劲性骨架法在斜腿桥墩施工中的应用

惠小军

1 工程概述

某新建客货共线铁路大桥为(52+7×96+52)m刚构连续组合梁桥，其中超百米高墩多达4个，最大墩高为116 m。为增加桥梁横向刚度，桥墩设计为异型斜腿。该异型桥墩墩顶至分岔区的高度为50m，岔区高度为5m，岔区以下斜腿竖直高度最大为61m，采用矩形空心截面，横桥向采用倒圆处理。岔区以上采用直线放坡，纵向内外坡率均为1∶0，横桥向外坡率为20∶1，内坡率为26∶1。岔区以下将桥墩分开形成斜腿，斜腿仍采用矩形空心截面，为增加桥墩流线美感，横向仍进行倒圆处理。

由于桥墩最大墩高达116 m，施工方法首选采用液压爬模施工。斜腿施工在岔区合龙段浇筑前为独立受力构件，与一般桥墩施工所异之处在于:由于斜腿倾角约为7.5°，合龙前斜腿受力属压弯组合受力，由于混凝土自重作用，斜腿将会发生挠曲变形，且随着斜腿高度的增加，弯曲变形将呈明显增大趋势，为确保桥墩线型满足设计要求，必须进行斜腿变形约束。另一方面，由于在斜腿现浇混凝土节段重量作用下，钢筋由于刚度较低，将发生较大的弯曲变形，不利于保证混凝土质量和钢筋保护层厚度的控制。因此，必须提高斜腿在施工过程中的刚度，减小斜腿变形影响，确保混凝土工程质量。劲性骨架法采用型刚支架对斜腿内钢筋进行加强，从而显著提高桥墩高度，在斜拉桥桥塔、Ⅴ形桥墩等施工中已有较多采用，实践证明其有效性。本桥借鉴已有劲性骨架法施工的成功经验，针对异型斜腿的构造特点设计相应的型钢加强方案，借助桥梁有限元分析软件对设计方案进行强度和刚度检算，检算结果满足相应规范要求，实际施工证明该方案的合理性。

2 斜腿施工工艺

本桥有4个斜腿异型墩，考虑工期紧，4个墩同时施工，一次浇筑高度4.5 m。高墩身施工除最下面一节采用拉杆模板法外，其余部分墩身施工均采用爬模逐段浇筑施工。高墩身爬模施工时，设置一台塔吊作为施工的垂直起重机械，塔吊基础位于高墩身承台上，附着于高墩身外壁上，间隔一定高度设一道附墙撑，确保塔吊安全稳定。施工零星材料以及设备的垂直运输等均由高墩旁塔吊负责。另设置一台双笼施工电梯(1 t)，供人员上下使用。当塔柱起步段1，2节段完成后安装电梯，电梯基础位于高墩身承台上，导轨附着于高墩身外壁，并随着爬架的爬升而接高，在爬架外侧底口设置吊挂平台，以作为电梯平台。高墩身混凝土由混凝土拌合站供应，通过搅拌车输送至墩位处，混凝土输送泵泵送入模。由于垂直距离较高，采用高压混凝土输送泵，其垂直输送能力应满足最高墩身施工需要。

1 )施工准备。待高墩身承台施工完毕后，做好承台的竣工检查，对承台的里程、位置、高程等再联测一次，并与承台竣工资料核对，确定高墩身的准确位置。放出测量点，根据测量点的位置及高程，清理承台混凝土表面，按规范要求进行接缝处理。整修连接钢筋，在基础顶面测定中线、水平，划出墩身底面位置。

2 )劲性骨架安装。为固定、定位墩身钢筋，固定模板，在墩身每个节段均设置劲性骨架，劲性骨架采用∠125×10，∠75×8焊接成具有一定刚度和定位精度的钢桁架。劲性骨架使钢筋定位更准确，施工时能更好的保证A形高墩身的线型，避免高墩偏离设计位置，也能提高模板施工的便利性。

3 )钢筋绑扎。钢筋制作全部在钢筋车间完成，运至墩位现场安装。墩身竖筋上端靠骨架临时固定，测量控制竖筋的斜度。根据竖筋上标出的箍筋控制绑扎位置，从下往上准确与竖筋绑扎固定。箍筋绑扎时，在竖筋外侧绑一定数量的橡胶垫块，以保证浇筑混凝土时墩身钢筋的保护层厚度。

4 )模板。高墩爬模板包括内模和外模，该种模板主要由以下部件组成:模板、上平台、主背楞桁架、斜撑、后移装置、受力三角架、主平台、吊平台、埋件系统、滑道、液压提升装置等。外模主要采用大块木模板，配以小块切角处模板，内模也采用大块木模。内、外模主要由WISA面板、木工字梁、槽钢背楞组成。

模板具有结构合理，经济实用，标准化程度高等特点。在单块模板中，胶合板与竖肋(木工字梁)采用自攻螺丝和地板钉连接，竖肋与横肋(双槽钢背楞)采用连接爪连接，在竖肋上两侧对称设置两个吊钩。两块模板之间采用芯带连接，用芯带销固定，从而保证模板的整体性，使模板受力更加合理、可靠。木梁直墙模板为装卸式模板，拼装方便，在一定的范围和程度上能拼装成各种大小的模板。模板刚度大，接长和接高均很方便。

钢筋施工完毕后，经监理检查鉴认后，方能立模。爬模施工时先提升内模再提升外模，通过设置保护层垫块确保钢筋有足够的保护层。模板固定要牢固，确保其稳定性，不能漏浆。由于套模板主要靠埋置在混凝土里的埋件爬锥进行受力，所以需加强对埋件系统检查验收的签证制度。

5 )混凝土浇筑。模板安装完成，检查、签证，符合规范要求后，进行混凝土浇筑施工。

6 )混凝土养护与施工缝处理。混凝土养护:墩身混凝土达到一定强度(一般手按不露痕)时，即可进行养护。A形墩壁厚3 m，需设冷却管降温，混凝土养护方法采用洒水养护。洒水次数多少应以能保持混凝土湿润为度。

施工缝处理:当塔柱混凝土强度达到2.5 MPa时，采用人工凿毛，要求完全清除混凝土表层浮浆，露出粗骨料颗粒，墩身混凝土施工在水平方向不得留有接口分隔缝，混凝土施工接缝应满足相关施工规范要求。

7 )墩身施工质量控制。高墩身施工过程中，应严格控制墩身的倾斜度误差，倾斜度误差、墩身轴线偏差、墩身断面尺寸偏差均应符合规范要求。

3 劲性骨架系统设计

本桥劲性骨架系统主要由沿高度方向的立柱以及其间的平联和斜联组成的角钢桁架体系(见图1)。其中立柱采用角钢∠125×125×10，其他杆件采用角钢∠75×75×8。

劲性骨架所受荷载考虑劲性骨架自重、钢筋自重、浇筑节段混凝土湿重、风力、振捣混凝土产生的侧压力以及施工机具及模板重量等，主要荷载计算如下。

3.1 浇筑混凝土节段湿重

劲性骨架受到的混凝土荷载为图2中的ΔABC及ΔA'B'C'部分的混凝土重量。ΔABC部分及ΔA'B'C'部分体积为:V=0.5×4.5×0.93×7.6=15.9 m3，重量为:G=15.9×25=397.5 kN。

等效施加在劲性骨架上的点荷载F=397.5×0.93/4.59/5= 16.1 kN(5个节点荷载)。

3.2 风荷载

风荷载取500 Pa，迎风面面积S=7.6×4.5=34.2 m2;计算简图如图3所示。F=K1K2K3K4W0=0.4×500×34.2×2.25/ 4.59=3 353 N，等效施加在劲性骨架上的点荷载F=3.353/5= 0.67 kN(5个节点荷载)。

3.3 振捣混凝土时的侧压力

按照4 kPa计算。按最不利计算，取模板上口50 cm计算，且加载位置在劲性骨架内侧。计算简图如图4所示。

等效施加在劲性骨架上的点荷载F=14.074/5=2.815 kN (5个节点荷载)。

3.4 施工人员及机具等其他荷载

取10 kN的竖向集中荷载，按最不利计算，加载位置在劲性骨架内侧。内侧劲性骨架立柱，每根立柱受力F=1 kN。

3.5 计算结果

采用桥梁分析软件对劲性骨架系统在一个混凝土节段的内桁架体系进行建模分析，计算得到最不利荷载作用下模板最大变形5 mm，最大角钢杆件应力189 MPa，表明所设计的劲性骨架系统受力良好，满足规范要求。

4 结语

本文通过对某铁路特大桥斜腿异型高墩的劲性骨架系统进行设计和理论分析，有效控制了斜腿在施工过程中由于混凝土自重作用下的变形，从而避免混凝土浇筑质量难以控制、混凝土保护层厚度不易保证等异型桥墩现浇施工过程普遍存在的难题。实践证明，劲性骨架对于斜腿在现浇过程中的刚度提高明显，在异型桥墩现浇施工方法中不可避免。本文所采用的劲性骨架系统设计和计算方法可为类似桥墩施工提供参考。

［1］ 张 力.浅谈劲性骨架在高墩施工中的应用［J］.山西建筑，2009，35(35)：342-343.

［2］ 黄玉仁.双向倾斜索塔柱中的劲性骨架施工设计［J］.福建建筑，2008，123(9)：99-100.

［3］ 于进学.Ⅴ型墩劲性骨架施工工艺简述［J］.山西建筑，2010，36(2)：324-325.