五里大桥0#块托架设计及施工应用分析

邓斌 韦权 程怡

【摘要：】为了使连续梁桥0#块施工更加便捷可靠，文章结合广西永福（广福）至三皇公路五里大桥1#、2#墩0#块施工实践，通过采用Midas Civil软件进行有限元分析，提出采用型钢、贝雷梁作为0#块支承体系，大钢管作为临时墩临时固结，合理设置结构体系，将整个支架支承于刚性承台之上的操作要点，避免了支架的不均匀沉降，节省了大量人力物力，加快了施工进度并创造了效益。

【关键词：】0#块托架;临时固结;预压

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0 引言

随着我国经济高速增长，公路建设不断发展，而桥梁建设是公路建设中重要组成部分，也是连接河流两岸的重要构筑物，目前我国桥梁建设水平已跃居世界前列。连续梁桥0#块施工是一项非常复杂的工程，需要做临时支撑、托架预压。本文以广西永福（广福）至三皇公路五里大桥1#、2#墩0#块施工实践为例，研究预应力混凝土变高度连续梁0#块施工的托架设计参数、施工方法及要点，可为后续同类桥梁施工建设提供借鉴。

1 工程概况

五里大桥设计桥型为（78+145+78）m预应力混凝土变高度连续梁。桥长309 m，桥面按单幅布置，总宽9.5 m。主桥上构采用挂篮悬臂浇筑法施工，主墩水中桩基承台采用筑岛围堰施工。

五里大桥共有2个0#块，分别位于1#、2#墩。0#块尺寸为：顶宽9.5 m，翼板长1.75 m，底宽6 m，高9 m，顺桥向长13 m，悬出墩身部分每侧长5 m，1#、2#墩墩身高度分别为7.5 m、6.5 m，0#块体积为446.7 m 总重1 185.2 t，悬出墩身部分单侧体积为142.23 m 重376.9 t。

2 托架设计

2.1 托架设计思路

0#块分两层浇筑，第一层0#块底板及腹板浇筑4 m高度的混凝土。第二层混凝土先浇筑腹板、而后是顶板、翼板。不留垂直施工缝。主要承重结构为组合型钢牛腿支架。在承台上设置型钢支架，采用32a工字钢对焊支撑，单面设置三个支撑排架，上弦采用56a工字钢做横梁，靠外侧两边工字钢与另一侧连接，墩身不再预埋钢板或工字钢，中间立柱利用临时固结体系的钢管柱，支撑架间及支架和横梁之间采用16槽钢连接，保证支架的整体稳定。在56a工字钢上横向布设7榀贝雷桁梁，贝雷片间隔为（60+60+120+60+60+60+60）cm。第三榀和第四榀贝雷片间有临时固结钢管柱阻隔，为保证上部托架受力均匀，在钢管柱间加焊32a工字钢，顶面与贝雷片顶平齐。0#块托架顺桥向和横桥向立面见图2、图3。支架设计考虑三个方面的内容：

（1）支架的安全性，包括支架本身的强度、刚度、稳定性，也包括施工作业人员安全和材料设备的安全。

（2）施工方便，可操作性強，各项施工内容明了、直接，各项数值尽量采用易记的数字，材料采用市场购买的通用材料。

（3）经济合理，即尽量少买新材料，从已有材料中组合搭配，即使需要用到新材料，也要考虑材料回收问题，实现重复利用。

2.2 有限元分析验算

采用Midas Civil软件对0#块托架进行有限元分析。有限元模型如图4所示。组合型钢牛腿支架中的构件立柱、斜柱、斜撑、横梁，贝雷片中的上弦杆、下弦杆、腹杆、支撑架，以及底摸支架和临时支撑钢护筒采用梁单元模拟;模板面板及模板竖肋采用板单元模拟;模板横肋采用梁单元模拟。横梁与贝雷片采用一般弹性连接;贝雷片与底模支架采用一般弹性连接;模板竖肋和底模支架一般弹性连接。立柱、斜柱和临时支撑钢护筒底部支垫处采用一般支承边界条件进行约束。

根据现场施工实际情况，0#块托架在工作期间主要受到的荷载有腹板混凝土重、底板混凝土重、顶板混凝土重、翼缘板混凝土重、箱梁内的支架重、箱梁内的模板重、翼缘板下的支架重、翼缘板底模和腹板外侧模重、施工人群和机械荷载及其动力荷载、倾倒混凝土的冲击荷载、振捣混凝土的机械动力荷载、托架材料的自重等。

计算两种荷载工况：

（1）第一次混凝土浇筑工况为荷载组合1：1.2托架自重+1.2底板混凝土自重+1.2腹板（4 m高度）混凝土自重+1.4施工机具人员荷载+1.4振捣混凝土荷载。

（2）第二次混凝土浇筑工况为荷载组合2：1.2托架自重+1.2底板混凝土自重+1.2腹板（全部）混凝土自重+1.2顶板混凝土自重+1.2翼板混凝土自重+1.4施工机具人员荷载+1.4振捣混凝土荷载。

提取最不利的工况0#块托架各构件受力验算结果见表1。

对托架模型的第二次混凝土浇筑进行屈曲分析。屈曲分析荷载组合为：不变荷载[托架自重+1.2底板混凝土自重+1.2腹板（全部）混凝土自重+1.2顶板混凝土自重+1.2翼板混凝土自重]+可变荷载（1.4施工机具人员荷载+1.4振捣混凝土荷载）。由计算结果可知，屈曲模态1特征值为12.26，大于经验值4，托架结构在最不利工况下屈曲分析稳定性满足要求。托架屈曲分析模态1见下页图5。

3 0#块施工工艺流程及主要操作要点

3.1 施工工艺流程

承台、墩身施工设置好各种预埋件→安装临时支撑钢护筒，钢护筒内浇筑混凝土→安装牛腿→牛腿预压→托架拼装搭设（工字钢）→型钢、底模板铺设→支架预压、调整底模标高→底板、腹板、横隔板钢筋绑扎→预埋楔形块上钢板→外模板安装，封头、部分内模板安装→第一次混凝土浇筑→养生→顶面混凝土凿毛并清理干净→内模板安装及封头模板安装→顶板钢筋绑扎→纵、横、竖向预应力筋及管道定位→第二次混凝土浇筑→混凝土养生及梁端凿毛→内、外模板拆除→预应力施工（包括穿束、张拉、压浆）→底模拆除→卸下支架横梁→拆除横梁、牛腿→安装楔形块、楔形块灌砂→准备安装挂篮。

3.2 主要操作要点

（1）临时固结体系74E84B52-77D2-44D7-A66C-1BCDE3321CD9

临时固结体系是保证本桥悬臂施工安全度及悬臂稳定的重要措施。连续梁设计方案采用挂篮悬臂浇筑施工工法，为防止挂篮悬臂浇筑过程中T构发生倾覆，施工前应将T构与墩身进行临时固结。因此，本桥连续梁主墩1#、2#墩两处T构需要进行临时固结。墩梁临时固结结构方案为：在桥墩墩顶上设置长590 cm×宽50 cm的C50临时支座，临时支座一次浇筑，共布设5层钢筋网，在钢管中心顺桥方向距墩边2.5 m处设1 000 mm×16 mm支撑钢管，每侧布置3条，横向位置为钢管中心距墩边为1.2 m，支撑钢管落于承台内，支撑管内设置精轧螺纹钢，组成临时支撑体系。精轧螺纹钢一端锚具在承台内（预埋锚具、波纹管、螺旋筋），埋深为3.5 m，另一端在箱梁底板张拉锚固。梁底设锚固C55混凝土块，锚下设置4层10 cm×10 cm钢筋网片，层间距为6 cm。从承台顶至0#块底全高布置，钢管支撑柱布置在墩外，上端支顶于箱梁底板下，钢管下端与法兰盘采取四周满焊，沿圆周方向加焊8道加劲板。箱梁与支撑钢管间用砂桶连接，箱梁底部预埋法兰盘与砂桶连接，支撑钢管内灌注C55混凝土，砂桶与支撑钢管间灌注20 cm硫磺砂浆。临时支撑钢管横桥向立面图见图6，临时支座大样图见图7。

（2）托架安装

托架安装前，对预埋件须用测量仪器进行跟踪测量，保证牛腿顶面为同一水平面。安装从下往上，必须先做好临时固定措施。贝雷片先在场地平台上拼装好2组桁梁，2榀一组装好后重量为2 400 kg，用吊车吊到预埋牛腿上，再将两组连接成整体。安装就位后，在牛腿上用U型扣件扣紧，做好临时固定。

（3）托架预压

根据现场实际施工特点，为优化预压工艺，0#块托架预压采取在承台埋设精轧螺纹钢扁担梁反拉，在支撑牛腿上方设置反拉扁担梁，主要针对托架牛腿进行预压，并根据托架整体施载情况下牛腿反力进行模拟加载，查看其支撑稳定性。反拉扁担梁采用双拼][28槽钢，托架采用在承台预埋的JL32精轧螺纹钢接长至托架上，并施加荷载。相邻的两榀牛腿一起预压，通过4根精轧螺纹钢张拉，每根螺纹钢采用100 t千斤顶进行张拉。预压张拉时应两侧同时张拉，每根螺纹钢张拉控制力为40 t，分3级加载，即50%、90%、110%加载。加载达到设计荷载后，持荷48 h，检查最终的挠度，与设计挠度对比，合格后分级卸载。

（4）模板、钢筋及波纹管安装

端模与堵头模是保证0#块梁段端部和孔道达到成形要求的关键。堵头板采用钢板加工，堵头板的预应力管道位置开孔须认真反复核对，保证无误。外侧模、内模以及端头模间用拉杆螺栓联结并用钢管做内撑，防止模板变形和移位。模板安装按设计要求调整纵坡及横坡，成型后模板的整体、局部强度和刚度应满足安全要求，其允许挠度及变形误差应符合规定，外形尺寸准确，模板面平整光洁，装拆操作安全方便。

钢筋安装时注意保护层的厚度，用垫块进行支垫。钢筋绑扎过程中，应按设计图纸定好波纹管位置，如波纹管位置与钢筋冲突，应适当调整钢筋位置。波纹管接头应密实，防止浇筑过程中混凝土进入波纹管造成堵塞。

（5）混凝土浇筑

0#块混凝土用混凝土输送泵机泵送浇注，浇筑顺序为：第一层浇筑0#块底板及腹板4 m高度的混凝土。第二层先浇筑腹板的混凝土后浇筑顶板、翼板的混凝土。混凝土振捣采用50式、70式插入式振动器，对波纹管较密处进行重点振捣。混凝土可掺适量外加剂，使混凝土初凝时间延长。

4 结语

0#块在桥梁施工中是一个十分关键的部位，通过采用型钢、贝雷梁等常用构件作为支撑体系，采用有限元分析计算模型验算，对比现场实际施工的结构变形，分析得出有限元模型的结构变形与实际施工过程中结构变形相差不大，验证了计算的可靠性。

0#块托架悬臂部分采用型钢斜撑支顶，避免了常规满堂支架部分落于承台之外、部分落在承台上的不均匀沉降问题。型钢支架整体支承于承台上，承台作为刚性基础，且计算模型可靠，后期此类刚性基础支架可不采用预压，从而节省大量人力物力，加快施工进度。

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