双肢板墩大跨度连续梁0号块模架技术研究

赵张明ZHAO Zhang-ming

（中铁十二局集团第一工程有限公司，西安 710038）

0 引言

随着桥梁设计技术、材料科学及施工工法的发展，跨度更大、主墩结构更复杂、施工条件更困难的桥梁连续梁工程层出不穷。故对0号块浇筑的模架系统在承载能力、安全保障及经济投入方面也提出了更高挑战。本文通过详细阐述了在超大跨度、双肢板主墩、水中墩等技术难度大、施工困难的情况下，通过技术创新及工法改进，精心设计了承载能力强、安全风险小、施工简便及材料节约的0号块模架体系，确保了0号块的顺利浇筑完成，以期为该类型的0号块模架的设计提供借鉴。

1 工程概况及技术难点

成绵苍巴高速公路嘉陵江特大桥主跨采用105+200+105m连续刚构跨越嘉陵江。连续刚构箱梁0号块节段顶板厚70cm。箱梁顶宽12.6m，底宽6.6m，顶板悬臂长度3m，悬臂板端部厚20cm，根部厚85cm。0号段高13m，长14m，砼方量为820m3。

主墩采用双肢板墩，双肢之间净距为6.5m，板墩厚度为2.5m，宽度7.6m。上构跨度达200m连续刚构的0号块具有大高度、大板厚。0号块浇筑时模架需承受极大的荷载，对模架结构承受荷载的能力和安全稳固性都要求很高。且本桥主墩采用双肢板墩，双肢板之间净跨达到6.5m，故较普通0号块模架设计时仅需考虑两边悬臂端不同，还需增设双肢板之间大跨度模架的设计。更是提升了模架的设计难度，成为本项目急需解决的重要技术难题。

2 模架方案初步比选

根据主墩、0号块的结构设计特点、外形尺寸及砼数量等数据，结合类似项目0号块的模架方案，提出钢管墩支架、新型盘扣式满堂支架、墩顶托架进行如表1的初步比选。

通过表1的比选。钢管墩支架、新型盘扣式满堂支架等方案均因种种难以改进的缺点和劣势而不建议在本项目中使用。故本项目最终决定采用墩顶托架的模架方案，并在传统墩顶托架的结构基础上，开展技术研究及攻关，以达到本项目要求的承载能力和安全要求。

表1 连续刚构0号块模架方案初步比选表

为减少0号块模架所承受的荷载，将0号块分两次浇筑，大幅降低托架承受的荷载，进而也减少了模架材料用量，降低施工成本。

3 模架总体方案设计及技术改进情况

3.1 模架结构的创新及改进技术

①0号块模架的外悬臂段（边跨）、中间悬空段（中跨）均采用三角托架方案，托架斜撑与托架上平梁、下预埋件的联结改传统焊接方式为销接方式[1]，不仅避免了焊缝承载存在的安全隐患，也减少现场安装的劳动强度。②设置高强度精轧螺纹钢，通过螺栓将托架上平梁与墩身锚固，提高了托架的安全稳固性。③模架传统堆载预压需制作大量预压材料，然后通过船舶运至主墩旁进行水上吊装作业，费时、费力且成本高。本项目在墩顶设置反力架进行托架预压，不仅简单易行，且大幅降低了成本。

3.2 模架总体方案

3.2.1 边跨托架设计

模架边跨设置2片型钢三角托架，两片托架的间距为5.76m，托架上平梁为长度4m的2I45b工字钢，斜撑为长度5.08m的2[40b槽钢。在墩身内预埋1.0m长的上下层I45b预埋件，其外露0.5m，上平梁支放在上层预埋工字钢上，且采用螺栓将两者联结牢固。同时，在上平梁的梁端焊接联结板，在桥墩内预埋2JL32精轧螺纹钢，通过精轧螺纹钢将托架上平梁与墩身锚固。斜撑与上平梁及下层预埋工字钢之间通过销接连接。在上平梁与斜撑、上平梁与墩身以、斜撑与墩身连接的区域，上平梁与斜撑均增设加劲板。为增强托架整体承载能力及横向的安全稳定性，在托架间设置[16b槽钢剪刀撑。

所有焊缝均为双面贴角正焊缝，焊高8mm。

托架上平梁上布设2I32b工字钢支墩2个进行斜坡调高，支墩上布设2I45b工字钢作横梁，I40b横梁上布设I40b工字钢作纵梁。纵梁上按间距为30cm铺设10cm×10cm方木作横向分配梁，分配梁上则铺设0号块底模（1.5cm厚竹胶板）。

3.2.2 中跨托架设计

模架的边跨设置4片型钢三角托架，托架布设间距为0.96m、4.08m、0.96m，除了外形尺寸不同外，其构造与边跨基本相同。中跨托架上平梁纵向间设置[16槽钢锁定。

中跨托架上布设2[25b槽钢支墩，支墩上横向布设2[40b槽钢横梁（利用挂篮滑梁），横梁上按间距为30cm铺设10cm×10cm方木作纵向分配梁，并在腹板范围加设[10槽钢加强分配梁，分配梁上则铺设0号块底模（1.5cm厚竹胶板）。

托架结构设计见图1、图2、图3、图4所示。

图1 托架外侧正面布置图

图2 双肢间托架正面布置图

图3 托架平面布置图

图4 托架侧面布置图

4 托架结构承载验算

4.1 材料及性能

构件各类型钢、钢板的容重取值78.5kN/m3，抗拉、抗压、抗弯允许应力[fy]取值205MPa，剪切允许应力[fv]取值125MPa，弹性模量Ec取值206000MPa。

4.2 荷载分析及取值

第一层砼浇筑时，经计算作用于托架的砼数量为197.6m3，钢筋砼容重按26.5kN/m3。砼荷载简化成均布面荷载，则计算得作用于托架的砼荷载为：88.15kN/m2。

托架承受砼振捣产生的荷载按2kN/m2。

砼浇筑对托架的冲击荷载按4kN/m2。

侧模支架及模板产生的荷载按5kN/m2。

施工机具及人员作用于托架的荷载按2.5kN/m2。

风荷载：项目所在地区基本风压ω0=0.25kPa（取重现期n=10对应的风荷载），根据规范计算标准值ωk=0.7×μs×μz×ω0=0.7×1.3×1×0.25=0.2275kPa＜0.27kPa，取0.27kPa。

其它荷载：2kN/m2。

静载系数按1.2取值，动载系数按1.4取值。

4.3 承载检算模型

边跨、中跨的各类纵梁、横梁等，均按承受线性均布荷载进行承载验算[3]。

4.4 验算结果

4.4.1 型钢杆件（表2）

表2 支撑系统承载关键部位验算表

4.4.2 预埋工字钢承载验算

预埋件为I45b工字钢，主要承受剪切应力。边跨承受的最大剪切应力σ=6.3MPa＜[fv]=125MPa。中跨承受的最大剪切应力σ=17.5MPa＜[fv]=125MPa。

5 托架制作及安装关键技术

托架的所有构件均在钢构件加工厂内进行切割、焊接及质量检测，所有焊缝均采用超声波检测，并于厂内试拼装，合格后方可运至现场安装。

墩台采用液压爬模法施工，施工至墩顶时，按托架设计方案进行预埋预留施工，预埋预留需严格按设计位置进行，且采取加固措施，确保在进行砼浇筑时不移位。

完成墩身浇筑后，保留爬模的液压平台及模板平台作托架的安装操作平台。在运输船上将上平梁与斜撑连接后吊装至墩顶，利用操作平台，将构件的上下端装入墩顶预埋件的对应槽口中，插入插销，拧上JL32精轧螺纹钢筋上的螺帽，随后进行托架安装位置的调整并固定。

安装时需确保上平梁水平，且在设计标高上。托架间采用[16槽钢制作的剪刀撑进行联结，加强托架的整体稳定。

6 支架预压

为了确保梁体线形美观，同时消除托架的非弹性变形，测定托架弹性变形值，托架拼装完成后，对托架实施预压，由于托架位于水中墩上，如果采取堆载预压的方案，需通过船舶运输及吊装大量砼预制块，不仅成本高且费时，本项目进行了预压的技术创新，具体如下：

在墩顶砼内预埋精轧螺纹筋，锚固型钢制成的反力架（如图5所示），在各预压荷载施加点设置千斤顶的荷载施加方式[4]。千斤顶底部安装工字钢垫梁，施加的荷载按作用于托架上砼重的1.2倍。荷载按60%，80%，100%分3次进行，缓慢、有序地实施加载过程，以避免托架突然承载而产生不稳定和托架承载不均情况。完成每级加载静置1h后测量1次，待连续观测2次的沉降＜2mm后，方实施下一级加载；完成100%加载后，连续测量12h，直至沉降量稳定在2mm内时，完成预压。

图5 托架预压纵向布置示意图

记录各级加载及卸载时的观测点沉降量，并在完成卸载后测量各观测点的回弹值。

试验数据采用专用的表格进行详细记录，整理、计算、分析、修正预压试验采集的数据，计算出托架的各种变形量。根据托架弹性变形值，计算底模预拱度，对底模标高进行调整。

另外，通过预压试验可检验托架的安全可靠性。还可根据测试数据，评估托架设计的科学合理性，为以后的托架设计提供参考，和优化数据依据。

7 结束语

由于本项目大跨度连续0号块不仅尺寸大，且主墩为水中墩，不仅要精心设计高强度、高安全性的模架结构。且在施工过程中，需克服施工安装难度大、安全风险高等困难。施工中，对模架安装的每一道工序，每一个环节都进行认真检查，确保模架的安装过程有序、安全、可控。在0号块浇筑时，模架安全稳固，确保了连续梁0号浇筑的顺利安全完成。

虽然该模架方案非常成功，但该模架仅适用于本桥，造成资源浪费。我们团队下一步拟再依托于工程的其它项目进行0号块模架的研究，进行模架的模块化设计，实现模架循环使用，以节约材料、降低施工成本，加快施工速度。