寬幅箱梁0#塊托架設計及施工方法研究

梁啟祥

【摘要：】文章以賀州至巴馬高速公路（象州至來賓段）培森柳江特大橋（145+280+145）m部分斜拉橋為工程依托，針對寬幅箱梁0#塊施工難點問題，提出一種適用于寬幅箱梁0#塊施工用的裝配式預應力牛腿托架及其預壓方式，并采用Midas Civil有限元軟件對預應力牛腿托架結構進行仿真分析，驗證其結構的強度、剛度及穩定性。工程實踐證明，該預應力牛腿托架無須高空焊接作業，操作簡便，工后預應力牛腿托架可全部回收利用，為同類型橋梁涉路施工提供參考。

【關鍵詞：】寬幅箱梁;0#塊;預應力牛腿托架;托架預壓;施工方法

U445.4A411373

0 引言

0#塊施工是懸臂澆筑施工的關鍵步驟，也是整個大橋施工的關鍵。采用合理的0#塊托架設計及施工方法是0#塊施工安全及質量的保障[1]。本文以賀州至巴馬高速公路（象州至來賓段）培森柳江特大橋（145+280+145）m部分斜拉橋為工程依托，針對寬幅箱梁0#塊施工難點問題，提出一種安全可靠、施工便捷的裝配式預應力牛腿托架及其預壓方式，并且工后可完全回收進行周轉利用。該方法有效保障了寬幅箱梁0#塊的施工。

1 工程概況

培森柳江特大橋主橋長570 m，橋型設計為145 m+280 m+145 m預應力混凝土部分斜拉橋，橋面按整幅布置，總寬29 m。下部墩身結構整幅布置，采用單箱雙室箱形斷面，平面尺寸為21.6 m（橫橋向）×8.0（順橋向）m，墩柱順水流方向設置圓倒角。0#塊尺寸為：節段長12 m，梁高11.5 m（梁高為箱梁中心處高度），底板寬20 m，兩側翼板挑臂各長4.5 m，外腹板為直腹板，頂板寬29 m，采用單箱三室截面，墩頂正上方邊腹板厚度為1.1 m，懸挑段邊腹板厚度為1.0 m。

2 0#塊托架設計

托架牛腿采用[36、[32和[28槽鋼組合設計。托架牛腿下弦桿用2][36a槽鋼加10 mm厚鋼板封口，總長度為120 cm;立柱用2[]28a槽鋼加10 mm厚鋼板封口，總高度為420 cm;其余桿件用2][32a槽鋼，其中上弦桿、斜腹桿加10 mm厚鋼板封口。橫橋向牛腿的上弦桿總長度為290 cm，順橋向（翼板側）牛腿的上弦桿總長度為400 cm。

采用牛腿作為托架的承重結構，橫橋向每側設置6榀，縱橋向每側設置3榀，同側牛腿通過橫聯連接，以增強牛腿托架整體穩定性。牛腿下弦桿支撐于預埋在墩身的盒子（下支點）上，即牛腿下弦桿伸進墩身混凝土預埋深度為55 cm的預留孔內。橫橋向布置的牛腿通過精軋螺紋鋼筋在兩側對拉進行錨固，順橋向布置的牛腿則通過精軋螺紋鋼錨固在墩身內隔板上。牛腿上設置橫、縱向貝雷梁作為承重傳力結構。

牛腿橫聯采用[10槽鋼焊接成的桁架，橫、縱梁采用貝雷梁，外懸段底板及翼板模、側模采用大塊定型鋼模板。托架結構如圖1～2所示。

3 牛腿預壓

3.1 牛腿預壓設計

0#塊托架牛腿預壓采取在地面水平預壓，由四個牛腿對稱布置，組成兩組，用對拉的方式實現預壓的目的。兩組牛腿間用C40混凝土、C40鋼筋混凝土支墊，左右兩側牛腿采用精軋螺紋鋼對拉錨固。精軋螺紋鋼間距布置大致與實際布置位置相同，間距分別為80 cm、150 cm。C40混凝土墊塊尺寸為：長350 cm，寬120 cm，高50 cm;C40鋼筋混凝土墊塊尺寸為：長50 cm，寬120 cm，高50 cm。

左右兩組牛腿各用兩根精軋螺紋鋼，采用千斤頂單端張拉。托架預壓時，應左右對稱同時頂升千斤頂。預壓荷載分4級進行加載，即按預壓荷載的60%、80%、100%、120%加載，加載達到設計荷載后，間隔24 h監測一次監測點變形數據，達到要求后可以卸載。預壓荷載卸載時應對稱、均衡、同步進行。具體見圖3。

3.2 預壓荷載及加載順序

預壓加載分4級進行，在加載前及加載預壓荷載的60%、80%、100%、120%荷載時均按規范要求記錄觀測變形情況（見表1）。

預壓監測：在牛腿端部對應位置的地面上設置記號，作為觀測點。在支架安裝完成，荷載加載準備工作就位后，進行第一次基準位置觀測。在每級荷載加載間歇時間內進行對應的變形量測。

預壓過程準確記錄數據在記錄表中，并計算每個觀測點的彈性變形值及非彈性變形值，直至完成加載。

卸載過程同樣分4級進行，即120%、100%、80%、60%，每當卸載一級時，均應進行觀測記錄，直至完全卸載。

4 托架結構仿真計算

4.1 計算工況及荷載組合

根據施工工藝，0#塊分兩次澆筑施工，第一次澆筑4.5 m，第二次澆筑7 m。兩次澆筑混凝土托架受力分析如下：

（1）工況一：澆筑第一次混凝土

托架主要承受第一層混凝土自重、模板自重（側模和底模）、支架自重（翼板支架）及施工荷載。內底模托架承受箱梁箱室底板及下方主墩頂節混凝土荷載。

（2）工況二：澆筑第二次混凝土

因托架受力后彈性變形未恢復，托架與第一層已澆筑梁體共同承受第二層混凝土自重、模板自重（側模和頂、底模）、支架自重（翼板支架和內箱支架）及施工荷載。

已成型的第一層混凝土結構在0#塊腹板第二層混凝土澆筑施工中參與受力程度系數按最小值0.6取值，即托架最大承受第二層混凝土澆筑施工荷載的40%，而翼板混凝土荷載完全由翼板模板承受。因此計算加載時，箱梁頂底板及腹板荷載取第一層澆筑時100%載荷+第二層澆筑40%載荷，計算結果偏安全。

荷載組合為：1.0第一層梁體自重+1.2第二層梁體40%自重+1.2模板自重+1.2支架自重+1.4施工荷載。

4.2 有限元計算結果

對托架結構整體進行有限元計算分析[2]（見圖4）。

工況二為最不利荷載工況。在工況二（托架承受0#塊第一層混凝土重量和第二層40%混凝土重量）荷載下，各構件受力情況計算結果匯總如表2所示。

根據表2計算結果，0#塊托架的強度、剛度以及穩定性均滿足要求。

5 預應力牛腿托架施工

5.1 牛腿安裝

牛腿桁架下弦桿伸進墩身混凝土預留孔內，底部接觸良好無縫隙;牛腿上部通過墩頂預埋鋼筋掛保險繩防掉落。牛腿固定好后，在預留的拉桿孔穿設強度為PSB785級的JZ-32精軋螺紋鋼筋拉桿并進行臨時鎖定。橫橋向布置的牛腿通過精軋螺紋鋼筋在兩側對拉進行錨固，順橋向布置的牛腿則通過精扎螺紋鋼錨固在墩身內隔板上。張拉完成后，預留孔兩側空隙采用鋼板進行填塞，以保證下支點無橫向移動。如圖5所示。

5.2 牛腿預應力張拉

牛腿安裝鎖定后，依次進行精軋螺紋鋼的預應力張拉。根據受力計算得出的各點拉力進行張拉錨固，如表3所示。

牛腿全部錨固完成后，吊裝橫聯。橫聯設置在斜腹桿面。橫聯與牛腿采用螺栓連接，防止牛腿左右擺動，以增強牛腿托架整體穩定性。

5.3 托架縱橫梁及模板安裝

托架縱橫梁采用貝雷梁，在牛腿安裝完成后，即可進行貝雷梁縱橫梁的安裝。安裝前，需注意在牛腿上設置卸落。縱橫梁事前預拼成組，進行吊裝。完成縱橫梁安裝后，進行模板安裝。

6 結語

本文以培森柳江特大橋為工程依托，針對寬幅箱梁0#塊施工進行托架方案設計。本文提出的一種0#塊施工用預應力牛腿托架及施工方法，經工程實踐證明，該預應力牛腿托架能有效保證寬幅箱梁0#塊的施工和質量安全。預應力牛腿托架結構安全可靠，且主要存在以下優點：

（1）牛腿桁架及橫梁在工廠內加工制作，質量可靠。現場安裝采用精軋螺紋鋼錨固，無須進行焊接作業，可有效降低安全風險。

（2）較常規0#塊托架采用承臺預埋精軋螺紋鋼并利用鋼絞線張拉方式預壓或采用高空堆載預壓方式，結合托架受力計算，本文采用地面牛腿預壓方式，有效避免了常規預壓方式中張拉過程繁瑣、材料浪費大、高空吊裝安全風險高、工期長等問題。

（3）整個牛腿托架結構為裝配式結構，安裝速度快，可節約大量托架安裝時間。在工后，完全可以進行回收周轉，無材料浪費，符合綠色發展理念。

實踐表明，該預應力牛腿托架結構對寬幅箱梁0#塊的施工提供了諸多有利條件，具備安全、經濟、環保、高效的優點，可為類似工程項目提供參考。

參考文獻：

[1]韓 一.懸臂澆筑法在橋梁施工中的應用[J].交通世界，2018（21）：92-93.

[2]匡志強.連續剛構高墩長懸臂0#塊托架設計與施工分析[J].西部交通科技，2021（7）：101-103.