悬吊式底模托架浇筑悬空承台施工技术

何定高HE Ding-gao

（中铁十二局集团第三工程有限公司，太原 030024）

0 引言

随着目前国内交通事业迅速发展，桥梁工程又是交通事业中的重要组成部分，高陡边坡地形作为山区公路桥梁施工的常见地形条件之一，桥梁设计选线时无法避免会将桥头、桥尾的承台设置到高陡边坡上，导致承台施工困难。而传统工艺会采用修筑便道、砌筑挡墙形成平台或在桩基内埋设预埋件、利用钢护筒、钢板桩围堰等方法，这就会使得对桩基或承台主筋造成损伤，影响结构稳定性，并且传统工艺工作量大、代价高。所以，目前急需一种方便、快捷的施工工艺，解决高陡边坡上桥梁悬空承台的施工难题[1-2]。

1 工程概况

大丰华高速公路三渡水大桥2#、3#承台均为大体积承台，位于边坡陡峭的三渡水水库两岸，四处承台均一侧靠山另一侧悬空，施工环境十分恶劣。3#承台上方为S228省道，通行压力大，不具备开挖施工便道的条件，另一侧因禁止占用水库库容，无法施工挡墙或钢围堰。

2 技术原理

三渡水大桥左线承台为高桩承台，承台平面尺寸：13.2×8.2m，承台高度4.0m，考虑钢筋混凝土容重为γ=26 kN/m3，承台施工第一次浇筑高度为1.5m。

为施工、立模方便，在承台桩基四周搭设支架悬吊平台，工艺原理如下：该工艺悬吊式底模托架依靠设置在每根桩基顶部的工字钢垫块提供整体向上的反力，反力依次通过上主梁、精轧螺纹钢、下主梁及分配梁，将力传递、分配到底模上，提供钢筋、侧模及混凝土施工的支撑体系。悬吊式承台底模托架见图1、图2。

图1 悬吊式承台底模托架平面图

图2 悬吊式承台底模托架图

3 受力模型验算

3.1 荷载计算及组合

承台第一次浇筑高度：h=1.5m；混凝土压力荷载：qh=γh=26×1.5=39.0kN/m2；模板荷载：qm=1.0kN/m2；混凝土倾倒和振捣荷载：qd=4.0kN/m2；平台周边施工荷载：qs=2.5kN/m2；计算强度取荷载基本组合组合：Q=1.2×自重+1.2×混凝土荷载+1.2×模板荷载+1.4×施工活荷载；计算刚度（变形）取荷载标准组合：Q=自重+混凝土荷载+模板荷载。

3.2 建模计算

建立悬吊平台的有限元模型（见图3），经模型验算得结果如下：

图3 悬吊平台有限元模型

3.2.1 强度计算

①I20b工字钢分配梁（见图4）：最大正应力：σ=136.6 MPa＜f=215MPa；最大剪应力：τ=29.3MPa＜fv=125MPa；结论：I20b分配梁强度计算值满足规范要求。

图4 模型计算结果-弯曲应力（MPa）

②II45b双拼工字钢分配梁（见图5）：最大正应力：σ=88.2MPa＜f=215MPa；最大剪应力：τ=47.0MPa＜fv=125MPa；结论：II45b分配梁强度计算值满足规范要求。

图5 模型计算结果-剪应力（MPa）

③精轧钢吊杆（见图6）：精轧钢采用PSB830直径32mm精轧螺纹钢，抗拉强度设计值：fpy=650MPa；精轧钢最大拉应力：σ=594.6MPa＜fpy=650MPa；结论：精轧钢吊杆强度计算值满足规范要求。

图6 模型计算结果-只受拉单元应力（MPa）

3.2.2 变形计算

悬吊平台整体竖向变形（见图7）：

图7 模型计算结果-竖向变形（mm）

悬吊平台最大竖向位移：Δ1=7.87mm；吊杆伸长值：Δ2=3.32mm；相对变形值：Δ=Δ1－Δ2=7.87-3.32=4.55mm＜2600/400=6.5mm（计算跨度2.6m）；结论：悬吊平台竖向位移值满足要求。

3.2.3 桩顶混凝土受压计算

桩顶混凝土受压（见图8）：横梁最大反力：P=553.5kN；桩基直径2.0m，采用C30混凝土，抗压强度设计值：fc=20MPa；横梁下支撑选用I45b工字钢，单支点4支，单桩顶部支撑面积：A=500×152×4=304000mm2；顶部混凝土压应力：σ=P/A=553.5×1000/304000=1.82MPa＜fc=20MPa；结论：桩基顶部混凝土抗压强度满足要求。

图8 模型计算结果-竖向反力（kN）

4 悬空承台施工工艺

4.1 悬吊式底模托架安装

4.1.1 设置工字钢垫块 首先将桥梁桩头高程修整至设计桩顶高程，根据承台底层钢筋高度（20+2×12.5=45cm），在承台底钢筋网上，顺桥方向每处桩顶设置两组垫块，（垫块为I45b双拼工字钢、对称布置、长50cm）。根据承台钢筋布置，承台钢筋穿过打孔的垫块工字钢，保证承台钢筋的完整性。为确保垫块受力稳定，在承台底层钢筋安装完成后，在垫块工字钢两边增加加劲钢板。

4.1.2 安装上主梁 在垫块工字钢上横桥向、对称安装上主梁，上主梁采用双拼I45b工字钢，长度13.47m，间距26.6cm。

4.1.3 安装吊杆 在桩基两侧的上主梁安装吊杆，吊杆上设双螺母，通过上下各3cm厚钢板与上主梁固定。吊杆距桩基中心1.2m对称布置（Ф32精轧螺纹钢，长2.15m/根）。

4.1.4 安装下主梁 下主梁顺桥方向安装，并与吊杆连接固定，固定方式同上主梁。下主梁采用I45b工字钢，双拼设置，长度10.2m，间距18.2cm。下主梁两端各露出承台界限1m，作为操作空间，以便施工。

4.1.5 安装分配梁 分配梁采用I20b工字钢，设置在下主梁上方，并垂直与下主梁水平方向。分配梁包括对称设置在两排桩基外侧的第一分配梁、设置两排桩基内侧的第二分配梁以及设置在桩基和桩基之间的第三分配梁。第一分配梁共8根，每侧4根，间距50cm，长15.2m/根；第二分配梁共5根，间距依次为70cm、74.5cm、74.5cm、70cm，长15.2m/根；第三分配梁共4根，每排桩基2根，间距71cm，长3.07m/根。第一、二分配梁伸出承台外侧1m用于施工通道平台。

4.2 承台底模安装 在分配梁上顺桥向按30cm等间距布置10×10cm方木，方木长10.2m。方木上铺设12mm厚竹胶板，作为承台施工底模，承台四边外形成1m宽施工通道。

4.3 承台钢筋安装 钢筋骨架按设计图纸正确绑扎，并在模腔内准确定位。承台底层钢筋与工字钢垫块冲突位置，钢筋通过打孔穿过工字钢，承台底层钢筋安装完成后，利用支座灌浆料封闭垫块工字钢。

4.4 承台侧模安装 承台侧模采用1.5m×1.0m钢模板。确保模板表面光滑、平整。在模板接缝中夹入双面胶带，保证模板缝无渗漏。模板安装就位后，对其平面位置、顶部标高、节点联系及纵横向稳定性进行检查。[3-5]

4.5 承台混凝土分层浇筑 承台混凝土分两次浇筑，两次浇筑高度依次为1.5m、2.5m。底层混凝土浇筑完成后养护7d，且当混凝土强度达到设计强度80%后方可浇筑上层混凝土。混凝土分层面插入Φ16mm钢筋作为连接筋。连接筋插入上下层混凝土各20cm，间距1m梅花型布置，以加强承台上下层的连接[6-9]。

4.6 拆模与养生 混凝土浇筑完成后应立即覆盖洒水养生，待混凝土达到一定强度后适时拆除模板、底部的工字钢及方木等材料，并继续养生，始终保持混凝土表面湿润。混凝土浇筑完成之后，设专人对混凝土的内外温差进行监测，测温时间不少于14d，前7d每隔4h测温一次，后7d每8h测温一次[10-12]。

5 结束语

利用悬吊式底模托架浇筑悬空承台的施工方法，通过在桩顶设置垫块工字钢，将承台施工受力点设置在桩顶，结构受力合理，同时保护了桩基钢筋免遭破坏；采用上、下主梁及分配梁设置了承台施工操作平台，无需提前预埋工字钢或牛腿装置，确保了承台结构整体稳定性和完整性，保证了施工安全，降低了施工成本，丰富了桥梁施工技术，具有广阔的推广应用前景。