花瓶墩高墩现浇箱梁支架的扁担梁运用技术

韩胜

（贵州省公路工程集团有限公司，贵州 贵阳 550008）

目前，以贝雷梁—钢管柱支撑体系作为跨中受力支撑、以牛腿作为墩顶荷载支承的支架配置组合，在花瓶高墩的预应力现浇箱梁的支架设计中得到广泛应用。为降低花瓶墩墩帽侧面牛腿的施工难度，同时保障支架的结构支承能力，以扁担梁替代牛腿的创新支架优化方案应运而生。本文通过优化设计双山大桥花瓶墩现浇支架，研究了扁担梁应用工艺的设计与施工控制过程，以期为相关人员提供可靠的参考依据，提高花瓶高墩支架的方案设计和施工控制水平。

一、工程概况

贵州省兴义环城高速公路双山大桥位于贵州省黔西南州兴义市顶效镇境内，为左右幅分离式桥。桥梁前三跨为3m×46m预应力混凝土现浇箱梁，其中左、右幅第二跨和第三跨上跨城市主干道东风林大道，其余八跨为40m先简支后连续预应力T梁。

双山大桥下构布置为左、右幅0#台，位于双山隧道出口的陡峭坡面，重力式U型桥台，距离大道边缘绿化带约51m；左、右幅1号墩，位于东峰林大道边缘绿化带外缘的石壁上，矩形花瓶墩，墩高37m，断面尺寸2.4m×6.5m；左、右幅2号墩位于东风林大道中央分隔带绿化带中，矩形花瓶墩，墩高47m，墩径2.4m×6.5m。中央分隔带绿化带宽8m；左、右幅3号墩位于东风林大道右侧运动跑道外侧，矩形花瓶墩，墩高46.5m，墩径2.4m×6.5m。

二、支架优化之“扁担梁”设计及验算

（一）原支架体系构成

双山大桥上构现浇支架采用贝雷梁-钢管柱支撑体系。其中，第一跨和第二跨单幅每组钢管支墩横桥向布置3排，每排4根，每组共12根；钢管柱外径φ610mm，壁厚16mm，第三跨单幅每组钢管支墩横桥向布置两排，每排4根，每组共8根；钢管柱外径φ1020mm，壁厚10mm，钢管墩组采用I25工字钢设置斜撑，层间距6m。在钢管柱顶部，以3根I56a型工字钢组合横梁支撑贝雷片桁架梁。贝雷桁架梁端部，即在混凝土花瓶墩墩帽位置，设预埋装配式斜脚牛腿，1号和2号花瓶墩横向正面布置三组6个，纵向墩侧面布置3个，对称布置，3号过渡墩正面布置五组。

（二）原方案存在的问题及设计优化

在方案校核的过程中，花瓶墩墩帽圆弧段牛腿顶部横梁悬挑长度为78cm，靠花瓶墩大面方向牛腿顶部横梁外挑1.25m，因此出现了两个问题。一是墩柱侧立面的牛腿安装困难，且预埋件盒需切割过多墩柱受力主筋，影响该曲面墩柱结构受力。二是由于悬挑长度较长，挑梁在支架拼装过程中容易产生不平衡失稳，且在后期箱梁浇筑加载后，由于桥梁底面纵坡较大，混凝土的流动也容易对挑梁造成不平衡受力，从而产生受力失稳风险。结合实际情况，经过多次现场调研和方案对比，项目方决定优化施工方案。

首先，采用I25×4工字钢+Φ32精轧螺纹钢+I20×3工字钢组合替代原花瓶墩墩帽侧面斜角牛腿，为贝雷片的下承横梁提供支承力；其次，两组I25×4工字钢横挑梁分别置于墩顶横桥向两侧，通过骑马卡锚固墩柱顶预埋钢板，扁担梁的悬挑长度将由原方案的78cm缩减至30cm，大大缩短了悬挑力臂，降低了承重挑梁的负弯矩。在扁担梁上预留精轧螺纹孔道，采用Φ32精轧螺纹作为竖向传力构件，悬吊墩柱大面的I56a受力下承横梁，如图1、图2所示。

图1 优化支撑体系设计图

图2 支撑体系细部构造设计图

（三）Midas Civil 建模验算

为保证结构安全，扁担梁优化方案采用Midas Civil优化模型进行模拟，仿真计算模型中采用的钢材、混凝土和预应力筋等材料的特性值均符合现行设计规范，相关型钢材料参数符合相关型材国家标准取值。通过验算，结果均满足《钢结构设计规范》(GB50017—2017)要求。

三、扁担梁的安装与控制

（一）扁担梁的安装

扁担梁可在地面完成工字钢组合焊接后，再吊到墩顶进行安装，在连接竖向精轧螺纹吊带使其承受竖向荷载前，应做好准备工作。

首先，应严格根据箱梁底高程、扁担梁梁高反算墩帽预留槽口高度，扁担梁顶面除预留箱梁底模板的安装高度外，还应铺设碎石或砂垫层为拆除底模提供必要的施工空间。

其次，由于竖向精轧螺纹吊杆顶面会高出扁担梁顶面10cm～15cm，如果过多地降低花瓶墩墩顶高程以保障预留施工空间，预留槽口势必会对过多墩顶构造钢筋构成影响（改变构造钢筋形状或切割避让）。为避免该情况发生，可让竖向精轧螺纹吊带适当占用箱梁底板混凝土空间，只需要在对应的箱底位置采用Φ100的PVC管预留出精轧螺纹的施工空间即可。

然后，在墩顶混凝土施工时，应沿扁担梁纵向的两侧在墩帽前后两端各预埋一块钢板。当扁担梁吊装至墩帽顶面完成放样定位后，通过预埋钢板焊接骑马卡环锁定扁担梁，以抵抗在支架安装和拆卸过程中产生的部分不平衡力，避免扁担梁失稳。

最后，为保障扁担梁组合的各根工字梁受力均衡和增大梁体抗剪性能，应在竖向精轧螺纹的组合梁吊点顶面和侧面加焊一块厚20mm的钢板进行受力加固。

（二）扁担梁的设计和施工控制

用扁担梁代替花瓶墩侧向的圆弧面牛腿，则下承横梁的支点受力从原先的以牛腿作底面支承变成通过精轧螺纹进行竖向悬吊。当施工荷载加载后，精轧螺纹因加载竖向拉力而产生的竖向形变，与墩柱大面上的牛腿形变具有一定的差异，为保障下承横梁不因加载形变而产生支点受力不均，应在扁担梁和下承横梁的受力计算和施工过程中，对相关事项进行优化计算和施工控制。

首先，在进行下承横梁受力计算时，应根据扁担梁、下承横梁和精轧螺纹的材料特性，结合荷载加载的不同阶段，计算需要对下承横梁的预加载应力情况，并在支架安装和混凝土施工的不同阶段进行应力加载，使得扁担梁、带吊和下承横梁在箱梁混凝土加载后，下承横梁在牛腿支点处的形变小于等于牛腿的形变值，确保横梁的各支点断面受力分配均衡。

其次，应分层循环浇筑箱梁混凝土。在混凝土浇筑前做好浇筑方案设计，避免对扁担梁造成单端偏载、对扁担梁支架造成不可逆的损伤。

四、结语

从实践结果来看，扁担梁施工工艺在双山大桥得到了很好的应用。该方案不仅可行，且达到了优化施工设计、降低施工难度、减少施工步骤、提高施工功效，以及降低施工成本的效果。作为一种创新工艺，虽然仍有提升空间，但并不妨碍其成为花瓶高墩圆弧面支架支承点设计的又一选择方案，值得在现浇箱梁支架施工中推广应用。