大跨度连续梁0#段支架设计及反支点预压技术的创新与应用

王军 WANG Jun

（中铁二十一局集团第三工程有限公司，咸阳 712000）

0 引言

传统的支架系统在每个0 号块上都需要单独设计、加工、安装，这既耗时又费力，还增加了成本。这种方法的局限性限制了施工效率和成本效益的提升空间。且传统的一次性支架会产生大量的废弃物，对环境造成负担。为了解决传统支架系统的局限性，提高施工效率，降低成本，提供新的施工思路和方法，以及考虑环保因素。本项目决定对0 号块支架方案进行技术创新，拟设计一种可重复周转的0 号块现浇支架方案。

1 工程概况

新建铁路贵阳至南宁高速铁路红渡红水河双线特大桥主跨以连续梁跨越红水河，主跨布置为：（83+156+83）m连续箱梁，全长323.8m。连续梁0 号节段长为14m，梁体为单箱单室、变高度箱梁，箱梁顶宽12.6m，底宽7.8m，顶板厚50cm，底板厚48～100cm，腹板厚45～100cm，底板设直径100cm 人洞。单侧悬臂长为2.25m。

2 支架总体构造及创新设计的核心内容

经对现有的传统支架进行详细分析，全面了解其优点和缺点，收集可重复使用支架的相关资料和技术并进行深入的研究。基于调研和创新，利用有限元分析评估了支架性能，设计出可重复周转的0 号块现浇支架方案。在实践中验证了其性能，成功实施了高效、低成本的支架方案。以下对该新型支架方案进行详细介绍。

2.1 总体构造

0 号块新型支架方案采用墩顶托架的形式，托架主要由墩身下层预埋件，上层预埋件，斜撑和水平承载梁构成。托架上设置双拼I50 工字钢（横向分配梁）。横向分配梁上面设置I45 工字钢（纵向分配梁）。纵向分配梁工字钢间距为40cm。纵向分配梁上交错铺设10×10cm 方木垫梁，方木上采用厚15mm 竹胶板做底模。

在墩身横桥向的每个侧面安装3 组托架，托架以桥墩纵向中心线对称布设，托架间距离为3.70m。上、下层预埋件间的高差为5.0m。托架结构总体设计详见图1、图2所示。

图1 托架平面布置图（单位：cm）

图2 Ⅰ-Ⅰ截面图（单位：cm）

2.2 该0 号块托架创新设计的核心内容

通用性与重复使用：这套托架系统能够适应不同尺寸的0 号块，而且可以重复使用，从而大大减少了初期成本，并有效缩短了施工时间。

模块化设计：托架系统被设计为模块化，各个模块可以快速地组装和拆卸。这种设计进一步提高了施工效率，使得现场作业更为便捷[1]。

简化的安装过程：通过优化设计，托架各部位间采用螺栓和插销进行连接，从而避免了现场焊接。这不仅简化了安装和拆卸过程，而且避免了因焊接可能带来的质量和安全隐患。

高质量的制造工艺：所有的托架构件都在工厂内进行预制和焊接，确保了构件的质量和焊接的可靠性。这不仅提高了托架的安全稳定性，也增强了整个托架系统的使用寿命。

易于验算与设计：该托架系统的结构简明，传力路径明确。这使得技术人员能够快速进行承载验算，并完成相应的参数设计。这种设计既科学又便于实际操作，极大地提高了施工效率。

3 托架各构件详细设计

3.1 上、下层预埋件

在桥墩顶部设置上、下层预埋构件，其中上层预埋件如图3 所示。上、下层预埋件外露部分开有ϕ102mm 插销孔，通过ϕ90mm 插销分别与斜撑、承载纵梁连接。且采用ϕ32 精轧螺纹钢将墩身两侧对应的预埋构件对拉后联结成整体，确保预埋构件结构的稳定。上层预埋构件主要承受拉力，两侧拉力由抗拉能力强的ϕ32 精轧螺纹钢承担，增强了预埋构件的结构节点的承载能力[2]。

图3 预埋构件结构图（单位：mm）

3.2 斜撑

斜撑采用型钢及钢板制成，其断面为矩形，斜撑分节段模板化设计，其基本段长为3.3m，其余标准节段长度为1.0m，结构及尺寸如图4 所示，节段之间通过法兰盘螺栓连接，通过增减调整节段的数量来改变斜撑的长度，以满足不同0 号块支架对斜撑长度的要求。

图4 斜撑结构图（单位：cm）

图5 承载纵梁结构图（单位：cm）

在斜撑的下部安装有螺旋伸缩器，能够对斜撑长度进行精确调整，螺旋伸缩器与斜撑节段也是通过法兰盘螺栓联结，螺旋伸缩器后螺杆上焊接连接钢板，钢板上开设ϕ102 插销孔，通过ϕ90 插销与下层预埋构件连接。

斜撑基本段前端焊接有连接钢板，钢板上开设ϕ102插销孔，通过ϕ90 插销与承载纵梁连接。

3.3 承载纵梁

承载纵梁采用型钢及钢板制成，长为4.8m，横断面为高度45cm 的п 字形，承载纵梁尾部腹板上开设有一排间距为30cm 的ϕ102 插销孔，通过ϕ90 插销与斜撑连接。承载纵梁尾部腹板上多个插销孔便于选用适合托架的结构设计要求的连接点。

3.4 纵、横向分配梁

托架上设置双拼I50 工字钢（横向分配梁）。横向工字钢上面设置I45 工字钢（纵向分配梁），纵横向分配梁之间采用U 形螺栓联接。纵向分配梁的搭设间距为40cm，其上交错铺设10×10cm 方木，方木上采用厚15mm 竹胶板做底模。

3.5 卸载支座

斜撑下端设有由两个楔形块组成的卸载支座，楔形块间通过螺栓连接，卸载时扭出螺栓，水平向敲击楔形块，使其间相对滑动，降低支座高度，即可完成卸载。

卸载支座上下两端均设有法兰盘，下端采用螺栓与对应在承载纵梁翼缘板上开的螺栓孔联结固定，卸载支座上端采用U 形螺栓与横向分配梁联结固定。

4 托架施工技术要求

4.1 放样与下料

根据设计图纸，核对并选择合适的材料规格、型号，按设计配料和放样，确保所有材料的准确性和一致性。对钢材表面进行彻底清洁，清除油污、泥土和其他杂质。

4.2 切割工艺

板材切割在专用的切割平台上进行，确保切割的精度和品质。

4.3 组装与焊接

在组装前，对所有零件进行矫正，以使其尺寸、形状符合精度要求，并按结构类型、焊接方式和工艺要求确定合理的组装顺序，以降低焊接变形，在组装过程中，要确保每个零件都能够方便、稳定地安装。

焊工必须持有相关证书，施焊前要检查连接构件的制作质量和焊区的处理情况，以达到要求。施焊前，施工人员应熟悉施工图，并确保焊缝的长度和厚度满足要求。

4.4 质量控制与返工

焊缝不得有气孔、裂纹、夹渣等缺陷，如发现缺陷及时返工处理。当对同一处焊缝进行两次返修还不合格时，按报废处理。

4.5 除锈与涂装

除锈和涂装工作在焊缝质量检测合格后进行，要求涂装的施作人员经过专业培训，熟悉涂料的性能和涂层作业要求。

4.6 托架加工与安装

采用合理的施焊顺序，进行托架加工的构件加工，以保证焊缝质量，并确保焊接变形控制在合理范围内。对构件的关键承载焊缝进行无损检测（如X 光或超声波检测），满足设计和施工规范要求后，方可连接安装。及时处理无损检测不合格或目测不合格的焊缝。当构件焊接变形过大时，采取矫形处理，确保连接处紧密贴合。0 号块浇筑期间，专人监测托架杆件、模板和主要焊缝状况，出现异常情况，如焊缝开裂等时，立即停止施工并查找原因。

4.7 施工完成后的检查与加固

在完成托架安装后，对承载杆件进行全面检查，如有变形等异常，分析原因并进行相应的加固措施。

4.8 安全注意事项

施工人员按规定要求佩戴完好、有效的安全帽、安全带等防护用品。并穿戴整齐，裤角扎好，穿合适的鞋子，避免光滑的硬底鞋。并在坚固的桥墩砼结构或主筋上系牢安全带，不得系在活动物件上。

5 反向预压系统的应用

0 号块托架预压传统做法是堆载预压，不仅操作复杂，且施工成本高，历时较长，本项目创造性地采用反向预压法。

5.1 预压点位确定

根据施工实际荷载分布情况，将施工荷载（包括0 号块砼重量及施工所产生的其它各种荷载）转化为作用于托架的等效多个集中荷载。

0 号块悬空段（单侧）施工荷载计算得193.2t，预压施加总荷载为193.2×1.2=231.84t。考虑将托架单侧预压荷载转化为8 个集中荷载[3]，布设以墩身为中心，每个托架上布设8 个预压点位。反向预压集中荷载点位布置如图6所示。

图6 反向预压点位布置图

5.2 荷载转换

根据施工实际荷载分布情况，通过公式计算，转化得各反力预压点的集中荷载为289.8kN。

5.3 预压体系设计

①钢绞线选定。

根据上述计算所得的集中荷载为289.8kN，每个反向预压点设置1 束Φ15.2 钢绞线，以钢绞线85%理论张拉力作为施力控制的上限，1 束Φ15.2 钢绞线完全满足张拉要求。钢绞线下料长度为反支点锚具到托架的斜长、钢绞线承台锚固端长度、张拉端长度之和。通常钢绞线在承台内的锚固长度为0.6～0.7m，本项目按1m 长度预埋。根据千斤顶类型和张拉工艺确定张拉端长度。

②钢绞线锚固端预埋。

在浇筑承台砼前，根据反向预压系统设计方案进行钢绞线下端锚固系统的安装和加固。

为了防止外露钢绞线生锈和在后续施工中受到机械损伤，使用塑料膜和PVC 保护套管对其进行多层包裹。在预压时，将钢绞线引至墩顶托架预压梁上进行张拉预压。

③预压分配梁安装。

根据反支点预压点位布设图，于托架纵向分配梁上搭设预压分配梁，预压分配梁采用2I40 工字钢制作。

④钢绞线张拉端安装。

在预压分配梁搭设完成后，人工配合电动葫芦将钢绞线张拉端引至预压分配梁的对应位置，安装锚具和夹片固定钢绞线。

⑤分级张拉、持荷、卸载和变形监控测量。

张拉工作以墩身纵向中心线开始，向两侧对称进行。张拉力分3 级进行，即60%、80%和100%的计算值。达每级张拉值后，保持24h，由技术人员按设置的变形观测点测量托架的变形情况，每4h 测量一次。完成全部荷载的施加，保持24h 后，当托架达到不变形的稳定状态时，按从外向内，两侧对称的方式分级卸载，同时进行变形测量。

⑥数据分析。

通过对观测数据进行分析处理，最终确定弹性变形量及非弹性变形量，据此进行0 号块底模安装标高的调整。

6 结束语

通过对连续梁0 号块现浇支架的创新设计，本项目成功地提高了施工效率，降低了成本。该创新设计不仅解决了传统支架系统存在的问题，而且为未来的桥梁施工提供了新的思路和方法。通过不断的实践和改进，我们有信心这种创新设计将继续在未来的桥梁施工中发挥重要作用，推动行业的进步和发展。