宽幅箱梁0#块托架设计及施工方法研究

梁启祥

【摘要：】文章以贺州至巴马高速公路（象州至来宾段）培森柳江特大桥（145+280+145）m部分斜拉桥为工程依托，针对宽幅箱梁0#块施工难点问题，提出一种适用于宽幅箱梁0#块施工用的装配式预应力牛腿托架及其预压方式，并采用Midas Civil有限元软件对预应力牛腿托架结构进行仿真分析，验证其结构的强度、刚度及稳定性。工程实践证明，该预应力牛腿托架无须高空焊接作业，操作简便，工后预应力牛腿托架可全部回收利用，为同类型桥梁涉路施工提供参考。

【关键词：】宽幅箱梁;0#块;预应力牛腿托架;托架预压;施工方法

U445.4A411373

0 引言

0#块施工是悬臂浇筑施工的关键步骤，也是整个大桥施工的关键。采用合理的0#块托架设计及施工方法是0#块施工安全及质量的保障[1]。本文以贺州至巴马高速公路（象州至来宾段）培森柳江特大桥（145+280+145）m部分斜拉桥为工程依托，针对宽幅箱梁0#块施工难点问题，提出一种安全可靠、施工便捷的装配式预应力牛腿托架及其预压方式，并且工后可完全回收进行周转利用。该方法有效保障了宽幅箱梁0#块的施工。

1 工程概况

培森柳江特大桥主桥长570 m，桥型设计为145 m+280 m+145 m预应力混凝土部分斜拉桥，桥面按整幅布置，总宽29 m。下部墩身结构整幅布置，采用单箱双室箱形断面，平面尺寸为21.6 m（横桥向）×8.0（顺桥向）m，墩柱顺水流方向设置圆倒角。0#块尺寸为：节段长12 m，梁高11.5 m（梁高为箱梁中心处高度），底板宽20 m，两侧翼板挑臂各长4.5 m，外腹板为直腹板，顶板宽29 m，采用单箱三室截面，墩顶正上方边腹板厚度为1.1 m，悬挑段边腹板厚度为1.0 m。

2 0#块托架设计

托架牛腿采用[36、[32和[28槽钢组合设计。托架牛腿下弦杆用2][36a槽钢加10 mm厚钢板封口，总长度为120 cm;立柱用2[]28a槽钢加10 mm厚钢板封口，总高度为420 cm;其余杆件用2][32a槽钢，其中上弦杆、斜腹杆加10 mm厚钢板封口。横桥向牛腿的上弦杆总长度为290 cm，顺桥向（翼板侧）牛腿的上弦杆总长度为400 cm。

采用牛腿作为托架的承重结构，横桥向每侧设置6榀，纵桥向每侧设置3榀，同侧牛腿通过横联连接，以增强牛腿托架整体稳定性。牛腿下弦杆支撑于预埋在墩身的盒子（下支点）上，即牛腿下弦杆伸进墩身混凝土预埋深度为55 cm的预留孔内。横桥向布置的牛腿通过精轧螺纹钢筋在两侧对拉进行锚固，顺桥向布置的牛腿则通过精轧螺纹钢锚固在墩身内隔板上。牛腿上设置横、纵向贝雷梁作为承重传力结构。

牛腿横联采用[10槽钢焊接成的桁架，横、纵梁采用贝雷梁，外悬段底板及翼板模、侧模采用大块定型钢模板。托架结构如图1～2所示。

3 牛腿预压

3.1 牛腿预压设计

0#块托架牛腿预压采取在地面水平预压，由四个牛腿对称布置，组成两组，用对拉的方式实现预压的目的。两组牛腿间用C40混凝土、C40钢筋混凝土支垫，左右两侧牛腿采用精轧螺纹钢对拉锚固。精轧螺纹钢间距布置大致与实际布置位置相同，间距分别为80 cm、150 cm。C40混凝土垫块尺寸为：长350 cm，宽120 cm，高50 cm;C40钢筋混凝土垫块尺寸为：长50 cm，宽120 cm，高50 cm。

左右两组牛腿各用两根精轧螺纹钢，采用千斤顶单端张拉。托架预压时，应左右对称同时顶升千斤顶。预压荷载分4级进行加载，即按预压荷载的60%、80%、100%、120%加载，加载达到设计荷载后，间隔24 h监测一次监测点变形数据，达到要求后可以卸载。预压荷载卸载时应对称、均衡、同步进行。具体见图3。

3.2 预压荷载及加载顺序

预压加载分4级进行，在加载前及加载预压荷载的60%、80%、100%、120%荷载时均按规范要求记录观测变形情况（见表1）。

预压监测：在牛腿端部对应位置的地面上设置记号，作为观测点。在支架安装完成，荷载加载准备工作就位后，进行第一次基准位置观测。在每级荷载加载间歇时间内进行对应的变形量测。

预压过程准确记录数据在记录表中，并计算每个观测点的弹性变形值及非弹性变形值，直至完成加载。

卸载过程同样分4级进行，即120%、100%、80%、60%，每当卸载一级时，均应进行观测记录，直至完全卸载。

4 托架结构仿真计算

4.1 計算工况及荷载组合

根据施工工艺，0#块分两次浇筑施工，第一次浇筑4.5 m，第二次浇筑7 m。两次浇筑混凝土托架受力分析如下：

（1）工况一：浇筑第一次混凝土

托架主要承受第一层混凝土自重、模板自重（侧模和底模）、支架自重（翼板支架）及施工荷载。内底模托架承受箱梁箱室底板及下方主墩顶节混凝土荷载。

（2）工况二：浇筑第二次混凝土

因托架受力后弹性变形未恢复，托架与第一层已浇筑梁体共同承受第二层混凝土自重、模板自重（侧模和顶、底模）、支架自重（翼板支架和内箱支架）及施工荷载。

已成型的第一层混凝土结构在0#块腹板第二层混凝土浇筑施工中参与受力程度系数按最小值0.6取值，即托架最大承受第二层混凝土浇筑施工荷载的40%，而翼板混凝土荷载完全由翼板模板承受。因此计算加载时，箱梁顶底板及腹板荷载取第一层浇筑时100%载荷+第二层浇筑40%载荷，计算结果偏安全。

荷载组合为：1.0第一层梁体自重+1.2第二层梁体40%自重+1.2模板自重+1.2支架自重+1.4施工荷载。

4.2 有限元计算结果

对托架结构整体进行有限元计算分析[2]（见图4）。

工况二为最不利荷载工况。在工况二（托架承受0#块第一层混凝土重量和第二层40%混凝土重量）荷载下，各构件受力情况计算结果汇总如表2所示。

根据表2计算结果，0#块托架的强度、刚度以及稳定性均满足要求。

5 预应力牛腿托架施工

5.1 牛腿安装

牛腿桁架下弦杆伸进墩身混凝土預留孔内，底部接触良好无缝隙;牛腿上部通过墩顶预埋钢筋挂保险绳防掉落。牛腿固定好后，在预留的拉杆孔穿设强度为PSB785级的JZ-32精轧螺纹钢筋拉杆并进行临时锁定。横桥向布置的牛腿通过精轧螺纹钢筋在两侧对拉进行锚固，顺桥向布置的牛腿则通过精扎螺纹钢锚固在墩身内隔板上。张拉完成后，预留孔两侧空隙采用钢板进行填塞，以保证下支点无横向移动。如图5所示。

5.2 牛腿预应力张拉

牛腿安装锁定后，依次进行精轧螺纹钢的预应力张拉。根据受力计算得出的各点拉力进行张拉锚固，如表3所示。

牛腿全部锚固完成后，吊装横联。横联设置在斜腹杆面。横联与牛腿采用螺栓连接，防止牛腿左右摆动，以增强牛腿托架整体稳定性。

5.3 托架纵横梁及模板安装

托架纵横梁采用贝雷梁，在牛腿安装完成后，即可进行贝雷梁纵横梁的安装。安装前，需注意在牛腿上设置卸落。纵横梁事前预拼成组，进行吊装。完成纵横梁安装后，进行模板安装。

6 结语

本文以培森柳江特大桥为工程依托，针对宽幅箱梁0#块施工进行托架方案设计。本文提出的一种0#块施工用预应力牛腿托架及施工方法，经工程实践证明，该预应力牛腿托架能有效保证宽幅箱梁0#块的施工和质量安全。预应力牛腿托架结构安全可靠，且主要存在以下优点：

（1）牛腿桁架及横梁在工厂内加工制作，质量可靠。现场安装采用精轧螺纹钢锚固，无须进行焊接作业，可有效降低安全风险。

（2）较常规0#块托架采用承台预埋精轧螺纹钢并利用钢绞线张拉方式预压或采用高空堆载预压方式，结合托架受力计算，本文采用地面牛腿预压方式，有效避免了常规预压方式中张拉过程繁琐、材料浪费大、高空吊装安全风险高、工期长等问题。

（3）整个牛腿托架结构为装配式结构，安装速度快，可节约大量托架安装时间。在工后，完全可以进行回收周转，无材料浪费，符合绿色发展理念。

实践表明，该预应力牛腿托架结构对宽幅箱梁0#块的施工提供了诸多有利条件，具备安全、经济、环保、高效的优点，可为类似工程项目提供参考。

参考文献：

[1]韩 一.悬臂浇筑法在桥梁施工中的应用[J].交通世界，2018（21）：92-93.

[2]匡志强.连续刚构高墩长悬臂0#块托架设计与施工分析[J].西部交通科技，2021（7）：101-103.