连续刚构桥装配式型钢托架施工技术研究

贺杰军

某大桥主桥为(35+60+35) m预应力混凝土连续刚构箱梁桥，跨越国道与山区河流，0#块（包括边跨现浇段）采用装配式型钢托架现浇，其余节段采用菱形挂篮对称悬臂浇注。采用装配式型钢托架减少了交通安全风险，加快了施工进度，降低了施工成本；通过Midas有限元计算软件对型钢托架结构进行计算，其强度、刚度和稳定性均满足设计要求，成桥后监测结果表明桥梁内力和线形均与设计状态吻合。

一、工程概况

某山区高速公路大桥主桥为(35+60+35) m三跨预应力混凝土连续刚构箱梁桥，左右幅分离布置，单幅桥宽12.5m，采用单箱单室断面，箱梁底宽6.5m，箱梁高度由根部的3.7m呈2次抛物线渐变至跨中的2.0m；箱梁0#块长10m，两侧悬浇段等分为6个节段，每段长4.0m，悬浇节段最大控制重量1109 kN(1#块)；边跨现浇段长度为4.0m，在过渡墩墩身外悬挑3.2m；边跨与中跨的合拢段长度均为2.0m，大桥主墩采用矩形墩，过渡墩采用柱式墩。大桥桥址地形起伏大，地质条件复杂，上跨国道和山区河流，国道交通量较大。为最大限度降低大桥施工对国道交通的影响，减少交通安全风险，加快施工进度，降低施工成本，连续刚构桥上部结构0#块（包括边跨现浇段）施工采用装配式型钢托架施工技术。

二、总体施工概述

连续刚构桥上部结构0#块（包括边跨现浇段）采用装配式型钢托架施工，其余节段采用挂篮悬臂浇筑。主墩施工完成后，搭设0#块托架，利用千斤顶反压进行0#块托架预压，对称、分层浇筑0#块混凝土。待混凝土达到设计强度的90%且龄期不小于7 d后，张拉顶板钢束并锚固压浆。0#块施工完成后，进行墩梁临时固结，在0#块梁段上拼装挂篮并预压，调整模板标高，安装1#块钢筋及预应力管道和内模系统，浇筑混凝土,待混凝土达到强度和龄期要求后,安装预应力钢束并张拉、锚固和压浆。挂篮前移就位,重复上述工序，完成2～6#梁段悬浇施工。在悬臂浇筑6#梁段时同步进行边跨现浇段施工，在过渡墩上安装托架并预压，在托架上立模、绑扎钢筋、安装预应力管道，浇筑混凝土并养生。最后一个悬浇段浇筑并张拉完成后，挂篮前移至合拢段，拆除主桁架，利用其底篮、外侧模进行合拢段施工，按照先边跨后中跨的顺序完成全桥合龙。

三、0#块（包括边跨现浇段）装配式型钢托架设计

1.结构设计

在主墩墩身施工时预埋锚固件,沿横桥向设置4榀托架，托架分为两组，布置于箱梁两侧腹板附近，托架横杆采用2[28a（上下贴10mm钢板）型钢，斜杆采用2[28a，销轴采用ø70直径45#钢，托架顺桥向两边侧长度均为3.75m，中间段长度为2.5m，在托架上沿顺桥向布置2道12.5m长的双拼I45a横梁，托架与横梁间设置脱模垫块，横梁上沿横桥向布置I16a组成的排架。各纵、横向分配梁与三角撑纵梁之间点焊连接，防止出现滑移。

2.结构计算

（1）荷载取值参数：

①混凝土比重取26kN/m3；

②风荷载：

⑤计算模板支架构件承载力时的荷载设计值，取其标准值乘以荷载的分项系数，分项系数应符合下列规定：

1）永久荷载的分项系数，取1.3，计算结构抗倾覆稳定且对结构有利时，取0.9。

2）可变荷载的分项系数，取1.5。

3）计算模板支架及脚手架构件变形（挠度）时的荷载设计值，取其标准值乘以荷载的分项系数，各类荷载分项系数均取1.0。

（2）建立模型

采用MIDAS CIVIL2015建立模型，三角托架预埋件牛腿处采用铰接，分配梁中间采用铰接进行连接，即上层分配梁不传递弯矩至下层分配梁。

（3）计算结论

①托架结构强度、刚度及稳定性满足受力要求。

②在混凝土浇筑前按照设计荷载的1.1倍系数进行预压。

③托架构件焊缝、构件与预埋件之间的焊缝均应保证焊缝质量，确保安全。

四、托架安装

1.剪力键预埋盒安装

根据图纸尺寸，在墩身施工至托架支点位置预埋剪力键预埋盒，并在预埋盒底对墩身混凝土进行加强，预埋盒预埋时要平整，定位准确。

2.托架安装

（1）利用托架安装平台配合汽车吊将托架剪力键安装在预埋盒内，并通过JZ32精轧螺纹钢进行对拉锚固。

（2）在场地内将托架杆件拼装成整体骨架片，各杆件通过销轴进行连接；然后利用吊车将骨架片整体吊装至设计位置，并通过螺栓锚固在剪力键上。

（3）所有托架骨架片安装锚固就位后，利用连接螺栓将平联安装在骨架片上，使所有骨架片形成整体。

（4）安装分配梁时，采用吊车将型钢按照先中间后两边的顺序吊装到位。型钢吊装时必须设置两个起吊点，并且等距离分布，保持吊装过程中型钢平衡。

（5）横向分配梁铺设完毕后，在其上部安装排架、翼缘板承重梁与施工平台及通道。

（6）排架安装时，可采取临时固定措施，将几榀排架通过横向连接拼成一组，然后分组进行安装，并在安装完成后通过槽钢将所有排架进行横向连接。

（7）在排架上铺设人工操作平台及临边防护护栏。

五、托架预压

1.预压目的

预压目的是为了验证设计参数和承载能力，确保托架的使用安全，消除托架各构件间的非弹性变形,测出其弹性变形值,为0#块箱梁施工高程控制提供基础依据。

2.预压方式

在墩顶设置贝雷梁反力横梁，利用临时锚固在墩顶的φ32mm精轧钢筋，在反力横梁与底模间安装千斤顶，用千斤顶施加荷载模拟混凝土浇筑荷载。

3.加载方式

加载按照最大荷载的1.1倍，两端对称均匀的原则进行，模拟混凝土的分布情况及浇筑顺序用千斤顶加载。

预压采用分级加载方式进行，分级加载按总重的40%、80%、100%、110%系数考虑。加载时专人清点、记录、观测沉降。

4.测点布置

测量基准点设置在主墩外侧，托架上共设16个观测点。

5.预压观测

每级荷载持续时间不少于2小时，进行观测并记录相关数据。加载完成及完全卸载后持荷半小时、6小时、12小时、18小时、24小时，各个观测点记录相关数据。

6.托架标高调整

在混凝土浇筑前，要对托架的标高进行调整，确保浇筑后梁体标高和设计要求一致。底模前端标高：为设计标高+设计预抬值（含墩柱总的弹性压缩值、预应力张拉对梁体扰度影响值）+托架弹性变形值（托架弹性变形值+牛腿及托架弹性变形值+横梁、纵梁弹性变形值+底模平台弹性变形值）。

六、托架施工精度控制效果分析

采用装配式型钢托架施工0#块（含边跨现浇段），在托架预压、施工监测和施工精度控制方面优势明显，各项实测数据均小于理论计算值，具体数据统计如表1：

表1 托架施工变形值对比表

七、结语

该桥通过施工监测和施工精度控制,最终实现箱梁在合龙时各项施工参数均满足要求，合龙后的桥梁内力和线形均与设计状态吻合。该桥的成功实施有如下几点值得在同类型桥梁施工中借鉴和推广：

（1）采用装配式型钢托架施工0#块（包括边跨现浇段）技术成功实现了山区刚构桥上部结构无落地支架施工，避免了临时落地支架结构地基处理、支架搭设、交通导行等施工工序，加快了施工进度，降低了施工风险。

（2）利用装配式型钢托架施工0#块（包括边跨现浇段）工艺简单，安全可靠，与常规的型钢托架相比，在安全性、经济性、进度控制、文明施工与质量保障等方面优势明显。

（3）预压试验成功采用了反力架千斤顶加载法，加载过程简单快捷，施工人力物力投入降低，预压数据准确可靠,明显优于传统的水箱或砂袋加载预压法。