花瓶墩高墩現澆箱梁支架的扁擔梁運用技術

韓勝

（貴州省公路工程集團有限公司，貴州 貴陽 550008）

目前，以貝雷梁—鋼管柱支撐體系作為跨中受力支撐、以牛腿作為墩頂荷載支承的支架配置組合，在花瓶高墩的預應力現澆箱梁的支架設計中得到廣泛應用。為降低花瓶墩墩帽側面牛腿的施工難度，同時保障支架的結構支承能力，以扁擔梁替代牛腿的創新支架優化方案應運而生。本文通過優化設計雙山大橋花瓶墩現澆支架，研究了扁擔梁應用工藝的設計與施工控制過程，以期為相關人員提供可靠的參考依據，提高花瓶高墩支架的方案設計和施工控制水平。

一、工程概況

貴州省興義環城高速公路雙山大橋位于貴州省黔西南州興義市頂效鎮境內，為左右幅分離式橋。橋梁前三跨為3m×46m預應力混凝土現澆箱梁，其中左、右幅第二跨和第三跨上跨城市主干道東風林大道，其余八跨為40m先簡支后連續預應力T梁。

雙山大橋下構布置為左、右幅0#臺，位于雙山隧道出口的陡峭坡面，重力式U型橋臺，距離大道邊緣綠化帶約51m；左、右幅1號墩，位于東峰林大道邊緣綠化帶外緣的石壁上，矩形花瓶墩，墩高37m，斷面尺寸2.4m×6.5m；左、右幅2號墩位于東風林大道中央分隔帶綠化帶中，矩形花瓶墩，墩高47m，墩徑2.4m×6.5m。中央分隔帶綠化帶寬8m；左、右幅3號墩位于東風林大道右側運動跑道外側，矩形花瓶墩，墩高46.5m，墩徑2.4m×6.5m。

二、支架優化之“扁擔梁”設計及驗算

（一）原支架體系構成

雙山大橋上構現澆支架采用貝雷梁-鋼管柱支撐體系。其中，第一跨和第二跨單幅每組鋼管支墩橫橋向布置3排，每排4根，每組共12根；鋼管柱外徑φ610mm，壁厚16mm，第三跨單幅每組鋼管支墩橫橋向布置兩排，每排4根，每組共8根；鋼管柱外徑φ1020mm，壁厚10mm，鋼管墩組采用I25工字鋼設置斜撐，層間距6m。在鋼管柱頂部，以3根I56a型工字鋼組合橫梁支撐貝雷片桁架梁。貝雷桁架梁端部，即在混凝土花瓶墩墩帽位置，設預埋裝配式斜腳牛腿，1號和2號花瓶墩橫向正面布置三組6個，縱向墩側面布置3個，對稱布置，3號過渡墩正面布置五組。

（二）原方案存在的問題及設計優化

在方案校核的過程中，花瓶墩墩帽圓弧段牛腿頂部橫梁懸挑長度為78cm，靠花瓶墩大面方向牛腿頂部橫梁外挑1.25m，因此出現了兩個問題。一是墩柱側立面的牛腿安裝困難，且預埋件盒需切割過多墩柱受力主筋，影響該曲面墩柱結構受力。二是由于懸挑長度較長，挑梁在支架拼裝過程中容易產生不平衡失穩，且在后期箱梁澆筑加載后，由于橋梁底面縱坡較大，混凝土的流動也容易對挑梁造成不平衡受力，從而產生受力失穩風險。結合實際情況，經過多次現場調研和方案對比，項目方決定優化施工方案。

首先，采用I25×4工字鋼+Φ32精軋螺紋鋼+I20×3工字鋼組合替代原花瓶墩墩帽側面斜角牛腿，為貝雷片的下承橫梁提供支承力；其次，兩組I25×4工字鋼橫挑梁分別置于墩頂橫橋向兩側，通過騎馬卡錨固墩柱頂預埋鋼板，扁擔梁的懸挑長度將由原方案的78cm縮減至30cm，大大縮短了懸挑力臂，降低了承重挑梁的負彎矩。在扁擔梁上預留精軋螺紋孔道，采用Φ32精軋螺紋作為豎向傳力構件，懸吊墩柱大面的I56a受力下承橫梁，如圖1、圖2所示。

圖1 優化支撐體系設計圖

圖2 支撐體系細部構造設計圖

（三）Midas Civil 建模驗算

為保證結構安全，扁擔梁優化方案采用Midas Civil優化模型進行模擬，仿真計算模型中采用的鋼材、混凝土和預應力筋等材料的特性值均符合現行設計規范，相關型鋼材料參數符合相關型材國家標準取值。通過驗算，結果均滿足《鋼結構設計規范》(GB50017—2017)要求。

三、扁擔梁的安裝與控制

（一）扁擔梁的安裝

扁擔梁可在地面完成工字鋼組合焊接后，再吊到墩頂進行安裝，在連接豎向精軋螺紋吊帶使其承受豎向荷載前，應做好準備工作。

首先，應嚴格根據箱梁底高程、扁擔梁梁高反算墩帽預留槽口高度，扁擔梁頂面除預留箱梁底模板的安裝高度外，還應鋪設碎石或砂墊層為拆除底模提供必要的施工空間。

其次，由于豎向精軋螺紋吊桿頂面會高出扁擔梁頂面10cm～15cm，如果過多地降低花瓶墩墩頂高程以保障預留施工空間，預留槽口勢必會對過多墩頂構造鋼筋構成影響（改變構造鋼筋形狀或切割避讓）。為避免該情況發生，可讓豎向精軋螺紋吊帶適當占用箱梁底板混凝土空間，只需要在對應的箱底位置采用Φ100的PVC管預留出精軋螺紋的施工空間即可。

然后，在墩頂混凝土施工時，應沿扁擔梁縱向的兩側在墩帽前后兩端各預埋一塊鋼板。當扁擔梁吊裝至墩帽頂面完成放樣定位后，通過預埋鋼板焊接騎馬卡環鎖定扁擔梁，以抵抗在支架安裝和拆卸過程中產生的部分不平衡力，避免扁擔梁失穩。

最后，為保障扁擔梁組合的各根工字梁受力均衡和增大梁體抗剪性能，應在豎向精軋螺紋的組合梁吊點頂面和側面加焊一塊厚20mm的鋼板進行受力加固。

（二）扁擔梁的設計和施工控制

用扁擔梁代替花瓶墩側向的圓弧面牛腿，則下承橫梁的支點受力從原先的以牛腿作底面支承變成通過精軋螺紋進行豎向懸吊。當施工荷載加載后，精軋螺紋因加載豎向拉力而產生的豎向形變，與墩柱大面上的牛腿形變具有一定的差異，為保障下承橫梁不因加載形變而產生支點受力不均，應在扁擔梁和下承橫梁的受力計算和施工過程中，對相關事項進行優化計算和施工控制。

首先，在進行下承橫梁受力計算時，應根據扁擔梁、下承橫梁和精軋螺紋的材料特性，結合荷載加載的不同階段，計算需要對下承橫梁的預加載應力情況，并在支架安裝和混凝土施工的不同階段進行應力加載，使得扁擔梁、帶吊和下承橫梁在箱梁混凝土加載后，下承橫梁在牛腿支點處的形變小于等于牛腿的形變值，確保橫梁的各支點斷面受力分配均衡。

其次，應分層循環澆筑箱梁混凝土。在混凝土澆筑前做好澆筑方案設計，避免對扁擔梁造成單端偏載、對扁擔梁支架造成不可逆的損傷。

四、結語

從實踐結果來看，扁擔梁施工工藝在雙山大橋得到了很好的應用。該方案不僅可行，且達到了優化施工設計、降低施工難度、減少施工步驟、提高施工功效，以及降低施工成本的效果。作為一種創新工藝，雖然仍有提升空間，但并不妨礙其成為花瓶高墩圓弧面支架支承點設計的又一選擇方案，值得在現澆箱梁支架施工中推廣應用。