楊平波

（山西省交通科學研究院，山西 太原 030006）

1 工程概況

某特大橋跨越黃河兩岸，連接秦晉兩省。主橋為75+4×120+75=630 m六跨預應力混凝土剛構(gòu)－連續(xù)梁組合橋。墩頂梁段由0#、1#塊段合成，梁長12 m，兩端伸出懸臂長度3.5 m。6#、10#邊跨墩墩梁為鉸接連接，7#～9#墩墩梁為剛性固接。墩頂梁段截面形式為單箱單室箱梁結(jié)構(gòu)，箱室內(nèi)有橫隔板，梁高6.6 m，底板寬6.5m，頂板寬12m，腹板厚度70c m，底板厚度由150～65cm變化，頂板厚度0#段50cm，1#段28cm。箱梁采用三向預應力體系：縱向采用16－7 Φ5鋼絞線鋼束，橫向3-7 Φ5鋼絞線鋼束,豎向采用Φj 32高強精軋螺紋鋼筋。梁段混凝土標號為C 50，每個梁段混凝土方量291 m3，重756 t。

本橋主墩墩身為5 m×6.5 m單肢空心薄壁結(jié)構(gòu)柔性墩，最大墩高66 m，梁段兩端伸出墩身懸臂長度達3.5 m，如此大的懸臂長度比同一般同類橋型結(jié)構(gòu)比較少見，故此結(jié)構(gòu)的墩頂梁段對施工承重托架的設計提出更高的要求。

2 施工方案選擇

對于高空T構(gòu)橋的墩頂梁段施工方法一般采取附著式托架法。根據(jù)本墩頂梁段的結(jié)構(gòu)特征，并結(jié)合本單位以往在其他類似工程中的施工經(jīng)驗，通過常見的3種托架結(jié)構(gòu)形式從受力安全、安拆操作方便安全性、經(jīng)濟效益等方面進行綜合研究和比較（見表1），最后選用牛腿組合貝雷梁式托架。

表1 附著式托架結(jié)構(gòu)形式比選

3 托架設計

托架作為墩頂梁段施工的承重體系和作業(yè)平臺，主要承受由混凝土自重荷載、支架和模板的重量、機具和施工人員的重量、施工振動荷載，通過托架和牛腿傳遞到墩身上?？紤]托架設計的承載能力和施工的可操作性，混凝土采取分層二次澆注，第一層高度H1=3.3 m，第二層高度H2＝3.3 m，待第一層混凝土達到90%以上混凝土強度后再進行第二層混凝土澆注，此時認為第一層已具備承受自身重量荷載，故托架設計僅考慮荷載較大的一層混凝土的重量荷載。

托架主要由附著牛腿、懸臂斜撐桿、縱梁、橫梁、作業(yè)平臺、卸落砂桶等6個單元組成。附著牛腿設在墩身左右兩側(cè)面上，每面上下各2個，形成4個縱梁的支撐點。通過在附著位置點預埋鋼盒在墩身上，把鋼牛腿穿在鋼盒內(nèi)，再通過對拉鋼筋進行對拉，從而附著在墩身上?？v梁和橫梁均梁采用“321”裝配式貝雷梁拼裝而成，每側(cè)縱梁由兩片桁架梁采用耳板焊接合并聯(lián)結(jié)在一起，在墩身位置于墊在牛腿的卸落砂桶上，懸臂端用銷子把斜撐桿鉸接在縱梁耳板上，通過斜撐桿連接支撐在下層牛腿上。橫梁長12 m，每根橫梁由貝雷片拼裝成單層雙排桁架梁，置在兩端懸臂部分的兩側(cè)縱梁上，每端布置3根，形成附著式托架，作為模板分配梁和翼緣板支架的支撐體。斜撐桿由2[22 a槽鋼組焊加工，支撐在縱梁懸臂3.75 m處端支點上，把支點反力傳遞到牛腿上。作業(yè)平臺采用加強弦桿通過弦桿螺栓連接在橫向桁架梁上，形成伸臂式平臺擔梁，再在擔梁上鋪設方木和木板、圍欄形成封閉式平臺。頂板翼緣板采用鋼管支架，支架支撐在置于橫梁上的縱向I 28 a工字鋼底腳墊梁，形成支撐體系。見圖1。

圖1 鶴楹鮮酵悄苤撐示意圖

4 托架主要構(gòu)件受力檢算

4.1 設計參數(shù)

（1）鋼筋混凝土容重：26 k N/m3；混凝土超灌系數(shù)：1.05。

（2）模板和支架重量荷載：按0.2倍混凝土重量計算。

（3）施工人員和機具荷載：2.5 k N/m2；施工振動荷載：2.0 k N/m2。

（4）安全系數(shù)：K1=1.2。

（5）構(gòu)件材料彈性模量和容許應力值：Q 235鋼：E=2.06×105 MPa，[σ]=170MPa，[τ]=85MPa；16 M n鋼：E=2.06×105MPa，[σ]=210 MPa，[τ]=120 MPa。

4.2 橫梁受力驗算

（1）受力計算：橫梁采用單排單層貝雷梁，橫向貝雷梁承受三角支架傳遞的荷載。計算簡圖見圖2、圖3，采用疊加法，對每個橫梁進行計算，結(jié)果數(shù)據(jù)見表2。

表2 各排橫梁受力計算結(jié)果數(shù)據(jù)表

（2）強度及剛度驗算：單排單層貝雷梁容許內(nèi)力：[M]=788.2 k N.m；[Q]=245 k N（參考人民交通出版社《裝配式公路鋼橋多用途使用手冊》）。從表 2得：Mmax＝188.1 k N.m；Qmax＝128.7 k N。

K2Mmax=1.2×188.1=225.7 k N.m<[M]=788.2 k N.m

K2Qmax=1.2×1128.7=154.4 k N<[Q]=245 k N

fmax=1.8 m m

4.3 縱向貝雷梁驗算

（1）受力計算：縱向貝雷梁采用單層雙排貝雷梁桁架，受橫梁傳遞下來的荷載，計算圖及計算結(jié)果如下：Mmax=137.2 k N.m；Qmax=245.3 k N；fmax=0.1 m m；Ra=Rd=354.8 k N；Rb=Rc=249.3 k N。

（2）強度及剛度驗算：雙排單層貝雷梁容許內(nèi)力：[M]=1576 k N.m；[Q]=490 k N

K2Mmax=1.2×137.2=164.6 k N.m<[M]=1576 k N.m

K2Qmax=1.2×245.3=294.4 k N<[Q]=490 k N

fmax=0.1 m m

4.4 支撐斜桿受力驗算

（1）受力計算:由平衡公式：P-NCOS（90-49）=0

解得：N=470 k N。

（2）應力驗算：支撐斜桿截面特性：支撐斜桿由2根[22 a槽鋼并口組成，22 a槽鋼特性:A=31.8cm2；Ix1=2394cm4；Iy1=157.8cm4；ix1=8.67cm；iy1=2.23cm；z0=2.1cm。

Ix=2×Ix1=2394×2=4788cm4

Iy=2×[Iy1+A×（y-z0）2]=2×[157.8+31.8×（8-2.1）2]=2379cm4

圖2

=73.4

查b類截面軸心受壓構(gòu)件穩(wěn)定系數(shù) φ 得：φx=0.85；φy=0.729

MPa＜[σ]=170 MPa

=121.6 MPa＜[σ]=170 MPa

圖3

4.5 焊縫受力驗算

（1）斜撐桿與平衡擔梁連接焊縫：焊縫計算僅考慮側(cè)向焊縫，端焊縫作為安全儲備。

hf=100 m m；lw=290-10=280 m m

V=NCOS 49=308 k N

（2）耳板與縱梁連接焊縫：

hf=10 m m；lw=400-10=390 m m

V=NCOS 49/2=154 k N；M=V×0.15=23.1 k N/m

5 墩頂梁段施工

5.1 托架安裝

托架安裝次序為：牛腿→平衡擔梁→縱梁→縱梁對拉及平聯(lián)→斜撐桿→橫梁→鋼管支架墊梁→作業(yè)平臺→底模分配梁→底模。牛腿在墩身施工完畢并拆除模板后進行安裝，牛腿、砂筒、平衡擔梁的安裝利用塔吊沿著墩身吊掛一吊籃作為空中作業(yè)臺，操作人員站在籃中進行安裝作業(yè)?？v梁采取在地面預先把貝雷桁架拼裝組合成型，每根梁重約3 t，然后用塔吊逐根吊裝安放在已安好的牛腿上，由于縱梁高度高，寬度小，吊放在砂筒上后立即采用短鋼筋臨時與牛腿焊連，并用鐵絲栓在墩頂鋼筋上，使之站立穩(wěn)固，防止傾倒墜落，而后在墩身兩正側(cè)面各用2根精軋螺紋鋼上下穿過兩側(cè)縱梁和對拉分配梁，兩頭擰上螺母對拉，最后再安裝各端部的平聯(lián)裝置，即形成一附著在墩身上的共體支撐梁?？v梁安裝完畢后，須檢查高程是否符合設計要求，高于設計標高時，通過調(diào)整砂筒的高度進行糾正。斜撐桿在縱梁地面拼裝時將其一端用銷子連在縱梁上，隨著縱梁一起吊裝，待縱梁安裝后，把其下端頭拉到平衡擔梁上進行焊接。橫梁同縱梁一樣在地面預先拼裝，然后按照設計位置逐個吊放擱置在縱梁上，接著采用聯(lián)結(jié)花窗把各片橫梁連成一體。橫梁安裝完畢后基本形成了一個高空托架平臺，其他構(gòu)件按照設計要求位置逐件吊裝就位。

5.2 托架加載試驗

加載試驗的目的是檢驗托架構(gòu)件在墩頂梁段第一層施工時荷載作用下的承載能力及穩(wěn)定性，確保施工安全。采取在托架受力最大的懸臂端支點上集中加載，通過設置橫梁傳遞，即可檢驗支撐斜桿、下牛腿、連接焊縫及連接銷子等受力最不利構(gòu)件的承載能力。

加載采取千斤頂反壓加力的方法，在桁架縱梁兩懸臂端支點位置設置橫擔梁作為傳遞體，通過置在每端橫梁上的4個千斤頂（最大張拉力60 t）同步張拉拉索(4根φ15.24鋼絞線)，形成反壓集中力作用在橫梁上。拉索一端用Y M 15-5工作錨具和夾片錨固在反力錨固鋼架座上，另一端在橫梁底面設置一特制錨具(在Y M 15-5錨具的中間鉆一Ф35 m m的通孔)聯(lián)結(jié)，用Ф32精軋螺紋鋼穿過錨具的通孔與千斤頂連接。

加載采取分5級加載和5級卸載逐步進行，并用水平儀測量每級加載時托架的變形量。考慮到托架的重量及已安裝的部分模板的重量已經(jīng)直接作用，最大加載力確定為：N=1.1 P=1.1×355=391 k N。經(jīng)過試驗及施工實踐表明：桁架式托架剛度大、變形?。ㄗ畲髲椥宰冃? m m）、整體穩(wěn)定性好、安全性比較大。

5.3 混凝土澆注

墩頂梁段外側(cè)模板采用墩身的大塊鋼模，內(nèi)側(cè)采用組合鋼模組拼，翼緣板采用專制的鋼模采用鋼管支架支撐，內(nèi)拱頂板采用專制的鋼架和鋼管支架支撐模板?；炷练譃?次澆注，第二層澆注待第一層混凝土強度達到設計強度的90%以上后方可進行?；炷敛捎酶邏狠斔捅脧臄嚢枵据斔腿肽?，最大輸送距離480 m。澆注按照先兩懸臂端，后墩頂部；先底板，后腹板的順序?qū)ΨQ均勻布料。在梁段內(nèi)腔搭設臨時作業(yè)鋼管架作業(yè)臺，通過對稱挪動出口管來回循環(huán)進行各部位的混凝土澆注。

5.4 托架拆除

墩頂梁段全部施工完畢，并進行預應力體系張拉后即可進行支架、模板、托架的拆除。托架拆除按照從上至下逐層進行，采用卷揚機和倒鏈葫蘆穿過梁頂上的預留孔，配合前拖后拉，把各榀桁架橫梁托至梁端頭部，再用塔吊把其整件吊下地面?？客鈧?cè)的縱梁采用卷揚機從兩頭進行吊裝整體下放，靠內(nèi)側(cè)的縱梁由于受塔吊附著架的阻擋，采用卷揚機配合塔吊，采取前托后拉，邊拖邊放的方式把其拖出梁的范圍，再用塔吊吊放。

6 結(jié)束語

實踐證明，采用貝雷桁架梁結(jié)合牛腿的托架具有受力簡單、強度高、剛度大、安全可靠、安裝拆除方便等優(yōu)點。對于端部懸臂較大的墩頂高空現(xiàn)澆段施工采用此法應當是一種比較理想、可行的選擇。

[1]石治峰.抱箍+貝雷梁現(xiàn)澆箱梁支架施工技術(shù)及受力計算[J].山西交通科技，2011（3）：37.

[2]成學政.大跨度梁橋腹板豎向預應力施工技術(shù)研討[J].山西交通科技，2010（1）：56.

[3]交通部.J T J041-2000.公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范[S].北京：人民交通出版社，2000.