摘 要：高墩大跨連續(xù)剛構(gòu)橋墩頂0號(hào)塊是懸臂節(jié)段施工的最初作業(yè)平臺(tái)，其施工控制著全橋的進(jìn)展和安全質(zhì)量。結(jié)合源頭水庫(kù)特大橋工程實(shí)例，詳細(xì)介紹主橋0號(hào)和1號(hào)塊三角托架利用部分掛籃構(gòu)件進(jìn)行一體化設(shè)計(jì)和施工的技術(shù)。根據(jù)MIDAS/Civil建模計(jì)算和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用結(jié)果證明，主橋0號(hào)和1號(hào)塊托架施工方法達(dá)到了預(yù)期效果，并且具有施工科學(xué)、原理簡(jiǎn)單、操作簡(jiǎn)便，臨時(shí)材料周轉(zhuǎn)率高、施工成本低、施工時(shí)間短、工作效率高、安全可靠等優(yōu)點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：高墩連續(xù)剛構(gòu);0號(hào)和1號(hào)塊;托架;掛籃;一體化設(shè)計(jì);

1 工程概況

源頭水庫(kù)特大橋樁號(hào)為K17+841～K18+469,中心樁號(hào)為K18+155,橋面凈寬為2×11.4 m, 孔跨布置為2×30 m+90 m+2×160 m+90 m+2×30 m, 橋梁總長(zhǎng)為628 m。墩身寬面與梁底同寬為6.5 m, 窄面寬度為6.0 m, 主墩平均墩高為55.2 m, 下接承臺(tái)、樁基礎(chǔ)，如圖1所示。

主橋?yàn)轭A(yù)應(yīng)力混凝土四跨連續(xù)剛構(gòu)，箱梁結(jié)構(gòu)采用變截面單箱單室直腹板形式。箱梁的頂板和底板寬度分別為12.4 m和6.5 m。墩頂處和跨中的梁高分別為9.4 m和3.8 m, 分別為跨徑的1/17.021和1/42.105,呈現(xiàn)1.8次拋物線變化。0號(hào)塊縱橋向長(zhǎng)9 m, 梁高由9.4 m變化至9.203 m, 腹板厚度由1 m變化至0.8 m; 1號(hào)塊單肢縱橋向長(zhǎng)2.5 m, 梁高由9.203 m變化至8.881 m, 腹板厚度為0.8 m。0號(hào)塊和1號(hào)塊箱梁結(jié)構(gòu)如圖2所示。

2 托架系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1三角托架選型

0號(hào)、1號(hào)塊施工支架是其施工的承重結(jié)構(gòu)和作業(yè)平臺(tái)。此類施工支架又分為落地支架和懸臂式三角托架兩種，落地支架法適用于低墩，懸臂式三角托架法適用于高墩。本橋墩身高達(dá)55.2 m, 采用落地支架法既不經(jīng)濟(jì)也不安全，因此研究決定采用懸臂式三角托架法。

懸臂式三角托架主要包括剛接和鉸接兩種結(jié)構(gòu)形式。剛接是通過(guò)焊接來(lái)連接托架的各桿件以及墩旁預(yù)埋件和主構(gòu)架，較大的剛度是其優(yōu)點(diǎn)；但基于其連接的方法，會(huì)有較長(zhǎng)時(shí)間的高空作業(yè)，且難以保證焊接作業(yè)的質(zhì)量，對(duì)于施工安全的保障也不夠。鉸接是通過(guò)銷軸來(lái)連接托架各桿件以及主構(gòu)架和墩旁預(yù)埋件，高空作業(yè)時(shí)間短，其操作簡(jiǎn)單，效率較高；但這種結(jié)構(gòu)對(duì)加工精度要求較嚴(yán)格，工廠制作后需要進(jìn)行預(yù)拼裝，以確保不同構(gòu)件銷孔間的匹配性。

源頭水庫(kù)特大橋主橋0號(hào)、1號(hào)塊三角托架結(jié)構(gòu)形式采用的是鉸接法三角托架，這是在考慮了多方面的因素之后決定的，具體因素包括施工的環(huán)境、成本和工期，還有橋梁的墩高和結(jié)構(gòu)形式等。

2.2托架構(gòu)造設(shè)計(jì)

梁頂掛籃拼裝空間最少要13 m長(zhǎng)。0號(hào)塊長(zhǎng)度為9 m, 明顯不足，因此需要在托架上進(jìn)行0號(hào)和1號(hào)塊的施工作業(yè)，這樣可形成14 m長(zhǎng)空間，滿足掛籃拼裝空間要求。

2.2.1設(shè)計(jì)研究思路

0號(hào)、1號(hào)塊都是預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)，它們的混凝土方量分別是318.6 m3和64.6 m3(單肢)。對(duì)于0號(hào)塊，墩頂正上方混凝土荷載可認(rèn)為由墩身承受，墩身正上方對(duì)應(yīng)的混凝土量為226.5 m3,單肢托架承受的混凝土量為46.05 m3。設(shè)計(jì)時(shí)考慮控制托架結(jié)構(gòu)應(yīng)力和變形，以保證0號(hào)和1號(hào)塊的施工安全和質(zhì)量。

圖1 主墩墩身結(jié)構(gòu)

圖2 0號(hào)和1號(hào)塊箱梁構(gòu)造

在進(jìn)行0號(hào)和1號(hào)塊楔形底模架的設(shè)計(jì)時(shí)，有掛籃底模法、鋼排架底模法和滿堂支架底模法等3種形式選擇。在保證強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性均能達(dá)標(biāo)的基礎(chǔ)上，對(duì)3種形式展開(kāi)研究對(duì)比，結(jié)果見(jiàn)表1。研究結(jié)果表明，采用掛籃底模法作為楔形底模架更合適，該支架是一種三角托架結(jié)合掛籃底模系統(tǒng)的一體化設(shè)計(jì)方案，具有構(gòu)造簡(jiǎn)單、設(shè)計(jì)合理、施工安全可靠、施工質(zhì)量和精度有保證、節(jié)省工期、周轉(zhuǎn)率極高和造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn)。

表1 0號(hào)和1號(hào)塊楔形底模架設(shè)計(jì)形式研究對(duì)比(以單個(gè)T構(gòu)為例)

源頭水庫(kù)特大橋主橋共有6個(gè)主墩，左、右幅兩個(gè)主墩共用1臺(tái)塔吊，根據(jù)表1,總工期最少可節(jié)省(18.5-12)×6=39 d, 經(jīng)濟(jì)成本最少可節(jié)約(130 960-83 520)×6=284 640元。

2.2.2構(gòu)造體系組成

(1)預(yù)埋件設(shè)計(jì)。

順橋向(墩身寬面)采用16 mm和20 mm厚q235b鋼板焊接組合，形成耳板外露混凝土面的主托架預(yù)埋件。利用精軋螺紋鋼進(jìn)行各組相對(duì)預(yù)埋件的對(duì)拉，以此傳遞托架的水平分力。每個(gè)預(yù)埋件耳板埋入混凝土部分均打孔12個(gè)，在其中穿入12根50 cm長(zhǎng)HRB400?25 mm螺紋鋼。預(yù)埋件設(shè)計(jì)如圖3所示。

圖3 順橋向墩身寬面主托架預(yù)埋件構(gòu)造

橫橋向(墩身窄面)采用20 mm厚q235b鋼板和HRB400?20 mm錨筋焊接組合形成門形錨筋邊托架預(yù)埋件，利用支撐板、墊板、三角板和預(yù)埋件組合焊接形成牛腿結(jié)構(gòu)。預(yù)埋件設(shè)計(jì)如圖4和圖5所示。

圖4 橫橋向墩身窄面邊托架上部預(yù)埋件構(gòu)造

(2)三角托架及模板系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在順橋向墩身兩側(cè)分別布設(shè)4道主三角托架。主托架利用雙拼C40b槽鋼作為水平桿，雙拼C36b槽鋼作為斜撐桿。每根水平桿的中部設(shè)置1根豎桿與斜撐桿中部相接，以此減小壓桿的自由受壓長(zhǎng)度。主托架斜撐桿、水平桿和豎桿之間的連接為銷接，主構(gòu)架與墩旁預(yù)埋件的連接也是銷接。每側(cè)主托架橫向通過(guò)3道C20b槽鋼平聯(lián)連接成整體，加強(qiáng)整體穩(wěn)定性。

底模架采用掛籃底模縱橫梁及掛籃底模面板，掛籃底模與墩身凈距5 cm。根據(jù)掛籃底模前后橫梁的間距來(lái)設(shè)計(jì)主托架銷軸的位置，以保證支點(diǎn)和主托架水平桿前后銷軸位置基本重合，達(dá)到傳力明確的目的。

按照0號(hào)塊懸臂起點(diǎn)至1號(hào)塊懸臂終點(diǎn)形成的底板縱坡，設(shè)計(jì)主托架支點(diǎn)鋼墊梁高度。鋼墊梁采用三拼I56b工字鋼和三拼I36b工字鋼組成，在鋼墊梁頂面設(shè)置由鋼板和精軋螺紋鋼組成的卸荷塊。由于在澆筑1號(hào)塊混凝土?xí)r產(chǎn)生的水平推力會(huì)影響主托架外側(cè)支點(diǎn)卸荷塊及鋼墊梁的水平方向穩(wěn)定性，因此在鋼墊梁頂部設(shè)置C20b槽鋼斜拉于主托架水平桿上，在卸荷塊遠(yuǎn)離箱梁方向設(shè)置限位板，相關(guān)構(gòu)件間再輔以點(diǎn)焊，以此確保卸荷塊及鋼墊梁的穩(wěn)定。

圖5 橫橋向墩身窄面邊托架下部預(yù)埋件構(gòu)造

在橫橋向墩身兩側(cè)分別布設(shè)2道邊三角托架，邊托架利用I25b工字鋼作為水平桿和斜撐桿。設(shè)置1根I12工字鋼豎桿將水平桿與斜撐桿中部相接，邊托架斜撐桿、水平桿和豎桿之間的連接為焊接，邊構(gòu)架與墩旁預(yù)埋件牛腿的連接也是焊接。

在墩身每側(cè)2道邊托架上鋪設(shè)2根雙拼C28b槽鋼縱梁，縱梁支撐鋼側(cè)模。側(cè)模的脫模通過(guò)位于縱梁與側(cè)模支撐架橫桿間的工字鋼卸荷塊實(shí)現(xiàn)。

主、邊托架和鋼外側(cè)模設(shè)計(jì)如圖6所示。

2.3結(jié)構(gòu)計(jì)算分析

主橋0號(hào)、1號(hào)塊三角托架結(jié)構(gòu)計(jì)算，采用有限元程序MIDAS/Civil2020進(jìn)行模擬。

2.3.1荷載

在順橋向，0號(hào)塊6 m長(zhǎng)墩頂重量由墩柱承擔(dān)，0號(hào)塊1.5 m長(zhǎng)懸臂重量和1號(hào)塊2.5 m長(zhǎng)懸臂重量均由托架承受。軟件模擬計(jì)算時(shí)將0號(hào)、1號(hào)塊一次整體澆筑模擬為最不利工況(實(shí)際因0號(hào)塊頂板懸臂端面設(shè)計(jì)有縱向預(yù)應(yīng)力張拉錨固，所以必須在0號(hào)塊施工完成后才能進(jìn)行1號(hào)塊施工)。

荷載統(tǒng)計(jì)：

(1)托架系統(tǒng)自重，軟件自動(dòng)取值為-1;

(2)機(jī)具和人員，施加-1 kN/m2的均布荷載；

(3)施工荷載，施加-2 kN/m2的均布荷載；

(4)混凝土荷載，施加板單元荷載，混凝土重度以26 kN/m3為計(jì)算依據(jù)。

圖6 主、邊托架和鋼外側(cè)模構(gòu)造

荷載組合：

按照承載能力極限狀態(tài)計(jì)算，結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)取0.9,荷載組合分應(yīng)力荷載組合和位移荷載組合，荷載按照最不利荷載考慮，具體荷載組合系數(shù)見(jiàn)表2。

表2 荷載組合系數(shù)統(tǒng)計(jì)

荷載傳力過(guò)程：

0號(hào)、1號(hào)塊的混凝土濕重及模板等荷載的傳力路徑如下：一方面路徑是底模→掛籃底?？v橫梁→卸荷塊→鋼墊梁→主托架→主托架預(yù)埋件→墩身；另一方面路徑是外側(cè)?！鷤?cè)模墊梁→邊托架/鋼墊梁→邊托架預(yù)埋件/(主托架→主托架預(yù)埋件)→墩身。

2.3.2受力驗(yàn)算

由有限元程序MIDAS/Civil建立的0號(hào)、1號(hào)塊托架結(jié)構(gòu)計(jì)算模型如圖7所示。

軟件計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3。

圖7 三角托架系統(tǒng)計(jì)算模型

根據(jù)模型結(jié)果對(duì)主托架斜撐桿和邊托架斜撐桿分別進(jìn)行壓桿穩(wěn)定計(jì)算，主托架斜撐桿穩(wěn)定應(yīng)力δ=40.1 MPa<215 MPa, 邊托架斜撐桿穩(wěn)定應(yīng)力δ=48 MPa<215 MPa。綜上所述，托架結(jié)構(gòu)各構(gòu)件都滿足規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的要求。

3 托架系統(tǒng)制安

3.1托架預(yù)埋件施工

墩身施工時(shí)預(yù)埋托架預(yù)埋件，對(duì)預(yù)埋件耳板位置的墩柱外模板做切割處理，埋入混凝土部分與墩身鋼筋焊接成整體，以防偏位。主托架下層受壓預(yù)埋件每組采用2根精軋螺紋鋼對(duì)拉，安裝時(shí)直接與混凝土錨固，后期不張拉。其中，位于墩柱空心段的精軋螺紋鋼會(huì)影響內(nèi)模的提升，故采用三段式安裝精軋螺紋鋼，中間段在模板提升后安裝，每段之間采用連接器連接牢固，這樣避免了在內(nèi)模上沿精軋螺紋鋼位置以下全部開(kāi)洞的麻煩，如圖8所示。

表3 模型軟件計(jì)算結(jié)果

圖8 墩柱空心段托架預(yù)埋件精軋螺紋鋼安裝

主托架上層受拉預(yù)埋件每組采用4根精軋螺紋鋼對(duì)拉，精軋螺紋鋼埋入混凝土部分采用外包小鋼管預(yù)留張拉孔道。在托架安裝前，對(duì)精軋螺紋鋼施加10 t的預(yù)拉力，使得螺栓錨固牢靠，精軋螺紋鋼由松弛變緊繃，托架受力后可減少精軋螺紋鋼的伸長(zhǎng)量，如圖9所示。

圖9 墩柱托架受拉預(yù)埋件安裝

每個(gè)預(yù)埋件耳板橫穿12根50 cm長(zhǎng)HRB400?25 mm螺紋鋼錨筋，將錨筋與墩柱鋼筋焊接固定，防止偏位、跑位。預(yù)埋件耳板靠近混凝土部分上、下各設(shè)置4層?12 mm防裂鋼筋網(wǎng)片。

在托架拆除后，對(duì)預(yù)埋件耳板進(jìn)行切割處理，用與墩柱設(shè)計(jì)強(qiáng)度相同的混凝土填補(bǔ)空洞后，對(duì)受拉預(yù)埋件精軋螺紋鋼進(jìn)行放張拔出，再對(duì)張拉預(yù)留孔道進(jìn)行壓漿封堵。

3.2三角主構(gòu)架及其他構(gòu)件制作安裝

安裝托架前，先復(fù)核墩身預(yù)埋件空間位置，看是否有在混凝土澆筑過(guò)程中預(yù)埋件偏位的情況。

托架在工廠加工完成并驗(yàn)收合格后運(yùn)輸?shù)街付ǘ瘴?。托架采用單片組拼后整體安裝，安裝順序?yàn)闄M橋向從左向右，順橋向前后對(duì)稱安裝。

鋼墊梁采用多組三拼工字鋼組成，每組工字鋼在地面上組拼完成后整體吊裝。卸荷塊安裝位置應(yīng)與托架銷軸、掛籃底模橫梁中心位置基本重合。掛籃底模系統(tǒng)嚴(yán)格按照掛籃設(shè)計(jì)圖紙安裝。

箱梁外側(cè)模采用桁架結(jié)構(gòu)的大塊組合鋼模板，內(nèi)模采用現(xiàn)場(chǎng)自制木模。

現(xiàn)場(chǎng)安裝工作如圖10和圖11所示。

圖10 托架系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)安裝1

圖11 托架系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)安裝2

3.3側(cè)模滑移

外側(cè)模單肢單邊為2塊，每塊5 m長(zhǎng)，0號(hào)和1號(hào)塊總長(zhǎng)度為14 m。按照傳統(tǒng)“填板法”方式，在箱梁?jiǎn)沃珕芜叞惭b3塊模板，總長(zhǎng)度為15 m, 但是此種方式投資大。經(jīng)比較選擇，在0號(hào)塊施工完成后，將每塊外側(cè)模向外滑移2.5 m, 以滿足施工1號(hào)塊的長(zhǎng)度需要。滑移時(shí)，將手拉葫蘆固定在模板下部與側(cè)模墊梁之間拖拉模板。為使滑移順利，外模桁架底橫桿與側(cè)模墊梁之間安裝角鋼，尖面朝上并涂抹黃油，以減少滑移摩擦阻力。實(shí)踐證明，此種方式不僅造價(jià)低，而且操作簡(jiǎn)單、工效高。

4 掛籃拼裝

懸臂1號(hào)塊縱向預(yù)應(yīng)力張拉后，開(kāi)始掛籃三角主構(gòu)架的安裝。利用手拉葫蘆將掛籃底模系統(tǒng)固定在掛籃前的上橫梁與箱梁翼緣板上，拆除托架以上的鋼墊梁等，然后利用手拉葫蘆先將掛籃底模系統(tǒng)放平，再利用手拉葫蘆將其前移至掛籃安裝位置，前移就位后利用精軋螺紋鋼吊桿進(jìn)行底模系統(tǒng)鎖定。

掛籃三角主構(gòu)架安裝完成后，安裝外滑梁，外側(cè)模通過(guò)外滑梁前移就位施工2號(hào)塊。

5 注意事項(xiàng)

(1)托架掛籃底模系統(tǒng)安裝完后，要及時(shí)做好托架平臺(tái)的臨邊防護(hù)，及時(shí)安裝護(hù)欄。護(hù)欄外側(cè)滿掛鍍鋅鐵絲網(wǎng)，防止人員墜落。

(2)安裝和拆除外側(cè)模時(shí)，要在模板上拴纜風(fēng)繩，防止模板在吊裝過(guò)程中因擺動(dòng)過(guò)大而碰撞托架。

(3)安裝托架與預(yù)埋件之間的銷軸時(shí)，銷軸要插限位銷。安裝完托架，要及時(shí)檢查驗(yàn)收，不滿足規(guī)范要求的托架不允許使用。

(4)托架預(yù)埋件和卸荷塊使用的對(duì)拉精軋螺紋鋼，應(yīng)使用扭矩扳手鎖緊。

(5)卸荷塊和鋼墊梁應(yīng)采取點(diǎn)焊、限位鋼板和槽鋼斜拉等限位措施，增加其抗傾覆能力。

(6)側(cè)?；茣r(shí)，手拉葫蘆牽引動(dòng)力在模板下方，手拉葫蘆的傾斜角度盡量小，并在單肢單邊模板上方利用手拉葫蘆和鋼絲繩控制模板的穩(wěn)定性和垂直度，以防模板傾覆。

6 結(jié)語(yǔ)

(1)托架各主要構(gòu)件之間全部采用銷軸連接，需要高空焊接的構(gòu)件少，高空作業(yè)進(jìn)程更快，施工的質(zhì)量和精度能夠保證。這是因?yàn)槠錁?gòu)件的制作與預(yù)拼裝是由專業(yè)工廠完成的。

(2)托架底模系采用結(jié)合掛籃底模系統(tǒng)的一體化設(shè)計(jì)方式，使得臨時(shí)結(jié)構(gòu)更多地使用周轉(zhuǎn)材料，材料周轉(zhuǎn)得更快，減少了施工成本，施工時(shí)間更短。

(3)從0號(hào)塊到1號(hào)塊施工，外側(cè)模采用滑移法就位，相對(duì)傳統(tǒng)的填板法，不僅施工成本低，而且施工方便，工期可控。

該施工方案的結(jié)構(gòu)計(jì)算結(jié)果及現(xiàn)場(chǎng)成功應(yīng)用，證明了該托架安全可靠，社會(huì)、經(jīng)濟(jì)效益高，能夠?yàn)橥愋偷慕Y(jié)構(gòu)施工提供有效的借鑒。

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