偏位應不超過3mm的允許誤差范圍。

②承插型牛腿預埋件安裝。

1）預埋件安裝施工前將預埋盒子分為兩個一組，每組預埋盒之間焊接固定，固定時根據(jù)承插型牛腿的叉腿之間的寬度作為預埋盒焊接固定的距離。每組預埋盒之間根據(jù)墩身厚度采用鋼管緊密焊接，連接后對其精度進行復核及調整，保證牛腿安裝時對拉精軋螺紋鋼順利傳入。

2）承插型牛腿預埋件安裝前，在設計位置下方設置具有一定強度及剛度的定位支撐裝置，定位支撐可提前預埋于上一節(jié)段墩身混凝土或焊接固定在墩身鋼筋上。預埋件安裝在其設計位置后，采用水平限位裝置將其固定，防止?jié)仓^程中位置偏移。同時，在預埋件底部加設鋼筋網片，對墩身進行局部加強，避免0號塊施工時應力集中損壞墩身混凝土。

1.2.5 爬錐或加長套筒連接型牛腿預埋件施工

①爬錐或加長套筒連接型牛腿預埋件系統(tǒng)由爬錐（加長套筒）、高強螺桿、埋件板、高強螺栓、定位板、定位支撐等組成。

②爬錐系統(tǒng)形成整體后以定位鋼板+定位螺母的方式進行固定，整體安裝在定位支撐裝置上，爬錐連接面與模板頂緊對齊后，將定位鋼板與定位支撐裝置焊接，完成最終定位。預埋件系統(tǒng)安裝前，需對爬錐孔進行封堵，以防止?jié)仓^程中水泥漿進入錐孔，造成堵塞。

1.2.6 托架安裝

①托架骨架組裝。將托架桿件標準節(jié)段由工廠運輸至施工現(xiàn)場，在施工場地內將托架桿件標準節(jié)段按設計圖紙拼裝成骨架片，并使用螺栓將耳板固定在裝配式托架橫桿上。

②托架骨架片整體吊裝。裝配式托架骨架片拼裝完畢后，利用起重設備整體吊裝至牛腿位置，通過連接銷軸將托架骨架安裝在牛腿上。所有裝配式托架骨架片安裝錨固完成后，安裝平聯(lián)，增加裝配式托架的整體穩(wěn)定性。

③分配梁安裝。

1）在裝配式托架橫梁上按照設計圖紙依次安裝卸落裝置、分配梁。卸荷塊安裝時，需要在橫梁上用紅油漆按設計間距劃線標出其位置，卸落裝置和分配梁安裝按標記依次進行安裝。待所有托架構件安裝完畢后，通過調整卸荷塊控制標高，同時對卸荷塊加裝限位裝置。

2）安裝分配梁時，采用汽車吊或者塔吊將型鋼分配梁按照先中間后兩邊的順序吊裝載卸荷塊上，型鋼吊裝時在其1/4及3/4長度處設置兩處吊點，并確保在吊裝過程中保持平衡，避免吊裝過程中扭轉變形。

④排架、翼緣板承重梁以及施工平臺安裝。

1）橫向分配梁鋪設完畢后，進入排架、翼緣板承重梁與裝配式施工平臺及通道的安裝。排架安裝前，采取臨時固定措施，將幾榀排架通過橫向連接拼接成組，分組進行吊裝，排架在整體吊裝固定后使用槽鋼將所有排架進行橫向連接，增整體性，防止排架傾歪斜或傾倒。

2）翼緣板承重梁安裝，需要在分配梁懸挑部位按設計間距標記安裝位置，采用汽車吊或者塔吊將型鋼翼緣板承重梁按照先內后外的順序安裝在分配梁上。型鋼吊裝時在其1/4及3/4長度處設置兩處吊點，并確保在吊裝過程中保持平衡，避免吊裝過程中扭轉變形。

3）在排架上鋪設人工操作平臺及臨邊防護護欄。外側防護欄桿應高出施工平臺至少120cm，在立桿每隔0.6m設置橫桿，并設置剪刀撐以保證整體穩(wěn)定性，應在外立桿內側設置高度不低于180mm的擋腳板，并布置安全網進行防護。施工通道采用制式通道。

4）按照上述步驟完成托架安裝后，通過調整卸落塊控制托架上部結構標高，直到滿足設計要求。

1.2.7 托架使用及拆除

①托架安裝完成之后，進行模板安裝，0#塊以及掛籃施工中翼緣板以及側模的模板由墩柱模板進行改裝形成，提高材料的使用率。模板安裝完成后，組織人員對托架結構、操作平臺及安全通道等進行驗收，裝配式托架結構驗收合格后，進行鋼筋綁扎、預應力管道定位安裝，進行相應隱蔽工程驗收，經驗收合格后，進行0號塊混凝土澆筑，0號塊施工時，在腹板位置安裝爬錐預埋件，預埋件的布置應避開預應力管道，保證預埋件周圍有足夠的混凝土密實度和強度。

②當0號塊混凝土達到設計強度且張拉壓漿完成后，通過卸荷裝置對底模卸載，并按照“先支后拆、后支先拆、自上而下”的原則依次拆除底模、排架、分配梁及協(xié)和裝置。將拆除的裝配式托架用于掛籃預壓施工中的裝配式反壓托架，或者掛籃施工。

1.3 裝配式托架及掛籃一體化施工

1.3.1 托架及掛籃一體化施工

當拆除的裝配式托架用于掛籃施工時，根據(jù)托架及掛籃一體化設計圖，將桿件進行功能轉換，對不同的部位重新進行匹配組裝，裝配式三角托架用于組裝成掛籃構件的的菱形桁架，托架分配梁組合成掛籃上橫梁或者下橫梁，托架翼緣板承重梁用于掛籃承重橫梁。功能轉化之后將掛籃其余配件進行拼裝，通過塔吊按照施工工序逐一進行軌道、主桁架、橫向平聯(lián)、橫梁、底籃系統(tǒng)、模板等工序施工。桿件功能轉換達到資源的高效利用，增強了材料使用的通用性，從而使得裝配式托架與掛籃從設計到施工，形成了一體化設計以及一體化施工工藝。

1.3.2 裝配式預壓托架結構

掛籃預壓施工，將拆除的裝配式三角托架用做預壓托架。預壓托架安裝時，將裝配式預壓托架以正三角形的型式放置。同時將0#塊施工托架的翼緣板承重梁放置在掛籃的底縱梁上方。掛籃預壓托架結構從上至下依次為反壓裝配式托架（斜桿與精軋螺紋鋼的組合式托架）、墊梁、預壓千斤頂、橫梁。裝配式預壓托架分為兩種形式，一種是0#塊施工完成后拆卸下來的裝配式三角托架，另一種是由托架的斜桿構件配合縱向的精軋螺紋鋼組合式托架。兩種反壓托架的施工方法預埋件施工方法略有不同，第一種方法是通過在0#塊腹板預埋爬錐，安裝爬錐牛腿，通過連接銷軸將托架骨架安裝在牛腿上；第二種方法在第一種的方法上進行了改動，通過對反壓托架的受力分析，將托架橫桿用精軋螺紋鋼進行替換，同時在0#施工時將精軋螺紋剛按照耳板的螺栓孔道位置進行預埋，施工使用連接套筒對精軋螺紋鋼接長。

1.3.3 裝配式預壓托架

①牛腿施工：將牛腿安裝在腹板位置的爬錐預埋件處，以高強螺栓將牛腿整體初步錨固在爬錐預埋件上，然后通過扭矩扳手進行逐一復擰，復擰按照“先中間，后兩邊”的順序進行，直至所有高強螺栓均復擰至設計扭矩值，完成牛腿安裝。

②在掛籃底籃拼裝完成后，橫梁根據(jù)設計放置在底籃上，為了更好了達到預壓效果，橫梁在橫橋向上設置為通長，將千斤頂施工的力均勻的分配到掛籃縱梁。在橫梁上安放千斤頂，與0#塊腹板對齊，放置在托架節(jié)點正下方。千斤頂選用縱向預應力張拉時所用的千斤頂。在千斤頂頂部放置一塊大小為70×70cm，厚度為2cm鋼板，在鋼板上滿鋪大小合適的墊梁。

③裝配式托架安裝：利用起重設備將拆卸下來的托架骨架片整體吊裝至牛腿位置，通過連接銷軸將托架骨架安裝在牛腿上。使用平聯(lián)對托架進行橫向連接。至此，裝配式預壓托架安裝完畢。

1.3.4 組合式預壓托架安裝

①組合式預壓托架施工：牛腿安裝完成后，然后使用連接套筒對預埋的精軋螺紋鋼逐一接長，并用扳手逐一復擰。將牛腿的耳板朝著0#方向穿入接長的精軋螺紋鋼后，用雙螺母逐一進行錨固。接長時，需將精軋螺紋鋼接頭處打磨光滑，確保接長的精軋螺紋鋼能密貼的對接在一起。橫梁與千斤頂?shù)陌卜排c裝配式預壓托架一致。

②組合托架斜桿安裝：分解后的裝配式托架斜桿吊裝至耳板和牛腿處，通過連接銷軸將斜桿錨固。使用平聯(lián)對組合式托架進行橫向連接。至此，組合式預壓托架安裝完畢。

1.3.5 使用及拆除

①掛籃的預壓為1#塊段最大施工荷載的1.05-1.1倍進行靜載預壓，加載使用千斤頂分60%、80%、100%、110%四個階段加載。通過力的相互作用原理完成對掛籃的預壓施工。加載過程中觀察并記錄吊帶、底模、前下橫梁的豎向變形，并觀測后錨點變形情況。加載完畢后，分級卸載，卸載后觀測并計算非彈性變形，最后分析計算各測點在各級荷載下的彈性變形值，繪出掛籃彈性變形曲線，即可求得施工控制數(shù)據(jù)，為后續(xù)施工提供依據(jù)。

②預壓完成后，通過回頂卸載，并按照“先支后拆、后支先拆、自上而下”的原則依次拆除。拆除的裝配式預壓托架（組合式預壓托架）進行周轉使用，提高材料的利用率。

2 施工效益分析

2.1 經濟效益

①按照施工組織設計，為滿足本項目施工生產進度需求，連續(xù)鋼構橋梁托架及掛籃施工設計為裝配式結構，本項目共計10套裝配式托架及模板；經計算單套裝配式托架重26.8t，單套模板均重27t，較傳統(tǒng)三角托架節(jié)約鋼材總計156t，模板使用墩身模板進行改裝，模板節(jié)約鋼材200t，托架構件改裝為菱形掛籃構件節(jié)約鋼材約300t。按照鋼材平均價格4511.7元/t計算，節(jié)約成本約（156+200+300）×4511=296萬元。無落地超長裝配式托架及掛籃一體化施工完成后，較傳統(tǒng)支架的鋼材損耗節(jié)約量約為15t，按照鋼材回收價格1200元/t計算，節(jié)約損耗費用1200×15=1.8萬元。裝配式托架及掛籃一體化施工工法直接經濟效益節(jié)約成本總計為：296+1.8+27+14.76+9+2.16=350.72萬元；節(jié)省工期約60工天。②整體結構采用裝配式連接，可以實現(xiàn)在后場快速拼裝，前場整體吊裝就位，安裝效率高。③所有節(jié)點連接采用銷接和栓接，結構受力明確，主要受力部位無焊接連接，無焊縫質量控制風險，結構安全性高。

2.2 節(jié)能與環(huán)保效益

該工藝較傳統(tǒng)的支架結構，其標準節(jié)段在工廠定制生產，節(jié)約了鋼材用量，減少了焊接工藝產生的煙霧，有效的對環(huán)境進行了保護，提高生產效率，可縮短工期，降低管理成本；相比其他施工方案減少機械投入，節(jié)能環(huán)保效果明顯；節(jié)約燃油用量，節(jié)省不可再生資源；減少鋼管裝打設及拔除工藝，避免噪聲污染，減少地基處理，消除混凝土廢渣排放，保護農林用地，減輕環(huán)境破壞程度，在環(huán)保日益緊迫的今天，這些特性具有不可估計的潛在環(huán)保效益。

3 結語

針對傳統(tǒng)三角托架現(xiàn)場焊縫質量無保障、安拆效率低、材料浪費嚴重、安全風險高等問題，通過用精益建造的思考方法，裝配式托架從前期現(xiàn)場環(huán)境分析、結構設計、產品工廠化制造、安拆使用到優(yōu)化改進進行產品全生命周期考慮。結構繼續(xù)秉承桿件標準化設計、整體裝配式安拆的理念，通用性強、安全性能好、安拆效率高。桿件通過標準化設計，通用性強，不同的0號塊及掛籃可通用設計和使用。整體結構采用裝配式連接，可以實現(xiàn)在后場快速拼裝，前場整體吊裝就位，安裝效率高。另外桿件標準化設計，通用性強，提高了材料利用率，減少資源浪費。托架裝配式施工，焊接量少，減少了焊接施工的煙霧及光污染。整體式安拆施工，工效提高，提高了機械及人員的利用率，降低了能源及人力消耗。