某大桥主桥0#块托架结构设计及预压施工

芦博文，任科亮

(1.浙江交工集团股份有限公司地下工程分公司,浙江 杭州 310000；2.浙江交工金筑交通建设有限公司，浙江 杭州 311500)

1 工程概况

某段改(扩)建工程路线总体为南北走向，起点位于世纪大道交叉口，起点桩号 K14+890，终点位于木业大道交叉口，终点桩号 K22+480，路线总长度 7.59 km。城区高架桥主墩结构形式为72 m+120 m+72 m变截面连续箱梁，采用挂篮施工，主墩为137#、138#墩，边墩为136#、139#墩，主墩位于南星港航道南北两侧，均在岸上。主桥全宽27 m，采用左、右两幅箱梁并通过箱梁之间的湿接缝联接来进行设计。单幅箱梁采用单箱单室截面，直腹板、箱梁顶板宽13.25 m，悬臂长3 m，箱室底宽7.25 m，顶板厚度为30 cm，底板为变厚度，墩顶支点处为160 cm，跨中为32 cm，腹板亦为变厚度，墩顶支点处腹板厚度为90 cm，跨中腹板厚度为50 cm，其中在1#块和9#、10#块分别渐变一次腹板厚度。端支点横隔板厚度为190 cm，墩顶中支点横隔板厚度为350 cm。桥面横坡为单向2%，横坡以箱梁腹板高度变化来形成，箱梁底板为平坡。主桥采用C55混凝土。

2 托架构造

城区高架桥主桥上跨南星港(规划Ⅴ级航道)采用72 m+120 m+72 m变截面连续箱梁，主桥平面位于R=1 950 m的圆曲线上，采用挂篮悬浇法施工，主墩为137#、138#墩，边墩为136#、139#墩，主墩位于南星港航道南北两侧，均在岸上，在挂篮施工的过程中主要涉及到在通航水域上方施工。变截面现浇连续箱梁梁体混凝土采用C55，共8 395.4 m3，箱梁施工共分16个节段，0#块高度7 m，长11.5 m，采用支架现浇法施工，支架设计采用三柱钢管混凝土桩支架，与临时固结体系为一体，预埋件分别在承台及墩身施工时进行预埋。主墩施工时在承台和墩身施工时预埋钢板作为钢管桩支架连接件，单幅箱梁横向布置3根，纵向布置2排，钢管直径820 mm，壁厚10 mm；0#块施工完毕并设置临时固结后，在墩顶梁段上进行挂篮安装调试，进行后续1、1`#梁段的挂篮悬浇施工；当新浇梁段养生至混凝土强度达到设计的张拉要求后，进行预应力张拉及孔道压浆，然后挂篮向前移动就位进行下一个梁段施工，如此循环推移，在施工12#梁段的同时进行边跨现浇段的施工，直至完成最后一个悬浇梁段的施工。

3 托架预压施工

托架通过对拉杆和销轴紧固在墩身上，紧固组装、质量检验达到要求后需进行预压试验，缓解托架非弹性变形，并确定弹性变形量，验证托架施工过程无此安全风险，为以后0#块混凝土施工提供立模标高。由于施工过程中托架支撑0#号块承受较大载荷，按照堆载法进行预压施工，预压材料需求量多，项目运转组织的难度加大，时间周期将极大延长。支架体系搭设完成后，对其进行施工前的预压，以确定其强度、刚度及稳定性，并消除非弹性变形，同时获得支架弹性变形数据，以便在底模标高调整时，预留反拱，以满足施工后梁体设计标高的要求。

3.1 预压施工方法

预压在0#块已铺设好的底模上进行，预压最大荷载是设计荷载的1.2倍，采用堆载混凝土预制块和钢材的方法对托架进行分级预压，加载时按照20%、60%、100%、120%预压荷载分四级加载，并观测其变形和沉降。预压方法采用预制混凝土块(80 cm×80 cm×300 cm，约重4.6 t)。

3.2 预压荷载计算

0#块墩顶部分混凝土由墩身自身承担，因此只考虑两悬臂及翼板部分所承受的重量，0#块混凝土单幅方量为380.66 m3，总重989.7 t，墩顶重量485.1 t，预压区域重量504.6 t，按重量1.20倍计算上施工、材料等荷载，如表1所示，测量结果，共计需要预压重量605.5 t，0#块各区域预压荷载数值。

表1 0#块支架沉降监测

3.3 预压测点布置

(1)托架预压时，先施加20%的荷载，以消除非弹性压缩值，此时停止加载，测量托架沉降，记录相关数据；然后加载到60%的荷载值，再次测量托架沉降，记录相关数据；继续加载至100%的荷载值，测量沉降值，最后加到120%，静置1 d，观察结构杆件是否有变形，焊缝是否出现裂纹等。预压试验结束应对资料进行分析处理，并提供箱梁底模修正后的立模标高。

(2)测点纵桥向布置4排，分别在0#块中心向两侧2 m、0#块的端部、翼板边缘位置；横桥向根据截面的结构形式布置3个点，即测点。

(3)墩两侧腹板中心位置附近设置1个观测点，即测点。

(3)堆载过程中随时观察托架变形情况，重点应观察牛腿焊缝连接。堆载完成时进行标高测量，并且逐日进行沉降观测，沉降稳定稳定后(据《钢管满堂支架预压技术规程》JGJ/T194-2009第4.1.6条规定：各监测点连续24 h的沉降量平均值小于1 mm或连续72 h的沉降量平均值小于5 mm即可视为沉降稳定，预压合格)卸下荷载，观测模板标高，并且每天进行观测，托架回弹变形稳定后，进行高差对比，得出弹性变形值和非弹性变形值。

3.4 现浇支架布置方式

墩柱施工完毕，待混凝土强度达到设计强度后，采用C50混凝土在墩顶垫石纵向两侧各浇筑4个2.925 m×0.5 m×0.55 m临时支墩(倒角同墩柱倒角)，横桥向侧面砌筑24砖墙，将墩顶封闭，填满中粗砂，用水夯实。支座四周塞满泡沫板，防止沙子进入支座影响支座位移。现浇支架由墩身两侧各布置的3根外径820 mm、壁厚10 mm的螺旋钢管。钢管底(承台顶)和钢管顶(箱梁底)均预埋钢板，钢板分别通过预埋锚固筋和精轧螺纹钢固定在承台顶及箱梁底部，螺旋钢管与钢板接触面满焊并加焊加劲板。钢管通过开口并焊接斜撑加工I45a托架，托架上方依次安装I45a主承重梁、I25a分配梁、箱梁侧模以及竹胶板底模。0#块施工过程中，混凝土及施工荷载通过各级工字钢体系向下传递至螺旋钢管，进而通过钢管预埋钢板传递至主墩承台，期间正式支座暂不参与受力。

3.5 预压结果

通过MIDAS仿真软件对托架进行有限元的应力、应变分析，并根据应力应变的仿真结果对托架焊缝进行强度计算。实际工程应用过程中，预压载荷提升到120%时，墩侧托架测点发生最大沉降，实测最大沉降为13 mm，理论计算为14 mm；墩间托架测点位置处出现最大沉降，实测为15 mm，理论计算为16 mm。当托架卸载到0%时，实测最大非弹性变形为6 mm，出现在位置处。现场托架各组件未出现焊缝裂开等缺陷问题，实测应变结果与有限元仿真结果相近，可以表明千斤顶预压能够符合现场施工要求，满足施工的设定需求。

4 施工注意事项

托架加工时要保证焊缝质量，严格按照施工设计图纸中规定的焊缝尺寸施焊，并采取合理的施焊顺序，控制焊接变形，焊缝尺寸要饱满，避免虚焊等现象。在托架起吊安装前，对重要部位的焊缝按设计和施工规范要求进行探伤。对目视检察不合格、探伤检查不合格的焊缝应进行补焊，以保证施工安全。托架安装时，要确保托架安装位置的准确性，注意杆件位置及托架在竖平面内位置的准确。同时注意其水平面上的高程控制，保证实际受力状态和设计受力状态相符合。托架加工完成后，先进行托架的试拼，以保证每个杆件均能顺利安装。墩身一侧的3肢托架安装完成后，立即安装水平桁架。水平桁架安装完成后方能安装分配梁(2I50a工字钢)，以确保托架的稳定性。分配梁(2I50a工字钢)和托架节点采用U型螺栓进行连结，以防止外侧悬臂端发生倾覆事件。在支架预压施工中，应密切观测结构的变形数据，发现异常变形应立即停止施工，查明原因、安全处理后方可接续施工。在托架拆除时，必须按照与安装相反的顺序由上向下逐层拆除。

5 结 论

某城区高架桥为工程依托，对主桥0#块托架采用销轴及对拉杆进行固定，有效地减少了托架的焊接量，加快了托架安装速度，同时采用多点千斤顶上下反压梁和精轧螺纹钢锚固在行走轨道上，同时克服传统预压施工中受天气影响大、所需预压材料多、施工组织困难，施工工期长等难题，取得了较好的工程实际效果。在施工中通过对托架沉降以及焊缝的观测可得，托架强度和刚度能够满足施工的要求，对其进行施工前的预压，以确定其强度、刚度及稳定性，并消除非弹性变形，同时获得支架弹性变形数据，以便在底模标高调整时，预留反拱，以满足施工后梁体设计标高的要求，可为同类型桥梁设计和施工提供参考。