高墩大跨連續(xù)剛構(gòu)拱組合梁橋0#塊托架施工技術(shù)

林春

（山西高速集團(tuán)朔神有限責(zé)任公司，山西 朔州 036000）

1 工程概況

赤泥泉1號(hào)大橋全長(zhǎng)1066m，主橋?yàn)?124+248+124)m連續(xù)剛構(gòu)拱組合梁橋。11#、12#墩T構(gòu)為(124+248+124)m連續(xù)剛構(gòu)拱組合結(jié)構(gòu)梁的主墩。

圖1 赤泥泉1號(hào)大橋主橋上部結(jié)構(gòu)立面圖

梁體為箱梁，其高度及截面隨線形變化，箱形截面為單箱雙室的直腹板形式，頂板、底板及腹板局部向箱梁內(nèi)側(cè)加厚，均呈直線狀線性變化。箱梁的頂寬為14m，底寬為10.6m；在梁體的拱腳處，結(jié)構(gòu)會(huì)局部加寬，加寬段的頂寬為15.6m，底寬為13.4m；主梁0#塊與墩柱的固結(jié)形式為剛性連接。拱肋為鋼管混凝土的結(jié)構(gòu)形式。

主橋梁段共劃分為119個(gè)。0#長(zhǎng)度為17m，0#塊中支點(diǎn)處梁高15.5m，頂寬14m～15.6m，底寬10.6m～13.4m，翼緣板懸臂1.1m～1.7m，懸臂端部厚20cm，腹板厚分別為120m～260cm，倒角處局部加厚至340cm，底板的厚度為120m～250cm，呈折線變化狀。中支點(diǎn)處設(shè)2cm深造型槽，底部由墩梁固結(jié)處9m長(zhǎng)漸變至頂部17m長(zhǎng)，形成倒Y型構(gòu)造，梁寬設(shè)140×250cm倒角由標(biāo)準(zhǔn)段10.6m漸變至拱腳加寬段13.4m。0#塊C60混凝土共計(jì)2369.3m3（含拱腳）。

2 0#塊托架結(jié)構(gòu)形式及各桿件規(guī)格型號(hào)

主橋墩頂三角托架結(jié)構(gòu)上部用精軋鋼預(yù)拉在墩柱上，下部支撐在底部牛腿上。縱橋向兩側(cè)各設(shè)置6套三角托架，外側(cè)4個(gè)倒角各設(shè)1套三角托架。安裝時(shí)先用4束φ32mm精軋螺紋鋼對(duì)拉固定，再焊接托架與預(yù)埋件接觸部分，將下部支撐在底部牛腿上，底部牛腿通過(guò)兩束φ32mm精軋螺紋鋼對(duì)拉。墩柱施工時(shí)預(yù)埋托架牛腿，預(yù)埋位置與兩側(cè)托架上下錯(cuò)開(kāi)，安裝時(shí)用精軋螺紋鋼貫穿墩柱固定在內(nèi)壁對(duì)拉。

三角架上布置縱向和橫向主梁支撐結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，縱向主梁上設(shè)置排架支撐腹板和頂、底板重量，橫橋向次梁分布側(cè)模板，支撐側(cè)模板和翼板重量，為方便卸載，主梁底部設(shè)置砂箱。托架結(jié)構(gòu)具體布置如圖2所示。

圖2 0#塊托架立面圖

3 0#塊托架受力驗(yàn)算

采用Midas civil有限元分析軟件進(jìn)行計(jì)算，構(gòu)件均采用梁?jiǎn)卧M，分配梁與排架、排架與三角托架之間的連接為彈性連接。托架模型如圖3所示。

圖3 0#塊托架模型圖

圖4 三角托架組合應(yīng)力圖

3.1 托架各桿件計(jì)算

對(duì)0#塊托架模型施加混凝土荷載及模板、施工荷載，計(jì)算結(jié)果如表1所示，縱向分配梁、排架、橫梁及三角托架等各構(gòu)件應(yīng)力均滿足要求。

表1 各構(gòu)件應(yīng)力計(jì)算結(jié)果

由圖5可以看出，三角托架的變形最大值為1.36mm，其所允許產(chǎn)生的最大變形值為L(zhǎng)/400=6mm，三角托架的撓度滿足設(shè)計(jì)要求。

圖5 三角托架變形圖

3.2 托架預(yù)壓計(jì)算

赤泥泉1號(hào)大橋主跨連續(xù)梁0#塊托架預(yù)壓方式為利用千斤頂反壓加載。即通過(guò)頂升千斤頂，使其反力預(yù)壓縱向墊梁的方法預(yù)壓托架，縱向墊梁所受力等于反向預(yù)壓荷載產(chǎn)生的力。在變形較小的情況下托架結(jié)構(gòu)把作用在其上面的0#塊均布荷載轉(zhuǎn)換為集中荷載，使在這兩種工況下所產(chǎn)生的變形效果接近一致，也就是讓它們的撓度曲線達(dá)到一致。通過(guò)液壓千斤頂在托架頂集中施力，并隨0#塊混凝土重量的增加逐級(jí)加載，使托架變形量最大，從而達(dá)到等效預(yù)壓的預(yù)壓目的。通過(guò)托架預(yù)壓使其產(chǎn)生沉降，托架結(jié)構(gòu)的非彈性變形將會(huì)基本消除，托架的彈性變形可以通過(guò)調(diào)節(jié)千斤頂?shù)膹埨Φ玫捷^好控制。

3.2.1 反力架計(jì)算

在最大預(yù)壓荷載（120%預(yù)壓荷載）作用下反力架整體受力計(jì)算如圖6所示。

圖6 0#塊反力架預(yù)壓變形圖

由以上計(jì)算結(jié)果可知，最不利在最大預(yù)壓荷載作用下所受的最大組合應(yīng)力值為218.11MPa小于345MPa，最大變形為18.42mm小于5000×2/400=25mm，應(yīng)力及變形均滿足規(guī)范設(shè)計(jì)要求，結(jié)構(gòu)安全。

4 0#塊托架施工

4.1 托架施工

托架全程采用塔吊吊裝。

（1）墩柱預(yù)埋件：在墩柱施工時(shí)，按照設(shè)計(jì)的三角托架尺寸在墩身中埋入預(yù)埋件，左右側(cè)預(yù)埋件，上部預(yù)埋件單側(cè)共6套，距墩頂2.029m，沿中線對(duì)稱(chēng)布置，預(yù)埋件距中線分別為4.875m、3.875m和0.5m。下部預(yù)埋件距墩頂6.86m，位置同上部預(yù)埋件。倒角處墩柱預(yù)埋件，共計(jì)4套，距墩柱棱線0.7m，上預(yù)埋板距墩頂3.279m，下預(yù)埋板距墩頂8.03m。

（2）三角托架安裝：墩柱拆模后，將牛腿剪力鍵焊接在預(yù)埋鋼板上，然后在牛腿上焊接三角桁立柱。縱橋向兩側(cè)各設(shè)置6組托架牛腿，倒角處設(shè)置4組，立柱、縱梁及斜撐均采用雙HM588型鋼，下部支撐在底部牛腿上，下部牛腿通過(guò)兩束精軋螺紋鋼對(duì)拉，上部牛腿通過(guò)4道精軋螺紋鋼對(duì)拉，每一榀三角支架在地面加工好之后整體吊至作業(yè)面固定。

（3）下落裝置、橫梁、施工平臺(tái)及排架安裝：三角架上先布置砂箱作為下落裝置，縱向間距為0.5m/1.5m/1.6m，橫向間距為1m/3.375m/1m/3.375m/1m；再安裝橫向主梁，單側(cè)3組，材質(zhì)見(jiàn)技術(shù)參數(shù)，間距同砂箱間距；最后安裝縱梁（施工平臺(tái)下）及排架，順橋向縱梁12件，底板下排架46件，縱梁間距為0.8m/0.6m，排架中心間距0.28m×4+0.65m+0.73m×3+0.735m+0.26m×4+0.735m+0.73m×3+0.65m+0.28m×4。

4.2 支架預(yù)壓

4.2.1 加載方式

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，通過(guò)墩柱預(yù)埋PSB930精軋螺紋鋼結(jié)合組合貝雷片、液壓千斤頂對(duì)墩頂外懸段托架預(yù)壓。

4.2.2 預(yù)壓目的

整個(gè)托架系統(tǒng)拼裝完成后，需要對(duì)已施工完成后的托架預(yù)壓，以便實(shí)際測(cè)試托架的非彈性變形和彈性變形，驗(yàn)證0#塊托架的承載能力，同時(shí)也消除托架的非彈性變形值；根據(jù)實(shí)際測(cè)得的數(shù)據(jù)來(lái)反算0#塊混凝土底模的預(yù)拱度，確保支托的使用安全。

4.2.3 加載方法

托架預(yù)壓加載的重量按照0#塊混凝土的重量計(jì)算，并綜合考慮預(yù)壓施工荷載及施工安全系數(shù)所計(jì)算出的壓重重量，托架預(yù)壓按三級(jí)預(yù)壓（最大施工荷載的60%、100%、110%）。預(yù)壓荷載的分布應(yīng)該與支架的施工荷載分布基本保持一致。

加載分級(jí)為：0→536.9 t（60%）→894.85 t（100%）→984.33 t（110%）（單側(cè)）。

4.2.4 加載順序

托架加載的順序按照從托架中間向兩端依次加載，預(yù)壓加載按照三級(jí)加載，每一級(jí)加載完成1h后，觀測(cè)支架的變形，以后每間隔6h監(jiān)測(cè)并記錄各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的變形量，當(dāng)監(jiān)測(cè)后相鄰的兩次位移平均值之差不超過(guò)2mm時(shí)，方可繼續(xù)進(jìn)行后續(xù)加載。在全部的預(yù)壓荷載都施加完成后，應(yīng)每間隔6h監(jiān)測(cè)并記錄各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的變形量；連續(xù)12h所產(chǎn)生的監(jiān)測(cè)位移平均值之差不超過(guò)2mm時(shí)，才可以終止預(yù)壓，并卸除所加的預(yù)壓荷載。

預(yù)壓施工采用對(duì)稱(chēng)均衡的原則，持續(xù)觀測(cè)底模及托架處各測(cè)點(diǎn)。卸載按分級(jí)加載時(shí)相同的重量反順序逐級(jí)卸載，各級(jí)卸載完成后需要靜停1h，測(cè)量每個(gè)測(cè)點(diǎn)的變形值，全部卸載完成6h后，再測(cè)量每個(gè)測(cè)點(diǎn)變形值即可結(jié)束。

4.2.5 變形量測(cè)

在0#塊托架底橫梁沿橫向?qū)ΨQ(chēng)布設(shè)5個(gè)變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)，在托架懸挑端、近墩端工布置4個(gè)觀測(cè)斷面。預(yù)壓監(jiān)測(cè)內(nèi)容包括基礎(chǔ)沉降變形、托架豎向位移、頂面水平位移、縱橫梁撓度。在托架預(yù)壓完成后，根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)計(jì)算基礎(chǔ)沉降量、支架彈性變形量、非彈性變形量及平面位移量，評(píng)價(jià)托架安全性并確定立模標(biāo)高，最后形成托架的預(yù)壓報(bào)告。

圖7 監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置示意圖

5 結(jié)束語(yǔ)

本文介紹了赤泥泉1號(hào)大橋0#塊托架施工技術(shù)和施工工藝，該橋主墩墩高75m，故對(duì)其0#塊現(xiàn)澆混凝土采用托架施工。考慮到其墩高較高，采用沙袋或試塊預(yù)壓材料運(yùn)輸困難且安全風(fēng)險(xiǎn)較高，故采用反力架預(yù)壓，顯著提高了施工效率。通過(guò)對(duì)該0#塊托架及反力架的模擬計(jì)算，縱向分配梁、排架、橫梁、三角托架及反力架等，各構(gòu)件應(yīng)力均滿足要求。實(shí)踐證明，這種高墩大跨橋梁0#塊現(xiàn)澆混凝土施工采用該方案最為經(jīng)濟(jì)且安全可靠。