三岔口双线特大桥高墩连续刚构0#块施工支架平台设计与施工

贺志荣

(中铁二局股份有限公司，四川成都610031)

随着铁路、公路建设的发展，桥梁施工中桥梁结构正向大跨、薄壁、轻型、整体方向发展，高墩大跨径预应力混凝土连续梁(刚构)得到了广泛的发展。

目前在桥梁施工中比较常见的是预制梁和现浇连续梁(刚构)。预制梁的施工技术比较成熟，施工方法基本相同，应用比较广泛;现浇连续梁(刚构)特别是利用挂篮施工的连续梁(刚构)施工方法很多，但0#块施工是此类桥梁施工的重点，如何正确设置0#块施工平台是连续刚构桥梁0#块施工的关键。

1 工程概况

新建兰渝铁路三岔口双线特大桥位于广元市苍溪县鸳溪镇境内，中心里程为D1K641+797。其主要技术标准及使用范围如表1。

表1 主要技术标准及使用范围

本桥主墩为高59m、62m的单肢空心薄壁高墩。主桥上部结构为(40+72+40)m连续刚构;孔跨结构为:14×32m简支T梁+(40+72+40)m连续刚构+5×32m简支T梁，全长787.83m。主桥纵桥向划分为8个标准对称梁段，连续刚构0#梁段长12m，高6.2m。箱梁设计为纵向、横向、竖向三向预应力结构，采用单箱、单室、变截面箱梁，梁体全长153.3m，中跨中部10m梁段和边跨端部9.65m梁段为等高梁段，梁高3.4m;中墩处梁高6.2m，其余梁段梁底下缘按二次抛物线Y=2.8X2/282+3.4m变化。箱梁顶板宽9.46m，箱梁底宽6.4m。

2 支架平台设计

2.1 支架平台设计原则

本桥主墩高、0#块自重大、单悬臂长，且采用C55高性能混凝土(图1)，支架设计的难点是刚度和强度控制。针对以上情况，本桥0#块施工支架平台就地取材，采用栈桥拆卸I36a工字钢形成支架纵横向主平台，同时在墩身预埋I36a工字钢斜撑与施工平台形成三角形支架，其设计荷载须满足:混凝土自重、模板支架重量、人群机具重量、风载、雪载、冲击荷载等。

图1 连续刚构0#块结构简图

2.2 支架平台设计

根据本桥高墩特点，0#块施工支架平台采用劲性牛腿膺架。0#段支架系统采取在墩柱上预埋纵向I36a工字钢5根(单根长14m)，纵梁上的横向分配梁采用I36a工字钢15根(单根长12m)，并在墩身中埋设2层25钢筋网片，防止纵向分配梁损伤墩壁混凝土。纵、横向工字钢上下面焊接25钢筋，保证其间距，防止工字钢侧翻。同时采用I36a工字钢作为斜撑，上下分别与I36a工字钢纵梁和墩身预埋钢板焊接，焊缝高度hf≥8mm，形成托架主要受力平台体系。工字钢上满铺14cm×14cm纵横向枋木，在枋木上搭设48×3.5钢管脚手架，钢管脚手架设置顶托及底托，钢管纵向间距为60cm，横向间距为 30cm、60cm、85cm，同时按 30°～60°设置纵横向剪力撑【1】。钢管顶托上设置14cm×14cm纵横向枋木，枋木相互错头1.0m以上，在腹板下横向枋木适当加密。纵向枋木上铺设25mm厚竹胶板，以形成640cm宽底模。具体布置见图2、图3。

图2 0#段旁墩支架横向布置

图3 0#块旁墩支架纵向布置

2.3 支架平台验算

2.3.1 荷载计算

2.3.1.1 恒载

(1)纵向混凝土线荷载Q1

0#块长12m，体积239.78m3，梁体自重取26.5kN/m3。

底板线荷载:6.4×0.75×12×26.5/12=127.2kN/m;

腹板线荷载:0.75×4.7×2×12×26.5/12=186.8kN/m;

顶板线荷载:6.4×0.35×12×26.5/12=59.4kN/m;

纵向上倒角线荷载:1.05×0.35×12×26.5/12=9.7kN/m;

纵向下倒角线荷载:0.4×0.4×12×26.5/12=4.2kN/m;

翼板线荷载:(0.35+0.60)×1.53×12×26.5/12=38.5kN/m;

(2)支架平台线荷载Q2

支架平台荷载包含工字钢钢支架自重、钢管脚手架自重、枋木自重、模板自重:Q2=858.61/12=71.55kN/m。

2.3.1.2 活载Q3

施工荷载:2.5×12×6.4/12=16kN/m;

混凝土冲击振捣产生荷载:4×12×6.4/12=25.6kN/m;

活载总值:Q3=16+25.6=41.6kN/m。

2.3.1.3 荷载总值Q

荷载分项系数取恒载1.2，活载1.4(已充分考虑风雪等其他相关荷载)【2】;

线荷载总值:Q=(Q1+Q2)×1.2+Q3×1.4=569.2kN/m。

2.3.2 支架平台验算

支架验算采用MIDAS Civil2010软件进行分析。

查表知，I36a截面特性:

截面面积:A=7 644mm2

惯性矩:Ix=157 960 000mm4

截面抵抗矩:Wx=877 600mm3

弹性模量:E=2.1×105MPa

(1)横向I36a分配梁计算

(2)横向最外侧的两根纵向I36a受力计算

I36a工字钢截面应力σ=M/W=153.50×106/11/877 600=174MPa【3】，由图4、图5 可知:I36a工字钢在此支架平台系统中σmax=－153.5MPa＜σ=174MPa，支架平台设计满足要求。

图4 I 36a横向分配梁计算

图5 横向最外侧I 36a纵向分配梁受力计算

3 支架施工

3.1 支架施工

在墩身施工时即按设计图纸进行支架预埋。施工原则:

(1)用于支架的工字钢须全部检查，变形者须更换;

(2)在支架焊接过程中对焊接质量须进行严格检查;

(3)在支架上的工字钢侧面作标记，作为墩顶段施工观测点，观测墩顶变形;

(4)在浇筑混凝土前，须在箱梁底板，翼板上预留吊孔，供拆架使用;

(5)主桥进入挂篮施工阶段方可拆除支架，斜撑预埋钢板处采用22钢筋网片及与桥墩相同强度等级的混凝土(同时添加聚丙烯腈纤维)补填空洞，力求墩身表面光泽一致。

(6)支架平台四周应按相关规定设置作业平台和防护围栏，作业平台下应设安全网，并在项目处悬挂安全标志，人员上下应设安全扶梯【4】。

3.2 支架预压

为消除支架的非弹性变形，确定支架弹性变形值、检查支架承载能力的需要，对支架进行预压。

支架预压采用砂袋堆积预压。预压时，支架及底模安装完毕，同时考虑预压时临边作业安全防护，对外模(定型钢模)安装并加固【5】，预压重量Q=1.2×(内箱支架重量+人员、机具重量+钢筋混凝土重量)。

为了保证预压工况接近于施工实际工况，对预压进行分区控制(见图6)，同时在预压加载过程中采用分级对称加载预压，按20%，50%，100%，120%四级进行加载。预压时间为24h以上，且待支架趋于稳定后方可卸载。卸载时一次对称卸载完毕。

卸载前必须对各部件进行检查，检查内容包含焊接质量(焊缝)、螺栓连接等。同时采用精密水准仪对预压过程进行测定，加载前在现浇段底板两端点、中点共布设三个观测点(见图6)，预压前对底模顶面高程(h1)进行一次测定，预压荷载满荷时，再一次测定底模顶面高程(h2)，全部卸除预压荷载后再次测定底模顶面高程(h3)。最后按照预压结果对底模标高进行调整。

非弹性变形值(w)的确定按下式计算:w=h1－h3

弹性变形值(f)的确定按下式进行计算:f=h1－h2－w

图6 预压荷载分布、预压测点布置简图

3.3 预压成果分析

对分级加载预压过程数据进行记录、分析，同时计算出支架的非弹性变形及弹性变形，为正确设置0#块施工的预拱度提供依据。预压成果数据分析见表2。

表2 预压成果数据分析表

根据以上成果分析，本桥0#段施工预拱度为:小里程15mm，大里程17mm。

4 结束语

0#块施工是大跨径桥梁施工的关键工序。尤其是高墩连续刚构，0#块施工质量的好坏直接关系到结构的安全性、耐久性。对此类支架的设计中须注意对各结构部件的受力情况进行仔细的分析，施工中要对支架进行监控，保证施工支架的安全。等效预压过程中加强测量，准确测得支架的非弹性变形和弹性变形，用于指导0#块施工时预拱度的正确设置。从后期施工观察，本工程0#块大体积、长悬臂未见裂纹，且全桥线性控制较好，从而证明本桥0#块劲性膺架平台方案设计安全合理，满足施工需求，可以使用，进而解决了高墩0#块施工难题。

[1]JGJ130－2001建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范[S］

[2]GB50009－2001建筑结构荷载规范[S］

[3]孙训芳，方孝淑，关来泰.材料力学[M］.成都:西南交通大学出版社，2003

[4]高速铁路桥涵工程施工技术指南[S］

[5]TB10401－2003铁路工程施工安全技术规程[S］