白帝城长江大桥主塔横梁施工工艺

摘要 白帝城长江大桥为主跨916 m的钢箱梁悬索桥，横梁支架主要构件为贝雷梁支架、桁架和钢牛腿，中横梁支架倒角采用型钢焊接。经优化设计，中横梁支架采用2片桁架进行施工。文章针对白帝城长江大桥主塔横梁施工进行研究。结合实际概况从施工工艺中的中横梁支架设计、支架计算、主要施工方案等方面进行分析，提出该大桥主塔横梁主要施工工艺，减少项目施工的总体投入，取得良好的经济效益，为后续该类桥梁的横梁施工提供参考。

关键词 悬索桥;横梁施工;支架施工;支架设计

中图分类号 U445.4文献标识码 A文章编号 2096-8949（2022）11-0070-03

引言

桥梁工程是高速公路建设的重要部分，文章针对安康至来凤国家高速公路重庆奉节至巫山（渝鄂界）段白帝城长江大桥施工进行研究，从主塔横梁施工中横梁支架设计、支架计算、主要施工方案等方面对其施工工艺进行探讨[1]。该项目建设促进了西安—三峡—张家界区域的旅游发展、秦巴和武陵山区脱贫攻坚，对全面建成小康社会和提升交通运输水平具有重要意义。

1 工程概况

安康至来凤国家高速公路重庆奉节至巫山（渝鄂界）段白帝城长江大桥全长1 170 m，起止桩号K6+363～K7+533，桥型布置为2×65 m T型刚构+916 m钢箱梁悬索桥+4×30 m先简支后连续T梁。

两岸索塔均采用直线型内倾的斜塔，索塔由横梁、横梁组成钢筋混凝土框架结构。2#索塔塔座以上高度为186.20 m，3#索塔高度为158.30 m，两岸主塔横梁结构及标高相同。

主塔横梁与主塔采用异步的施工工艺，即在主塔塔身施工及液压爬模超过横梁顶标高后，再进行横梁支架的安装及施工，主塔施工至横梁位置时预埋好横梁的钢筋及相应预埋管道，横梁施工滞后主塔塔柱约3个节段[2]。

2 主要施工工艺

2.1 施工方法概述

（1）由于施工期长江水位为丰水期，桥址位置水位高程为173.0 m，已将主塔底横梁淹没，采用螺旋钢管满堂支架方式不能施作，中横梁距地面高度为74.12 m，综合考虑施工周期、工程造价等方面因素，拟采用型钢桁架的方案对中横梁进行施工，中横梁支架计划由专业生产厂家进行生产，上横梁只需在中横梁的基础上减去相应杆件后利用。

（2）索塔塔身与中横梁采用异步施工的方案，横梁总体分为三次浇筑，首次浇筑倒三角部分，第二次浇筑底板及腹板4 m高，第三次浇筑剩余混凝土。

2.2 中横梁支架设计

2.2.1 桁架设计

支架采用少支架体系，从下至上一次为2×H600×200型钢桁架、2×700×300 mm H型钢梁、贝雷梁主梁、I20a分配梁及模板体系，具体支架设计图如图1所示。采用2榀材质为Q355的双拼H600×200型钢对中横梁桁架进行加工，桁架上面依次为双拼2H700×300型钢横梁、贝雷梁纵梁、分配梁与模板系统;桁架采用连接板及M27高强螺栓的形式连接，两榀桁架之间间距为5.4 m，采用双拼I32a工字钢与双拼I25a工字钢进行纵向连接为一整体结构，具体设计如图1所示。

2.2.2 支架计算

中横梁支架设计情况：桁架全长29.2 m，高10.3 m，横桥向依次为两侧布置倒角处双拼32a工字钢支架、中间布置18 m长贝雷梁;顺桥向依次布置18组贝雷梁，间距为45 cm;在每片贝雷梁的支撑点上安装20a工字钢分配梁，共计64根，分配梁上方采用10#槽钢+1.5 cm厚竹胶板作为支撑底模，主要受力为每根分配梁对应的混凝土荷载+施工荷载，采用线荷载的方式加载到分配梁上进行模拟计算。

（1）横梁支架荷载计算。主要分为三种工况计算横梁支架，工况一为采用整个横梁全重加载到桁架上进行计算，工况二为按实际浇筑情况进行荷载加载，先仅在桁架上加载实心倒角处的混凝土荷载;浇筑第二次混凝土时加载第二次浇筑的混凝土荷载到横梁支架上，并验算实心混凝土倒角的受力情况是否满足要求;浇筑第三次混凝土时将荷载加载到已浇筑完成的横梁上，验算横梁混凝土的强度是否满足要求[3]。

第三次浇筑混凝土时，间隔时间可达到15天，横梁第一次浇筑的混凝土已凝固，此时第二次浇筑的混凝土质量主要作用在首次浇筑的部分，因此采用 Midas实体模型对分别对桁架、已浇筑的混凝土部分进行受力验算。

（2）计算结果（如表1）。经两种工况对比计算，主塔横梁及支架均能满足要求。

2.3 桁架钢牛腿设计计算

钢牛腿采用材质为Q355的钢板进行焊接加工，根据设计情况，钢牛腿主要承受桁架的支撑反力，每片桁架上下支点各设置一个钢牛腿共计四个，根据桁架计算出来的支撑反力可知，按混凝土全重计算时钢牛腿受到的竖向反力最大，为256 t。牛腿结构设计时，主要受力支撑板采用2 cm钢板进行焊接，共设计三块竖向钢板，每块钢板之间的距离为13 cm，整个牛腿焊接完成后的长、宽、高依次为0.7 m、0.47 m、0.82 m，為保证钢牛腿与主塔塔柱的密切接触，设置8根直径φ32 mm的精轧螺纹钢筋为拉杆，在安装时每根精轧螺纹钢上预先施加45 t的拉力，保证钢牛腿牢牢贴紧在塔柱上[4]。

采用Midas Civil软件按钢牛腿的实际尺寸，对牛腿进行单元划分，采用板单元的形式建立牛腿模型，共建立节点564个，板单元752个，以桁架实际的反力加载到钢牛腿上，并对钢牛腿进行受力分析。

钢牛腿按照最大反力荷载施加后通过计算得出，牛腿中板单元的最大应力为103.68 MPa，为中间受力的板单元上，最大变形为0.326 mm，均满足规范要求。因此计算得出钢牛腿能完全满足要求。

2.4 主要施工方案79CEAFD1-90FC-4645-AAF6-3BCFF485F3C6

2.4.1 横梁施工预埋件

（1）支架预埋板。支架预埋件采用型钢牛腿作为支点，墩柱施工时预埋槽口，便于安装钢牛腿，施工前将钢牛腿所需要的预埋件采用厚2 cm钢板焊接为长宽高分别为32 cm、27 cm、42 cm的箱子，并在箱子四周1.5 m范围内采用φ16 mm钢筋网进行加强处理后再浇筑混凝土。混凝土浇筑时必须保证预埋件周边混凝土的密实度，现场管理人员须严格进行验收。

（2）横梁钢筋预埋。由于主塔与横梁异步施工，因此横梁施工过程中需要预埋横梁钢筋，主塔与横梁采用Φ28 mm、Φ20 mm两种带肋钢筋连接;钢筋接长采用套筒进行连接，在主塔施工时按设计钢筋位置及间距提前预埋好连接套筒，在横梁钢筋安装时直接在原材料上攻丝后安装即可。

（3）预应力管道预埋。白帝城长江大桥主塔中横梁预应力设计共40束，每束由19根钢绞线组成，分别位于横梁的底板和顶板内部。波纹管直径为120 mm的塑料波纹管，安装前需进行检验合格，其固定采用10#光圆钢筋焊接为“井”字架后与主筋连接定位，焊接时注意防止焊渣烧伤波纹管，采取防护措施，避免波纹管被烧伤而漏浆;预应力管道在锚垫板外侧连接处预埋直径为244.5 mm的无缝钢管作为连接管道，以满足横梁预应力管道接长。

（4）张拉平台预埋件。根据张拉平台设计在横梁相应节段施工预埋钢板，后期焊接工作平台即可。

2.4.2 支架安装

（1）桁架的拼装。型钢支架在生产厂家生产完成后，需进行试拼装后再运输到现场进行拼装，采用高强螺栓连接为整体后，用两台8 t卷扬机进行吊装。

（2）桁架吊装。根据桁架设计，单榀桁架拼装完成后总质量约27 t，大桥主塔施工现场仅安装了两台12 t塔式起重机，塔式起重机起重重量不满足要求。因此桁架安装前，先行在支架上方5 m左右处安装6组型钢牛腿作为吊装平台（型钢牛腿采用双拼20a工字钢进行加工焊接，宽度为2.5 m，能满足8 t卷扬机的安装需求），然后利用卷扬机及滑轮组将桁架提升至设计高程（滑轮组采用25 t的双门滑车），在型钢牛腿上安装手拉葫芦将桁架荡移至设计位置，桁架安装完成后拆除牛腿支架;横梁支架上的其余H700横梁、贝雷架、分配梁等质量均在塔吊的吊装重量内，可采用塔吊进行吊装。

（3）承重横梁及砂筒安装。承重横梁设计为双拼H700×300型钢，长度为9 m，横梁下设置直径为530 mm的砂筒，砂筒内需放置含水量低于1%的天然黄砂[5]。在吊放横梁前对桁架的实际标高进行复查，进行砂筒顶标高的调整后再进行承重横梁的安装，安装时需保证横梁与砂筒的中心位置对正，并在砂筒上安装刻度线，在浇筑混凝土时实时监控砂筒上的刻度线并进行记录。

2.4.3 模板安装

支架搭设完毕后进行中线、边线的定位，然后铺设底模，底模采用1.5 cm厚的优质竹胶板，底模与横梁之间衔接缝采用双面泡沫胶布密封，保证混凝土浇筑时不漏浆，并且对底模涂刷脱模剂。

侧模用拉杆及槽钢支撑固定，模板拼缝之间间隙宜采用海绵条及双面胶堵塞，防止漏浆。模板安装需保证表面平整，接缝严密，错台不得超过2 mm。

2.4.4 混凝土浇筑

横梁混凝土浇筑采用主塔下方的地泵泵送入模。浇筑混凝土前需对现场人员进行技术交底工作，浇筑时由横梁的中间向两端水平分层、纵向分段进行浇筑，分层浇筑的厚度控制在30 cm左右，并且在横梁中间上安装转换器，要严格控制混凝土均匀浇筑，严禁混凝土集中入模或混凝土仅浇筑一侧，形成集中荷载，影响桁架的稳定性。

2.4.5 支架拆除

受荷載的侧模板在混凝土强度2.5 MPa以上后便可以拆除。底模及支架必须等待预应力系统张拉及压浆完成，并且所注入的水泥浆强度达到100%后即方可拆除。拆除时通过砂箱从跨中向两侧对称缓慢进行卸载，不得骤然卸落。浇筑混凝土前在横梁上预留相应孔洞，方便后期利用横梁顶安装的卷扬机配合塔式起重机拆除支架。

（1）支架拆除流程：砂筒卸载→底模拆除→分配梁拆除→托架拆除→拆除贝雷梁→型钢支架拆除。

依次由跨中向两侧抽出底模，再利用葫芦（塔吊）将I20工字钢分配梁缓慢拉出，由塔吊吊移至塔底。分配梁拆除过程中不得提前解除贝雷梁支点处的限位卡。

（2）横梁拆除。横梁吊装：两台塔吊将横梁吊移至横撑平台，辅助塔吊卸扣转移至卷扬机，由卷扬机配合主吊装塔吊缓慢收绳，将横梁荡移出支架范围，解除卷扬机牵引绳（专门用一段吊绳接在卷扬机钢丝绳上方便解除）砂筒吊装，将砂筒上下托筒焊接成整体，由塔吊直接吊移至塔底即可。

（3）三角牛腿支架拆除。利用横撑操作平台拆除三角牛腿区支架：割除中间钢支撑→解除砂筒荷载→拆除模板、分配梁→逐片拆除托架、I32a工字钢及双拼36a工字钢→拆除砂筒→三角支架预应力解除→三角支架割除[6]。

（4）支架拆除时注意事项：①在横梁浇筑过程中在顶板、底板相应位置预埋孔道，作为卷扬机钢丝绳走线通道。②拆除支架前要须在实验室进行混凝土试块的试验，确保混凝土及水泥浆强度满足要求。③拆除支架时，各部位必须安排专人指挥，吊装前检查吊具施工牢固。④拆除时严格按照“先搭后拆、后搭先拆”的原则进行拆除。⑤支架拆除人员必须佩戴好安全防护用品。⑥吊装系统卷扬机、钢丝绳、滑轮组、地锚等在使用前必须由安全人员验收合格方可投入使用。

3 结语

白帝城长江大桥两岸索塔横梁施工支架均采用桁架的结构形式，桁架采用Q355材质的型钢进行加工，极大减轻了横梁支架自身的结构重量。设计时同步考虑上横梁的施工，在杆件的组成上进行优化，避免上横梁桁架的二次加工，在施工成本上得到较大的节约，并且横梁与主塔异步施工，横梁施工时主塔塔身继续向上施工，整体上也缩短了塔柱施工的工期，取得了良好的经济效益。

参考文献

[1]聂国南. 悬索桥主塔顶横梁牛腿支架设计与施工[J]. 铁道建筑技术， 2013（11）： 5-7+45.

[2]刘国波， 董红伟， 张永涛， 等. 澧水特大桥索塔横梁无支架施工[J]. 中外公路， 2012（2）： 176-178.

[3]吴方伯， 丁先立， 周绪红， 等. 采用等效平面桁架单元对钢筋混凝土结构进行非线性分析[J]. 建筑结构学报，2005（5）： 112-117.

[4]张德致， 张敏， 代皓， 等. 黄冈公铁两用长江大桥桥塔上横梁施工技术[J]. 桥梁建设， 2013（3）： 5-9.

[5]郭瑞， 荆刚毅， 林吉明. 厦漳跨海大桥现浇箱梁支架整体横移施工技术[J]. 世界桥梁， 2013（5）： 14-17.

[6]周水兴， 何兆益， 邹毅松， 等. 路桥施工计算手册[M]. 北京：人民交通出版社， 2001.

收稿日期：2022-03-17

作者简介：陈勃（1992—），男，本科，助理工程师，从事桥梁与隧道施工工作。79CEAFD1-90FC-4645-AAF6-3BCFF485F3C6