怒江四线特大桥现浇墩身横梁施工技术研究

韩宝华

（中铁十八局集团第二工程有限公司 河北唐山 063000）

1 工程概况

大瑞铁路怒江四线特大桥位于云南省保山市境内，跨越怒江河谷，为铁路四线桥设计，线间距为5.0m，主桥采用1-490 m上承式钢桁拱跨越峡谷，钢桁拱采用提篮拱，拱肋内倾3.6578°，引桥桥墩采用双柱式刚架墩，全桥由14个墩台组成，其中7#、8#交界墩墩高为110 m，由四道横梁组成，墩内倾角度为3.6578°，顶宽21.7 m，底宽37.77 m，其余桥墩倾斜坡度为外坡25∶1，内坡60∶1，顶宽20 m。桥墩采用空心墩设计，墩高超40 m的桥墩在墩中部设置一定数量的横梁，以保证桥墩的整体稳定性。横梁设计长度分别为14.21 m、16.41 m、18.62 m、20.82 m，横梁为箱形结构，内部预应力钢束，顶、底、腹板厚均为0.80 m，与横梁相接处交界墩为实心构造，厚度为4 m。

2 横梁施工方案

根据指导性施工组织设计，结合工程实际，对本工程范围内横梁，就施工工艺如何设计，通过对施工场地限制、荷载传递、资源投入量、经济效益、施工进度等诸多方面经过调研，参考相关特大桥墩身横梁施工后，进行研讨和论证，初步提出横梁施工以下两种施工方案[1]。

方案一：采用落地式钢管立柱安拆及搭设满堂支架现浇的施工方法；

方案二：墩身立柱内侧预埋钢板，焊接牛腿支架，架设贝雷梁支撑钢摸板的施工方法。

3 方案分析

由于怒江四线特大桥墩柱有一定坡度，受到墩身坡比的影响，横梁尺寸并不一致，为自下而上递减，结合怒江特大桥刚架墩的工程实际特点，对方案一、方案二进行深层次的可行性分析。从施工角度出发，施工方案中的工序、工期，资源投入量，结构安全稳定性，决定着方案的可行性程度。以下对方案就针对工序及关键施工、工期、结构稳定性等方面分析。

3.1 支架施工工序

施工工序是施工方案实施的逻辑次序，实际施工中是按先传力部分，再自下而上、先内后外、对称受力施工的方式。

方案一工序：地基处理→立柱安装→剪刀撑焊接→纵横分配梁安装→满堂脚手架安装→底模板安装→钢筋绑扎→侧模安装→浇筑混凝土→养护→拆除模板及支架。

方案二工序：预埋件安装→牛腿架焊接→分配梁安装→贝雷梁安装→底模板安装→钢筋绑扎→侧模安装→浇筑混凝土→养护→拆除模板及支架。

3.2 支架安装工期

方案1理论工期为30 d；方案2理论工期为20 d。

3.3 资源配置（见表1）

表1 资源配置

3.4 支架方案设计及检算

3.4.1 落地式钢管立柱支架方案

设计落地式钢管立柱支架施工2#墩横梁，2#墩墩高21 m，总宽20 m，帽梁宽13 m，墩身混凝土强度等级为C35，墩顶帽梁混凝土等级为C40。

（1）支架设计。低墩帽梁支架采用3排4列共12根直径φ500 mm钢管，钢管横桥向间距3.67 m。顺桥向间距2.5 m。其中6根500×6×14 590 mm钢管立柱，安装于承台上。中间布置两排500×10×13 790 mm于0.8×1.5×8m（高×宽×长）条形混凝土基础上。钢管间用12号槽钢连接成桁架整体，钢管立柱顶部用4根6 m40b双拼H型钢刚性连接成横梁，横梁上间隔1 m纵向铺设6根12 m长40b双拼H型钢形成纵梁，纵梁上用20b工字钢间距0.6 m铺设，20b工字钢上搭设0.6×0.3×0.4 m脚手架方便模板拆除。采用Midas civil有限元计算软件，对怒江桥中最下道尺寸最大横梁采用整体梁单元分析。

（2）支架检算。荷载工况及荷载组合。

①自重。自重系数：-1.00。

②面荷载。混凝土横梁产生的荷载： g1=(4×4×11×25) =4576 kN。施工人员与料具荷载：g2=2.0 kN/m2×（6×11）=132 kN。振捣混凝土产生的荷载:g3=2.0 kN/m2×（6×11）=132 kN。倾倒混凝土产生的荷载：g4=2.0 kN/m2×（6×11）=132 kN。荷载组合：1.2×（自重g0+混凝土重量g1）+ 1.4×人群与机具荷载（g2）+1.4×施工荷载（g3，g4）。组合荷载（自重在模型中考虑）：p=1.2×4576+1.4×132+1.4×（132+132）=5834.4 kN。面荷载：P=5834.4÷4÷4=132.6 kN/m2。经检算，钢管立柱应力为110 MPa、变形5.2 mm；主次分配梁最大应力78 MPa、变形3.3 mm；满堂架应力48 MPa、变形4.7 mm；整体稳定性系数12.7，其应力、变形量，稳定性均符合规范要求范围，满足施工需求。

3.4.2 贝雷梁牛腿支架施工技术

采用贝雷梁牛腿支架施工7#墩第一道横梁，7#墩墩高110 m，第一道横梁宽20.82 m，宽5 m，高4 m，空心截面，混凝土强度等级为C35。

（1）支架设计[3]。墩身内侧预埋钢板，上侧预埋 500 mm×500 mm×20 mm钢板，下侧预埋 700 mm×700 mm×20mm钢板，上下共布置5排，间距1.25 m，上下侧预埋板间焊接5.239 m双拼36号槽钢斜撑，4 m双拼36号横撑，并在末端焊接为整体。横撑与斜撑间焊接双拼36号槽钢竖撑，横撑上布置两排7m长双拼36号分配梁，分配梁上布置14排贝雷梁。

（2）支架检算。

①自重。自重系数：-1.00。

②面荷载。混凝土帽梁产生的荷载： g1=（12.08×20.82×25）=6287.64 kN。施工人员与料具荷载：g2=2.0kN/m2×（7×20）=280 kN。振捣混凝土产生的荷载: g3=2.0 kN/m2×（7×20）=280 kN。倾倒混凝土产生的荷载: g4=2.0 kN/m2×（7×20）=280 kN。荷载组合：1.2×(自重g0+混凝土重量g1)+ 1.4×人群与机具荷载(g2) +1.4×施工荷载(g3，g4)。组合荷载（自重在模型中考虑）：p=1.2×6287.64+1.4×280+1.4×(280+280)=8721.17 kN。

经检算，牛腿支架应力37 MPa，变形3.4mm；贝雷梁应力166 MPa及变形为11 mm；预埋件最大应力为90 MPa；墩身预埋件范围混凝土应力0.6 MPa，其应力、变形量，均符合规范要求范围，满足施工需求。

3.5 方案实施的可行性分析

本工程中贝雷梁牛腿支架施工时，不受场地狭小的限制因素，借助已浇筑墩身为传力单元，充分利用桥梁自身结构，在安全性满足设计要求基础上，大幅度节省材料成本、人工成本、加快施工进度。牛腿支架加工简单，且能重复利用，周转快，工期短，工艺流程简单成熟。而对于横梁距地面较低或横梁跨度相对较大时，采用支架法现浇施工，施工面较多，加工安装快速，横梁施工过程荷载直接传递到地面，安全系数更高。通过上述资源使用量，工艺、工期分析，两种方案施工均有可行性，而方案二较方案一更能满足效益和工艺最大化。

4 支架方案的实施

根据横梁所处墩柱的位置高度，第一道横梁可采用落地式钢管立柱支架的施工方案，其余横梁（含帽梁）可采用贝雷梁牛腿支架的施工方案。现就现场实际情况需要，分别阐述两种施工工艺在怒江四线特大桥双柱式刚架高墩及低墩施工上的应用。

4.1 采用落地式钢管立柱及搭设满堂支架现浇的施工

4.1.1 具体方案施工工艺

测量放线→地基基础处理→立柱安装→12号槽钢焊接→横梁40b双拼型钢安装→纵梁40b双拼型钢安装→20b工字钢安装→满堂支架安装→支架预压→底模吊装→钢筋加工安装→侧面模板闭合→混凝土浇筑→养护→模板及支架拆除。

4.1.2 关键施工技术

（1）地基基础处理。地基稳定是上层结构稳定的基础，2#承台范围内以粉质粘土为主，采用换填法对地基进行加固，将原有范围内虚土清挖 1 m，用质地坚硬的石、砂、砾石分层回填，并同时以人工或机械方法分层夯实，使之达到要求的密实度，成为良好的人工地基，使其承载力达到395 kN以上。在压实土体上支模板，浇筑混凝土，基础预埋件采用长×宽×厚为700 mm×700 mm×12 mm的钢板，钢板下焊接φ32mm的螺纹钢，钢板预埋件安装时上表面务必水平，四角高差控制在5 mm之内。

（2）立柱安装。立柱钢管分节在场地加工，采用汽车吊机安装。立柱有两种规格，φ500钢管，壁厚10 mm及壁厚6 mm，壁厚10 mm钢管立柱焊接与C35条形混凝土基础上，壁厚为6 mm钢管立柱固定于已浇筑完成承台条形基础上，钢管立柱施工时注意立柱垂直度，立柱安装平面及安装顺序见图1。立柱间槽钢连接：钢管立柱间采用[12型槽钢设置交叉连接，以增加稳定性。预埋件接触部分进行焊接，焊接过程中需严格控制焊接质量，焊缝不得出现裂纹、焊瘤、气孔、咬边、夹渣、电弧擦伤等问题。

图1 立柱安装平面及安装顺序

（3）支架预压。现浇梁支架预压施工流程：支架验收→标高测量→砼预压块就位→加载20%→沉降变形观测→加载 50%→沉降变形观测→加载 75%→沉降变形观测→加载 100%→沉降变形观测→加载120%→沉降变形观测→表面覆盖→卸载→标高调整。预压方式采用整体预压，预压顺序与混凝土浇筑顺序一致，由支点处向跨中进行对称布载，先进行中间加载、后两侧加载。

4.2 采用牛腿支架贝雷梁施工

4.2.1 具体施工工艺

测量放线→墩身牛腿钢板预埋→斜撑吊装焊接→竖撑吊装焊接→斜撑吊装焊接→分配梁吊装焊接→贝雷梁吊装→底模吊装→支架预压→钢筋加工安装→侧面闭合→混凝土浇筑→养护→模板及支架拆除。

4.2.2 关键施工技术[2]

（1）预埋件安装。当墩柱施工到预埋件标高位置时，按相应标高位置预埋预埋件，与墩柱钢筋固定形成整体。墩柱钢筋与预埋件位置相抵触时，适当调整墩柱钢筋并采用等强方式进行替代。预埋件需固定牢靠，防止在混凝土振捣时发生偏移。施工中必须确保预埋件位置精确，使各预埋件的中心线在横向和竖向保持垂直。

（2）牛腿支架焊接。根据现场情况，用汽车吊吊装钢牛腿，人工配合精确安装，将每边牛腿横向连成整体，形成刚构体系；焊缝总体要求：焊缝宽度≥0.7 d，且不得小于8 mm；分配梁上钢板与槽钢焊缝厚度不小于8 mm；牛腿之间横向焊接连接为整体，焊缝厚度不小于8 mm；牛腿所有杆件接触部位的焊缝必须确保不小于15 mm，焊缝厚度均不小于10 mm；接触部位全部围焊。

（3）贝雷梁安装。贝雷梁片在地面组拼成梁，整体吊装，在安装贝雷片分配梁时，采用吊车或塔吊进行吊装。在每一联贝雷片吊装到横梁上后，两头各采用导链进行临时固定，纵梁与贝雷梁间采用骑马螺栓进行连接，并用钢板将贝雷梁与纵梁焊接为整体，后吊装上去的贝雷片要及时与先吊装上去的贝雷片连接形成整体。

（4）支架预压。为考虑安全系数，按横梁自重的1.2倍进行预压。加载分三次对称进行，第一次加载重量为设计荷载的 60%，第二次加载重量为设计荷载的 100%，第三次加载重量为设计荷载的120%。

5 结语

落地式钢管立柱支架及贝雷梁牛腿支架的施工工艺在支架的强度、刚度和稳定性上均满足要求，需根据工程施工特点进行相互结合应用。落地式钢管立柱支架配合满堂脚手架施工工艺对低墩横梁施工具有安全可靠、快速平行施工的特点，在怒江四线特大桥低墩横梁施工中发挥了重要作用。

贝雷梁牛腿支架的施工工艺在怒江四线特大桥高墩横梁施工中得到了全面的应用，该施工方法有效的提高了该类桥梁的施工质量，提高了施工的安全性与施工的进度，该方案的可行性和实用性得到了理论和施工的双重验证，方案具有结构简单、安拆便捷、可多次循环利用、节约成本、结构整体受力合理、不受地形地质条件限制，尤其是在双柱式大跨度、高风险、高空施工及不良地质环境的桥梁施工中能充分发挥重要的应用作用。