山嶺地區預應力混凝土連續剛構橋邊跨現澆段 托架法施工技術研究

趙承寧 薛盼盼

（中交第二航務工程局有限公司第六工程分公司，湖北 武漢 430014）

1 工程概況

臥龍溝3#特大橋主橋采用（75+3×140+75）m五跨三向預應力混凝土變截面連續剛構體系，節段長度為3.5~4.5m變化，中跨和邊跨合攏段長度為2m，邊跨現澆段長度為3.76m；箱梁頂面寬12.75m，底板寬7m，翼緣板懸臂長為2.875m；箱梁根部梁高8.2m，跨中梁高3.2m，箱梁高度按1.8次拋物線變化；箱梁頂板設置2%橫坡，底板橫橋向為水平。其中邊跨現澆段頂板和底板厚32cm，腹板厚50cm，C55混凝土設計方量74方。

由于邊跨墩柱位于山坡，且墩身高度均在70m之上，常規工藝滿足不了現場施工，故采用在墩身預埋牛腿，在托架上面支?，F澆的施工工藝。

2 托架構造和施工特點

邊跨現澆段支架采用三角托架支架形式，順橋向側支架自下而上主要為牛腿預埋件、牛腿斜撐（2工40a）、牛腿豎撐（2工40a）、牛腿橫梁（2HM588×300）、卸荷塊、主橫梁1（2HM588×300）、主橫梁2（HM588×300）、主縱梁1（工38a）、主縱梁2（槽25a）、分配梁1（工20a）、分配梁2（工25a）等組成，橫橋向側支架自下而上主要為牛腿預埋件、牛腿斜撐（2工36a）、牛腿豎撐（2工36a）、牛腿橫梁（2工36a）、主橫梁（2工36a）、分配梁（工25a）等，材料均選用Q235b鋼材。防護欄桿高1.2m，用φ48腳手管搭設。

3 托架受力分析

3.1 荷載分析

3.1.1 恒載計算

（1）支架自重（G0）

支架自重荷載由有限元軟件Midas自行處理，g= 9.8m/s2。

（2）混凝土自重（G1）

邊跨混凝土容重按26kN/m3考慮。

邊跨斷面簡化成，經計算得邊跨單位面積的恒載如圖1、圖2所示。

圖1 臥龍溝邊跨現澆梁恒載示意圖（荷載單位：kN）

圖2 臥龍溝邊跨蓋梁恒載及斷面示意圖（荷載單位：kN、斷面尺寸：mm）

（3）模板荷載（G2）

模板荷載按2.5考慮。

3.1.2 活載計算

（1）施工荷載（Q1）

施工荷載可按實際情況計算，一般情況下由施工人員及小型設備等組成，可取2.5kN/m2。

（2）混凝土傾倒及振搗荷載（Q2）

混凝土傾倒及振搗荷載一般情況下可取2.5kN/m2。（3）梁系風荷載（Qw）

根據《港口工程荷載規范》計算：

工作狀態：V=13.8m/s

3.2 工況分析

考慮最不利工況，即澆筑工況：混凝土按一次澆筑考慮，澆筑時間較長。

3.3 荷載組合

考慮兩種荷載組合形式，即標準組合和基本組合。

本計算除施工荷載、風荷載和其他荷載視為活載以外，其余荷載如支架自重、鋼筋混凝土重力荷載、模板荷載等均視為恒載。荷載組合形式如下：

標準組合＝Σ恒載＋Σ活載

基本組合＝1.2Σ恒載＋1.4Σ活載

在以上組合中，標準組合用來評價剛度及穩定性指標，基本組合用來評價結構強度指標。

3.4 模型及整體計算

依據設計圖紙，在Midas軟件中建立支架整體模型，如圖3所示。

圖3 邊跨順橋向側現澆梁支架整體模型圖

模型說明：鋼牛腿與墩柱固結，縱梁與卸荷塊之間的連接為彈性連接，卸荷塊與橫梁之間的連接采用彈性連接。按3.1節分析的荷載值進行加載，進行模擬計算。

計算結果：

（1）邊跨順橋向側邊跨現澆支架。按照一次澆筑考慮，工作風速橫橋向作用于支架，模型計算結果如圖4所示。順橋向現澆梁支架各主要構件計算結果如表1所示。

圖4 邊墩橫橋向側蓋梁支架整體模型圖

表1 順橋向現澆梁支架各主要構件計算結果

計算結果表明：

主要構件（Q235B）：

最大組合應力為：σmax=54.36MPa<205MPa

最大變形為：fmax=4.1mm

因此，支架整體計算主要構件強度均能滿足設計及規范要求。

（2）邊墩橫橋向側蓋梁支架。橫橋向蓋梁現澆支架各主要構件計算結果如表2所示。

表2 橫橋向蓋梁現澆支架各主要構件計算結果

計算結果表明：

主要構件（Q235B）：

最大組合應力為：σmax=116.49MPa<205MPa

最大變形為：fmax=5.52mm

因此，支架整體計算主要構件強度均能滿足設計及規范要求。

4 托架預壓

邊跨現澆段支架預壓采用沙袋加鋼筋堆載法預壓，以檢驗支架各部分的承載能力及受力變形情況，消除支架的非彈性變形。加載過程分別按邊跨現澆段自重及施工活載的60%、100%、120%分別進行三級加載，安排一名人員專門記錄，左右兩側平衡加載，T構兩端同時在同一位置加載，最大不平衡重不超過加載重量的30%。預壓過程中對三角支架布置兩個觀測點進行監測。預壓結束后，對支架兩側同步進行卸載，防止單邊操作對支架橫斷面受力不均。

5 邊跨現澆段施工

5.1 支架安裝

（1）預埋牛腿埋件：墩柱鋼筋綁扎完畢，測量定位埋件的位置，安裝并固定錨筋及錐形螺母，檢查錨筋埋設長度及相對位置是否滿足要求，用泡沫膠將錐形螺母開口端封堵好，以免澆筑時進入水泥漿。

（2）托架結構焊接及安裝：在地面先將組成托架結構單元焊接完畢，取出錐形螺母里面的泡沫膠，將焊接完畢質量合格的托架吊裝至墩柱上，上墊片、螺紋桿并擰緊螺母。等托架結構安裝好后，焊接平聯。

（3）卸荷塊及主橫梁的安裝：測量已安裝好的三角托架頂面標高，根據梁底的設計標高計算卸荷塊高度。然后安裝支架主橫梁。

（4）剩余支架上部結構的安裝：在主橫梁上進行縱梁、分配梁及桁架安裝，然后進行底模鋪裝。底模鋪裝完成后根據設計梁底標高復測平臺標高，進行調整。

5.2 模板施工

支架安裝完畢，開始安裝底膜，測量標高調整至設計高程，然后安裝外側模、翼緣板模板，模板采用定制鋼膜，箱式內膜頂板采用扣件式鋼管支撐。

5.3 鋼筋施工

待底板模板鋪設好以后，開始綁扎底板鋼筋，側模安裝完成開始綁扎腹板、頂板鋼筋，注意加墊塊及定位鋼筋控制保護層，鋼筋綁扎過程中預應力管道同時鋪設，固定牢固防止偏位。

5.4 混凝土施工

C55纖維混凝土現場施工采用塔吊加料斗方式，澆筑前應注意清潔模板底及周邊雜物，澆筑順序依次為底板、腹板、頂板，澆筑時嚴格控制分層振搗，同時設置串桶，避免混凝土離析，施工完成后注意混凝土養護。

5.5 支架拆除

在縱向及橫向預應力張拉完成后進行拆除，拆除時先使用鋼絲繩通過邊跨現澆段預留孔將主橫梁懸掛固定，使用氣割將卸荷塊拆除，然后使用倒鏈將主橫梁及上部模板落在三腳架橫梁上，使用卷揚機及塔吊將其余部件全部拆除。支架拆解作業前應對吊裝機械及機具進行安全檢查，在操作過程中地上、空中應有專人進行指揮及指導，支架的拆除是高空危險作業，每道工序必須經過認真的檢查，無誤后方可進行下一道工序。

6 結語

受限于山區復雜地形，山區連續剛構橋通常橋墩較高且處于陡坡狹窄地形，部分剛構橋邊跨現澆段設計長度大，邊跨現澆段施工方法多樣，支架法施工面臨風險大和不經濟問題。根據臥龍溝3#特大橋邊跨跨度及現場地形地貌，決定采用邊跨現澆段牛腿托架法施工工藝。此工藝施工過程簡單，托架受力安全可靠，材料加工簡單且可以周轉使用，經濟適用性較強。托架法施工是解決超高墩大跨徑連續剛構橋邊跨現澆段施工操作難度大、危險系數高的有效方法之一，對類似工程施工可以起到參考作用。