山区复杂环境高墩大跨度刚构桥边跨现浇段施工方案研究

陈 冲

（中国公路工程咨询集团有限公司， 北京 100089）

1 工程概况

丽江～香格里拉公路大具金沙江大桥里程范围为 K3+598.50～K4+185.50，桥跨布置为(6×30)m+(88+166+88)m+(2×30)m，主桥为(88+166+88)m预应力混凝土连续刚构[1]。

主梁为单箱单室直腹板截面，箱梁顶板宽11m，两侧翼缘宽2.5m，箱梁底宽6m；梁高按1.8次抛物线变化，主墩根部梁高10.0m，边跨和跨中梁高3.5m，边跨直线段长5.8m，其中合拢段长2.0m，采用C55混凝土。6#边墩采用单肢箱型结构，墩高48.724m，纵桥向按1:100放坡，横桥向按1:80放坡，竖向设置1道横隔板，横隔板厚1.0m；墩顶纵桥向宽3.0m，横桥向宽3.6m；墩帽采用高低布置，引桥侧墩帽高3.6m，主桥侧墩帽高2.2m，上部宽10.0m，采用C40混凝土。

2 高空托架法施工方案

2.1 贝雷梁桁架法

见图1所示，该方案在墩帽上预埋爬锥，设置上下2道挂梁，挂梁上面焊接耳板，用于销轴连接贝雷梁榫头。贝雷梁桁架作为主要承力结构，可用作3.8m直线段现浇托架；在浇筑2.0m合拢段时，托架的纵向分配梁与挂篮底纵梁连接，由托架和挂篮共同受力，完成合拢段浇筑。

挂梁上部24套M42爬锥，每2套1组，左右对称，共（6+6）组，分别为S1～S12；下部12套M42爬锥，每2套1组，左右对称，共（3+3）组，分别为X1～X6。挂梁采用2HN200×100型钢，长度均为10.0m，2道挂梁中心距1.4m，2道挂梁之间通过3根HN200×100型钢连成整体。上下挂梁均设置13个销轴耳板，通过销轴连接13个3m标准贝雷梁，贝雷梁横向间距为（1.2+3×0.45+0.9+2×1.0+0.9+3×0.45+1.2）m，竖直面和底面通过花窗连成整体，增强其稳定性。

贝雷梁顶面横向摆放6根HN250×125型钢垫梁，单根垫梁长12.0m，与贝雷梁上弦杆通过U型卡固定。垫梁上纵向摆放13根][20b型钢分配梁，单根长3.6m，与垫梁点焊固定。分配梁上面摆放底模板，底模板由挂篮的底模改制。

3.8m直线段浇筑完成后，挂篮施工完21#节段，挂篮的底纵梁与托架的纵向分配梁通过连接钢板连接，它们的端头均开设长圆孔，连接钢板采用20mm厚钢板，对应的开设长圆孔。除了3.8m段底模外，利用部分挂篮底模，还需加一块底模，共同构成2.0m合拢段的底模。合拢段混凝土荷载和其他施工荷载由托架和挂篮共同承担。

2.2 三角托架法

见图2所示，该方案在墩帽和墩柱上面预埋角钢预埋件，在预埋件上焊接2个牛腿，再焊接横向分配梁和纵向分配梁，以及摆放底模，2个牛腿通过横向分配梁连成整体，形成稳定的三角托架系统[2～4]。分配梁和底模先安装部分用于3.8m直线段施工，主梁21#节段施工完成后挂篮后退，再安装后装部分的分配梁和底模，用于2.0m合拢段浇筑施工。

墩帽和墩柱上下两排各设置2个角钢预埋件，横向间距2.6m。预埋件上焊接2个牛腿，牛腿横杆与斜杆均采用2HN400×150型钢，横杆与斜杆坡口焊连接，节点处设置相应的加劲板。先安装部分，内侧横向分配梁采用HM488×300型钢，外侧横向分配梁采用2HM488×300型钢，长度均为12.0。纵向分配梁采用 HN200×100型钢加工。为方便挂篮施工 21#节段，纵向分配梁与横向分配梁之间有506mm高差，留出空间方便挂篮底纵梁前移。因此每根纵向分配梁带有506mm的竖梁，补齐高差。另外后安装部分也是为了方便挂篮施工，在 21#节段施工完成之后，挂篮后退，后安装部分的分配梁和底模则可以安装固定，用于2.0m合拢段施工。该方案3.8m直线段和2.0m合拢段的施工荷载全部由三角托架系统承担。

图1 贝雷梁桁架法布置图（尺寸单位mm）

图2 三角托架法布置图（尺寸单位mm）

3 施工方案计算

3.1 贝雷梁桁架法计算

采用Midas Civil建立施工托架的有限元模型（见图3所示），挂梁、贝雷梁、横向分配梁、纵向分配梁、底模大肋等均采用梁单元模拟。每组爬锥部位采用一般支承，约束3个平动自由度。混凝土浇筑和与其他施工荷载折算成线荷载，加载在分配梁上。施工过程分为3个施工阶段：阶段1，托架成型；阶段2，3.8m直线段施工，该阶段只加载2.3m悬出部分浇筑荷载；阶段3，2.0m合拢段施工，该阶段加载1.0m合拢段的浇筑荷载，另一半荷载由挂篮承担。

最不利计算结果如下：贝雷梁弦杆弦杆最大轴力 253.4KN＜560KN，竖杆最大轴力96.2KN＜210KN，斜杆最大轴力129.5KN＜171.5KN，满足要求[5]。挂梁最大组合应力 164.9MPa＜215MPa，最大剪应力 61.3MPa＜125MPa；横向分配梁最大组合应力44.9MPa＜215MPa，最大剪应力38.5MPa＜125MPa；纵向分配梁最大组合应力27.6MPa＜215MPa，最大剪应力9.0MPa＜125MPa；底模大肋最大组合应力501.MPa＜170MPa，最大剪应力18.3MPa＜100MPa。均满足规范要求[6]。贝雷梁悬臂端向下最大变形 4.8mm，满足施工要求。爬锥计算结果见表1。

表1 爬锥反力计算结果

每2个爬锥为1组，单个爬锥最大拉力240.1/2=120.1kN＜150kN，最大剪力148.0/2=74.0kN＜150kN，满足受力要求。

3.2 三角托架法计算

采用Midas Civil建立施工托架的有限元模型（见图4所示），牛腿横杆、斜杆，横向分配梁，纵向分配梁均采用梁单元模拟，牛腿与预埋件焊接处采用固结约束。混凝土浇筑荷载与施工荷载折算为线荷载加载在分配梁上。施工过程分为3个施工阶段：阶段1，托架成型；阶段2，3.8m直线段施工，该阶段只加载2.3m悬出部分浇筑荷载；阶段3，2.0m合拢段施工，该阶段全部荷载加载在托架分配梁上。

最不利计算结果如下：牛腿横杆最大组合应力 128.9MPa＜215MPa，最大剪应力49.0MPa＜125MPa；牛腿斜杆最大组合应力52.5MPa＜215MPa，最大剪应力1.4MPa＜215MPa；牛腿斜杆取计算长度4.5m，最大长细比55.15，截面稳定系数,=0.832，其轴压稳定性计算值 52.5/0.832=63.1MPa＜215MPa；横向分配梁最大组合应力 110.9MPa＜215MPa，最大剪应力 34.2MPa＜125MPa；纵向分配梁最大组合应力131.3MPa＜215MPa，最大剪应力56.5MPa＜125MPa。均满足规范要求[6]。托架最大悬臂端向下最大变形 3.8mm，满足施工要求。上部预埋件最大拉力385.4kN，最大剪力258.3kN；下部预埋件最大压力385.4kN，最大剪力423.0kN，通过设计角钢预埋件可以满足受力要求[7]。角钢预埋件的计算限于篇幅，在此不赘述。

4 方案比选与施工要点

4.1 方案1优缺点

方案1利用了可租赁的贝雷梁作为主要承力构件，在浇筑合拢段时利用了挂篮承担了部分荷载，需要新加工的钢结构仅5900Kg，具有较好的经济性，且避免了高空焊接。但是需要预埋 36套爬锥，预埋位置需要非常准确，才能保证挂梁能够顺利安装上，并共同受力。施工托架的纵梁在3.8m直线段浇筑之前安装，其摆放位置需要与底模纵梁对应，才能方便长圆形连接钢板安装， 21#节段施工完成后，其梁底实际标高可能与设计标高有出入，挂篮底纵梁与托架连接可能采用焊接更为方便，但中间一块底模安装，底部可能不平整，采用这种方法合拢段施工难度比较大。另外，贝雷梁榫头与销轴之间、销轴与耳板之间有一点旷量，导致该施工托架非弹性变形稍大，需要合理的预压措施，消除非弹性变形。

4.2 方案2优缺点

方案2采用2个牛腿作为主要承力构件，3.8m直线段和2.0m合拢段施工荷载全部由施工托架承担，因此三角托架和预埋件需要较大的承载能力，预埋件需要设计合理并预埋位置准确，墩柱混凝土施工时混凝土的振捣要密实，牛腿与预埋件之间的焊接质量必须满足设计要求。该方案需要新加工的钢结构10500Kg，成本大于方案1。但是该方案预埋件仅4个，预埋件施工难度较预埋36套爬锥小，施工质量可控。三角托架的承载能力强，刚度大，施工过程不需要与挂篮连接，工序较为简单，施工难度可控。

4.3 施工要点

通过施工方案比选，方案2虽然投入较方案1高，但是施工难度与施工质量可控，应优先采用。方案2由于主要受力构件是2个牛腿，因此严禁不平衡荷载，在混凝土浇筑施工时，箱梁的两道腹板处混凝土须对称浇筑，并用振捣棒分层振捣密实。预埋件须按设计位置埋设，如与钢筋位置冲突可适当调整钢筋位置。牛腿与预埋件高空焊接，需要技术熟练的工人施焊，焊接质量需严格把关。后装部分的分配梁与先装部分的分配梁点焊固定，保证底模的平整性。施工托架在浇筑混凝土之前，需要按照全部施工荷载的 120%对托架系统进行预压，消除非弹性变形。直线段现浇混凝土施工完成后，拆模时，可用氧炔焰切割纵向分配梁的竖梁，方便模板落架。

5 结语

本项目施工托架设计，根据实际施工条件，比选方案1和方案2，2种施工方案均能满足施工要求，并且通过计算证明2种方案的施工托架均满足受力要求。但从施工便捷性和质量可控性方面考虑，方案2更为合理。本文总结了2种施工方案的优缺点，拓宽了山区复杂环境下高墩大跨度连续刚构桥边跨现浇段施工的思路。桥梁施工方案是灵活多样的，需要按照安全经济、质量可控、施工便捷的原则，科学设计因地制宜，合理地选用适宜的施工方案。