托架支撑体系在连续梁0#块的应用

王林

摘要：连续梁桥作为超静定结构，在我国已得到了大范围推广设计，各项施工工艺已较为成熟，悬臂施工作为其中一种工艺，通常在0#块施工完成后安装挂篮，因此该工艺的基础就是0#块。本文以河南省南阳市跨南水北调特大桥施工为例，展开施工关键技术探讨，为同类似工程提供经验参考。

关键词：连续梁0#块、特大桥、悬臂施工

1 研究背景

伴随国家交通强国战略的实施，各种大跨径桥梁如雨后春笋般发展，连续梁作为超静定受力结构在桥梁应用更加广泛，悬臂挂篮施工工艺得到了空前发展，自20世纪70年代以来，我国新修建大跨径桥梁近千座，其中采用悬臂浇筑法施工比例约为70%，作为悬臂浇筑工艺施工的基础，0#梁体的施工愈加重要，其施工工艺由传统的支架法，逐步发展为三角支架法、牛腿托架等工艺。

本文以鸭河工区至南阳市区段一级公路改建工程施工为例，通过对其进行力学分析，施工工艺剖析，深入研究0#块施工技术，发掘更多新型工艺，从而推动我国特大桥0#块施工技术的发展。跨南水北调特大桥位于 S231(新 S234)鸭河工区至南阳市区段一级公路改建工程测设里程 K30+113.95 处，桥梁跨径组合为:(25+85+155+85)m。其中主桥为 85+155+85m 矮塔斜拉桥，北侧引桥为一孔 25m 简支小箱梁。

主桥桥梁采跨双塔单索面预应力混凝土矮塔斜拉桥,结构体系采用塔梁固结、梁墩分离的形式，桥梁全宽 37.0m。平面除北侧边跨进入缓和曲线外，其余均位于直线段。主桥采用整幅布置，全桥宽度为:17.5m(桥面)+2.0m(索塔区〉+17.5m(桥面)=37.0m;引桥采用分幅布置，标准宽度为:17.5m(桥面:0.5m 防撞墙+16.5m 行车道+0.5m 防撞墙)+2:0m(间隙)+17.5m(桥面)=37.0m。

箱梁断面采用单箱五室斜腹板断面，顶板宽度为 37.0m，箱梁根部梁高5.2m，支架现浇段、跨中及边跨合龙段梁高为 3.2m。梁高从主墩两侧 32m 处的3.2m 高按抛物线变化至墩顶 5.2m，变化段长 39.5m。0 号块箱梁底板厚度自 120cm 变至80cm，1-10 号块箱梁底板从 80cm 按抛物线渐变至 30cm，11-21 号段底板厚度保持 30cm 不变，22 号段底板厚度自 30cm 直线变化至 55cm。箱梁顶板厚度取 30cm(拉索箱室厚度取 50cm)。箱梁腹板厚度0 号块箱梁腹板厚度为 110cm 渐变至 70cm，1-3 号块箱梁腹板厚度维持不变，4-6 号块箱梁边腹板(中腹板)厚度自 70cm 渐变至 45cm。箱梁横桥向底板保持水平，顶板横坡由腹板高度的变化形成。为提高拉索区箱梁顶板承载能力，箱梁顶面拉索区16cm 铺装同箱梁一起浇筑。

2 施工重难点

建设标准高。“以工法定工装，以工装保工艺，以工艺保质量”为原则，将该工程打造成为高质量建设的标杆。

0#块共长12m,梁高4.695-5m，底板厚度1.2-0.731m，中腹板厚度2.7-0.75m,边腹板厚度1.1-0.75m,节段混凝土方量1188.29m³，节段重量3089.6t。属高危大分部工程，支架体系及模板设计是连续梁施工成败的关键。

梁内钢筋密集，各种管道纵横交错，需正确解决过程中存在的环形作业平台、钢筋及预应力管道定位精准、三墙外露钢筋线型及外观、防止混凝土浇筑过程中的入模离析及捣固质量、支座顶面的密实等质量及外观问题，确保证按图施工，内实外美。

3 方案设计和力学分析

3.1 方案设计

0#梁混凝土强度为C55，纵、竖、横三向预应力体系，预应力均采用真空压浆工艺，采用GKPZ(Ⅱ)3.5DX、GKPZ(Ⅱ)3.5SX系列支座。0#梁施工采用托架法施工，由墩身预埋键力槽道预埋件，再将厂家制作的托架以及其他杆件进行现场拼装，形成托架受力体系，在托架上方安装钢模板，进行0#梁钢筋绑扎、混凝土浇筑工序。

表1 方案比选

序号	对比内容	托架方案	满堂支架方案
1	先进性	技术先进，工艺较为成熟	常规工艺，成熟
2	安全性	根据《公路桥涵施工技术规范》JTG T3650-2020），托架工艺与既有构造物链接，安全性较高，	满堂支架伴随施工高度的增加，支撑稳定性降低，施工风险增大，对支架连接方式要求较高
3	经济性	托架工艺节省材料投入，成本较低	伴随高度增加，材料投入越大，成本较高
4	适用性	适用于各类区域，尤其是桥梁净空高，跨江河湖海区域。	适用于搭设高度较低，下方具有场地以及工作面
5	工艺要求	托架直接关系施工安全，对钢结构焊接质量要求高。	对支架搭设质量要求较高
6	施工效率	同等条件下，材料与人工投入较少，施工效率较高，不会随施工高度增加大范围增设人工。	伴随施工高度增加，人员材料机械配置增加，施工工效中等

3.2 力学分析

3.2.1 分析参数

0#块托架由三角桁架、锚固系统、落架系统、承重横梁、排架分配梁及模板系统六部分组成，其中托架受力体系采用MIDAS有限元建模进行分析，通过对受力参数的预设，依次对上方分配梁、翼板支撑梁、承重梁、三角托架以及预埋件进行受力分析，具体参数如下：

（1）混凝土容重取：26kN/m³，采用线荷载加载方式；

（2）内模及支撑架自重取：1.2kN/m², 外模及支撑架自重取：1.7kN/m²

（3）钢材容重 78.5kN/m³；

（4）施工人员及施工设备荷载：2kN/m²；

（5）倾倒、振捣产生的荷载：2kN/m²；

（6）强度组合：1.2永久荷载+1.4可变荷载

（7）刚度组合：1.0永久荷载+1.0可变荷载

3.2.2 分配梁验算

分配梁采用I20型钢组焊，腹板下间距20cm，底板下间距60cm，经过应力组合：分配梁最大组合应力128.5MPa

   

图1 分配梁受力分析图（来源：作者自绘）

3.2.3 翼板支撑梁验算

翼板支撑梁采用双拼I25a型钢，间距120cm，经过应力组合：翼缘支撑梁最大组合应力98.9MPa

=910/250=3.6mm，均满足设计及规范要求。

   

图2 翼板支撑梁受力分析图（来源：作者自绘）

3.2.4 承重梁验算

承重梁采用4HN400*200型钢，经过应力组合：承重梁最大组合应力152.2MPa

   

图3 承重梁受力分析图（来源：作者自绘）

3.2.5 托架验算

托架斜杆采用2[32a型钢、横杆采用2I40a型钢，经过应力组合：三脚架最大组合应力125.6MPa

  

图4 托架受力分析图（来源：作者自绘）

3.2.6 预埋件验算

横杆预埋件承受弯矩、拉力、剪力，其中剪力由剪力键承担，拉力由精轧螺纹钢筋承担，弯矩及拉力产生的弯矩由挡块承担。剪力键由两个盒子组成，每个盒子有两个腹板，腹板厚度15mm，剪力键所能够承担的最大剪力为：Fv=4*（175*15）*fv/1000=4*2625*125/1000=1312.5kN；

剪力键对拉杆采用2根PSB930直径32mm的精轧螺纹钢筋进行对拉，单根精轧螺纹钢容许抗拉强度790MPa，单根精轧螺纹钢所能承受的最大拉力为：F1max=3.14*162*790/2*1000=317.5kN，2根精轧螺纹钢所能承受的最大拉力为：Fmax=2*F1max=317.5*2=635kN，满足2倍的安全系数。

托架的最大竖向反力为935.0kN

  

图5 剪力键示意图                   图6 托架反力图

4 施工工艺及注意事项

4.1 施工流程

0#块施工完成承台施工后，在墩身内部预埋相关预埋件，安装托架体系，随后安装支座，对支架进行预压，安装0#块模板以及钢筋、预应力管道，具体工艺流程如下图所示：

图7 工艺流程图（来源：作者自绘）

4.2 主要施工方法

（1）三角桁架

顺桥向墩身两侧各布设4片托架，托架间横向间距800+4600+800mm。托架横杆采用40a工字钢满焊双拼，单根长6000m，分别在距端部210+3606mm位置设置铰系与墩身及斜杆联结。斜杆采用[32a槽钢满焊双拼，单根长4800mm，两端开孔，用直径100mm的钢销与横杆及墩身预埋的铰结形成三角桁架。

（2）锚固系统

墩身浇筑前，竖向从墩顶向下1110mm+3799mm，横向至墩中心向两侧分别按2300+800mm在墩身对称预埋个16键力盒。托架安装时，每个三角托架采用两个牛腿与墩柱连接，牛腿之间采用4根PSB9306φ32mm预埋精轧螺纹钢锚固。精轧精轧螺纹钢上层单头张拉力20t,下层单头张拉力10t,斜杆与墩牛腿间用用直径100mm的钢销铰接。

（3）托架顶部承重梁与落梁系统

采用双拼4根HN400×200型钢，从靠墩侧的三角桁杆端按400+500+2206+500mm间距布设，承重梁单根长12000m。承重梁与托架中间设置卸落块进行高度调节；横墩中心向按5000+1200mm间距布设4根14000m双拼25a工字钢对称，作为翼缘承重及环形通道承重梁。

（4）承重梁顶部设置排架，排架采用25a工字钢焊接而成，对应墙身位置按200mm间距加强设置，具体中心间距为：4*200+500+7*600+4*200mm，排架横向连接采用[10槽钢进行连接。

（5）预压

模板安装前对0#块支架进行预压，按照混凝土配种设置均布荷载，每端预压荷载为6622.2KN，逐级增加预压荷载至1.2倍。

（6）模板体系

0#块底模采用1.5cm的竹胶板，横向分配梁为10×10cm方木，底板间距25cm，纵向采用25a#工字钢排架，箱室内模板采用6mm厚面板钢模，腹板变窄时加设1.5cm厚竹胶板，腹板模板设φ25对拉螺栓固定，箱梁外模板均采用组合钢模，面板采用6mm钢板，法兰板为12mm钢带，纵肋使用8#槽钢，骨架采用2[10和[8槽钢组合焊接。对拉采用体内对拉，拉杆采用φ25精轧螺纹钢，每头配置双螺母，模板之间连接采用8.8级M18螺栓，配置双螺母。0＃梁段箱梁悬臂模板与挂篮悬臂支架一起考虑，采用通用模板。

4.3 施工问题解决措施

（1）作业通道问题

通过三项一体化设计，解决托架作业通道、模板作业通道、挂篮作业通道。

（2）梯笼安全问题

梯笼与墩身之间采用槽钢栓接连接，槽钢与墩身之间利用墩身模板对拉孔穿精轧螺纹钢栓接，槽钢与梯笼之间采用U型螺栓栓接。

（3）支座密实问题

箱梁支座预埋板位置采用环氧树脂及碎石进行预先处理，进一步提高混凝土密实度，避免出现空鼓等质量缺陷。

（4）预埋管道冲突问题

通过应用BIM可视化技术对连续梁0号段钢筋、预应力钢筋、支座预埋螺栓等进行碰撞检查，优化钢筋及预应力管道间距，形成由梁面直达底板的竖向振捣通道，必要位置辅以侧模开孔振捣、中隔板过人孔天窗振捣等多孔振捣工艺，以保证混凝土振捣密实。

（5）管道精确度问题

采用6mm厚钢板在加工厂内按设计钢筋间距和预应力管道位置进行激光切割打孔，实现纵向钢筋和预应力管道精确定位。

（6）混凝土通病问题

采用直径16cm钢管设置于钢筋密集区，浇筑时通过直通式底板振捣管直接浇

筑至底板并振捣，有效预防密集区域空洞、露筋和蜂窝麻面。

5 结语

本文以河南南阳跨南水北调特大桥施工为例，从重难点分析、方案设计、力学分析和施工要点及问题方面进行了分析，证实了该工艺应用效果良好、结构稳定、安全系数高，创造了良好的经济和社会效益，具有较高的推广价值。下一步将继续以连续梁桥施工为例，开展在合龙精度、施工质量方面的研究，探索更加高效快捷、安全可靠的施工工艺，以创造更大的社会价值和经济价值。

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