整体式提升托架法在桥梁空心薄壁墩施工中的应用

交通世界TranspoWorld整体式提升托架法在桥梁空心薄壁墩施工中的应用周先念，莫小龙，吴杰，赵科锋（中交路桥华东工程有限公司，上海 200120）摘要：对重庆忠万高速公路第四合同段新屋1号大桥施工方法进行介绍并加以计算，该桥斜跨新屋河，墩柱设计为空心薄壁墩，其墩身高度为45~70m之间，某项目部采用工字钢及小钢管进行拼接，组装完成一个整体式施工平台，通过施工平台与墩身模板逐节翻升的配合，完成墩柱施工，该施工方法操作较方便、安全。关键词：整体式提升托架；空心薄壁墩；施工技术中图分类号：U443.22 文献标识码：B1 工程概况重庆市忠万高速新屋一号桥为本项目控制性工程，该桥位区属构造侵蚀-溶蚀沟谷地貌。大桥于新屋河上部斜跨通过，桥位区总体东西两岸高中部低，沿桥轴向呈宽缓不对称的“V”字型，两侧桥台位于山脊上，中部为沟谷。新屋1号桥左右线均为13～40m预应力混凝土T梁，左、右幅5#、8#、9#、10#墩高度在45～60m之间，采用等截面6×3m空心薄壁墩；左、右幅6#、7#墩身高度均＞60m，采用变截面空心墩（墩底截面6×4.46m，墩顶截面6×3m）。浇筑。将整体式提升架提升4.5m，进行第4节施工，如此循环，完成全部墩身施工。4 整体提升托架施工方法4.1 提升托架结构4.1.1 托架基座布置施工平台采用的工钢型号为[25c、I16，先采用[25c在空心墩外侧距墩身距离为5cm处焊接成一个密闭的底座，然后将I16焊接在其上，保持在一个平面。钢交叉位置连接方式为双面焊。并采用焊接1cm后直角钢板进行加强处理（托架基座平面布置示意图见图1）。2 方案概述空心薄壁墩提升托架法施工是在墩身预埋销棒孔，然后穿销棒组装提升托架，并将托架用销棒固定至墩柱上，在提升托架上搭设双排脚手架，以此作为墩身钢筋、模板、混凝土施工的工作平台，浇筑混凝土高度每次不超过4.5m。在空心墩底部承台旁搭设“之”字形转梯，作为施工人员上下通道，转梯随着墩柱高度的不断上升而加高。钢筋转运、墩柱模板及混凝土施工均采用塔吊进行。图1：提升架基座平面布置示意图3 施工工艺整体式提升托架法施工是将桥墩分成若干节浇筑，首节在承台顶施工，其上每节在已完成施工的桥墩上安装钢筋，支模浇筑混凝土，模板重量和施工荷载依靠桥墩自身支撑。第1节在承台上安装钢筋骨架，支第1节墩身模板（4.5m高）浇筑1.5m实心段和3m空心段混凝土。待强度达到2.5MPa后进行人工凿毛，拆除底部3m高模板，安装整体提升托架。将首节模板作为支撑安装第2节模板并浇筑。再拆除第1节模板，依第2节为支撑安装第3节模板并4.1.2 双排脚手架布置在托架基座上，沿墩身四周搭设整体式钢管双排架，高度11m，排距0.75m，钢管外径￠42mm，壁厚3mm，立杆间距为1.6m、1.5m、1.4m三种，立杆底部和I16工钢之间全部焊接牢靠，并设小三角钢片焊接补强[1]。 综合考虑施工平台自重与提升施工的要求，大横杆步距高2m，共设6步，小横杆与立杆间距一致。并在工人操作层铺设竹胶板，施工平台外侧挂安全网，底部挂设平网。 4.1.3 提升机具、基座固定基座在空心墩两侧设置四个吊耳，每侧各两个，施工收稿日期：2016-04-15作者简介：周先念（1972—），男，高级工程师，主要研究方向为高墩桥梁施工技术研究。53

总410期桥梁与隧道工程2016年第32期（11月 中）时将钢棒穿入吊耳中固定托架，提升机具采用手拉葫芦。4.1.3 预留孔及受力圆钢墩身浇筑混凝土时，提前进行预留孔设置，位置与托架吊耳对应，高度为距上方第一道模板底70cm处。共设置4个孔径65mm的预留孔。采用PVC管预留。受力圆钢采用￠60mm钢棒，材质为45号钢，长1000mm，其中穿入墩身50cm，外露50cm。4.2 提升托架安装提升托架在第1节墩身施工完成，拆除底部的3m高模板，在承台顶组拼型钢底座，现场焊接成整体。立杆置于I16型钢上，通过三角劲板焊接固定，从下到上依次安装扫地杆和大横杆，设置剪刀撑，最后外挂密目安全网，地盘下的安全网待提升架提升就位后设置。4.3 整体提升整体式提升托架提升过程由4个人进行操作，首先将4台10t手拉葫芦固定在吊耳上，同时缓慢拉动手拉葫芦，通过观察确保托架整体保持平衡，待钢棒不受力时，将其一一取出放置在钢筋篮中。然后继续提升托架，每提升0.5m调整一次托架高度，保证其位于同一水平面上，提升时必须由专人监视。 4.4 提升就位葫芦提升到下一预埋销棒孔位置，缓慢提升，将托架上吊耳孔对中销棒孔，然后将钢筋篮中的钢棒一一穿入吊耳孔和预留孔中，然后缓慢松动葫芦。松动葫芦后检查四个吊耳是否均已受力，若有未受力位置应进行调整。一个提升操作流程完成，可进行钢筋绑扎工作。待此节墩柱施工完成后，再进行如上操作即可。4.5 托架下落墩身施工完成，需将托架下落至地面进行拆除。托架下落与提升原理一样，采用吊耳受力，手拉葫芦固定后，通过操作葫芦使托架下落，过程中注意事宜与提升一致。下落过程中可以将墩柱外观缺陷进行修饰，起到一举两得的效果。5 整体提升托架结构验算书5.1 整体提升托架结构整体提升架高度为11m，随着墩身节段的升高，周转使用。提升架底座采用[25c、I16工字钢焊接成框架。支撑销棒采用￠60mm钢棒，材质为45号钢，长1000mm，其中穿入墩身50cm，外露50cm。在托架基座上，沿墩身四周搭设整体式钢管双排架，高度11m，排距0.75m，钢管外径￠42mm，壁厚3mm，立杆间距不超过1.6m[1]。新屋1号桥的空心墩最大高度73m，考虑单个墩身布置1个提升架。5.2 验算对象及验算工况5.2.1 验算对象施工时，在整体提升架内侧搭设侧平台进行钢筋和模板安装作业。每施工一节墩身，提升架升高4.5m。提54

升架通过销棒为着力点固定于墩身上。5.2.2 验算工况以施工平台用于绑扎钢筋作为验算对象，考虑提升架提升到最高60.5m时，除结构自重外，考虑12人的人员荷载，不考虑堆放荷载，且每个人只占用一侧平台。对于整体架结构，按最不利验算工况为：在万州区10年一遇的7级大风情况下，提升架正常使用，该工况基本与模拟的现场施工情况一致。5.3 验算依据《重庆忠县至万州高速公路两阶段施工图设计文件》；《公路桥涵设计通用规范》JTG D60—2004；《公路桥涵施工技术规范》JTJ 041—2011。5.4 荷载计算5.4.1 风荷载风荷载计算：根据《公路桥涵设计通用规范》可知，横桥向风荷载标准值按下式计算：高度73m：；K0：设计风速重现期换算系数，取K0=0.75；K1：风载阻力系数，提升架属于桁架结构，实面积比，取K1=1.9；K3：地形、地理条件系数，取0.8；Wd：设计基准风压，根据顶面距地面高度确定73m时，；γ：空气重力密度，；Z：距地面或水面的高度，取Z=73m；Vd：高度73m时的设计基准风速，；K2：考虑地面粗糙度类别和梯度风的风速高度变化修正系数，73m时，取；K3：阵风风速系数，取；V10：提升架所在万州地区10年一遇的设计基本风速，；g：重力加速度，；Awh：横向迎风面积，11m桁架迎风面积100m2，2×2cm密目网，绳粗1.8mm；迎风系数u=0.18×2×2×1.2×1.3/2/2=0.28，9.1×11m2密目网迎风面×9.1×11=28.028m2。5.4.2 施工人员荷载钢筋安装时，人员站在提升架内侧临时平台上操作按12人计算，人员荷载70kg×9.8N/kg×12人＝0.686kN×12人=8.232kN。5.4.3 底座上施工荷载整体式提升架底座上铺5cm厚木板，施工荷载取2kN/m2。5.5 MIDAS模型底座采用I16、[25a型钢，外围双排脚手架为Φ42×3交通世界TranspoWorld钢管。风荷载及结构自重荷载均在计算时软件已计入。具体模型、边界条件及荷载分布情况见图2、图3、图4。破断拉力295×103N；Φ22mm钢丝绳的容许拉力（K为钢丝绳的安全系数，取K=6）。钢丝绳在现实操作过程中的拉力：（K为拉升过程中的不稳定系数，故钢丝绳在提升过程中安全）。⑶销棒。每根Φ60mm钢棒承受整体施工平台重量的1/4。在施工时，提升架和荷载共同作用于销棒，由提升架反力图可知提升架最大支撑反力54.7kN，得出销棒上最大荷载为54.7kN。钢棒截面几何特性：图2 图3图2：提升架MIDAS模型图3：提升架边界条件图图4：提升架荷载分部情况图4单根销棒受力F=54800kN。因吊耳与墩身之间的距离为5cm，简化销棒只受剪力进行计算。则销棒所承受的最大剪力。剪力进行验算，验算通过，用Φ60mm钢棒能满足要求。5.7 验算结果本验算书以整体提升架作为验算对象，验算结果表明：提升架结构的刚度（变形）、强度（应力）和稳定性验算均通过，结构是安全的，可以投入正常使用。风力7级时，提升架正常使用；在风力大于7级时，建议提升架停止使用，人员不能上下提升架施工，属于非正常使用情况。建议在大于7级罕见强风来临前，将提升架顶部与墩身模板做简易临时连接，减少提升架顶部的变形。5.6 结果分析与评价5.6.1 变形验算提升架外双排脚手架采用Φ42×3mm钢管。竖向立杆容许挠度为构件长度的L/500=11000/500=22mm，实际变形为14.2mm，小于容许值，刚度（变形）验算通过。5.6.2 强度验算最大截面应力出现在底座[25a 对接槽钢上，为83.8MPa，应力水平在容许值以内，验算通过，构件具有足够的强度。5.6.3 总体稳定性分析 结构稳定不同于强度问题，与材料强度没有密切的关系，但构件应力水平高时，其失稳特征值会较低。特征值失稳属于第一类稳定问题，又称分枝点失稳，是稳定性分析的第一步，具有一定的参考价值。[2] 提升架失稳特征值λ在33.87以上，大于3.5，失稳模态是提升架底部侧面Φ42×3mm钢管竖杆出现面外失稳，因此，提升架结构的验算稳定性通过。5.6.4 提升机具和销棒验算根据整体施工平台的重量、施工时考虑的各类荷载及施工人员荷载，并增加安全系数后，确定整体式施工平台的材料选用。⑴提升机具。经过核算，一个整体施工平台基座重量约4.66t，脚手架重量约4.73t，并且考虑操作人员、安全网及人行道板荷载和安全系数，确定使用4个10t手拉葫芦。⑵钢丝绳。整体施工平台工作时，将2根钢丝绳悬挂在墩柱上，采用型号为Φ22mm，长度为9m，4个葫芦与其连接后施工。则整体式施工平台的重量分担到每根钢丝绳上，每根钢丝绳承受1/4重量。即。Φ22mm钢丝绳的6 结语整体式提升托架在重庆忠万高速第四合同段新屋1号大桥成功运用，该方法施工进度快、质量高，整体式提升托架对施工工人技术水平要求较低，方便操作，这种技术可以在高墩施工中推广。参考文献：[1] 仲维玲.高岚河特大桥薄壁空心高墩翻模施工技术[J].石家庄铁道大学学报（自然科学版），2012，25（4）：58-61.[2] 欧阳瑰琳.红岛航道桥钢箱梁安装支架设计及施工要点[J].中外公路，2013，33（2）：117-121.（编辑：赵艳）55