三一大道浏阳河大桥主桥0#块托架结构设计与施工

李 驰，彭子茂

(1.湖南路桥建设集团公司，湖南长沙 410004;2.湖南交通职业技术学院，湖南长沙 410132)

0 引言

随着国民经济的快速发展，公路桥梁的跨径越来越大，对于连续梁桥、连续刚构桥梁，目前主要采用挂篮悬浇法施工。在挂篮悬臂浇筑施工过程中，主桥0#块的施工安全是重中之重。国内也曾发生不少因临时支撑结构倒塌而引起安全事故，因此，有必要对0#块托架结构的设计、计算、施工等进行研究。尹紫红［1］、文瑜［2］介绍了连续梁桥 0#段托架的构造、结构应力与变形计算、稳定性验算等。卢江［3］、李喜程［4］介绍了 0#块托架法的施工技术与施工工艺。任银［5］综合阐述了大体积0#块分次浇筑施工中托架结构的计算模型和施工监控技术。

本文依托长沙市三一大道浏阳河大桥工程，从0#块托架的结构选型、设计验算、施工工艺等方面对主桥0#块托架结构进行了分析研究，得出了一些有益的结论，可供业内借鉴与参考。

1 工程概况

三一大道浏阳河大桥主桥为五跨变高度预应力混凝土连续箱梁桥，桥跨布置为(58+3×96+58)m，大桥全长828 m，6#墩正交，7#～9#墩中心线与道路中心线夹角70°。

主桥箱梁采用单箱双室斜腹板截面，中心支点处底板宽9.577 m，顶板宽20.5 m。0#段采用支架现浇法施工，1～12#段采用挂篮悬臂浇筑法施工，0#段节段长12 m，悬臂浇筑T构段节段长3～4 m，合龙段长2 m，边跨现浇段长10 m。主墩墩顶高5.6 m，0#块混凝土方量为 473.3 m3，重量为 1 254.2 kN。

2 托架结构设计与验算

2.1 托架结构选型

0#块托架结构主要是作为0#块施工的作业平台和支撑结构，同时也用来承受悬臂浇筑施工中T构产生的部分不平衡弯矩。根据结构受力特点及墩柱高度，托架结构可分为落地式托架、悬臂式托架等。托架杆件主要采用型钢、贝雷架、万能杆件等。托架结构选型时应综合考虑桥梁结构形式、桥墩高度、河床条件、杆件材料等因素，做到施工方便，结构安全，经济合理。

该桥主桥0#块长度较长，且桥面比墩身宽得多，结合实际施工条件及工地材料供应情况，经综合比选，0#块托架拟选用钢管桩支架结构。该结构具有施工安全可靠、装拆快捷方便、经济效益合理等显著优点。

2.2 托架结构设计

0#块托架结构主要由钢管桩立柱、剪刀撑、主横梁、纵向分配梁、落架系统、模板系统等六部分组成，托架结构构造见图1，具体构件设计如下:

钢管桩立柱:墩柱顺桥向两侧底板位置各设置3根φ700 δ10钢管桩立柱，用于支撑底板、腹板荷载以及抵抗部分施工不平衡力距;横桥向两侧各设置3根φ530 δ6钢管桩立柱，用于支撑腹板和翼板荷载。

剪刀撑:钢管桩立柱之间设置［20槽钢剪刀撑增加支架横向稳定，剪刀撑的层数根据支架高度进行调整。

主横梁:主横梁采用2根Ⅰ45b工字钢，横梁与钢管桩采用焊接。

纵向分配梁:纵向分配梁采用Ⅰ25b工字钢，分配梁按照支架设计进行布设。

落架系统:纵向分配梁与主横梁之间设置木楔，以便于后期模板拆除。

模板系统:外侧模采用定型钢模，单侧模板长度组合为4.5 m+3.5 m+4.5 m，外侧模横断面示意图见图2。0#块内部几何尺寸变化较大，内模采用优质组合竹胶板模。

图1 托架结构构造图(单位:cm)

图2 外侧模结构示意图

2.3 托架结构验算

托架结构设计完成后，要验算结构的合理性与安全性。托架结构验算一般有手算和电算两种方式，手算即按照结构的传力路径一步步手工计算;电算即借助于有限元软件建立托架结构的空间模型，并按照实际受力情况进行加载计算。

针对本桥，采用有限元计算软件Midas civil建立托架结构的三维空间模型(见图3)，采用空间杆系模型进行模拟计算。模型中，型钢构件采用梁单元进行模拟，模板构件采用板单元进行模拟，剪刀撑型钢交接点根据实际情况采用半铰接形式，主横梁、纵向分配梁之间采用刚性节点连接，托架与桥墩的连接采用固接形式。

图3 托架结构示意图

根据托架结构实际承受恒载(混凝土自重、模板自重、托架自重等)、活载(施工机具、人群荷载)情况，按照最不利工况进行加载，对托架结构的强度、刚度、整体稳定性等方面进行静力计算分析，并提取出各关键连接部位的内力数据，对螺栓、焊缝、预埋件等细部构造进行验算。

验算结果表明:

在中腹板下的纵向分配梁跨中位置，托架结构弯矩产生的应力值最大，σmax=93.8 MPa＜［σ］=125 MPa，结构强度满足要求。

在边腹板下的钢管桩立柱位置，托架结构轴力产生的压应力最大，σmax=100.5 MPa＜［σ］=215 MPa，结构压杆稳定性满足要求。

托架结构剪应力最大值为τman=52.7 MPa＜［τ］=125 MPa，结构抗剪强度满足要求。

托架结构变形最大值fmax=4.3 mm＜l/400=8.0 mm，结构刚度满足要求。

托架结构关键连接部位的螺栓强度、焊缝强度、预埋件应力等均满足规范要求。

因此，托架结构的应力指标、变形指标、稳定性和连接强度均满足0#块安全施工的要求，该托架结构可以应用于现场施工。

3 托架结构施工

3.1 安装工艺流程

本桥托架结构的安装工艺流程为:

施工准备→预埋件预埋及浇筑墩身混凝土→打设中间钢管桩立柱→打设两侧钢管桩立柱→设置剪刀撑→安装主横梁→安装纵向分配梁与落架系统→铺设底模→支架预压→卸载→调整模板标高→安装侧模→浇筑0#块混凝土→墩梁临时固结。

托架结构的拆除工艺流程与安装工艺流程相反。为抵抗施工过程中的不平衡弯矩，增加上部悬浇T构的抗倾覆稳定性，悬浇过程中0#块托架结构不拆除，采用墩梁临时固结和托架结构支撑相结合的方法，保证施工安全。待上部结构合龙后，再依次拆除托架结构。

3.2 托架结构预压

托架结构虽为临时结构，但它承受大部分0#块混凝土重量、施工荷载及悬浇过程中T构的不平衡弯矩，托架结构的变形大小对大桥施工过程安全和0#块的立模标高起决定性作用。

托架结构变形过大时，0#块浇筑混凝土后即随之下挠，不仅会影响桥梁施工的线型控制，甚至会危及大桥结构安全。因此，浇筑0#块混凝土前，必须对托架结构进行预压试验，既可验证托架结构的安全性和稳定性，又可消除托架杆件、落架系统和拼接点的非弹性变形，并且检验托架系统在工作状态时与设计期望值是否相符。

托架结构预压时，根据各部位实际受力情况，按照施工中最大荷载的130%作为预压试验的最大荷载，塔吊起吊钢筋或砂袋分级加载进行预压。加载共分为 3级，分别为预压荷载的 50%、80%和100%，每一级荷载加载后持荷24 h，测量标高，必要时加大测量频率。加载过程中托架结构变形过大时，应停止加载并查明原因，采取相应加固措施后，再行加载。见表1。

表1 预压加载托架变形表

采用线性插值法，求得施工中托架上承受最大荷载时(即预压荷载的77%)对应的变形值为－4.7 mm，与理论计算值－4.0 mm极为接近，误差约为1 mm，理论计算值偏小。分析原因，主要受托架结构预压时的非弹性变形和测量误差的影响。

要想通过预压测得更为准确的托架变形值，可通过增加测量频率、提高测量精度、增加预压持荷时间等措施，尽可能地消除托架构件连接之间的非弹性变形、系统误差等影响因素。

3.3 托架结构施工注意事项

托架结构施工中应遵循先下后上对称拼装的施工工序，严格控制各部件的位置和几何尺寸，并加强对钢管桩顶面、主横梁、纵向分配梁、模板等结构的高程控制，以满足托架安装成型后的承重和标高要求。

托架结构焊接应严格按照规定的焊缝尺寸施焊，并采用合理的焊接顺序和局部降温措施，控制焊接过程中的变形。托架结构起吊安装前，应该对重要部位的焊缝进行探伤，探伤检查不合格的焊缝进行补焊处理。

桥墩施工至预埋件位置前，应适当调整主筋位置，以免预埋件时切断主筋。预埋钢板及高强螺栓位置处钢筋要局部加强。预埋件在现场钢筋棚加工完成，为确保预埋钢板位置的准确，钢板应定位在主筋和模板上。预埋件安装标高误差控制在0～+5 mm。安装托架纵梁时，用水准仪调整纵梁，保持纵梁水平。

4 结语

本文以三一大道浏阳河大桥工程为依托，对主桥0#块托架进行了结构选型、设计验算分析，从安装工艺流程、预压加载试验等方面介绍了托架结构的施工措施，并总结了施工中的注意事项。钢管桩托架结构可以保证主桥0#块的施工安全和大桥悬浇过程中的抗倾覆稳定性。该设计实例和施工工艺措施可为同类型桥梁设计和施工提供参考。

［1］尹紫红，董启军.广珠铁路西江大桥连续刚构拱主桥0#块托架设计与施工［J］.铁道建筑，2012(4):30－32.

［2］文 瑜，谢 玮.公路桥梁施工临时支架稳定性计算与分析［J］.山西建筑，2012，38(23):167 －169.

［3］卢 江，曾德荣，段 波.崇遵高速公路新桥0#块托架法施工技术研究［J］. 公路交通技术，2004，12(6):76 －79.

［4］李喜程.湘潭特大桥连续梁0#块托架法施工技术［J］.安徽建筑，2013，3(191):68 －70.

［5］任 银.大体积0#块分次浇筑托架受力计算模型及监控技术研究［D］.重庆:重庆交通大学，2011.

［6］JTG D40－2004，公路桥涵设计通用规范［S］.

［7］JTG/T F50－2011，公路桥涵施工技术规范［S］.

［8］GB 50017－2003，钢结构设计规范［S］.