大跨度高墩连续梁0 号现浇支撑系统研究

张双洋ZHANG Shuang-yang

（中铁二十三局集团有限公司，成都 610000）

0 引言

挂篮悬浇连续梁的0 号块需在主墩顶部现浇，其不仅结构复杂，外形尺寸大，且是安装挂篮的平台及后续悬浇箱梁节段的基准，对0 号块的施工质量、线型控制及施工安全要求非常高。故要求模板支撑结构具有强大承载能力，极高的安全稳定性，且要求造价合理，施工简便快速。在绵阳至苍溪高速公路西河大桥大跨度、高墩连续梁0 号块现浇施工时，对墩顶锚固三角架法实施优化及创新，成功地应用于连续梁0 号段的施工，在确保安全、质量及进度等各方面均取得了良好的效果。

1 工程概况

绵阳至苍溪高速公路西河大桥桥梁起点桩号为K57+993.96，终点桩号为K58+830.04，全长836.08m，主桥最大墩高50m。

西河大桥位于主线曲线段，曲线半径为R=1200m，纵断面为0.8%单向坡。主桥上部结构为（65+120+65）m 预应力混凝土连续刚构，下部为矩形空心墩。主梁采用单箱单室，箱梁顶板宽12.6m，底板宽7.0m，单侧悬臂长度2.8m。箱梁0 号、1 号块（同时浇筑才有足够的平台安装挂篮）总长13.0m，纵桥向悬伸3.5m。根部断面高7.5m，在墩顶范围内，箱梁腹板厚0.9m，顶板厚0.5m，底板厚1.2m。

2 箱梁0 号块现浇支撑方案选择

2.1 箱梁0 号块模板的几种支撑方案比较

0 号块结构复杂，施工难度大，技术含量高。西河大桥主距长达120m，其对应的0 号块更是尺寸大，悬挑长。且13#、14#主墩墩高50m。故0 号块线性控制、高空作业难度大，安全防护压力大。为了确保0 号块的浇筑质量，设计要求0 号段一次浇筑成型，现浇0 号块悬出墩身3.5m，对模板支撑体系的承载能力提出了很高的要求。故设计安全稳固、刚度足够、技术可行、造价合理的0 号块支撑体系成为本项目技术重点和难点。

针对本项目的具体情况，初步提出了如表1 所示的3种模板支撑体系的设计方案，然后从技术可行性、施工简便、安全可靠性及经济合理性等方面展开比选。

表1 0 号块模板支撑体系方案比选表

经多方面的综合比选，并结合方案缺点的改进可能性，本项目选用了墩顶锚固三角架法，并针对传统锚固三角架的缺点进行了改进及优化，以确保安全及施工质量，减少安全隐患。

2.2 支撑系统设计方案

2.2.1 墩顶锚固三角架总体设计

锚固三角托架法为在桥梁墩身顶部设置锚固于砼中的支承牛腿（或钢板等），通过与支承牛腿联结，将三角托架安装、固定在墩顶，然后在托架上安放纵、横梁及辅助构件，形成支撑模板及支架的平台。然后在平台上进行0 号段的现浇施工。施工荷载由三角架传给支承牛腿，最终传给墩身。

三角托架主要由水平杆、斜撑构成。主托架采用双拼I45 工字钢加工而成水平杆，采用双[40b 槽钢背-背焊接成斜撑。相邻托架间加设由16#槽钢制作的花架，使主托架联结成稳固的整体。

0 号块悬出段纵向每侧设置3 片主托架，主托架上焊接2I32b 调坡立柱，调坡立柱顶上摆放横梁（2I40b 工字钢焊接而成）。横梁上再摆放纵梁（采用挂篮纵梁（I32b 工字钢））。悬出段底板采用挂篮模板（85 系钢模板）。

在墩顶横向每侧设2 片侧面小托架，小托架为侧面翼缘下通长纵梁加设的中间支撑。在通长纵梁上安装侧模及翼缘模板。侧面小托架采用I32b 工字钢作水平杆，斜撑及立杆采用I25b 工字钢，通过4 个爬锥与墩身固结。

0 号块周边按不低于1.0m 的操作空间设置操作平台，操作平台采用I16 工字钢设置纵向分配梁。根据墩身、0 号块的平面投影响尺寸，以及操作平台作业空间的需要，支撑体系构成的平台尺寸不小于17×13m。

操作平台周边设置高度超过1.2m 的围栏，围栏外侧挂设细目安全网。

托架结构详见图1～图3 所示。

图1 0#、1# 块支架平面图

图2 0-1# 块支架侧面图

图3 0#、1# 块悬出段支架正面图

2.2.2 悬出段三角托架详细设计

托架水平杆采用2I45b 工字钢加工而成，斜撑采用2[40b 槽钢焊接而成。

本项目对传统的结构进行改变，设置预埋于墩身的上、下牛腿，水平杆搭设在上牛腿上，上、下腿伸入墩身内40cm，外露40cm。由上牛腿的型钢断面承受水平杆传递的竖向力，避免传统支架以焊缝承载的方式，消除了焊缝质量缺陷可能产生的安全隐患。牛腿由钢板焊成箱形结构，上牛腿底板钢板采用80×18×2cm（长×宽×厚），顶板钢板宽度在墩身内部分宽18cm，墩身外外部分宽40cm（便于与斜杆节点板螺栓连接），长度与厚度上底板相同，2 块腹板采用80×36×2.5cm（长×高×厚）。加工时，腹板与顶底板焊接处采用单边V 形角焊缝。下牛腿结构与上牛腿相同，但预埋时宽40cm 钢板置于顶面。

采用2 根Φ32mm 精轧螺纹将水平杆锚固在墩身上，来承受水平杆向外的水平拉力，锚固长度不少于50cm，并且端部加装垫片及螺帽。

水平杆与斜撑间优化成销接形式，而不是传统的直接焊接。销接的各节点均在加工厂内完成制造，现场对接后插入销子即可，消除了焊接连接存在的安全隐患，也减少了高空作业量，加快了施工速度。

斜撑下节点板支撑在下牛腿上，下牛腿主要承受面向墩身的水平压力和竖向剪力。面向墩身的水平压力由墩身砼承受。所以下牛腿主要承受竖向剪力。

为便于调整梁底纵坡，托架与横梁间增加调坡立柱，立柱采用2I32b 工字钢，上下端各与横梁及托架水平杆焊接牢固。

2.2.3 侧面小托架详细设计

侧面小托架水平杆采用I32b 工字钢，斜撑及立杆采用I25b 工字钢。水平杆端部焊接25×36×2cm 节点板，节点板有2 个Φ45mm 螺栓孔，通过外部螺栓与墩身预埋爬锥连接固定。爬锥外侧Φ78mm，外部螺栓Φ42mm，爬锥内侧Φ48mm，内部预埋螺杆Φ26.5mm，爬锥与螺栓采用40 铬材料加工，爬锥长150mm。

悬出段三角主托架及侧面小托架结构示意见图4、图5。

图4 悬出段三角主托架

图5 侧面小托架结构示意图

3 托架安装

墩身施工时，严格按设计方案的标高及位置进行爬锥、上下牛腿的精确预埋施工，并与墩身牢固联结，确保后续构件的顺利安装及承载安全。

托架的水平杆、斜撑及相应的销接件在钢构件加工厂里进行加工、制作、焊接及质量检测，以确保施工质量。

构件在现场吊装，并严格检查安装质量，不符合要求的立即改进，完成安装的托架经多方验收通过后，方可进行预压。

4 托架预压

4.1 预压目的

为清除因安装工艺、材质本身、构件间存在间隙而产生的非弹性变形。同时测定托架的非弹性变形量，为0 号块底模标高的调整提供数据。

4.2 预压方法

预压是确保托架安全及检验托架质量的关键工序，本项目改变以往堆载预压的试验方法，采用千斤顶+根精轧螺纹钢体系进行荷载的施加。该方法不需准备大量的堆载材料及吊装作业，加快了进度，降低了成本。且通过设置压力传感器和电脑控制，可精确控制加载力数值和顺序，更能真实模拟施工荷载的作用。

预压在模板及支架安装前进行。在托架拼装完成后，利用在墩顶预埋的Ф32mm 精轧螺纹钢筋锚固预压桁架作为张拉底座进行预压。预压桁架在桥墩大小里程各2个，预埋的精轧螺纹与外侧的两个三角托架在同一断面上，4 根精轧螺纹钢为一组，每个墩身共埋设4 组，三角托架上方设置2I40b 工字钢两组，在2I40 工字钢上方且与外侧的两个三角托架同一断面的位置设置3I50b 工字钢两组，在I50b 工字钢与预压桁架间设置预压千斤顶。

在托架顶面的四角、中心、千斤顶附近的分配梁顶面及分配梁的跨中等具有代表性的位置布设观测点。

按梁段设计尺寸图及实际施工荷载的分布情况，计算每个千斤顶的荷载应施值。逐级加载（分四级：20%～60%～100%～120%）至预压值，并按规范要求分级测量及记录托架变形值。

5 主要构件的承载检算

5.1 荷载取值及验算说明

悬出端长3.5m，砼数量为79.3m3，砼重荷载为79.3×26=2061.8kN，其余的施工人员、机具设备、振捣砼、模板及支架等荷载经计算，总合为123.7kN，将以上所有荷载简化成由0 号块底板下的11 根I32b 工字钢纵梁承担，并考虑承载不均衡系数1.2。

纵梁简化成受均布线性荷载的简支梁；横梁则按承受均布线性荷载的二等跨连续梁；托架的水平杆及斜撑均按两端为铰接的杆件进行简算；因斜撑为轴心受压杆件，承载验算时引入了失稳系数。

5.2 验算结果及说明

由表2 的验算结果可知，支撑系统各主要杆件承载强度满足施工要求。

表2 支撑系统各主要杆件承载验算结果

6 结语

通过对墩顶锚固三角架法实施多项优化及创新，提高了安全可靠性，使该法能够应用于本项目大尺寸、长悬挑的0 号块支撑；同时，技术改进后的托架施工更为简便快速，大幅度降低了施工成本（经评估，较改进前的方案降造约28%）。为了确保安全，在施工期间，在托架上设置了位移、压力传感器，进行了信息化、数字化的安全监测，监测结果表明，支架安全稳固，满足施工要求。该工法可供其它类似大尺寸、高墩0 号块模板支撑方案进行参考。