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摘要：高墩连续刚构桥墩顶现浇块段为整个连续刚构的关键基准块段，其技术要求较高。本文结合实际工程，讨论了墩顶现浇块段托架法施工的技术要点，主要包括托架结构选型、设计思路、托架结构验算、现场拼装及预压方法。
关键词：连续刚构桥；箱梁；墩顶现浇块段；托架；施工技术；
中图分类号：U448.23文献标识码： A
目前国内大跨度高墩连续刚构桥均采用挂篮悬臂现浇法进行施工，对于连续刚构桥，因其上部结构根部与桥墩浇筑在一起形成固结形式，墩顶现浇块段为后续块段挂篮悬浇施工的基准块段，故其施工方法、施工质量对后续块段的线性控制、施工安全影响较大。本文结合某连续刚构桥左幅2#主墩上构0#、1#块段的施工，介绍了连续刚构桥墩顶现浇块段施工时的托架结构设计思路、托架设计、托架验算、现场拼装及预压。
1 工程背景
某连续刚构桥分左、右幅进行设计，各幅桥长均为210m，跨径布置为55m+100m+55m。其中左幅1#墩高60m，右幅1#墩高56m，左幅2#墩高81m，右幅2#墩高77m，墩身均采用外周侧5m×8m、内周侧3.4m×6m的空心矩形截面，墩身混凝土采用C40混凝土，属于高墩连续刚构桥。
桥梁上构为变高度单箱单室直腹板截面，共划分为16个块段，其中0#、1#块段为墩顶现浇块段，0#块段长7m，1#块段长2.5m；箱梁顶板宽16.3m，底板宽8m，翼缘长4.15m，0#块段墩顶部分梁高6.2m，悬臂端头高6.047m，1#块段悬臂端头高5.678m，块段梁高按2次曲线变化；0#块段底板厚1.1m，其余块段底板厚度从T构根部至合拢段由0.8m～0.3m按2次曲线变化；0#块段顶板厚0.8m，其余块段顶板厚0.3m，顶板顶面设2%的横坡；0#块段腹板厚1.2m，1#块段腹板厚0.7m；0#块设2道1m厚的横隔板，横隔板下端设有人洞，0#、1#块段结构见图1。
（a） 0#、1#块段纵断面布置
（b） A-A断面
图1 0#、1#块段结构（单位：m）
2 托架结构设计思路
临时托架的作用主要包括：①作为墩顶现浇块段的受力结构；②作为墩顶现浇块段作业平台；③承受墩顶现浇段两端不对称浇筑时产生的不平衡弯矩。
根据受力特点，墩顶现浇块段临时托架可分为适于墩高20m以下的落地托架及适合高墩的悬臂托架，托架杆件常采用贝雷桁架片、万能杆件、型钢等，考虑左幅2#墩墩高81m，采用结构形式为三角形牛腿的型钢托架施工墩顶0#、1#现浇块段，同时因墩顶现浇块段12m长，为减小施工过程中0#块段中部翼缘板处的下挠量，在0#块段中部翼缘板下侧各一个三角撑结构。
3 托架结构设计
图2为左幅2#墩墩顶0#、1#块段托架结构图，该托架布置如下：在箱梁底板下侧设置两个横桥向三角撑结构，横桥向三角撑横梁采用双56a#工字钢，斜撑采用与竖直方向夹角45o的对扣36a#槽钢，横桥向三角撑横梁上设置三根横桥向大纵梁，包括3-45a#、2-45a#、2-45a#工字钢，大纵梁顶面沿横桥向以墩身中心线为中心设置15根长3.8m的双16#工字钢，双16#工字钢顶面沿顺桥向等间距设置5根双16#工字钢，其上设置Ф48mm×3.5mm钢管支架支撑箱梁底模；在0#块段中部翼缘板下侧各设置一个顺桥向三角撑结构，顺桥向三角撑横梁采用双36a#工字钢，斜撑采用与竖直方向夹角45o的对扣36a#槽钢，在顺桥向三角撑横梁上设置两根顺桥向大纵梁，均为双工36a#，顺桥向大纵梁两端搭在横桥向大纵梁上，顺桥向大纵梁上以0#块段中部为中心沿顺桥向等间距设置13根16#工字钢，在16#工字钢顶面设置竖向Ф48mm×3.5mm钢管支架支撑箱梁翼缘模板；所有两并排（三并排）设置型钢接缝处每隔1m设置一道点焊缝，点焊缝在型钢上、下翼缘板处交错布置，同时在并排型钢上、下翼缘板两点焊缝中间设置一道1cm厚10cm宽的钢板缀条。横桥向、顺桥向大纵梁型钢腹板位置在三角撑支撑点处等间距设置三道2cm厚加劲肋坂。
托架三角撑结构与墩身连接设计要点包括：①锚固钢筋均采用直径32mm的HRB335带肋钢筋，其中所有三角撑横梁处锚筋均1m长，斜撑处锚筋均0.55m长，锚筋外露端均采用机床加工10cm长的丝头及3cm长的磨平段，加工段的直径均为30mm；②锚固钢筋预埋时加工段内端设置1cm厚定位钢板，定位钢板上提前按锚筋位置采用机床加工直径32mm的锚孔，定位钢板外侧面与墩身表面平齐，锚筋伸出定位钢板12cm，锚筋尾端与墩身钢筋点焊固定；③所有三角撑型钢外周侧均采用1cm×1cm的凸角焊缝与2cm厚连接钢板焊接，连接钢板上提前按锚筋位置采用机床加工直径32mm的锚孔；④每根锚筋采用两个8.8级M30高强螺母连接。⑤所有锚固节点均按照铰结点进行设计。
（a） 0#、1#块段托架横断面布置
（b） 0#、1#块段托架纵断面布置
图2 0#、1#块段托架结构（单位：m）
4 托架结构验算
为保证托架结构的强度、刚度、稳定性满足施工需要，采用MIDAS软件对该托架建立有限元模型（见图3）进行验算。
图3 0#、1#块段托架结构有限元模型（单位：m）
在采用MIDAS软件对该托架进行验算时，建模要点主要包括以下几点：①托架所有杆件均采用梁单元；②托架所有三角撑结构结点处均采用铰接连接；③托架上、下层型钢之间在对应点处采用刚性连接；④托架自重荷载通过软件自有自重荷载模拟；⑤钢筋砼自重荷载、模板荷载、人机荷载、振捣荷载按照对箱梁截面进行条分后对应的混凝土及模板截面面积进行换算（见图4），其中钢筋砼容重：γ钢筋砼=25KN/m3,模板荷载：q模板=1.6Kpa，施工人员及机具荷载：P人机=1.5Kpa，振捣混凝土产生的振动荷载：P振捣=2Kpa，A48mm钢管每米重量：g钢管=3.841Kg/m；⑥风荷载对托架的影响按照20年一遇风荷载进行验算，设计基准风速：Vsd=25.13 m/s（20年一遇），设计基准风压：Wd=1.4KN/m3（风荷载具体计算参见《公路桥梁抗风设计规范》（JTG/T D60-01-2004）规定）。
图4 条分法划分截面（单位：cm）
托架验算时主要验算项如下：
⑴ 强度验算：组合1=1.2×（支架自重荷载+箱梁钢筋砼自重+模板荷载）+1.4×（振捣荷载+人群-机具荷载）+1.1×风荷载；
⑵ 刚度验算：组合2=支架自重荷载+箱梁钢筋砼自重+模板荷载。
⑶ 稳定性验算：对三角撑斜撑（轴心受压结构），顺桥向、横桥向大纵梁（受弯结构）进行平面内、平面外稳定计算。
⑷ 托架结点验算：根据托架模型计算出各三角撑结点处的结点荷载（FX，FY，FZ）。三角撑横梁结点处主要验算锚筋的抗拔能力及抗剪能力；三角撑斜撑结点处主要验算结点钢板下墩身混凝土的抗压强度及锚筋的抗剪能力；对三角撑型钢与连接钢板的1cm×1cm凸角焊缝进行验算。
通过验算表明，整个托架的强度，刚度，稳定性，托架结点处锚筋的抗拔能力、抗剪能力，结点钢板下混凝土的抗压强度，三角撑型钢与连接钢板之间焊缝的强度等均满足规范要求，且有一定安全富余。
5 托架结构拼装及预压
各型钢先按照托架设计图中杆件的类型、尺寸、角度进行下料，然后焊接成构件，三角撑构件与连接钢板焊接牢固。同时在墩身施工时预埋托架锚固钢筋及定位钢板，保证定位准确、安装牢固。托架拼装时先将6个三角撑构件利用塔吊提升至设计位置，将连接钢板对齐锚筋进行安装，并及时上紧螺母，待三角撑构件安装牢固后逐层安装托架其他构件，并采用每5cm一道的点焊缝固定各构件。
待托架结构安装完成后开始进行托架预压，托架預压的目的①验证托架结构的安全性与强度、刚度、稳定性；②消除托架各构件之间的缝隙，减小非弹性变形对墩顶现浇段标高的影响；③求出托架弹性变形，以便后期箱梁模板的预抬高设置，并与托架MIDAS模型计算的位移结果相印证。
该托架预压采用砂袋堆载预压，预压前在整个托架构件顶面铺满钢模板，并在钢模板上标记出预压测量监控点。托架预压荷载P为对应的箱梁全部施工荷载，并按照箱梁截面划分为P=P外翼缘+P外腹板+P顶底板+P内腹板+P内翼缘，堆载时按照对应位置对应加、卸载，且墩身两侧对称、平衡进行。预压荷载加载等级按照0→30%P→80%P→100%P→110%P进行，卸载等级按照110%P→100%P→80%P→30%P→0进行，每级加、卸载待托架变形稳定后（等待24小时）方可继续进行下一级加、卸载，同时测量队测量每级加、卸载稳定后测量监控点的标高，以求出托架的非弹性及弹性变形。经过预压试验实测该托架非弹性变形3mm，弹性变形8mm。
6 结语
墩顶现浇块段施工是高墩预应力砼连续刚构桥一道非常关键的工序，具有砼浇筑方量大、高处作业、工序繁多等特点，实际施工时需选择合理的托架设计方案，以保证传力清晰，固结方便，能够满足规范及现场实际需要的强度、刚度及稳定性要求，并且托架的安装及拆卸方便，以最大化的节约施工成本，保证施工进度及施工安全，因此要对墩顶现浇段托架进行仔细认真的设计与验算。同时为验证托架的整体效果，必须严格按照实际的荷载分布对托架进行预压，以求出托架实际弹性变形，消除非弹性变形，设置预抬高，保证后期现浇块段的施工标高符合设计与监控要求。
关键词：连续刚构桥；箱梁；墩顶现浇块段；托架；施工技术；
中图分类号：U448.23文献标识码： A
目前国内大跨度高墩连续刚构桥均采用挂篮悬臂现浇法进行施工，对于连续刚构桥，因其上部结构根部与桥墩浇筑在一起形成固结形式，墩顶现浇块段为后续块段挂篮悬浇施工的基准块段，故其施工方法、施工质量对后续块段的线性控制、施工安全影响较大。本文结合某连续刚构桥左幅2#主墩上构0#、1#块段的施工，介绍了连续刚构桥墩顶现浇块段施工时的托架结构设计思路、托架设计、托架验算、现场拼装及预压。
1 工程背景
某连续刚构桥分左、右幅进行设计，各幅桥长均为210m，跨径布置为55m+100m+55m。其中左幅1#墩高60m，右幅1#墩高56m，左幅2#墩高81m，右幅2#墩高77m，墩身均采用外周侧5m×8m、内周侧3.4m×6m的空心矩形截面，墩身混凝土采用C40混凝土，属于高墩连续刚构桥。
桥梁上构为变高度单箱单室直腹板截面，共划分为16个块段，其中0#、1#块段为墩顶现浇块段，0#块段长7m，1#块段长2.5m；箱梁顶板宽16.3m，底板宽8m，翼缘长4.15m，0#块段墩顶部分梁高6.2m，悬臂端头高6.047m，1#块段悬臂端头高5.678m，块段梁高按2次曲线变化；0#块段底板厚1.1m，其余块段底板厚度从T构根部至合拢段由0.8m～0.3m按2次曲线变化；0#块段顶板厚0.8m，其余块段顶板厚0.3m，顶板顶面设2%的横坡；0#块段腹板厚1.2m，1#块段腹板厚0.7m；0#块设2道1m厚的横隔板，横隔板下端设有人洞，0#、1#块段结构见图1。
（a） 0#、1#块段纵断面布置
（b） A-A断面
图1 0#、1#块段结构（单位：m）
2 托架结构设计思路
临时托架的作用主要包括：①作为墩顶现浇块段的受力结构；②作为墩顶现浇块段作业平台；③承受墩顶现浇段两端不对称浇筑时产生的不平衡弯矩。
根据受力特点，墩顶现浇块段临时托架可分为适于墩高20m以下的落地托架及适合高墩的悬臂托架，托架杆件常采用贝雷桁架片、万能杆件、型钢等，考虑左幅2#墩墩高81m，采用结构形式为三角形牛腿的型钢托架施工墩顶0#、1#现浇块段，同时因墩顶现浇块段12m长，为减小施工过程中0#块段中部翼缘板处的下挠量，在0#块段中部翼缘板下侧各一个三角撑结构。
3 托架结构设计
图2为左幅2#墩墩顶0#、1#块段托架结构图，该托架布置如下：在箱梁底板下侧设置两个横桥向三角撑结构，横桥向三角撑横梁采用双56a#工字钢，斜撑采用与竖直方向夹角45o的对扣36a#槽钢，横桥向三角撑横梁上设置三根横桥向大纵梁，包括3-45a#、2-45a#、2-45a#工字钢，大纵梁顶面沿横桥向以墩身中心线为中心设置15根长3.8m的双16#工字钢，双16#工字钢顶面沿顺桥向等间距设置5根双16#工字钢，其上设置Ф48mm×3.5mm钢管支架支撑箱梁底模；在0#块段中部翼缘板下侧各设置一个顺桥向三角撑结构，顺桥向三角撑横梁采用双36a#工字钢，斜撑采用与竖直方向夹角45o的对扣36a#槽钢，在顺桥向三角撑横梁上设置两根顺桥向大纵梁，均为双工36a#，顺桥向大纵梁两端搭在横桥向大纵梁上，顺桥向大纵梁上以0#块段中部为中心沿顺桥向等间距设置13根16#工字钢，在16#工字钢顶面设置竖向Ф48mm×3.5mm钢管支架支撑箱梁翼缘模板；所有两并排（三并排）设置型钢接缝处每隔1m设置一道点焊缝，点焊缝在型钢上、下翼缘板处交错布置，同时在并排型钢上、下翼缘板两点焊缝中间设置一道1cm厚10cm宽的钢板缀条。横桥向、顺桥向大纵梁型钢腹板位置在三角撑支撑点处等间距设置三道2cm厚加劲肋坂。
托架三角撑结构与墩身连接设计要点包括：①锚固钢筋均采用直径32mm的HRB335带肋钢筋，其中所有三角撑横梁处锚筋均1m长，斜撑处锚筋均0.55m长，锚筋外露端均采用机床加工10cm长的丝头及3cm长的磨平段，加工段的直径均为30mm；②锚固钢筋预埋时加工段内端设置1cm厚定位钢板，定位钢板上提前按锚筋位置采用机床加工直径32mm的锚孔，定位钢板外侧面与墩身表面平齐，锚筋伸出定位钢板12cm，锚筋尾端与墩身钢筋点焊固定；③所有三角撑型钢外周侧均采用1cm×1cm的凸角焊缝与2cm厚连接钢板焊接，连接钢板上提前按锚筋位置采用机床加工直径32mm的锚孔；④每根锚筋采用两个8.8级M30高强螺母连接。⑤所有锚固节点均按照铰结点进行设计。
（a） 0#、1#块段托架横断面布置
（b） 0#、1#块段托架纵断面布置
图2 0#、1#块段托架结构（单位：m）
4 托架结构验算
为保证托架结构的强度、刚度、稳定性满足施工需要，采用MIDAS软件对该托架建立有限元模型（见图3）进行验算。
图3 0#、1#块段托架结构有限元模型（单位：m）
在采用MIDAS软件对该托架进行验算时，建模要点主要包括以下几点：①托架所有杆件均采用梁单元；②托架所有三角撑结构结点处均采用铰接连接；③托架上、下层型钢之间在对应点处采用刚性连接；④托架自重荷载通过软件自有自重荷载模拟；⑤钢筋砼自重荷载、模板荷载、人机荷载、振捣荷载按照对箱梁截面进行条分后对应的混凝土及模板截面面积进行换算（见图4），其中钢筋砼容重：γ钢筋砼=25KN/m3,模板荷载：q模板=1.6Kpa，施工人员及机具荷载：P人机=1.5Kpa，振捣混凝土产生的振动荷载：P振捣=2Kpa，A48mm钢管每米重量：g钢管=3.841Kg/m；⑥风荷载对托架的影响按照20年一遇风荷载进行验算，设计基准风速：Vsd=25.13 m/s（20年一遇），设计基准风压：Wd=1.4KN/m3（风荷载具体计算参见《公路桥梁抗风设计规范》（JTG/T D60-01-2004）规定）。
图4 条分法划分截面（单位：cm）
托架验算时主要验算项如下：
⑴ 强度验算：组合1=1.2×（支架自重荷载+箱梁钢筋砼自重+模板荷载）+1.4×（振捣荷载+人群-机具荷载）+1.1×风荷载；
⑵ 刚度验算：组合2=支架自重荷载+箱梁钢筋砼自重+模板荷载。
⑶ 稳定性验算：对三角撑斜撑（轴心受压结构），顺桥向、横桥向大纵梁（受弯结构）进行平面内、平面外稳定计算。
⑷ 托架结点验算：根据托架模型计算出各三角撑结点处的结点荷载（FX，FY，FZ）。三角撑横梁结点处主要验算锚筋的抗拔能力及抗剪能力；三角撑斜撑结点处主要验算结点钢板下墩身混凝土的抗压强度及锚筋的抗剪能力；对三角撑型钢与连接钢板的1cm×1cm凸角焊缝进行验算。
通过验算表明，整个托架的强度，刚度，稳定性，托架结点处锚筋的抗拔能力、抗剪能力，结点钢板下混凝土的抗压强度，三角撑型钢与连接钢板之间焊缝的强度等均满足规范要求，且有一定安全富余。
5 托架结构拼装及预压
各型钢先按照托架设计图中杆件的类型、尺寸、角度进行下料，然后焊接成构件，三角撑构件与连接钢板焊接牢固。同时在墩身施工时预埋托架锚固钢筋及定位钢板，保证定位准确、安装牢固。托架拼装时先将6个三角撑构件利用塔吊提升至设计位置，将连接钢板对齐锚筋进行安装，并及时上紧螺母，待三角撑构件安装牢固后逐层安装托架其他构件，并采用每5cm一道的点焊缝固定各构件。
待托架结构安装完成后开始进行托架预压，托架預压的目的①验证托架结构的安全性与强度、刚度、稳定性；②消除托架各构件之间的缝隙，减小非弹性变形对墩顶现浇段标高的影响；③求出托架弹性变形，以便后期箱梁模板的预抬高设置，并与托架MIDAS模型计算的位移结果相印证。
该托架预压采用砂袋堆载预压，预压前在整个托架构件顶面铺满钢模板，并在钢模板上标记出预压测量监控点。托架预压荷载P为对应的箱梁全部施工荷载，并按照箱梁截面划分为P=P外翼缘+P外腹板+P顶底板+P内腹板+P内翼缘，堆载时按照对应位置对应加、卸载，且墩身两侧对称、平衡进行。预压荷载加载等级按照0→30%P→80%P→100%P→110%P进行，卸载等级按照110%P→100%P→80%P→30%P→0进行，每级加、卸载待托架变形稳定后（等待24小时）方可继续进行下一级加、卸载，同时测量队测量每级加、卸载稳定后测量监控点的标高，以求出托架的非弹性及弹性变形。经过预压试验实测该托架非弹性变形3mm，弹性变形8mm。
6 结语
墩顶现浇块段施工是高墩预应力砼连续刚构桥一道非常关键的工序，具有砼浇筑方量大、高处作业、工序繁多等特点，实际施工时需选择合理的托架设计方案，以保证传力清晰，固结方便，能够满足规范及现场实际需要的强度、刚度及稳定性要求，并且托架的安装及拆卸方便，以最大化的节约施工成本，保证施工进度及施工安全，因此要对墩顶现浇段托架进行仔细认真的设计与验算。同时为验证托架的整体效果，必须严格按照实际的荷载分布对托架进行预压，以求出托架实际弹性变形，消除非弹性变形，设置预抬高，保证后期现浇块段的施工标高符合设计与监控要求。