山岭地区预应力混凝土连续刚构桥边跨现浇段 托架法施工技术研究

赵承宁 薛盼盼

（中交第二航务工程局有限公司第六工程分公司，湖北 武汉 430014）

1 工程概况

卧龙沟3#特大桥主桥采用（75+3×140+75）m五跨三向预应力混凝土变截面连续刚构体系，节段长度为3.5~4.5m变化，中跨和边跨合拢段长度为2m，边跨现浇段长度为3.76m；箱梁顶面宽12.75m，底板宽7m，翼缘板悬臂长为2.875m；箱梁根部梁高8.2m，跨中梁高3.2m，箱梁高度按1.8次抛物线变化；箱梁顶板设置2%横坡，底板横桥向为水平。其中边跨现浇段顶板和底板厚32cm，腹板厚50cm，C55混凝土设计方量74方。

由于边跨墩柱位于山坡，且墩身高度均在70m之上，常规工艺满足不了现场施工，故采用在墩身预埋牛腿，在托架上面支模现浇的施工工艺。

2 托架构造和施工特点

边跨现浇段支架采用三角托架支架形式，顺桥向侧支架自下而上主要为牛腿预埋件、牛腿斜撑（2工40a）、牛腿竖撑（2工40a）、牛腿横梁（2HM588×300）、卸荷块、主横梁1（2HM588×300）、主横梁2（HM588×300）、主纵梁1（工38a）、主纵梁2（槽25a）、分配梁1（工20a）、分配梁2（工25a）等组成，横桥向侧支架自下而上主要为牛腿预埋件、牛腿斜撑（2工36a）、牛腿竖撑（2工36a）、牛腿横梁（2工36a）、主横梁（2工36a）、分配梁（工25a）等，材料均选用Q235b钢材。防护栏杆高1.2m，用φ48脚手管搭设。

3 托架受力分析

3.1 荷载分析

3.1.1 恒载计算

（1）支架自重（G0）

支架自重荷载由有限元软件Midas自行处理，g= 9.8m/s2。

（2）混凝土自重（G1）

边跨混凝土容重按26kN/m3考虑。

边跨断面简化成，经计算得边跨单位面积的恒载如图1、图2所示。

图1 卧龙沟边跨现浇梁恒载示意图（荷载单位：kN）

图2 卧龙沟边跨盖梁恒载及断面示意图（荷载单位：kN、断面尺寸：mm）

（3）模板荷载（G2）

模板荷载按2.5考虑。

3.1.2 活载计算

（1）施工荷载（Q1）

施工荷载可按实际情况计算，一般情况下由施工人员及小型设备等组成，可取2.5kN/m2。

（2）混凝土倾倒及振捣荷载（Q2）

混凝土倾倒及振捣荷载一般情况下可取2.5kN/m2。（3）梁系风荷载（Qw）

根据《港口工程荷载规范》计算：

工作状态：V=13.8m/s

3.2 工况分析

考虑最不利工况，即浇筑工况：混凝土按一次浇筑考虑，浇筑时间较长。

3.3 荷载组合

考虑两种荷载组合形式，即标准组合和基本组合。

本计算除施工荷载、风荷载和其他荷载视为活载以外，其余荷载如支架自重、钢筋混凝土重力荷载、模板荷载等均视为恒载。荷载组合形式如下：

标准组合＝Σ恒载＋Σ活载

基本组合＝1.2Σ恒载＋1.4Σ活载

在以上组合中，标准组合用来评价刚度及稳定性指标，基本组合用来评价结构强度指标。

3.4 模型及整体计算

依据设计图纸，在Midas软件中建立支架整体模型，如图3所示。

图3 边跨顺桥向侧现浇梁支架整体模型图

模型说明：钢牛腿与墩柱固结，纵梁与卸荷块之间的连接为弹性连接，卸荷块与横梁之间的连接采用弹性连接。按3.1节分析的荷载值进行加载，进行模拟计算。

计算结果：

（1）边跨顺桥向侧边跨现浇支架。按照一次浇筑考虑，工作风速横桥向作用于支架，模型计算结果如图4所示。顺桥向现浇梁支架各主要构件计算结果如表1所示。

图4 边墩横桥向侧盖梁支架整体模型图

表1 顺桥向现浇梁支架各主要构件计算结果

计算结果表明：

主要构件（Q235B）：

最大组合应力为：σmax=54.36MPa<205MPa

最大变形为：fmax=4.1mm

因此，支架整体计算主要构件强度均能满足设计及规范要求。

（2）边墩横桥向侧盖梁支架。横桥向盖梁现浇支架各主要构件计算结果如表2所示。

表2 横桥向盖梁现浇支架各主要构件计算结果

计算结果表明：

主要构件（Q235B）：

最大组合应力为：σmax=116.49MPa<205MPa

最大变形为：fmax=5.52mm

因此，支架整体计算主要构件强度均能满足设计及规范要求。

4 托架预压

边跨现浇段支架预压采用沙袋加钢筋堆载法预压，以检验支架各部分的承载能力及受力变形情况，消除支架的非弹性变形。加载过程分别按边跨现浇段自重及施工活载的60%、100%、120%分别进行三级加载，安排一名人员专门记录，左右两侧平衡加载，T构两端同时在同一位置加载，最大不平衡重不超过加载重量的30%。预压过程中对三角支架布置两个观测点进行监测。预压结束后，对支架两侧同步进行卸载，防止单边操作对支架横断面受力不均。

5 边跨现浇段施工

5.1 支架安装

（1）预埋牛腿埋件：墩柱钢筋绑扎完毕，测量定位埋件的位置，安装并固定锚筋及锥形螺母，检查锚筋埋设长度及相对位置是否满足要求，用泡沫胶将锥形螺母开口端封堵好，以免浇筑时进入水泥浆。

（2）托架结构焊接及安装：在地面先将组成托架结构单元焊接完毕，取出锥形螺母里面的泡沫胶，将焊接完毕质量合格的托架吊装至墩柱上，上垫片、螺纹杆并拧紧螺母。等托架结构安装好后，焊接平联。

（3）卸荷块及主横梁的安装：测量已安装好的三角托架顶面标高，根据梁底的设计标高计算卸荷块高度。然后安装支架主横梁。

（4）剩余支架上部结构的安装：在主横梁上进行纵梁、分配梁及桁架安装，然后进行底模铺装。底模铺装完成后根据设计梁底标高复测平台标高，进行调整。

5.2 模板施工

支架安装完毕，开始安装底膜，测量标高调整至设计高程，然后安装外侧模、翼缘板模板，模板采用定制钢膜，箱式内膜顶板采用扣件式钢管支撑。

5.3 钢筋施工

待底板模板铺设好以后，开始绑扎底板钢筋，侧模安装完成开始绑扎腹板、顶板钢筋，注意加垫块及定位钢筋控制保护层，钢筋绑扎过程中预应力管道同时铺设，固定牢固防止偏位。

5.4 混凝土施工

C55纤维混凝土现场施工采用塔吊加料斗方式，浇筑前应注意清洁模板底及周边杂物，浇筑顺序依次为底板、腹板、顶板，浇筑时严格控制分层振捣，同时设置串桶，避免混凝土离析，施工完成后注意混凝土养护。

5.5 支架拆除

在纵向及横向预应力张拉完成后进行拆除，拆除时先使用钢丝绳通过边跨现浇段预留孔将主横梁悬挂固定，使用气割将卸荷块拆除，然后使用倒链将主横梁及上部模板落在三脚架横梁上，使用卷扬机及塔吊将其余部件全部拆除。支架拆解作业前应对吊装机械及机具进行安全检查，在操作过程中地上、空中应有专人进行指挥及指导，支架的拆除是高空危险作业，每道工序必须经过认真的检查，无误后方可进行下一道工序。

6 结语

受限于山区复杂地形，山区连续刚构桥通常桥墩较高且处于陡坡狭窄地形，部分刚构桥边跨现浇段设计长度大，边跨现浇段施工方法多样，支架法施工面临风险大和不经济问题。根据卧龙沟3#特大桥边跨跨度及现场地形地貌，决定采用边跨现浇段牛腿托架法施工工艺。此工艺施工过程简单，托架受力安全可靠，材料加工简单且可以周转使用，经济适用性较强。托架法施工是解决超高墩大跨径连续刚构桥边跨现浇段施工操作难度大、危险系数高的有效方法之一，对类似工程施工可以起到参考作用。