穿心工字钢法在大跨度刚构桥 0# 块施工中的应用

穿心工字钢法在大跨度刚构桥 0# 块施工中的应用

摘要：大跨度连续梁桥 0 号块作为悬臂浇筑法施工的起始块，具有结构复杂、施工难度大、质量标准高、施工条件差等特点，是箱梁悬臂浇筑法施工周期最长的一个节段，常用托架或支架现浇。当墩身过高时，为节省支架费用，通常采用预埋牛腿托架固定在墩身上部以承担 0# 块支架、模板、混凝土和施工荷载。墩预应力混凝土连续刚构桥采用挂篮悬臂浇筑施工时，作为基准节段最先施工的 0 号块是关键技术，对后期线形控制影响很大。本文结合昌保高速公路白坡特连续刚构桥 0 号块托架法施工的实例，总结了 0 号块托架法施工的技术要点，为今后同类工程的施工提供一定的参考。

关键词：高墩；连续刚构桥；0 号块；穿心工字钢法；预压；仿真模拟；有限元计算 1 引言

山区特定的地形地质条件，地势起伏、地形陡峭，山区桥梁不可避免的要横跨 V 形山谷，以力学特征为基本着眼点，以主要的受力构件为基本依据，可分为梁式桥、拱式桥、斜拉桥、悬索桥、刚构桥五大类。大跨度预应力混凝土连续箱梁桥是首选。连续箱梁桥采用悬臂法施工随处可见，桥梁 0# 段往往采用托架的方法进行施工，快捷、方便、有效，然而托架的设计、使用不合理，造成的安全事故屡见不鲜。保证施工现场绝对安全、桥梁建设的顺利进行，0# 段托架系统安装完成以后进行预压试验必不可少。通过预压试验了解托架系统的受力性能，计算桥梁的立模标高，使桥梁的应力、线型符合规范和设计文件。针对桥梁 0# 块施工提出有效可行、安全可靠、经济的方案，迫在眉睫。 2 工程概况

白坡特大桥位于云南省保山市昌宁县境内，为线路跨越山间谷 地而建成，桥梁小里程端与邑扎隧道相连，大里程端与路基相连。 白坡特大桥主桥上构采用 70+130+70 米预应力砼连续刚构梁，采用挂篮悬臂浇注法施工。主桥分为左右两幅，单幅宽度 11.5m( 行车

道 )+2×0.5m( 防撞护栏 )，全桥桥面宽为 25m，底板宽度 6.5m，箱梁体两侧翼板悬臂长度为 3m。

白坡特大桥主桥箱梁梁高、底板厚度均按 2 次抛物线变化，主桥上构分幅设计，单幅采用单箱单室变截面箱梁，控制断面梁高：中间支点处 8m，边跨直线段及主跨跨中处为 2.9m。箱梁 0# 梁段长 13m。横、竖向预应力钢筋束采用滞后张拉工艺，即n# 箱梁施工完毕后，张拉（n-3）# 箱梁段横、竖向预应力钢束。

腹板以及底板等荷载的作用，同时也起着侧模支撑点的作用。由于腹 板位置受力最大，跨中段及悬臂腹板位置分配梁进行加密，保证受力 良好。 2）横向 I45b 主梁

横向 I45b 主梁作为第三层受力结构，经模型数值模拟计算，间距控制在 100cm，满足受力要求。横向主梁下翼缘板跟卸落块直接接触， 受力面积小，为提高抗剪性能，在工字钢腹板两侧加焊加劲板，进一 步提高该区域的受力性能。 3）卸落块

为方便后期底模板及悬臂端三角托架及模板卸落，同时方便进行 底模板标高调节，采用跟盖梁穿心钢棒法施工类似的调节块作为整个 模板标高调节及卸落装置。由于 0# 块跨中及悬臂端箱梁底均存在纵坡，从现场施工实际条件出发，委托厂家单独加工卸落块，根据实际 需求加工不同调节范围的卸落块，方便现场施工。卸落块所用钢板均 为 2cm，对拉杆采用高强度螺栓，确保结构稳定。 4）主纵梁

双拼 I45b 主纵梁是整个托架受力的关键部分，起着把整个 0 号块荷载传递到墩身的作用。传统的牛腿法施工，需要预埋工字钢，由于 高墩主流施工均采用液压爬模进行墩身施工，预埋工字钢需将液压模 板开口，对模板损伤较大，在一定程度上，增加施工成本投入。此外， 预埋的工字钢也会与液压爬模发生冲突，对施工进度造成很大的影响。 为了规避上述施工不利因素，白坡特大桥 0# 块施工创新性地提出预埋钢套箱施工方法，将上述施工不利因素有效规避，大大提高施工进 度，减低施工难度。整个主纵梁设计长度为 15m，工字钢需进行焊接才可达到设计要求。跨中为受力较大位置，进行工字钢焊接处理时， 焊缝布置在中跨 1/5 处，交错布置，保证受力良好。焊缝位置两侧加焊 40*30*1cm 钢板，确保焊缝处受力达到最佳。同时，工字钢跟墩身交界处，两侧加焊 40*30*1cm 钢板，进一步补强主纵梁的受力性能， 提高托架的安全性。 5）连接方式

托架杆件之间的连接方式主要有栓接和焊接两种。螺栓连接方便 拆卸，但增加了节点板、高强螺栓等材料费用以及安装费用；电焊连 接能有效地减少结构的非弹性变形，综合施工及成本因素考虑，横、 纵向梁之间采用焊接。同时为了保证横、纵向梁的整体稳定性，额外 用钢筋进行补强连接，进一步提高整体稳定性。 4 施工方案 （1）钢套箱预埋

如图一所示，在进行最后一模混凝土浇筑前，根据整个托架及底模板高度，推算出钢套箱预埋标高，确认标高无误后，进行钢套箱预埋， 然后进行混凝土浇筑。由于钢箱预埋在墩身混凝土内，为防止施工过程最外侧钢箱混凝土崩边，预埋钢箱时，预留足够的两边宽度。

综上所述，预埋精轧螺纹钢及钢绞线均满足预压要求。 预压油表读数的计算

根据油表与千斤顶的线性方程，计算出油表实际张拉油表读数（见表1）。 预压钢绞线伸长量的计算

预压监测

①托架预压荷载加载前，技术人员应对支架进行全面检查，加 载过程中应派专人对托架进行观察，发现托架有较大变形或弯曲、倾 斜等异常情况时，应立即停止加载，问题处理解决后方可继续施工。 加载时一定要遵循同步加载，不单侧偏压。千斤顶安装完毕后按照50％、80％、100％、110% 逐级加载，每级加载持荷 1 小时后，检查各托架有无裂缝，同时测量托架沉降量，加载 100% 后持荷 24 小时， 等到托架变形达到稳定后，方可卸载，卸载前再次测出各观测点标高 然后逐步卸载。

②托架沉降观测点的布置：托架共布置 7 个观测点，每次加载持荷 1 小时后要及时测量沉降数据。观测点的布 置如图 11 所示。 图 11

6.7 托架预压的目的及效果

落块最大承重荷载，同时对委托专业厂家加工的卸落块进行抗压试验， 检验卸落块在压力作用下各部件的变形情况，确保施工安全。 （3）托架杆件连接

根据托架力学模型分析，各杆件在施工过程中，在竖直方向上荷 载作用下会产生上下移动；虽说水平力作用小，由于托架设计搭设层 数多，在水平力作用下，也会有滑移趋势。为保证托架整体稳定性， 各层之间电焊连接，焊接质量达到设计规范要求。 8 结论

采用穿心工字钢法施工大跨度 0# 块，是一次大胆的尝试，同时也是一种新型施工工艺，充分发挥了穿心法施工便捷、快速、成本低、托架的预压主要有两个目的：验证托架的安全性及观测最大荷载下的沉降值。通过分析沉降数据可以看出：弹性变形及非弹性变形均在 7mm 之内，并且在预压过程中 未发现异常现象，在预压中托架在承受最大荷载时是安全稳定的，故此托架满足 0# 块施工中的荷载。千斤顶张拉预压仅用 2 天，远少于沙袋预压的时间（一般为 7-14d）， 大大加快了施工进度，同时节约了大量 的人工及机械成本，降低了施工成本，提高了施工效益。结合现场监测数据，最大张拉力预压点位置变形量为 8mm（跨中），与预压 midas 模型运行结果 9mm 相差不大， 考虑到实际现场施工托架局部补强措施，两者基本吻合，达到设计要求。 7 控制要点 （1）钢箱预埋标高

由于托架法施工的特点，需要根据整个桥面系及梁体总设计标高推算出钢套箱预留孔位置，为保证整个 0# 块施工质量，预埋前需组织测量人员进行标高推算及复核。 （2）调节块（卸落块）加工质量控制

0# 块整体受力传递比较简单，卸落块的质量决定整个托架是否可以满足施工需求。卸落块设计由项目部根据托架体系标高（未考虑卸 落块）及 0# 块底设计标高，推算出需要调节的高度范围，设计卸落块加工尺寸。根据 0# 块托架 midas 模型运算结果，以支座反力推算出卸安全的特点，提高了本工程的施工进度，基于本工程的施工设计参数 和材料选型，合理优化 0# 块施工使用材料。

在山区刚构桥施工中，选择合理、高效、安全的方法非常重要。白 坡特大桥左幅 9 号 0# 块托架设计，创造性地将系梁、盖梁穿心法施工 应用到0# 块施工方案中，相对传统的预埋牛腿或预埋精轧螺纹钢对拉法， 具备安全风险低、工期短、成本低的特点，对今后此类施工具有指导意义。 参考文献

[1] 中华人民共和国交通运输部，JTG TF50-2011，公路桥涵施工技术规范[S]. 北京：人民交通出版社，2011.

[2] 中华人民共和国住房和城乡建设部等，GB50496-2009，大体积混凝土施工规范[S]. 北京：中国计划出版社，2009.

[3] 北京迈达斯技术有限公司，MIDAS/FEA3.6 技术资料[Z]2012.

[4] JTG D62-2004. 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范 [S]. 北京：人民交通出版社，2004.

[5] 陈进东 . 横穿钢棒盖梁施工工法在广大高速桥梁中的应用 [J]. 山西建筑，2012，38（25）：222-282. 作者简介

张亚飞，1995 年 4 月出生，彝族，云南省籍贯，广西路桥工程集团有限公司技术员，质检工程师，专业方向为桥隧工程。