高空T构桥墩顶梁段施工技术

杨平波

（山西省交通科学研究院，山西 太原 030006）

1 工程概况

某特大桥跨越黄河两岸，连接秦晋两省。主桥为75+4×120+75=630 m六跨预应力混凝土刚构－连续梁组合桥。墩顶梁段由0#、1#块段合成，梁长12 m，两端伸出悬臂长度3.5 m。6#、10#边跨墩墩梁为铰接连接，7#～9#墩墩梁为刚性固接。墩顶梁段截面形式为单箱单室箱梁结构，箱室内有横隔板，梁高6.6 m，底板宽6.5m，顶板宽12m，腹板厚度70c m，底板厚度由150～65cm变化，顶板厚度0#段50cm，1#段28cm。箱梁采用三向预应力体系：纵向采用16－7 Φ5钢绞线钢束，横向3-7 Φ5钢绞线钢束,竖向采用Φj 32高强精轧螺纹钢筋。梁段混凝土标号为C 50，每个梁段混凝土方量291 m3，重756 t。

本桥主墩墩身为5 m×6.5 m单肢空心薄壁结构柔性墩，最大墩高66 m，梁段两端伸出墩身悬臂长度达3.5 m，如此大的悬臂长度比同一般同类桥型结构比较少见，故此结构的墩顶梁段对施工承重托架的设计提出更高的要求。

2 施工方案选择

对于高空T构桥的墩顶梁段施工方法一般采取附着式托架法。根据本墩顶梁段的结构特征，并结合本单位以往在其他类似工程中的施工经验，通过常见的3种托架结构形式从受力安全、安拆操作方便安全性、经济效益等方面进行综合研究和比较（见表1），最后选用牛腿组合贝雷梁式托架。

表1 附着式托架结构形式比选

3 托架设计

托架作为墩顶梁段施工的承重体系和作业平台，主要承受由混凝土自重荷载、支架和模板的重量、机具和施工人员的重量、施工振动荷载，通过托架和牛腿传递到墩身上。考虑托架设计的承载能力和施工的可操作性，混凝土采取分层二次浇注，第一层高度H1=3.3 m，第二层高度H2＝3.3 m，待第一层混凝土达到90%以上混凝土强度后再进行第二层混凝土浇注，此时认为第一层已具备承受自身重量荷载，故托架设计仅考虑荷载较大的一层混凝土的重量荷载。

托架主要由附着牛腿、悬臂斜撑杆、纵梁、横梁、作业平台、卸落砂桶等6个单元组成。附着牛腿设在墩身左右两侧面上，每面上下各2个，形成4个纵梁的支撑点。通过在附着位置点预埋钢盒在墩身上，把钢牛腿穿在钢盒内，再通过对拉钢筋进行对拉，从而附着在墩身上。纵梁和横梁均梁采用“321”装配式贝雷梁拼装而成，每侧纵梁由两片桁架梁采用耳板焊接合并联结在一起，在墩身位置于垫在牛腿的卸落砂桶上，悬臂端用销子把斜撑杆铰接在纵梁耳板上，通过斜撑杆连接支撑在下层牛腿上。横梁长12 m，每根横梁由贝雷片拼装成单层双排桁架梁，置在两端悬臂部分的两侧纵梁上，每端布置3根，形成附着式托架，作为模板分配梁和翼缘板支架的支撑体。斜撑杆由2[22 a槽钢组焊加工，支撑在纵梁悬臂3.75 m处端支点上，把支点反力传递到牛腿上。作业平台采用加强弦杆通过弦杆螺栓连接在横向桁架梁上，形成伸臂式平台担梁，再在担梁上铺设方木和木板、围栏形成封闭式平台。顶板翼缘板采用钢管支架，支架支撑在置于横梁上的纵向I 28 a工字钢底脚垫梁，形成支撑体系。见图1。

图1 鹤楹鲜酵悄苤撑示意图

4 托架主要构件受力检算

4.1 设计参数

（1）钢筋混凝土容重：26 k N/m3；混凝土超灌系数：1.05。

（2）模板和支架重量荷载：按0.2倍混凝土重量计算。

（3）施工人员和机具荷载：2.5 k N/m2；施工振动荷载：2.0 k N/m2。

（4）安全系数：K1=1.2。

（5）构件材料弹性模量和容许应力值：Q 235钢：E=2.06×105 MPa，[σ]=170MPa，[τ]=85MPa；16 M n钢：E=2.06×105MPa，[σ]=210 MPa，[τ]=120 MPa。

4.2 横梁受力验算

（1）受力计算：横梁采用单排单层贝雷梁，横向贝雷梁承受三角支架传递的荷载。计算简图见图2、图3，采用叠加法，对每个横梁进行计算，结果数据见表2。

表2 各排横梁受力计算结果数据表

（2）强度及刚度验算：单排单层贝雷梁容许内力：[M]=788.2 k N.m；[Q]=245 k N（参考人民交通出版社《装配式公路钢桥多用途使用手册》）。从表 2得：Mmax＝188.1 k N.m；Qmax＝128.7 k N。

K2Mmax=1.2×188.1=225.7 k N.m<[M]=788.2 k N.m

K2Qmax=1.2×1128.7=154.4 k N<[Q]=245 k N

fmax=1.8 m m

4.3 纵向贝雷梁验算

（1）受力计算：纵向贝雷梁采用单层双排贝雷梁桁架，受横梁传递下来的荷载，计算图及计算结果如下：Mmax=137.2 k N.m；Qmax=245.3 k N；fmax=0.1 m m；Ra=Rd=354.8 k N；Rb=Rc=249.3 k N。

（2）强度及刚度验算：双排单层贝雷梁容许内力：[M]=1576 k N.m；[Q]=490 k N

K2Mmax=1.2×137.2=164.6 k N.m<[M]=1576 k N.m

K2Qmax=1.2×245.3=294.4 k N<[Q]=490 k N

fmax=0.1 m m

4.4 支撑斜杆受力验算

（1）受力计算:由平衡公式：P-NCOS（90-49）=0

解得：N=470 k N。

（2）应力验算：支撑斜杆截面特性：支撑斜杆由2根[22 a槽钢并口组成，22 a槽钢特性:A=31.8cm2；Ix1=2394cm4；Iy1=157.8cm4；ix1=8.67cm；iy1=2.23cm；z0=2.1cm。

Ix=2×Ix1=2394×2=4788cm4

Iy=2×[Iy1+A×（y-z0）2]=2×[157.8+31.8×（8-2.1）2]=2379cm4

图2

=73.4

查b类截面轴心受压构件稳定系数 φ 得：φx=0.85；φy=0.729

MPa＜[σ]=170 MPa

=121.6 MPa＜[σ]=170 MPa

图3

4.5 焊缝受力验算

（1）斜撑杆与平衡担梁连接焊缝：焊缝计算仅考虑侧向焊缝，端焊缝作为安全储备。

hf=100 m m；lw=290-10=280 m m

V=NCOS 49=308 k N

（2）耳板与纵梁连接焊缝：

hf=10 m m；lw=400-10=390 m m

V=NCOS 49/2=154 k N；M=V×0.15=23.1 k N/m

5 墩顶梁段施工

5.1 托架安装

托架安装次序为：牛腿→平衡担梁→纵梁→纵梁对拉及平联→斜撑杆→横梁→钢管支架垫梁→作业平台→底模分配梁→底模。牛腿在墩身施工完毕并拆除模板后进行安装，牛腿、砂筒、平衡担梁的安装利用塔吊沿着墩身吊挂一吊篮作为空中作业台，操作人员站在篮中进行安装作业。纵梁采取在地面预先把贝雷桁架拼装组合成型，每根梁重约3 t，然后用塔吊逐根吊装安放在已安好的牛腿上，由于纵梁高度高，宽度小，吊放在砂筒上后立即采用短钢筋临时与牛腿焊连，并用铁丝栓在墩顶钢筋上，使之站立稳固，防止倾倒坠落，而后在墩身两正侧面各用2根精轧螺纹钢上下穿过两侧纵梁和对拉分配梁，两头拧上螺母对拉，最后再安装各端部的平联装置，即形成一附着在墩身上的共体支撑梁。纵梁安装完毕后，须检查高程是否符合设计要求，高于设计标高时，通过调整砂筒的高度进行纠正。斜撑杆在纵梁地面拼装时将其一端用销子连在纵梁上，随着纵梁一起吊装，待纵梁安装后，把其下端头拉到平衡担梁上进行焊接。横梁同纵梁一样在地面预先拼装，然后按照设计位置逐个吊放搁置在纵梁上，接着采用联结花窗把各片横梁连成一体。横梁安装完毕后基本形成了一个高空托架平台，其他构件按照设计要求位置逐件吊装就位。

5.2 托架加载试验

加载试验的目的是检验托架构件在墩顶梁段第一层施工时荷载作用下的承载能力及稳定性，确保施工安全。采取在托架受力最大的悬臂端支点上集中加载，通过设置横梁传递，即可检验支撑斜杆、下牛腿、连接焊缝及连接销子等受力最不利构件的承载能力。

加载采取千斤顶反压加力的方法，在桁架纵梁两悬臂端支点位置设置横担梁作为传递体，通过置在每端横梁上的4个千斤顶（最大张拉力60 t）同步张拉拉索(4根φ15.24钢绞线)，形成反压集中力作用在横梁上。拉索一端用Y M 15-5工作锚具和夹片锚固在反力锚固钢架座上，另一端在横梁底面设置一特制锚具(在Y M 15-5锚具的中间钻一Ф35 m m的通孔)联结，用Ф32精轧螺纹钢穿过锚具的通孔与千斤顶连接。

加载采取分5级加载和5级卸载逐步进行，并用水平仪测量每级加载时托架的变形量。考虑到托架的重量及已安装的部分模板的重量已经直接作用，最大加载力确定为：N=1.1 P=1.1×355=391 k N。经过试验及施工实践表明：桁架式托架刚度大、变形小（最大弹性变形4 m m）、整体稳定性好、安全性比较大。

5.3 混凝土浇注

墩顶梁段外侧模板采用墩身的大块钢模，内侧采用组合钢模组拼，翼缘板采用专制的钢模采用钢管支架支撑，内拱顶板采用专制的钢架和钢管支架支撑模板。混凝土分为2次浇注，第二层浇注待第一层混凝土强度达到设计强度的90%以上后方可进行。混凝土采用高压输送泵从搅拌站输送入模，最大输送距离480 m。浇注按照先两悬臂端，后墩顶部；先底板，后腹板的顺序对称均匀布料。在梁段内腔搭设临时作业钢管架作业台，通过对称挪动出口管来回循环进行各部位的混凝土浇注。

5.4 托架拆除

墩顶梁段全部施工完毕，并进行预应力体系张拉后即可进行支架、模板、托架的拆除。托架拆除按照从上至下逐层进行，采用卷扬机和倒链葫芦穿过梁顶上的预留孔，配合前拖后拉，把各榀桁架横梁托至梁端头部，再用塔吊把其整件吊下地面。靠外侧的纵梁采用卷扬机从两头进行吊装整体下放，靠内侧的纵梁由于受塔吊附着架的阻挡，采用卷扬机配合塔吊，采取前托后拉，边拖边放的方式把其拖出梁的范围，再用塔吊吊放。

6 结束语

实践证明，采用贝雷桁架梁结合牛腿的托架具有受力简单、强度高、刚度大、安全可靠、安装拆除方便等优点。对于端部悬臂较大的墩顶高空现浇段施工采用此法应当是一种比较理想、可行的选择。

[1]石治峰.抱箍+贝雷梁现浇箱梁支架施工技术及受力计算[J].山西交通科技，2011（3）：37.

[2]成学政.大跨度梁桥腹板竖向预应力施工技术研讨[J].山西交通科技，2010（1）：56.

[3]交通部.J T J041-2000.公路桥涵施工技术规范[S].北京：人民交通出版社，2000.