三岔口雙線特大橋高墩連續剛構0#塊施工支架平臺設計與施工

賀志榮

(中鐵二局股份有限公司，四川成都610031)

隨著鐵路、公路建設的發展，橋梁施工中橋梁結構正向大跨、薄壁、輕型、整體方向發展，高墩大跨徑預應力混凝土連續梁(剛構)得到了廣泛的發展。

目前在橋梁施工中比較常見的是預制梁和現澆連續梁(剛構)。預制梁的施工技術比較成熟，施工方法基本相同，應用比較廣泛;現澆連續梁(剛構)特別是利用掛籃施工的連續梁(剛構)施工方法很多，但0#塊施工是此類橋梁施工的重點，如何正確設置0#塊施工平臺是連續剛構橋梁0#塊施工的關鍵。

1 工程概況

新建蘭渝鐵路三岔口雙線特大橋位于廣元市蒼溪縣鴛溪鎮境內，中心里程為D1K641+797。其主要技術標準及使用范圍如表1。

表1 主要技術標準及使用范圍

本橋主墩為高59m、62m的單肢空心薄壁高墩。主橋上部結構為(40+72+40)m連續剛構;孔跨結構為:14×32m簡支T梁+(40+72+40)m連續剛構+5×32m簡支T梁，全長787.83m。主橋縱橋向劃分為8個標準對稱梁段，連續剛構0#梁段長12m，高6.2m。箱梁設計為縱向、橫向、豎向三向預應力結構，采用單箱、單室、變截面箱梁，梁體全長153.3m，中跨中部10m梁段和邊跨端部9.65m梁段為等高梁段，梁高3.4m;中墩處梁高6.2m，其余梁段梁底下緣按二次拋物線Y=2.8X2/282+3.4m變化。箱梁頂板寬9.46m，箱梁底寬6.4m。

2 支架平臺設計

2.1 支架平臺設計原則

本橋主墩高、0#塊自重大、單懸臂長，且采用C55高性能混凝土(圖1)，支架設計的難點是剛度和強度控制。針對以上情況，本橋0#塊施工支架平臺就地取材，采用棧橋拆卸I36a工字鋼形成支架縱橫向主平臺，同時在墩身預埋I36a工字鋼斜撐與施工平臺形成三角形支架，其設計荷載須滿足:混凝土自重、模板支架重量、人群機具重量、風載、雪載、沖擊荷載等。

圖1 連續剛構0#塊結構簡圖

2.2 支架平臺設計

根據本橋高墩特點，0#塊施工支架平臺采用勁性牛腿膺架。0#段支架系統采取在墩柱上預埋縱向I36a工字鋼5根(單根長14m)，縱梁上的橫向分配梁采用I36a工字鋼15根(單根長12m)，并在墩身中埋設2層25鋼筋網片，防止縱向分配梁損傷墩壁混凝土。縱、橫向工字鋼上下面焊接25鋼筋，保證其間距，防止工字鋼側翻。同時采用I36a工字鋼作為斜撐，上下分別與I36a工字鋼縱梁和墩身預埋鋼板焊接，焊縫高度hf≥8mm，形成托架主要受力平臺體系。工字鋼上滿鋪14cm×14cm縱橫向枋木，在枋木上搭設48×3.5鋼管腳手架，鋼管腳手架設置頂托及底托，鋼管縱向間距為60cm，橫向間距為 30cm、60cm、85cm，同時按 30°～60°設置縱橫向剪力撐【1】。鋼管頂托上設置14cm×14cm縱橫向枋木，枋木相互錯頭1.0m以上，在腹板下橫向枋木適當加密。縱向枋木上鋪設25mm厚竹膠板，以形成640cm寬底模。具體布置見圖2、圖3。

圖2 0#段旁墩支架橫向布置

圖3 0#塊旁墩支架縱向布置

2.3 支架平臺驗算

2.3.1 荷載計算

2.3.1.1 恒載

(1)縱向混凝土線荷載Q1

0#塊長12m，體積239.78m3，梁體自重取26.5kN/m3。

底板線荷載:6.4×0.75×12×26.5/12=127.2kN/m;

腹板線荷載:0.75×4.7×2×12×26.5/12=186.8kN/m;

頂板線荷載:6.4×0.35×12×26.5/12=59.4kN/m;

縱向上倒角線荷載:1.05×0.35×12×26.5/12=9.7kN/m;

縱向下倒角線荷載:0.4×0.4×12×26.5/12=4.2kN/m;

翼板線荷載:(0.35+0.60)×1.53×12×26.5/12=38.5kN/m;

(2)支架平臺線荷載Q2

支架平臺荷載包含工字鋼鋼支架自重、鋼管腳手架自重、枋木自重、模板自重:Q2=858.61/12=71.55kN/m。

2.3.1.2 活載Q3

施工荷載:2.5×12×6.4/12=16kN/m;

混凝土沖擊振搗產生荷載:4×12×6.4/12=25.6kN/m;

活載總值:Q3=16+25.6=41.6kN/m。

2.3.1.3 荷載總值Q

荷載分項系數取恒載1.2，活載1.4(已充分考慮風雪等其他相關荷載)【2】;

線荷載總值:Q=(Q1+Q2)×1.2+Q3×1.4=569.2kN/m。

2.3.2 支架平臺驗算

支架驗算采用MIDAS Civil2010軟件進行分析。

查表知，I36a截面特性:

截面面積:A=7 644mm2

慣性矩:Ix=157 960 000mm4

截面抵抗矩:Wx=877 600mm3

彈性模量:E=2.1×105MPa

(1)橫向I36a分配梁計算

(2)橫向最外側的兩根縱向I36a受力計算

I36a工字鋼截面應力σ=M/W=153.50×106/11/877 600=174MPa【3】，由圖4、圖5 可知:I36a工字鋼在此支架平臺系統中σmax=－153.5MPa＜σ=174MPa，支架平臺設計滿足要求。

圖4 I 36a橫向分配梁計算

圖5 橫向最外側I 36a縱向分配梁受力計算

3 支架施工

3.1 支架施工

在墩身施工時即按設計圖紙進行支架預埋。施工原則:

(1)用于支架的工字鋼須全部檢查，變形者須更換;

(2)在支架焊接過程中對焊接質量須進行嚴格檢查;

(3)在支架上的工字鋼側面作標記，作為墩頂段施工觀測點，觀測墩頂變形;

(4)在澆筑混凝土前，須在箱梁底板，翼板上預留吊孔，供拆架使用;

(5)主橋進入掛籃施工階段方可拆除支架，斜撐預埋鋼板處采用22鋼筋網片及與橋墩相同強度等級的混凝土(同時添加聚丙烯腈纖維)補填空洞，力求墩身表面光澤一致。

(6)支架平臺四周應按相關規定設置作業平臺和防護圍欄，作業平臺下應設安全網，并在項目處懸掛安全標志，人員上下應設安全扶梯【4】。

3.2 支架預壓

為消除支架的非彈性變形，確定支架彈性變形值、檢查支架承載能力的需要，對支架進行預壓。

支架預壓采用砂袋堆積預壓。預壓時，支架及底模安裝完畢，同時考慮預壓時臨邊作業安全防護，對外模(定型鋼模)安裝并加固【5】，預壓重量Q=1.2×(內箱支架重量+人員、機具重量+鋼筋混凝土重量)。

為了保證預壓工況接近于施工實際工況，對預壓進行分區控制(見圖6)，同時在預壓加載過程中采用分級對稱加載預壓，按20%，50%，100%，120%四級進行加載。預壓時間為24h以上，且待支架趨于穩定后方可卸載。卸載時一次對稱卸載完畢。

卸載前必須對各部件進行檢查，檢查內容包含焊接質量(焊縫)、螺栓連接等。同時采用精密水準儀對預壓過程進行測定，加載前在現澆段底板兩端點、中點共布設三個觀測點(見圖6)，預壓前對底模頂面高程(h1)進行一次測定，預壓荷載滿荷時，再一次測定底模頂面高程(h2)，全部卸除預壓荷載后再次測定底模頂面高程(h3)。最后按照預壓結果對底模標高進行調整。

非彈性變形值(w)的確定按下式計算:w=h1－h3

彈性變形值(f)的確定按下式進行計算:f=h1－h2－w

圖6 預壓荷載分布、預壓測點布置簡圖

3.3 預壓成果分析

對分級加載預壓過程數據進行記錄、分析，同時計算出支架的非彈性變形及彈性變形，為正確設置0#塊施工的預拱度提供依據。預壓成果數據分析見表2。

表2 預壓成果數據分析表

根據以上成果分析，本橋0#段施工預拱度為:小里程15mm，大里程17mm。

4 結束語

0#塊施工是大跨徑橋梁施工的關鍵工序。尤其是高墩連續剛構，0#塊施工質量的好壞直接關系到結構的安全性、耐久性。對此類支架的設計中須注意對各結構部件的受力情況進行仔細的分析，施工中要對支架進行監控，保證施工支架的安全。等效預壓過程中加強測量，準確測得支架的非彈性變形和彈性變形，用于指導0#塊施工時預拱度的正確設置。從后期施工觀察，本工程0#塊大體積、長懸臂未見裂紋，且全橋線性控制較好，從而證明本橋0#塊勁性膺架平臺方案設計安全合理，滿足施工需求，可以使用，進而解決了高墩0#塊施工難題。

[1]JGJ130－2001建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術規范[S］

[2]GB50009－2001建筑結構荷載規范[S］

[3]孫訓芳，方孝淑，關來泰.材料力學[M］.成都:西南交通大學出版社，2003

[4]高速鐵路橋涵工程施工技術指南[S］

[5]TB10401－2003鐵路工程施工安全技術規程[S］