剛構橋裝配式預應力牛腿支撐施工方法

摘要：裝配式預應力牛腿支架較傳統的滿堂支架、預埋牛腿法適用性更廣，具有易周轉、標準化強的特點。文章介紹了裝配式預應力牛腿支架在剛構橋0#塊、1#塊現澆施工中的具體應用方法，闡述了該施工方法的特點、適用范圍、工藝原理、施工流程及操作要點。

關鍵詞：裝配式預應力牛腿;剛構橋;施工方法

文獻標識碼：U443.16-A-40-137-4

0 引言

隨著公路基礎設施由平原地區或微丘地區逐漸向崇山峻嶺山區挺進，剛構橋在公路所占的比例越來越大，同時剛構橋在梁、墩（塔）結合的部位通常有著大體積的懸挑混凝土，這一部分混凝土的施工支架承重系統在滿足目前的常規施工基礎上，如何更進一步實現經濟、高效、安全、環保，是個需要認真思考的問題。

目前，我國在剛構橋的0#塊、1#塊施工時主要采用滿堂支架法和預埋牛腿法。由于混凝土的體積大、重量大，滿堂支架法對地基的要求非常高，早期沉降和后期的不均勻沉降都會給混凝土帶來不可估量的破壞。而預埋牛腿法需要進行大量的現場焊接作業，如果現場焊接條件并不是很好（如大風天氣的影響、高空施工的影響、立焊作業的不可預見性等），導致預埋件留下質量隱患，從而導致牛腿的荷載承受能力下降、變形量增大，最終影響混凝土質量和現場施工安全。

而在0#塊施工中采用預應力牛腿支架施工工藝，有施工較為便捷、整體結構穩定、施工安全、能實現標準化、較易周轉、降低施工成本、無污染等優點。

1 方法特點

1.1 裝配化、標準化程度高

預應力牛腿克服了傳統滿堂支架和預埋牛腿結構存在的不足，能夠實現標準化制造，施工時安裝方便，結構牢固，提高施工效率。所使用的三角桁架結構、橫聯結構和剪力槽制作材料均采用型鋼，材料來源便捷，工廠里集中加工，加工條件好，加工尺寸精度高，焊接質量能得到充分的保證，標準化程度高。

1.2 安裝簡單、受力明確

預應力牛腿采用預應力裝置的張拉來消除施工過程中三角桁架結構的豎桿因承受懸臂荷載時產生的變形，系統整體穩定性好，安全性高。使用預應力牛腿施工時各部件安裝簡單，一目了然，現場不需要進行焊接作業，操作方便，不需要強體力勞動。

1.3 顯著優勢

預應力牛腿由三角桁架結構、橫聯結構、預應力裝置組成。安裝時為裝配式安裝，操作簡單，施工便捷，整體結構穩定，施工安全、能實現標準化，較易周轉、降低施工成本、無污染。

2 工藝原理及適用范圍

本工法適用于連續梁橋、剛構橋等橋梁0#或1#塊懸澆大體積混凝土施工及其他類似大體積混凝土懸臂施工。

3 工藝原理

通過對牛腿施加預應力從而減小實際施工時牛腿的變形，確保支架的穩定性。同時，牛腿的安裝、拆除過程中無材料損耗，高裝配化保證了100%重復利用。

4 施工工藝流程及操作要點

4.1 施工工藝流程

施工工藝流程如圖1所示，分為以下幾個步驟：

（1）根據懸臂混凝土的重量計算，設計圖紙，加工部件，并運至施工現場。

（2）按設計位置在墩身混凝土體澆筑時預埋剪力槽及預應力通道。

（3）待墩身混凝土體強度達到要求后，吊裝三角桁架結構，將三角桁架結構下弦桿插入剪力槽中，將預應力裝置中精軋螺紋鋼依次穿過三角桁架結構的豎桿、預應力通道、對稱側上三角桁架結構的豎桿，上緊兩端的螺母，使混凝土體相互對稱的兩榀三角桁架結構上的豎桿都緊貼混凝土體。

（4）重復步驟完成同一豎桿上其他組由精軋螺紋鋼及其配套的螺母組成的預應力裝置的安裝，如圖2所示。

（5）將所有豎桿上的精軋螺紋鋼按計算值進行張拉，完成張拉后上緊螺母。

（6）吊裝橫聯結構連接混凝土體同側上兩兩相鄰的三角桁架結構，采用焊接或者螺栓連接方式依次分別連接同側相鄰的三角桁架結構的豎桿、上弦桿、斜撐桿。

4.2 操作要點

4.2.1 支架設計

支架設計考慮三個方面的內容：

（1）支架的安全性，包括支架本身的強度、剛度、穩定性，也包括施工作業人員和材料設備的安全。

（2）施工方便，可操作性強，各項施工內容明了、直接，各項數值盡量采用易記的數字，材料采用市場能買到的通用材料。

（3）經濟性，即盡量少買新材料，從公司已有材料中組合搭配，即使需要用到新材料，也要考慮材料可回收，實現重復利用。

牛腿下弦桿通過預留方盒子，伸入混凝土55 cm，結構如圖3～4所示。

橫聯結構的主要作用是防止牛腿左右擺動，在牛腿的立柱、水平弦桿、斜撐上各加一聯，材料用I10槽鋼。橫聯結構與牛腿間用螺栓連接，如圖5所示。

牛腿下弦桿伸進混凝土的部分設計深度≥55 cm，從剪力槽平面往下（5+7.5+7.5）cm布設3層鋼筋網，網片用10 mm的螺紋鋼按7.5 cm×7.5 cm的網眼布置，下料長度為60 cm，每個牛腿下料48根。如圖6所示。

牛腿加工各焊點必須采用坡口焊，內外熔透。工字鋼在貝雷梁支點處、張拉節點處、各桿件交叉處進行加勁。

4.2.2 預埋件設置

承臺施工時應預埋反拉用的精軋螺紋鋼，布設位置應根據計算墩頂懸臂澆筑混凝土重心來確定。精軋螺紋鋼埋入混凝土里的深度應≥2 m，且底部利用螺栓、錨墊板加以錨固。

根據懸臂澆筑的混凝土底模標高確定牛腿預應力管道和剪力槽標高，在對應墩身節段澆筑前預埋牛腿預應力管道和剪力槽盒子。為保證預應力管道在混凝土澆筑過程中保持順直，可將角鋼布設于預應管道下方，焊接固定于墩柱主筋上面。剪力槽盒子安裝前應當應檢查尺寸，精確到毫米，以保證牛腿能夠順利安裝上去。

4.2.3 支架安裝

1#塊施工托架搭設在牛腿上，牛腿安裝在薄壁墩順橋向兩側，兩組三角形桁架，通過JL32預應力鋼筋固定在墩身上，同一面墻的兩個牛腿加橫聯結構固定。

1#塊施工托架預埋件設在薄壁橋墩前后兩側，一個懸臂端設兩條牛腿。牛腿預埋件須用測量儀器跟蹤測量，保證牛腿頂面為同一水平面，誤差控制在1 cm以內。

4.2.4 施加預應力

這是預應力牛腿施工的關鍵工序，也是確保質量和安全的重點工序。

應力大小既要滿足三角桁架產生的拉力，又要滿足精扎螺紋鋼的安全系數，通過計算，按JL32的屈服強度50%時能滿足兩者要求。

4.2.5 預應力牛腿支架的拆除

懸澆混凝土澆筑完成后拆除順序大致與安裝的順序相反，依次拆除底模、橫向分配梁、橫聯結構、預應力裝置、三角桁架結構。

拆除預應力精軋螺紋鋼：先對桁架進行捆綁，防止墜落，然后從上到下依次用千斤頂對精軋螺紋鋼施加拉力，松開螺栓至消除其預應力，最后逐根拆除精軋螺紋鋼。

拆除牛腿：用鋼絲繩從0#塊頂將牛腿掛住，再利用卷揚機鋼絲繩繞過轉向滑輪把牛腿底的牛腳從盒子里緩慢拉出，最后再利用塔吊將牛腿放下至墩底。

5 質量控制

單邊兩副牛腿在受力不均勻時，容易出現沉降較大的情況，故在這兩副牛腿之間加設橫聯結構，以加強兩副牛腿的整體受力效果和抗水平分力的能力。

預應力牛腿支架的關鍵是施加預應力：（1）張拉力一定要達到計算得到的數值;（2）要保證精扎螺紋鋼的螺帽要扭緊到位，為了保險起見一定要加雙螺帽。

6 安全措施

在牛腿支架向下投影的范圍下方地面區域設置安全防護警戒帶，加預應力時要檢查好預應力筋，不能用有損傷的預應力筋。牛腿預壓過程中，人員不要在加載區逗留。牛腿預壓時設專人負責觀察是否出現異常，是否有異響。施工人員進入施工現場，必須戴好安全帽，登高作業人員必須系好安全帶，穿防滑軟底鞋。

7 結語

本文闡述了懸澆大體積混凝土施工用的預應力錨固牛腿支架構造及其施工方法，構造包括三角桁架結構、剪力槽、預應力裝置和橫聯結構。在混凝土體兩側根據設計需求預埋若干個相互對稱的剪力槽，在所述剪力槽上對應固定安裝三角桁架結構;而兩兩對稱的三角桁架結構之間通過預應力裝置貫穿于混凝土體內的預應力通道連接固定;在同側彼此相鄰的兩個三角桁架結構之間安裝有橫聯結構，最終形成一個穩定整體承擔上部大體積混凝土施工的荷載。本施工方法相對于傳統滿堂支架或常規預埋牛腿工藝具有施工較為便捷，整體結構穩定，施工安全，能實現標準化，較易周轉，降低施工成本，無污染等特點。

參考文獻

[1]蔣昌盛.一種懸挑大體積混凝土施工用的預應力錨固牛腿支架構造[P].中國專利：ZL 2017 2 0620864.2，2017-05-31.

收稿日期：2021-03-08

作者簡介：

姚康力（1989—），工程師，主要從事道路、橋梁的施工管理研究與科技創新工作。