高墩连续梁0号块施工支架设计与加固技术研究

周云武

摘 要：高墩连续梁0号块施工，由于墩柱高，0号块高度大，施工复杂，工期紧。文章结合具体施工实际，采用牛腿托架，以确保施工质量、加快施工进度，并对托架进行加固，保证安全施工。

关键词：桥梁；支架；加固

中图分类号：U445.4 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2014）29-0142-03

沪昆客专湖南段太阳庙大桥DK331+648.17～DK331+810.0为80+80 mT构连续梁。横向均为单箱单室变截面箱梁，梁宽12.0 m，系双线高速铁路桥梁。箱梁采用挂篮对称悬臂逐段浇筑。

太阳庙大桥由中铁一局集团桥梁工程有限公司负责施工。北京铁研/美国柏诚监理公司负责监理。笔者参与该桥整个施工过程，并对施工方案进行了研究、编制、确定和实施。本文就主墩T构连续梁0号块现浇支架施工方案和支架加固施工技术措施作一介绍，以供参考。

1 支架设计

1.1 墩柱和连续梁0号块参数

主墩高32 m，为矩形空心墩，墩顶截面7×8 m。0号块长13 m，中心高度9 m，底板和顶板厚度均为40 cm，腹板厚90 cm，混凝土总方量632.92 m3，现浇一次成型。具体结构尺寸如图1（a）、（b）所示。

1.2 0号块施工方案的研究和确定

太阳庙大桥80+80 T构连续梁是全线单个T构跨度最大的连续梁，是节点控制性工程，工期紧。该桥0号块体积大，高度高，采用一次浇筑成型，对承重支架的强度、刚度、稳定性要求很高。

1.2.1 第一种方案

采用钢管桩作为支架施工承重系统，支架结构强度高，支架横向纵向的连接杆件可大大增加结构的稳定性，但是施工周期长，技术方案施工成本高，垂直高空交替作业较多，增加了高空施工安全隐患。

1.2.2 第二种方案

采用牛腿托架作为施工承重系统，支架略显单薄，稳定性较差，但是施工周期短，技术方案施工成本低，高空固定地点施工，施工安全隐患少。

结合现场施工实际，根据工期要求，对各方案进行技术方案经济效果分析论证，最终采用牛腿托架作为0号块的现浇支架，以缩短施工时间，减小施工成本。

1.3 0号块施工牛腿托架的设计

墩身自身混凝土牛腿悬挑长度1.5 m，根据该牛腿内的布筋情况，牛腿能够承受0号块施工时该范围内全部的砼重及相关施工荷载，但是牛腿最外侧0.5 m尖角处的混凝土不能提供承受力。墩身浇筑时，牛腿外侧0.5 m的混凝土暂不浇筑，留待与0号块一块浇筑。牛腿侧模增设拉条，用以增加该模板的承载力，墩身浇筑后模板不拆，待0号块浇筑后再拆。在模板下方设竖杆和分配梁，用来支撑模板，传递荷载至牛腿托架。

横桥向墩顶宽度为8 m，纵向牛腿托架只能布设在该范围内，且距离墩身外侧需保留一定的空间，以防止墩身混凝土局部失强。这样托架上分配梁两侧悬臂长度就很大，施工对该分配梁的强度和刚度要求高。贝雷梁质量轻，强度和刚度大，悬臂受力时绕度小，则选用贝雷梁作为该分配梁能很好的满足要求。梁宽12 m，则设定贝雷梁长度为12 m，选用4片贝雷片进行拼接。根据0号块悬出墩身的长度需布置4组贝雷梁，每组间距45 cm，贝雷梁间用花窗联接成整体。贝雷梁受力特点是支座需设在节点处，所以牛腿托架的位置尽量布置在中间两片贝雷片的节点位置。具体牛腿托架的布置位置和结构形式及选材，需根据上部结构传递的荷载来确定。

1.3.1 模板系统

为了节约成本、减轻模板自重，底模和内模均采用方木竹胶板。侧模可作为挂篮模板连续使用，则选用钢模。底模放置于贝雷梁上的楔形桁架上。梁体高度大，侧模高，稳定性差，在贝雷梁上的纵向分配梁上搭设碗口支架用来承受施工时的荷载，能增加侧模系统的稳定性。在墩身侧面布置两组小牛腿，减小分配梁的跨度。牛腿间距5 m，布置在墩身的实心部位，以减小牛腿对墩柱的伤害。经验算，分配梁采用I25a工字钢能，牛腿采用I40b工字钢可满足要求。牛腿之间、分配梁之间均焊接剪刀撑，增加结构稳定性。

底模系统，方木截面10×10 cm，竹胶板厚度2 cm，在底板范围方木间距20 cm铺设，腹板范围方木满铺。这样布置所计算出的竹胶板强度和刚度均满足要求。为使方木的强度和刚度满足要求，方木下楔形桁架，在底板范围内间距不可大于1 m，腹板范围内间距不可大于50 cm。则楔形桁架在腹板范围间距50 cm布置，底板范围间距1 m布置。

楔形桁架，设计成下节点中心线与贝雷梁竖向轴线相交，这样对于桁架的受力更好，上节点的位置布置在相邻贝雷梁中间的竖向中心线上。桁架外侧悬挑90 cm作为施工平台。腹板范围方木传递的荷载要大，选用该范围传递的荷载对桁架进行验算，采用槽10槽钢制作楔形桁架，能够满足要求。桁架间焊接通长平联，以增加其稳定性。

1.3.2 牛腿及预埋件设计

可在中间两片贝雷梁的5个节点位置布置5组牛腿，间距1.5 m；也可在贝雷片的连接位置布置3组牛腿。根据贝雷梁的受力情况分析，贝雷梁受力简图如图2（a）、（b）所示。

对贝雷梁的两种不同受力结构进行验算。a组结构，有两片贝雷梁的支座B、D出现向下支座反力，一片贝雷梁的支座B、D提供向上的支座反力很小。b组结构，有两片贝雷梁的C支座出现向下的支座反力，另外两片贝雷梁的C支座能够提供较大的支座反力。

在实际施工过程中，限制贝雷梁移动的限位器只会限制贝雷梁的左右移动，不会限制其上下的移动，所以施工时，托架不会提供向下的支座反力，计算若出现向下的支座反力，则说明该托架不提供支撑。根据上述的验算结果，a组结构在B、D处设置的托架起到的支撑作用很小，该布置不合理，b组结构要更加合理。则设计采用b组结构。贝雷梁的支座反力主要由外侧支座承受，固施工传递的荷载主要由外侧牛腿托架承受。选用外侧位置的受力情况对托架进行设计。

牛腿托架，水平杆件承受的弯矩，剪力，拉力均很大，结构对杆件的强度，刚度要求高，斜腿杆件主要承受压力及很小的弯矩。把托架结构设计成桁架形式，能很好的减小水平杆件的弯曲应力及剪应力。托架的机构形式及受力简图如图3所示。

采用工字钢作为托架材料。工字钢抗弯曲能力大，但是抗扭能力小。采用双拼工字钢，能够大大增加工字钢的横向截面系数，提高其抗扭转能力。设计采用双拼I40b工字钢，能够满足要求。双拼工钢间留出5 cm的缝隙，方便工钢内侧与预埋钢板进行焊接。

斜腿杆件处的预埋钢板垂直于杆件设置，这样预埋钢板只承受压力，直接传递压力于墩身混凝土。沿预埋钢板轴线方向焊接螺旋筋，加强受力范围混凝土的抗压强度。该结构受力明确，力的传递简单，对杆件与钢板间的焊缝要求低，安全性好。

牛腿水平杆件的预埋钢板，受杆件传递水平方向的拉力，竖向的剪力，及很大的弯矩，受力复杂。该处的力全部由钢板与杆件间的焊缝传递，对焊缝强度和质量要求很高。将水平杆件伸入墩身35 cm，杆件下方与墩身混凝土间的缝隙用钢板塞实，这样墩身混凝土能够承受杆件传递的部分竖向荷载。为加强焊缝强度等级，采用E50焊条进行焊接，焊缝高度10 mm，工钢全截面焊接，焊缝在拐点处断开，防止应力集中。

2 支架加固

中间牛腿托架的受力小，其预埋锚固系统及相关焊缝的安全系数较大，能很好的满足受力要求。外侧牛腿托架受力很大，其预埋锚固系统及相关焊缝安全系数较小，加工又受作业环境所限，实际与理论设计出入较大，为安全起见，需进行加固。

牛腿水平杆件传递到预埋钢板的荷载大且复杂。牛腿托架与预埋件的焊接是在墩身浇筑后，高空悬吊焊接的。该焊接难度大，焊缝厚度和质量很难达到设计要求，焊缝的强度很难满足受力要求。锚固钢筋与钢板在焊接时，易融化锚固筋截面，从而削弱锚固筋的强度，导致锚固系统实际与理论差距较大。

为使预埋件的锚固强度和水平杆件与预埋钢板的焊缝强度能更好的满足受力要求，可通过减小传递至其上的荷载，从而降低其设计要求。由于托架水平杆件传递至预埋件的水平拉力很大，则可降低该水平拉力。托架安装后，对托架水平杆件进行预压，则在0号块浇筑时，可减小水平杆件传递至预埋件的水平拉力。

外侧牛腿托架受力计算支座A的水平力为773 kN，在托架水平杆件外侧腹板处设置4根直径32 mm的精轧螺纹钢，通长穿过墩身两侧托架水平杆件的末端。杆件末端焊接堵头钢板，精轧螺纹钢锚固在堵头板上，对精轧螺纹钢进行单端张拉，每根张拉力为193 kN，通过控制精轧螺纹钢的伸长量来控制张拉力。张拉需在牛腿托架与预埋件焊接完毕且牛腿之间焊接剪刀撑及平联后方可进行。根据张拉力大小验算牛腿水平杆件和其与预埋件间的焊缝抗压强度均满足要求。在张拉过程中，严格控制精轧螺纹钢的伸长量，且观测工钢与预埋件间的焊缝情况。

对两侧牛腿的水平杆件进行张拉的结构进行验算，相比未张拉的支架结构。支座A的水平方向的支座反力减小很多，其大小趋于0，牛腿水平杆件的组合应力也相应减小。所以该加固方案很好地对托架结构进行了加固，能很好的增大托架水平杆件的承载力，减小施工对杆件与预埋件间焊缝及预埋件的作用力。

3 实施及效果

0号块施工支架设计布置图如图4所示。

牛腿托架，楔形桁架，预埋件提前加工完成。对托架各杆件间的焊缝及锚固筋与钢板间的焊缝全部进行了探伤检测，合格后投入使用。墩身在最后一次浇筑前，精确安装预埋件及精轧螺纹钢管道，并固定牢固。墩身浇筑后，拆除下层模板，安装牛腿托架，焊接剪刀撑及平联。穿插精轧螺纹钢，进行张拉。张拉过程中，对牛腿支架的变形及连接焊缝进行观测，无较大变化。安装落梁沙筒，贝雷梁，楔形桁架，底模系统及纵向分配梁。

支架安装完毕后，对支架系统进行堆载预压。分三级均匀加载，即0～50%～100%～120%的加载总重，每级加载后均静载3 h后分别测量托架变形绕值量，观察连接焊缝情况，支架扰度变形均匀，焊缝表面无裂纹发生。全部加载24 h后卸载，按加载的反顺序均匀卸载。

安装侧模，绑扎钢筋，安装内模系统，预应力管道及端模。混凝土浇筑采用两台汽车泵为主，备用一台地泵；混凝土运输采用罐车运输，投入8台罐车，以确保泵送混凝土的连续性。在混凝土的浇筑过程中，派专人对牛腿托架的变形及托架与预埋件间的焊缝进行观测。在施工过程中，托架扰度的变化与堆载预压时的变化情况基本相符。施工后，托架与预埋件间的焊缝表面也无裂纹发生。

在节点工期紧张的施工中，由于业主、监理、施工单位密切配合，严明组织，精心安排，633方混凝土仅13 h浇筑完成，为梁体悬臂施工创造了条件，争取了时间。在0号块施工中未发生任何安全、质量事故，赢得了较好的社会、经济效益。

参考文献：

[1] 喻纯诚，陈家坤，李光.钢筋混凝土结构中预埋件设计[M].北京：中国铁道出版社，1992.

[2] 高名游，徐建，国振喜.钢筋混凝土结构设计实例[M].北京：中国铁道出版社，1992.

[3] 丁阳.钢结构设计原理[M].天津：天津大学出版社，2004.

[4] 周水姓，何兆益，邹毅松，等.路桥施工计算手册[M].北京：人民交通出版社，2001.

[5] 朱传娣.大跨高墩连续刚构桥0号块托架法施工技术[J].混凝土与水泥制品，2009，（4）.

[6] 李晓斌.京沪高铁濉河特大桥连续梁0号块托架法施工[J].山西建筑，2012，（7）.

[7] 王明.广珠城际铁路80 m连续梁0号段施工技术[J].科学之友，2011，（5）.

牛腿托架，水平杆件承受的弯矩，剪力，拉力均很大，结构对杆件的强度，刚度要求高，斜腿杆件主要承受压力及很小的弯矩。把托架结构设计成桁架形式，能很好的减小水平杆件的弯曲应力及剪应力。托架的机构形式及受力简图如图3所示。

采用工字钢作为托架材料。工字钢抗弯曲能力大，但是抗扭能力小。采用双拼工字钢，能够大大增加工字钢的横向截面系数，提高其抗扭转能力。设计采用双拼I40b工字钢，能够满足要求。双拼工钢间留出5 cm的缝隙，方便工钢内侧与预埋钢板进行焊接。

斜腿杆件处的预埋钢板垂直于杆件设置，这样预埋钢板只承受压力，直接传递压力于墩身混凝土。沿预埋钢板轴线方向焊接螺旋筋，加强受力范围混凝土的抗压强度。该结构受力明确，力的传递简单，对杆件与钢板间的焊缝要求低，安全性好。

牛腿水平杆件的预埋钢板，受杆件传递水平方向的拉力，竖向的剪力，及很大的弯矩，受力复杂。该处的力全部由钢板与杆件间的焊缝传递，对焊缝强度和质量要求很高。将水平杆件伸入墩身35 cm，杆件下方与墩身混凝土间的缝隙用钢板塞实，这样墩身混凝土能够承受杆件传递的部分竖向荷载。为加强焊缝强度等级，采用E50焊条进行焊接，焊缝高度10 mm，工钢全截面焊接，焊缝在拐点处断开，防止应力集中。

2 支架加固

中间牛腿托架的受力小，其预埋锚固系统及相关焊缝的安全系数较大，能很好的满足受力要求。外侧牛腿托架受力很大，其预埋锚固系统及相关焊缝安全系数较小，加工又受作业环境所限，实际与理论设计出入较大，为安全起见，需进行加固。

牛腿水平杆件传递到预埋钢板的荷载大且复杂。牛腿托架与预埋件的焊接是在墩身浇筑后，高空悬吊焊接的。该焊接难度大，焊缝厚度和质量很难达到设计要求，焊缝的强度很难满足受力要求。锚固钢筋与钢板在焊接时，易融化锚固筋截面，从而削弱锚固筋的强度，导致锚固系统实际与理论差距较大。

为使预埋件的锚固强度和水平杆件与预埋钢板的焊缝强度能更好的满足受力要求，可通过减小传递至其上的荷载，从而降低其设计要求。由于托架水平杆件传递至预埋件的水平拉力很大，则可降低该水平拉力。托架安装后，对托架水平杆件进行预压，则在0号块浇筑时，可减小水平杆件传递至预埋件的水平拉力。

外侧牛腿托架受力计算支座A的水平力为773 kN，在托架水平杆件外侧腹板处设置4根直径32 mm的精轧螺纹钢，通长穿过墩身两侧托架水平杆件的末端。杆件末端焊接堵头钢板，精轧螺纹钢锚固在堵头板上，对精轧螺纹钢进行单端张拉，每根张拉力为193 kN，通过控制精轧螺纹钢的伸长量来控制张拉力。张拉需在牛腿托架与预埋件焊接完毕且牛腿之间焊接剪刀撑及平联后方可进行。根据张拉力大小验算牛腿水平杆件和其与预埋件间的焊缝抗压强度均满足要求。在张拉过程中，严格控制精轧螺纹钢的伸长量，且观测工钢与预埋件间的焊缝情况。

对两侧牛腿的水平杆件进行张拉的结构进行验算，相比未张拉的支架结构。支座A的水平方向的支座反力减小很多，其大小趋于0，牛腿水平杆件的组合应力也相应减小。所以该加固方案很好地对托架结构进行了加固，能很好的增大托架水平杆件的承载力，减小施工对杆件与预埋件间焊缝及预埋件的作用力。

3 实施及效果

0号块施工支架设计布置图如图4所示。

牛腿托架，楔形桁架，预埋件提前加工完成。对托架各杆件间的焊缝及锚固筋与钢板间的焊缝全部进行了探伤检测，合格后投入使用。墩身在最后一次浇筑前，精确安装预埋件及精轧螺纹钢管道，并固定牢固。墩身浇筑后，拆除下层模板，安装牛腿托架，焊接剪刀撑及平联。穿插精轧螺纹钢，进行张拉。张拉过程中，对牛腿支架的变形及连接焊缝进行观测，无较大变化。安装落梁沙筒，贝雷梁，楔形桁架，底模系统及纵向分配梁。

支架安装完毕后，对支架系统进行堆载预压。分三级均匀加载，即0～50%～100%～120%的加载总重，每级加载后均静载3 h后分别测量托架变形绕值量，观察连接焊缝情况，支架扰度变形均匀，焊缝表面无裂纹发生。全部加载24 h后卸载，按加载的反顺序均匀卸载。

安装侧模，绑扎钢筋，安装内模系统，预应力管道及端模。混凝土浇筑采用两台汽车泵为主，备用一台地泵；混凝土运输采用罐车运输，投入8台罐车，以确保泵送混凝土的连续性。在混凝土的浇筑过程中，派专人对牛腿托架的变形及托架与预埋件间的焊缝进行观测。在施工过程中，托架扰度的变化与堆载预压时的变化情况基本相符。施工后，托架与预埋件间的焊缝表面也无裂纹发生。

在节点工期紧张的施工中，由于业主、监理、施工单位密切配合，严明组织，精心安排，633方混凝土仅13 h浇筑完成，为梁体悬臂施工创造了条件，争取了时间。在0号块施工中未发生任何安全、质量事故，赢得了较好的社会、经济效益。

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[6] 李晓斌.京沪高铁濉河特大桥连续梁0号块托架法施工[J].山西建筑，2012，（7）.

[7] 王明.广珠城际铁路80 m连续梁0号段施工技术[J].科学之友，2011，（5）.

牛腿托架，水平杆件承受的弯矩，剪力，拉力均很大，结构对杆件的强度，刚度要求高，斜腿杆件主要承受压力及很小的弯矩。把托架结构设计成桁架形式，能很好的减小水平杆件的弯曲应力及剪应力。托架的机构形式及受力简图如图3所示。

采用工字钢作为托架材料。工字钢抗弯曲能力大，但是抗扭能力小。采用双拼工字钢，能够大大增加工字钢的横向截面系数，提高其抗扭转能力。设计采用双拼I40b工字钢，能够满足要求。双拼工钢间留出5 cm的缝隙，方便工钢内侧与预埋钢板进行焊接。

斜腿杆件处的预埋钢板垂直于杆件设置，这样预埋钢板只承受压力，直接传递压力于墩身混凝土。沿预埋钢板轴线方向焊接螺旋筋，加强受力范围混凝土的抗压强度。该结构受力明确，力的传递简单，对杆件与钢板间的焊缝要求低，安全性好。

牛腿水平杆件的预埋钢板，受杆件传递水平方向的拉力，竖向的剪力，及很大的弯矩，受力复杂。该处的力全部由钢板与杆件间的焊缝传递，对焊缝强度和质量要求很高。将水平杆件伸入墩身35 cm，杆件下方与墩身混凝土间的缝隙用钢板塞实，这样墩身混凝土能够承受杆件传递的部分竖向荷载。为加强焊缝强度等级，采用E50焊条进行焊接，焊缝高度10 mm，工钢全截面焊接，焊缝在拐点处断开，防止应力集中。

2 支架加固

中间牛腿托架的受力小，其预埋锚固系统及相关焊缝的安全系数较大，能很好的满足受力要求。外侧牛腿托架受力很大，其预埋锚固系统及相关焊缝安全系数较小，加工又受作业环境所限，实际与理论设计出入较大，为安全起见，需进行加固。

牛腿水平杆件传递到预埋钢板的荷载大且复杂。牛腿托架与预埋件的焊接是在墩身浇筑后，高空悬吊焊接的。该焊接难度大，焊缝厚度和质量很难达到设计要求，焊缝的强度很难满足受力要求。锚固钢筋与钢板在焊接时，易融化锚固筋截面，从而削弱锚固筋的强度，导致锚固系统实际与理论差距较大。

为使预埋件的锚固强度和水平杆件与预埋钢板的焊缝强度能更好的满足受力要求，可通过减小传递至其上的荷载，从而降低其设计要求。由于托架水平杆件传递至预埋件的水平拉力很大，则可降低该水平拉力。托架安装后，对托架水平杆件进行预压，则在0号块浇筑时，可减小水平杆件传递至预埋件的水平拉力。

外侧牛腿托架受力计算支座A的水平力为773 kN，在托架水平杆件外侧腹板处设置4根直径32 mm的精轧螺纹钢，通长穿过墩身两侧托架水平杆件的末端。杆件末端焊接堵头钢板，精轧螺纹钢锚固在堵头板上，对精轧螺纹钢进行单端张拉，每根张拉力为193 kN，通过控制精轧螺纹钢的伸长量来控制张拉力。张拉需在牛腿托架与预埋件焊接完毕且牛腿之间焊接剪刀撑及平联后方可进行。根据张拉力大小验算牛腿水平杆件和其与预埋件间的焊缝抗压强度均满足要求。在张拉过程中，严格控制精轧螺纹钢的伸长量，且观测工钢与预埋件间的焊缝情况。

对两侧牛腿的水平杆件进行张拉的结构进行验算，相比未张拉的支架结构。支座A的水平方向的支座反力减小很多，其大小趋于0，牛腿水平杆件的组合应力也相应减小。所以该加固方案很好地对托架结构进行了加固，能很好的增大托架水平杆件的承载力，减小施工对杆件与预埋件间焊缝及预埋件的作用力。

3 实施及效果

0号块施工支架设计布置图如图4所示。

牛腿托架，楔形桁架，预埋件提前加工完成。对托架各杆件间的焊缝及锚固筋与钢板间的焊缝全部进行了探伤检测，合格后投入使用。墩身在最后一次浇筑前，精确安装预埋件及精轧螺纹钢管道，并固定牢固。墩身浇筑后，拆除下层模板，安装牛腿托架，焊接剪刀撑及平联。穿插精轧螺纹钢，进行张拉。张拉过程中，对牛腿支架的变形及连接焊缝进行观测，无较大变化。安装落梁沙筒，贝雷梁，楔形桁架，底模系统及纵向分配梁。

支架安装完毕后，对支架系统进行堆载预压。分三级均匀加载，即0～50%～100%～120%的加载总重，每级加载后均静载3 h后分别测量托架变形绕值量，观察连接焊缝情况，支架扰度变形均匀，焊缝表面无裂纹发生。全部加载24 h后卸载，按加载的反顺序均匀卸载。

安装侧模，绑扎钢筋，安装内模系统，预应力管道及端模。混凝土浇筑采用两台汽车泵为主，备用一台地泵；混凝土运输采用罐车运输，投入8台罐车，以确保泵送混凝土的连续性。在混凝土的浇筑过程中，派专人对牛腿托架的变形及托架与预埋件间的焊缝进行观测。在施工过程中，托架扰度的变化与堆载预压时的变化情况基本相符。施工后，托架与预埋件间的焊缝表面也无裂纹发生。

在节点工期紧张的施工中，由于业主、监理、施工单位密切配合，严明组织，精心安排，633方混凝土仅13 h浇筑完成，为梁体悬臂施工创造了条件，争取了时间。在0号块施工中未发生任何安全、质量事故，赢得了较好的社会、经济效益。

参考文献：

[1] 喻纯诚，陈家坤，李光.钢筋混凝土结构中预埋件设计[M].北京：中国铁道出版社，1992.

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[7] 王明.广珠城际铁路80 m连续梁0号段施工技术[J].科学之友，2011，（5）.