趙張明ZHAO Zhang-ming

（中鐵十二局集團(tuán)第一工程有限公司，西安 710038）

0 引言

隨著橋梁設(shè)計(jì)技術(shù)、材料科學(xué)及施工工法的發(fā)展，跨度更大、主墩結(jié)構(gòu)更復(fù)雜、施工條件更困難的橋梁連續(xù)梁工程層出不窮。故對(duì)0號(hào)塊澆筑的模架系統(tǒng)在承載能力、安全保障及經(jīng)濟(jì)投入方面也提出了更高挑戰(zhàn)。本文通過詳細(xì)闡述了在超大跨度、雙肢板主墩、水中墩等技術(shù)難度大、施工困難的情況下，通過技術(shù)創(chuàng)新及工法改進(jìn)，精心設(shè)計(jì)了承載能力強(qiáng)、安全風(fēng)險(xiǎn)小、施工簡(jiǎn)便及材料節(jié)約的0號(hào)塊模架體系，確保了0號(hào)塊的順利澆筑完成，以期為該類型的0號(hào)塊模架的設(shè)計(jì)提供借鑒。

1 工程概況及技術(shù)難點(diǎn)

成綿蒼巴高速公路嘉陵江特大橋主跨采用105+200+105m連續(xù)剛構(gòu)跨越嘉陵江。連續(xù)剛構(gòu)箱梁0號(hào)塊節(jié)段頂板厚70cm。箱梁頂寬12.6m，底寬6.6m，頂板懸臂長(zhǎng)度3m，懸臂板端部厚20cm，根部厚85cm。0號(hào)段高13m，長(zhǎng)14m，砼方量為820m3。

主墩采用雙肢板墩，雙肢之間凈距為6.5m，板墩厚度為2.5m，寬度7.6m。上構(gòu)跨度達(dá)200m連續(xù)剛構(gòu)的0號(hào)塊具有大高度、大板厚。0號(hào)塊澆筑時(shí)模架需承受極大的荷載，對(duì)模架結(jié)構(gòu)承受荷載的能力和安全穩(wěn)固性都要求很高。且本橋主墩采用雙肢板墩，雙肢板之間凈跨達(dá)到6.5m，故較普通0號(hào)塊模架設(shè)計(jì)時(shí)僅需考慮兩邊懸臂端不同，還需增設(shè)雙肢板之間大跨度模架的設(shè)計(jì)。更是提升了模架的設(shè)計(jì)難度，成為本項(xiàng)目急需解決的重要技術(shù)難題。

2 模架方案初步比選

根據(jù)主墩、0號(hào)塊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)、外形尺寸及砼數(shù)量等數(shù)據(jù)，結(jié)合類似項(xiàng)目0號(hào)塊的模架方案，提出鋼管墩支架、新型盤扣式滿堂支架、墩頂托架進(jìn)行如表1的初步比選。

通過表1的比選。鋼管墩支架、新型盤扣式滿堂支架等方案均因種種難以改進(jìn)的缺點(diǎn)和劣勢(shì)而不建議在本項(xiàng)目中使用。故本項(xiàng)目最終決定采用墩頂托架的模架方案，并在傳統(tǒng)墩頂托架的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，開展技術(shù)研究及攻關(guān)，以達(dá)到本項(xiàng)目要求的承載能力和安全要求。

表1 連續(xù)剛構(gòu)0號(hào)塊模架方案初步比選表

為減少0號(hào)塊模架所承受的荷載，將0號(hào)塊分兩次澆筑，大幅降低托架承受的荷載，進(jìn)而也減少了模架材料用量，降低施工成本。

3 模架總體方案設(shè)計(jì)及技術(shù)改進(jìn)情況

3.1 模架結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新及改進(jìn)技術(shù)

①0號(hào)塊模架的外懸臂段（邊跨）、中間懸空段（中跨）均采用三角托架方案，托架斜撐與托架上平梁、下預(yù)埋件的聯(lián)結(jié)改傳統(tǒng)焊接方式為銷接方式[1]，不僅避免了焊縫承載存在的安全隱患，也減少現(xiàn)場(chǎng)安裝的勞動(dòng)強(qiáng)度。②設(shè)置高強(qiáng)度精軋螺紋鋼，通過螺栓將托架上平梁與墩身錨固，提高了托架的安全穩(wěn)固性。③模架傳統(tǒng)堆載預(yù)壓需制作大量預(yù)壓材料，然后通過船舶運(yùn)至主墩旁進(jìn)行水上吊裝作業(yè)，費(fèi)時(shí)、費(fèi)力且成本高。本項(xiàng)目在墩頂設(shè)置反力架進(jìn)行托架預(yù)壓，不僅簡(jiǎn)單易行，且大幅降低了成本。

3.2 模架總體方案

3.2.1 邊跨托架設(shè)計(jì)

模架邊跨設(shè)置2片型鋼三角托架，兩片托架的間距為5.76m，托架上平梁為長(zhǎng)度4m的2I45b工字鋼，斜撐為長(zhǎng)度5.08m的2[40b槽鋼。在墩身內(nèi)預(yù)埋1.0m長(zhǎng)的上下層I45b預(yù)埋件，其外露0.5m，上平梁支放在上層預(yù)埋工字鋼上，且采用螺栓將兩者聯(lián)結(jié)牢固。同時(shí)，在上平梁的梁端焊接聯(lián)結(jié)板，在橋墩內(nèi)預(yù)埋2JL32精軋螺紋鋼，通過精軋螺紋鋼將托架上平梁與墩身錨固。斜撐與上平梁及下層預(yù)埋工字鋼之間通過銷接連接。在上平梁與斜撐、上平梁與墩身以、斜撐與墩身連接的區(qū)域，上平梁與斜撐均增設(shè)加勁板。為增強(qiáng)托架整體承載能力及橫向的安全穩(wěn)定性，在托架間設(shè)置[16b槽鋼剪刀撐。

所有焊縫均為雙面貼角正焊縫，焊高8mm。

托架上平梁上布設(shè)2I32b工字鋼支墩2個(gè)進(jìn)行斜坡調(diào)高，支墩上布設(shè)2I45b工字鋼作橫梁，I40b橫梁上布設(shè)I40b工字鋼作縱梁?？v梁上按間距為30cm鋪設(shè)10cm×10cm方木作橫向分配梁，分配梁上則鋪設(shè)0號(hào)塊底模（1.5cm厚竹膠板）。

3.2.2 中跨托架設(shè)計(jì)

模架的邊跨設(shè)置4片型鋼三角托架，托架布設(shè)間距為0.96m、4.08m、0.96m，除了外形尺寸不同外，其構(gòu)造與邊跨基本相同。中跨托架上平梁縱向間設(shè)置[16槽鋼鎖定。

中跨托架上布設(shè)2[25b槽鋼支墩，支墩上橫向布設(shè)2[40b槽鋼橫梁（利用掛籃滑梁），橫梁上按間距為30cm鋪設(shè)10cm×10cm方木作縱向分配梁，并在腹板范圍加設(shè)[10槽鋼加強(qiáng)分配梁，分配梁上則鋪設(shè)0號(hào)塊底模（1.5cm厚竹膠板）。

托架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)見圖1、圖2、圖3、圖4所示。

圖1 托架外側(cè)正面布置圖

圖2 雙肢間托架正面布置圖

圖3 托架平面布置圖

圖4 托架側(cè)面布置圖

4 托架結(jié)構(gòu)承載驗(yàn)算

4.1 材料及性能

構(gòu)件各類型鋼、鋼板的容重取值78.5kN/m3，抗拉、抗壓、抗彎允許應(yīng)力[fy]取值205MPa，剪切允許應(yīng)力[fv]取值125MPa，彈性模量Ec取值206000MPa。

4.2 荷載分析及取值

第一層砼澆筑時(shí)，經(jīng)計(jì)算作用于托架的砼數(shù)量為197.6m3，鋼筋砼容重按26.5kN/m3。砼荷載簡(jiǎn)化成均布面荷載，則計(jì)算得作用于托架的砼荷載為：88.15kN/m2。

托架承受砼振搗產(chǎn)生的荷載按2kN/m2。

砼澆筑對(duì)托架的沖擊荷載按4kN/m2。

側(cè)模支架及模板產(chǎn)生的荷載按5kN/m2。

施工機(jī)具及人員作用于托架的荷載按2.5kN/m2。

風(fēng)荷載：項(xiàng)目所在地區(qū)基本風(fēng)壓ω0=0.25kPa（取重現(xiàn)期n=10對(duì)應(yīng)的風(fēng)荷載），根據(jù)規(guī)范計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)值ωk=0.7×μs×μz×ω0=0.7×1.3×1×0.25=0.2275kPa＜0.27kPa，取0.27kPa。

其它荷載：2kN/m2。

靜載系數(shù)按1.2取值，動(dòng)載系數(shù)按1.4取值。

4.3 承載檢算模型

邊跨、中跨的各類縱梁、橫梁等，均按承受線性均布荷載進(jìn)行承載驗(yàn)算[3]。

4.4 驗(yàn)算結(jié)果

4.4.1 型鋼桿件（表2）

表2 支撐系統(tǒng)承載關(guān)鍵部位驗(yàn)算表

4.4.2 預(yù)埋工字鋼承載驗(yàn)算

預(yù)埋件為I45b工字鋼，主要承受剪切應(yīng)力。邊跨承受的最大剪切應(yīng)力σ=6.3MPa＜[fv]=125MPa。中跨承受的最大剪切應(yīng)力σ=17.5MPa＜[fv]=125MPa。

5 托架制作及安裝關(guān)鍵技術(shù)

托架的所有構(gòu)件均在鋼構(gòu)件加工廠內(nèi)進(jìn)行切割、焊接及質(zhì)量檢測(cè)，所有焊縫均采用超聲波檢測(cè)，并于廠內(nèi)試拼裝，合格后方可運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)安裝。

墩臺(tái)采用液壓爬模法施工，施工至墩頂時(shí)，按托架設(shè)計(jì)方案進(jìn)行預(yù)埋預(yù)留施工，預(yù)埋預(yù)留需嚴(yán)格按設(shè)計(jì)位置進(jìn)行，且采取加固措施，確保在進(jìn)行砼澆筑時(shí)不移位。

完成墩身澆筑后，保留爬模的液壓平臺(tái)及模板平臺(tái)作托架的安裝操作平臺(tái)。在運(yùn)輸船上將上平梁與斜撐連接后吊裝至墩頂，利用操作平臺(tái)，將構(gòu)件的上下端裝入墩頂預(yù)埋件的對(duì)應(yīng)槽口中，插入插銷，擰上JL32精軋螺紋鋼筋上的螺帽，隨后進(jìn)行托架安裝位置的調(diào)整并固定。

安裝時(shí)需確保上平梁水平，且在設(shè)計(jì)標(biāo)高上。托架間采用[16槽鋼制作的剪刀撐進(jìn)行聯(lián)結(jié)，加強(qiáng)托架的整體穩(wěn)定。

6 支架預(yù)壓

為了確保梁體線形美觀，同時(shí)消除托架的非彈性變形，測(cè)定托架彈性變形值，托架拼裝完成后，對(duì)托架實(shí)施預(yù)壓，由于托架位于水中墩上，如果采取堆載預(yù)壓的方案，需通過船舶運(yùn)輸及吊裝大量砼預(yù)制塊，不僅成本高且費(fèi)時(shí)，本項(xiàng)目進(jìn)行了預(yù)壓的技術(shù)創(chuàng)新，具體如下：

在墩頂砼內(nèi)預(yù)埋精軋螺紋筋，錨固型鋼制成的反力架（如圖5所示），在各預(yù)壓荷載施加點(diǎn)設(shè)置千斤頂?shù)暮奢d施加方式[4]。千斤頂?shù)撞堪惭b工字鋼墊梁，施加的荷載按作用于托架上砼重的1.2倍。荷載按60%，80%，100%分3次進(jìn)行，緩慢、有序地實(shí)施加載過程，以避免托架突然承載而產(chǎn)生不穩(wěn)定和托架承載不均情況。完成每級(jí)加載靜置1h后測(cè)量1次，待連續(xù)觀測(cè)2次的沉降＜2mm后，方實(shí)施下一級(jí)加載；完成100%加載后，連續(xù)測(cè)量12h，直至沉降量穩(wěn)定在2mm內(nèi)時(shí)，完成預(yù)壓。

圖5 托架預(yù)壓縱向布置示意圖

記錄各級(jí)加載及卸載時(shí)的觀測(cè)點(diǎn)沉降量，并在完成卸載后測(cè)量各觀測(cè)點(diǎn)的回彈值。

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用專用的表格進(jìn)行詳細(xì)記錄，整理、計(jì)算、分析、修正預(yù)壓試驗(yàn)采集的數(shù)據(jù)，計(jì)算出托架的各種變形量。根據(jù)托架彈性變形值，計(jì)算底模預(yù)拱度，對(duì)底模標(biāo)高進(jìn)行調(diào)整。

另外，通過預(yù)壓試驗(yàn)可檢驗(yàn)托架的安全可靠性。還可根據(jù)測(cè)試數(shù)據(jù)，評(píng)估托架設(shè)計(jì)的科學(xué)合理性，為以后的托架設(shè)計(jì)提供參考，和優(yōu)化數(shù)據(jù)依據(jù)。

7 結(jié)束語(yǔ)

由于本項(xiàng)目大跨度連續(xù)0號(hào)塊不僅尺寸大，且主墩為水中墩，不僅要精心設(shè)計(jì)高強(qiáng)度、高安全性的模架結(jié)構(gòu)。且在施工過程中，需克服施工安裝難度大、安全風(fēng)險(xiǎn)高等困難。施工中，對(duì)模架安裝的每一道工序，每一個(gè)環(huán)節(jié)都進(jìn)行認(rèn)真檢查，確保模架的安裝過程有序、安全、可控。在0號(hào)塊澆筑時(shí)，模架安全穩(wěn)固，確保了連續(xù)梁0號(hào)澆筑的順利安全完成。

雖然該模架方案非常成功，但該模架僅適用于本橋，造成資源浪費(fèi)。我們團(tuán)隊(duì)下一步擬再依托于工程的其它項(xiàng)目進(jìn)行0號(hào)塊模架的研究，進(jìn)行模架的模塊化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)模架循環(huán)使用，以節(jié)約材料、降低施工成本，加快施工速度。