高墩大跨刚构桥0#块托架设计与施工技术

陈 伟

中交四航局第四工程有限公司，四川 成都 618000

1 工程概况

某高速公路特大桥全长1099.12m，为双幅桥，主桥跨径布置为116m+220m+116m，为典型的山区高墩大跨连续刚构桥，其中6#墩墩身高达100.2m。上部结构为单箱单室箱形截面，箱梁梁高、底板厚度均按1.8次抛物线变化，箱梁根部梁高为13.4m，跨中梁高为4m，箱梁顶板全宽为12m，底板宽6.5m。主桥下部结构桥墩采用空心墩，为群桩基础。该桥设计荷载为公路一I级，设计速度为80km/h。在大跨度连续刚构桥施工中，0#块是基础结构，起到参照作用，对后期整体结构的线形控制效果具有明显的影响。为提高0#块托架设计与施工水平，有必要对具体的工作要点展开探讨。

2 #块托架设计

临时托架是高墩大跨刚构桥施工中的关键装置，具有如下几项作用：作为0#块的施工平台，亦可支撑受力，以保证施工的安全性和结构的稳定性；在悬臂浇灌施工中，临时托架可以用于承受部分不平衡弯矩，改善受力条件。墩顶0#块的临时托架形式较多，从技术可行性的角度来看，三角式托架在实际应用中具有便捷高效、稳定可靠的特点，可以将其作为承重装置使用。

2.1 0#块托架的形式

从受力的角度来看，托架含两种形式，即落地式托架（在低墩施工中具有可行性）和悬臂式托架（在高墩施工中具有可行性）。托架杆件的形式也较多，如万能杆件和贝雷架等。托架结构的选型是一项系统性的工作，需兼顾桥梁结构特点、桥墩高度、施工现场的河床条件等多方面因素，从而确定能够兼顾安全、质量、效率多重要求的方案。在该工程中桥墩的最高度可达60m，因此采用了三角形牛腿支架的型钢托架。

2.2 0#块托架设计的基本思路

结构上，托架包含牛腿支架、横纵向分配梁等关键的部分，通过各类装置的联合应用，可以在保证结构稳定性的同时精简尺寸，并形成一条较为明确的受力路径。0#块托架的纵断面组成主要有如下几部分。

（1）纵向分配梁。采用双槽钢截面形式，此结构与底模接触，腹板段荷载集度偏大，为保证结构受力时的稳定性，应适当加密纵向分配梁。

（2）横向分配梁。托架的受力条件特殊，其需要承受源于翼板以及部分腹板的外伸荷载，在该受力关系的影响下，部分横向分配梁所受弯矩较大（指的是与桥墩外侧牛腿支架交接的部位），考虑到结构的稳定性要求，一定要把截面高度较大的工字钢这种建材安置稳妥[1]。

（3）牛腿支架。在整个托架受力关系中，牛腿支架是不可缺少的受力装置，其可以将0#块荷载高效传递至桥墩，确保结构受力的合理性。若箱梁腹板的荷载相对较大，将导致桥梁横断面两侧最外边的牛腿支架所受荷载作用也偏大，因此在工程作业时会将预埋件和桥墩互相连接，从而增加局部受力，而超出结构可承受的荷载上限后会出现开裂。

针对结构受力过大而开裂的问题，解决方法是将牛腿支架的上拉纵梁拉通，如图1所示。就牛腿支架的内侧而言，此局部的受力不大，不用过分担心，只要做好预埋件和桥墩连接就行；而对于靠内的牛腿支架，该部分的受力较小，无特殊的要求，因此利用预埋件将其与桥墩稳定连接即可。

图1 内、外托架及牛腿支架的布置

（4）连接方式。①螺栓连接。螺栓连接的特点在于拆卸便捷，效率较高，但需要增设节点板、高强螺栓等用于加强连接的材料，因此原材料及施工成本相对较高。②电焊连接。此方法的优势在于可减小结构的非弹性变形量，但不足之处是拆卸过程中容易损伤杆件，导致杆件的可重复利用次数少，并且焊接要求较高，容易因为焊接方法不合理或质量控制不到位而出现焊缝不达标的情况。

综上所述，确定合适的作业方法，即使用螺栓来衔接牛腿支架的杆件，纵、横分配梁两部分则直接采用焊接方式进行作业连接。

2.3 0#块托架的设计方案

外托架和内托架通常由4组牛腿支架以及置放的分配梁和方木等系列配料组成。从受力条件的角度来看，桥梁横向内、外部的受力存在较为明显的差异。并且，内、外两侧的两榀牛腿支架的工料也不一样，分别为[36a槽钢和[28a槽钢。内、外托架靠外边的牛腿支架上拉纵梁有穿越墩身的可能，钢盒用到的工料是厚达2cm的钢板，并通过焊接的方式将其与墩身钢筋稳定连接于一体[2]。如上拉纵梁穿过该盒的位置基本准确，就可以使用焊接的方式连接钢板与上拉纵梁，然后注入高标号砂浆。待牛腿支架成型后，横桥向铺设I40a工字钢，形成横梁结构，再纵桥向铺设2[10槽钢，于上方铺设方木和底模模板。由0#块的结构特点可知，其地面存在斜度，因此应当利用楔块加以调整，除能满足结构的姿态要求外，还可提高拆模的便捷性。

2.4 反力架的设计

锚固点为φ32mm的高强精轧螺纹钢筋，随着墩身混凝土浇筑施工进程的推进，浇筑至最后一段时，将该钢筋预埋到位，埋设深度按150cm控制。单肢薄壁墩反力架主要由3片梯形桁架组成，单个反力架的关键构件含水平杆、斜杆及立杆，各自所用材料均为双肢40C槽钢。将该材料以背靠背的方式焊接于一体，对于各杆件间的连接，则利用钢板贴角焊。

3 托架验算

通常用托架验算的方式了解实际使用情况，以MIDAS/CIVIL软件为支撑，利用掌握的信息建造托架的空间杆系模型。型钢用梁单元模拟，模板用板单元模拟，牛腿支架型钢交接点采用半铰接的形式，横梁与牛腿支架为刚性节点连接，托架与桥墩为固接。

待0#块预压工作完成后，对托架标高进行计算测量，算出值后进行弹性变形和非弹性变形量的分析，再以此为基准，针对立模标高做灵活的调整，若无误则浇筑0#块混凝土。从实测结果来看，托架弹性变形量、非弹性变形量的最大值分别为1mm、2mm，通过与理论计算结果进行对比分析，认为实际值得到了有效的控制，未出现明显偏差[3]。

4 托架预压

托架预压所用设备为千斤顶，由专员操作，施加集中荷载。在承台上预埋钢构架，将其作为支点使用，在滑轮组、钢丝绳的辅助下，完成对托架的加载预压作业。根据预压要求，在托架沿横桥向外侧牛腿支架上安装千斤顶，并采取张拉锚固措施。预压荷载的控制参照的是箱梁施工荷载，取该值的110%。

加载遵循的是对称、同步的原则，由专员操作，精准控制每次加载量以及加载速率，待实际加载量达到满载状态后，持荷24h，此时间内要特别注意各节点的高程，并且做好相关数据的记载。千斤顶回油卸载后还要记录好节点高程以及当时的状况，最后将这两次的记录进行对比，最终计算分析出差值，得出的值相当于托架的弹性变形量。经专员试验后发现，该值为3mm。

5 #块立模标高的计算与确定

0#块施工中，立模标高的控制至关重要，其控制结果会对后续各部分的施工精度产生直接影响。立模标高可按照如下公式计算：

式中：Hlm为立模标高；Hsj为设计高程；Hypg为预抛高值，m；ftj为托架的变形值，mm。

其中，对于预抛高值的取值，可以在空间模型分析工作中获得，即利用MADIS软件能够确定主梁的具体预抛高值。根据实际情况，总的预抛高值是22.5mm。托架的变形量要根据理论计算值和预压实测值来进行考量计算，从各方面核实计算后得出的计算值为2.2mm、实测值为3mm，最终将该值取为2.6mm。

工程在进行中受到的人为因素影响也不能忽略，因此竖向预拱度取5mm。箱梁尺寸方面，设计高程为928.502m。结合前述的各项数据，可以确定立模高程，即928.53m。

6 结论

（1）托架的布置情况和结构形式非常重要，在施工设计时要谨慎考量，在满足荷载分布要求的同时做到布置的最优化。

（2）借助MADIS/CIVIL软件可以对包含托架在内的各类临时结构展开检算，具有操作便捷、结果准确的特点。

（3）为了保证非弹性的稳定性，在进行0#块混凝土浇筑作业时，要提前把托架预压的作业做到位，这样也有利于及时检测弹性变形，为日后的立模标高相关工作提供可靠的参考。预压采用的是千斤顶同步操作的方法，精度较高，预压效果较好。