Research on Cast-in-place Support System of the No.0 Section of Continuous Beam of Niuchangping Bridge
付志辉 FU Zhi-hui
（中铁十七局集团第四工程有限公司，重庆 401121）
（China Railway No.17 Bureau Group Fourth Engineering Co.，Ltd.，Chongqing 401121，China）
摘要：进行云桂线牛场坪双线大桥双线铁路高墩大尺寸连续梁0号段施工时，为了在大体积、高墩及现场施工条件差等不利条件下，确保0号段现浇模板支撑系统达到要求的承载能力及安全稳定性，并同时在施工成本上得到有效控制,对0号块的常用的各种支撑方案进行技术、经济及适用性进行了研究及比对，以选取适合本项目的0号块现浇施工模板支撑方案，并对选定支撑系统方案进行了优化及改进，最终顺利地完成本项目0号块的施工任务，确保了工程质量及施工安全，同时也取得了良好的社会效益和经济效益。
Abstract: During the construction of No.0 section of the high-deck large-size continuous beam of the two-line railway of Niuchangping Double-line Bridge of Yungui Railway, in order to ensure the required load carrying capacity and safety and stability of the pouring of No.0 section under the unfavorable conditions such as large volume, high pier and poor construction conditions on site, and at the same time effectively control the construction costs, the technical, economic and applicability of various commonly used support schemes for Block 0 were studied and compared to select the suitable scheme for this project, and the optimization and improvement of the selected support system scheme was carried out, and finally the construction task of Block 0 of this project were completed smoothly, ensuring the quality of the project and construction safety, and also achieving good social and economic benefits.
关键词：双线铁路；0号块现浇；模板支撑系统；托架方案；优化及改进
Key words: two-track railway；No.0 section cast-in-place；formwork support system；bracket scheme；optimization and improvement
中图分类号：U445 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2018）36-0172-04
0 引言
随着我国基础建设的发展和科学技术的进步，桥梁工程向大跨度及高桥墩方面不断发展，故连续梁体0号段尺寸规模更大、离地高度更远。进行连续梁0号段现浇施工时模板支撑系统的结构尺寸及所承受荷载剧增，致使传统的落地式满堂支架、预埋构件焊接托架及钢立柱支架等常用支撑方式，不管在承受荷载能力还是安全稳定性方面均难以满足施工的要求。因此，对连续梁高墩大尺寸0号段模板支撑系统及方法进行研究，确保安全、高效及经济地完成高墩大尺寸0号段的施工具有重要工程意义。
1 工程概况
新建云桂铁路牛场坪双线大桥上部结构采用（36+64+40）m无砟轨道预应力混凝土连续梁。本桥位于六郎隧道出口与对门山隧道进口之间，全桥位于“V”型谷内，两侧山体陡峭，现场施工运输便道依山而建，狭小弯曲。
牛场坪双线大桥上构连续梁采用悬臂灌注法施工，连续梁墩顶0号段长9m，中支点处梁高为6.0m，梁底宽6.7m，两侧悬臂1.5m，底板厚75～80cm，腹板厚80cm，隔板厚190cm，顶板厚35cm，0号段内钢筋种类繁多，数量大，预应力管道密集，混凝土方量约为222立方，梁段重量达588.3吨。主墩1号墩、2号墩分别高达36.5m、41.4m。
本项目双线铁路0号段具有尺寸大、圬工多、离地高度远等特点，且地处陡峭的山区，施工运输条件差。故采用的0号段模板支撑系统须具有构件尺寸小、施工简便、承载能力强、安全稳定性好及施工成本低等要求。
2 连续梁0号段支撑系统的选择
首先对常用的几种0号段模板支撑系统的技术方案进行了适用性分析、研究及比对，以期初步确定适合本项目的0号段模板支撑系统的基本构造方案。
①落地式钢管支架。因主墩较高，本项目落地式支架为高大模板支撑体系，不仅安全风险极高，施工难度大，材料数量要求多。且因0号段施工的荷载值很高，高大支架的弹性及非弹性累积变形值远超质量控制要求，故本项目排除此方案。②采用钢管立柱落地式支架。此支撑方案具有承载能力强、沉降少及安全性好等特点，但本项目地处陡峭的山区，长大钢管立柱运输及吊装困难，故不本项目施工作业条件不允许采用此方案。③墩顶托架。即采用型钢构件制作鹰架式非落地支架，此支架具有施工简便、所需材料数量少，特别适用于高墩等优点。经专家评审，初步同意在本项目采用墩顶托架的模板支撑形式，但要求最终方案能够采取有效技术措施，消除以往此类托架施工时现场焊接连接工程量大而存在的质量安全隐患。
3 托架设计及优化
3.1 托架总体布置方案
经多次优化及改变，使用托架具本技术方案如下。
临时托架直接安装在墩身预埋件上，托架在墩身纵向、横向两侧对称布置，顺桥侧为主托架，横向布设2排，间距按5.6m排列，2排托架间设置为[28槽钢剪刀撑以增加整体稳定性，托架上架设间距为3.3m的2排2I40b工字钢梁作为承重横梁，然后顺桥向铺设I40a工字钢纵梁，及底模下15×15方木组成施工平台。横桥侧设置单排边托架，边托架上铺设I40a工字纵梁，然后铺设底模下方木组成施工平台。托架具体布置见图1、图2。托架用吊车起吊安装。
3.2 托架结构优化
改预埋钢板为预埋Φ32精轧螺纹钢，尽量减少现场焊接施工，以减少安全隐患。以往托架常常采取在桥墩上预埋钢板，然所托架构件与预埋的钢板焊接连接的施工技术。托架构件与预埋钢板的焊接连接需在施工现场进行，焊接技术控制及质量保证难度大，故焊接连接技术存在较大的安全隐患，而本项目0号段施工荷载大，对焊接的质量控制要求更高。本项目将托加方案改进成在墩身预埋Φ32精轧螺纹钢，待桥墩混凝土结构完成后，在精轧螺纹钢两端安装连接板，连接板上钻有螺栓孔，其与精轧螺纹钢采用高强螺栓连接固定。
而连接板与托架杆件、托架杆件之间采用设置连接板，采取插销连接方式。连接板及托架所有构件均在工厂内制作、焊接及质量检测，确保了焊接质量。现场仅需进行简单的安装连接即可，避免了承载焊缝的现场焊接，消除了焊接质量控制难的问题，确保了支撑结构的安全。
主托架的上平杆直接形成0号段梁底坡度，免去了采用其它材料构建楔块调坡的工作，使施工更简单、减少了材料用量、降低了施工成本，加快了施工进度。
3.3 托架预压
托架安装好后，要进行预压试验。在验证托架支撑系统承载能力的同时，消除非弹性变形，测定弹性变形量，以获得调节底模标高的依据，确保连续梁线型满足要求。
托架预压采用逐级预压的方式施作，分别按照60%、100%、120%最大荷载重量进行三级预压。预压完成后按100%、60%分二级卸载。
本项目0号段作用于支撑系统的施工荷载为21.46t，加载位置和顺序尽可能与梁体混凝土施工加载情况相一致的原则进行。
托架预压施工数据监测的监测点设置在底模上。桥纵向每侧设置2排。每排布置3个测点。监测点布置见图3。
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加载前，测量记录各监测点初始值。每级加载完成1h后进行支架的变形观测，第三级加载后静停24h后开始分级卸载，并逐级观测弹性变形值，由观测结果可计算出支架系统的变形值进行底模标高调整。
4 支撑系统承载验算
4.1 荷载取值
①钢筋混凝土荷载q1，钢筋混凝土容重按26.5kN/m3。②模板荷载q2=10～30kN/m2。③施工人员及机械荷载q3=2kN/m2（施工时严格控制其荷载量不超过此值）。④砼振捣荷载q4=2.5kN/m2。
采用Midas有限元分析软件对托架结构进行建模、约束边界条件、加载。托架施工模型如图4。
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4.2 托架纵梁及前后承重梁强度验算
4.2.1 工字钢纵梁验算
I40a工字钢材料特性为：A=86.112cm2，W=1090cm3，E=206GPa，I=1590cm4。强度设计值[σ]=160MPa，[τ]=80MPa。
根据荷载分布情况，I40a工字钢纵梁分为翼缘板、腹板和底板三种工况进行承载验算。
①翼缘板下。
混凝土自重经计算得q1=14.6kN/m。
模板自重按q2=10kN/m
施工人员及机械荷载q3=2kN/m2×1.9=3.8kN/m
砼振捣荷载q4=2.5kN/m2×1.9=4.75kN/m
合计得q=14.6+10+3.8+4.75=33.15kN/m
翼缘板下设置有2根I40a，按受均布线性荷载的简支梁进行计算，则单根I40a工字钢承受的Mmax=7.92kN·m。则得：σ=M/W=7.92×103/1090×10-6=7.3MPa＜160MPa
计算得支点反力：N后=17.82kN，N前=5.02kN，则得：
τ=17.82×103/86.112×10-4=2.1MPa＜80MPa
②腹板下。
按以上方法进行计算，合计得q=237.625kN/m
腹板下设置有7根I40a，按受均布线性荷载的简支梁进行计算，则单根I40a工字钢的Mmax=15.86kN·m。则得：
σ=M/W=15.86×103/1090×10-6=14.6MPa＜160MPa
计算得支点反力：N后=35.67kN，N前=10.04kN，则得：
τ=35.67×103/86.112×10-4=4.1MPa＜80MPa
③底板下。
按以上方法进行计算，合计得q=141.25kN/m
腹板下设置有5根I40a，按受均布线性荷载的简支梁进行计算，则单根I40a工字钢的Mmax=13.25kN·m。则得：
σ=M/W=13.25×103/1090×10-6=12.2MPa＜160MPa
计算得支点反力：N后=29.79kN，N前=8.39kN，则得：
τ=29.79×103/86.112×10-4=3.5MPa＜80MPa
4.2.2 前承重梁检算
前承重梁由双I40a组成，承受由其上各纵梁传递的荷载，经计算得：
Mmax=54.2kN·m、N=65.2kN，则得：
σ=M/W=54.2×103/2×1090×10-6=24.9MPa＜160MPa
τ=65.2×103/2×86.112×10-4=3.8MPa＜80MPa
最大挠度=5mm＜5800/250=23.2mm
4.2.3 后承重梁检算
后承重梁由双I40a组成，承受由其上各纵梁传递的荷载，经计算得：
Mmax=236.4kN·m、N=301.4kN，则有：
σ=M/W=236.4×103/2×1090×10-6=108.4MPa＜160MPa
τ=301.4×103/2×86.112×10-4=17.5MPa＜80MPa
最大挠度=8mm＜5800/250=23.2mm
4.3 托架验算
4.3.1 材料及其参数
托架的上平杆、斜撑杆均采用组合截面，材料为两根[28b槽钢对扣而成，截面系数如下：
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组合截面的材料特性为：A=91.2cm2，Ixx=10260cm4，Iyy=7811cm4，强度设计值[σ]=160MPa，[τ]=80MPa。
计算得上平杆承受拉力N=144.2kN，斜撑杆承受压力N=190.0kN，斜撑杆的有效长度为612.5cm。
上平杆及斜撑杆每个铰座设置6根?准32精轧螺纹钢，截面积为48.23cm2。精轧螺纹钢强度设计值[σ]=400MPa，[τ]=240MPa。
计算得上平杆处精轧螺纹钢承受剪力=482.3kN；斜撑杆处精轧螺纹钢受剪力=140.0kN。
4.3.2 强度验算
①上平杆件承受拉力：
σ=144.2×103/91.2×10-4=15.8MPa＜160MPa
②斜撑杆件承受压力：
σ=190.0×103/91.2×10-4=20.8MPa＜160MPa
③斜撑杆稳定性计算。
因斜撑杆承受轴向压力，故需进行其杆件稳定性计算。
iy=（9711/91.2）-2=10.32
构件长细比λ=l0/rx=612.5/10.32=59.4＜150
查表得纵向弯曲系数Φ=0.713
故[N]=0.713×91.2×160=104.0kN＞N=20.8kN。
经过承载验算，可知模板支撑系统整承载能力、稳定性及倾覆变形等符合规范要求。
④精轧螺纹钢。
上平杆处精轧螺纹钢：
σ=144.2×103/48.23×10-4=30.0MPa＜400MPa
τ=482.3×103/48.23×10-4=100.0MPa＜240MPa
斜撑杆处精轧螺纹钢：
σ=0（斜撑杆的压力直接传递给桥墩身）
τ=140.0×103/48.23×10-4=29.0MPa＜240MPa
5 结束语
本项目采用了优化及改进的托架式0号段现浇模板支撑系统，并精心按托架设计方案组织施工，在施工期间进行了支架的变形及承载能力的监测。支架稳定性表现良好，变形及沉降均在规范要求的范围内，没有出现任何危及施工安全的现象。0号段现浇施工工期较原计划提前了11天，施工成本节约了8.6万元。本项目施工经验对于其他此类大体积及高墩连续梁0号块的施工提供了借鉴意义。
参考文献：
[1]周云武.高墩连续梁0号块施工支架设计与加固技术研究[J].企业技术开发，2014（29）.
[2]秦雷雷.清水川特大桥连续梁0号块施工技术[J].科技创新与生产力，2017（3）.
[3]葛白雪，张玉娥，王飒一.连续梁桥0号块施工临时结构设计[J].国防交通工程与技术，2014（5）.
[4]田继源.高墩连续梁0号块施工关键技术[J].价值工程，2014（13）. |
