三角鋼構架法在橋梁高墩施工中應用研究

伍錦時

（廣東冠粵路橋有限公司，廣東 廣州 511400）

0 引言

目前，中國已有各類公路橋梁超過96 萬座，在長達4 萬km 的高鐵里程中有將近一半都是橋梁，跨越高山大川，連通城鎮村莊，使中國成為一座幅員遼闊的“橋梁博物館”。橋梁技術的發展如今正面臨著各類地形挑戰，如20 年前普遍采用鋼管支撐方案施工連續鋼構的0#塊，在橋梁高度較矮的情況下可以采用，隨著跨越越來越高的山谷，橋梁高度普遍都在60m 以上，繼續采用鋼管支撐方案就顯得力所不及。結合卓合高速四標臨潭特大橋的特點，重點介紹三角鋼構法施工組織和方案。

1 施工工藝

1.1 構思方式介紹

三角鋼構架法的構思方式是通過錨固的方式把三角鋼構架作用在墩身上，使三角鋼構架附著于墩身，形成簡支結構。再通過固定好的三角鋼構架搭設箱梁底板及平臺，從而進行箱梁號塊的施工。此時，錨固在墩身上的牛腿作為主要受力構件，三角鋼構架為傳力主體構件，荷載作用形式及傳遞路徑見圖1。0#塊荷載經由三角鋼構架傳遞并產生豎向荷載及拉應力，由牛腿承擔豎向荷載，橫向拉應力由三角鋼構架錨固在墩身上的拉桿抵抗，三角鋼構架下方牛腿嵌入墩身上的預埋孔，上方拉桿錨固在墩身上受拉，從而形成簡支結構，達到整個體系平衡。

圖1 三角鋼構架工藝簡圖

1.2 托架安裝與拆除

1.2.1 施工前的準備

在澆筑最后一節墩身前需在高墩上進行預埋點放樣，測量人員根據方案圖精確定位所有預埋點的方位，施工人員據此安裝墩身預埋件，安裝好后應復測，確保預埋誤差在容許范圍內方可安裝模板。待墩身混凝土施工完畢后拆模，測量人員重新在已澆筑完的墩身上放樣，把三角鋼構架各控制點（平面位置及高程）放樣在墩身上。根據設計圖在加工場地拼接好三角結構架，結構體各種指標要滿足規范《鋼結構工程施工質量驗收標準》（GB 50205—2020）中第18 頁的相關要求[1]。

1.2.2 托架安裝

由于托架結構最低位置距墩頂約4.5m，墩頂以下6m 墩身模板及平臺必須留出不拆除，作為托架的安裝施工平臺。安裝前，對三角鋼構架的焊縫進行探傷檢測，確保焊縫質量滿足要求。箱梁豎向荷載通過三角鋼構架上面的牛腿傳遞到墩身上，牛腿結構為倒L型結構體，安裝時嵌入墩身并固定，形成固定約束力。在墩身施工時候應根據牛腿尺寸預埋好木箱子，木箱子內預埋直徑48mm 的PVC 管穿透墩身。錨固用的拉桿采用32mm 的精軋螺紋鋼，穿透墩身用雙螺帽錨固在墩身的另一側。

木箱子與穿拉桿預埋件應根據設計圖位置精確放樣確定，位置要左右平齊、上下對齊。預埋木箱子垂直于墩身面，并在箱子內加內撐板加固，防止墩身施工時造成積壓變形。箱子四周增加布設與墩身主筋同規格的鋼筋，加強箱子四周混凝土抗壓能力。拉桿預埋件孔內要套襯管，防止墩身在澆筑混凝土過程中造成積壓變形。墩身澆筑完拆除模板后清理木箱子，并疏通預埋件管道，穿入精軋螺紋管拉桿。墩身內面一側裝上錨墊板及雙螺帽，使用起吊設備在墩身外面一側安裝三角鋼構架，鋼構架下方牛腿插入預埋孔內，下方拉桿穿過三角鋼構架牛腿的預埋孔并采用雙螺帽錨固，上方拉桿穿過三角鋼構架預埋孔錨固，安裝完畢后使三角鋼構架附著在墩身上。如果安裝過程中發現牛腿和三角鋼構架無法緊貼在墩身上，則可采取薄鋼板墊平接觸面且緊貼墩身，否則會造成三角鋼構架出現集中荷載作用于墩身上，對墩身造成損壞。

安裝的三角鋼構架材料由工字鋼及槽鋼等鋼材在加工場地組焊加工而成。安裝時整體吊裝并保證三角鋼構架中心輕微靠前，方便先插入下方牛腿位置，待牛腿上的螺帽固定后，再把上方三角鋼構體靠緊墩身固定。所有螺帽安裝完畢后需用扭力扳手測定扭力，確保所有螺帽擰緊達到設計錨固力。墩身前后一側底板需各布置2 個三角鋼構架，通過200mm 槽鋼橫向聯結，墩身外側布置2 個小三角鋼構架，每個三角鋼構架與墩身預埋鋼板焊接。三角鋼構架安裝好后借助其吊裝橫梁，鋪設分配鋼，形成箱梁施工平臺。橫梁下設雙250mm 工墊梁，便于后續支架拆除作業。箱梁段托架橫梁為雙拼250mm 工字鋼，分配鋼選擇250mm 工字鋼，翼板托架橫梁同樣為250mm 工字鋼，側模落于外膜橫梁H400×200mm 鋼橫梁上。三角鋼構架安裝好后在枕梁兩側焊接2 塊鋼板固定在牛腿上，起限位作用，保證三角鋼構架穩定。2 個牛腿中間利用鋼筋點焊連接為整體。

1.3 托架拆除

箱梁澆筑時，先在梁底和翼板處預留孔位，方便進行托架拆除作業，待箱梁施工結束并具有95%的設計強度，進行箱梁縱向預應力張拉施工后可拆除模板及托架。利用預留孔，在橋面安裝手拉葫蘆或轉揚機連接底模橫梁，將底模橫梁以上的平臺整體反吊。割除橫梁底雙160mm 槽墊梁后，把底模橫梁平臺平穩落到托架上。按從上到下、先裝后拆、后裝先拆的原則依次拆除模板、分配鋼、橫梁、三角鋼構架。整個結構拆除過程中，邊拆邊修補箱梁及墩身預留孔洞、槽口，對預留鋼管孔洞灌注等強度砂漿，再用環氧砂漿封填牛腿預留槽口，環氧砂漿硬化后打磨表面，確保墩身外觀符合標準。拆除前必須在梁頂面上設置安全繩，便于所有作業人員安全帶掛扣。禁止掛扣在拆除結構上。

1.4 三角鋼構架使用注意事項

三角鋼構架僅可承擔向下的豎向荷載，向上的荷載和較大的水平荷載會造成托架失穩，在使用時應注意：第一，箱梁澆筑時應按設計要求對稱澆筑，不得超過設計值讓單側三角鋼構架出現向上荷載。第二，2個三角鋼構架之間焊接槽鋼作為平連，提高結構整體剛度及穩定性。第三，三角鋼構架為可拆裝組裝構件，設計時通過驗算，不得對構件進行隨意改裝及切割，須保證構件主體完整性。預留的孔位位置務必做到準確，預埋孔位準確度直接影響安裝精度。

2 三角鋼構架預壓

2.1 目的

由于三角鋼構架整個體系為鋼結構組裝體，構件連接及安裝過程中存在一定量的縫隙及外部人為操作誤差等因素影響，在混凝土澆筑過程中會引起三角鋼構架出現彈性變形和非彈性變形下沉。對此，在安裝好三角鋼構架后，應通過加載預壓消除非彈性變形。預壓過程中根據預壓重量與下沉值計算出彈性變形量及非彈性變形量，用于確認最終箱梁預壓值，同時變形量可作為整個三角鋼構架的最終驗收依據，確保箱梁施工安全。

2.2 預壓方法

預壓即用砂袋、鋼筋和鋼材等材料模擬混凝土澆筑時對支架進行壓載試驗的一種方法。預壓重量按首次澆筑梁段荷載110%加載[2]，壓重材料底板設置三層砂袋，砂袋上安裝分配梁，分配梁上用成捆鋼筋預壓。預壓前，需要在底模板主要受力點處布設觀測點。選擇觀測點時，遵循方便測量的原則，并在預壓過程中不會受到損壞，測量其標高和平面坐標。預壓的順序模擬箱梁各部位混凝土的澆筑過程進行，先澆筑箱梁底板，后澆筑腹板。預壓分四個階段進行：一階段為全部荷載的20%，二階段為全部荷載的80%，三階段為全部荷載的100%，四階段為全部荷載的110%。每階段達到預壓值后穩壓2h，四階段每24h 觀測一次，相隔觀測沉降值每次不大于2mm 則代表三角鋼構架處于穩定狀態，方可報監理工程師進行卸載。卸載完后進行最終測量確定彈性變形值與非彈性變形值。

各種預壓要求參照規范《公路工程施工安全技術規范》（JTG F90—2015）中第13 頁的相關要求[2]。

2.3 加載布置

箱梁托架承受除橫隔板之外整個梁體重量，梁體砂包及鋼筋堆載方式堆載頂壓布置圖（縱橋向）如圖2所示，堆載頂壓布置圖（橫橋向）如圖3 所示。預壓需考慮腹板荷載和頂底板荷載，預壓荷載按第一次澆筑荷載的110%計算。托架平臺主要承受箱梁1#塊的荷載，第一次澆筑高度為4.9m，托架上混凝土方量為32.5m3，鋼筋混凝土比重2.6t/m3。則每端的托架預壓需要的重量為30×2.6×1.1=92.95t。采用堆載飽和水狀態下砂袋尺寸1m×1m×0.7m，重1.4t，每端托架平臺上，堆三層砂包，縱橋向布置3 排，橫橋向布置6 列，則54 個砂袋，合計75.6t。砂袋上順橋向放置雙360mm 型工字鋼，工字鋼上橫橋向每隔1m 放置200mm 工字鋼，12m 長的鋼筋整捆縱橋向布置在工字鋼上，每捆鋼筋重約3t，共布置12 捆，合計重36t。每端托架分得鋼筋的堆載重量18t。以上每端托架平臺上的鋼筋和砂袋堆載重合計為93.6t。

圖2 堆載頂壓布置圖（縱橋向）

2.4 堆載預壓注意事項

在墩頂下1.25m 處的對拉精軋螺紋鋼雙肢墩之間，無需斷開，可采用墩間橫梁支撐精軋鋼拉的體系，防止預壓或混凝土澆筑時墩身出現偏心受力而受拉，保證縱向整體穩定。

第一，根據測量點布置要求鋪設好底模板，并用紅油漆標記，選點須便于測量觀測，如果吊裝過程中損壞則需對損壞觀測點重新布置觀測。

第二，預壓過程參照混凝土澆筑順序，由低到高、由根部向懸臂端堆放，先在底板上堆載砂包至三層高度，再于腹板砂包上鋪設工字鋼，并堆放鋼筋，堆放順序模擬實際澆筑順序及荷載分布，實現預壓。需注意堆載時應預留測點位置。

第三，堆載前，測量各觀測點的標高，然后進行堆載，加載到每階段荷載后穩壓觀測，再測量標高、平面坐標變化情況，保證記錄詳細，加載到110%荷載后穩壓24h，之后每相隔24h 測量一次記錄變化，直至三角鋼構架穩定可卸載為止。

第四，加載過程中，安排專人觀察托架變形情況，若變形太大或在分級加載中測量出的標高變化太大，必須暫停加載，上報相關部門，查找并分析原因。此外，需通知監控單位在現場觀測，施工單位和監控單位分別獨立觀測。

3 與傳統鋼管支撐法對比優劣

傳統鋼管支撐法分60 塔架（碗扣）支撐體系和600mm（800mm）鋼管支撐體系兩種。前者拆裝與設計簡單，根據規范搭設即可，僅適用支撐荷載小、高度較低的結構物。后者需經過單獨支撐地基承載力驗算和安裝設計圖，前期材料投入大，可適用于荷載大、高度較低的結構物（普遍只適用于20m 內橋梁高度，如果支撐體系超過一定高度需要考慮長細比）。該橋采用的三角鋼構架法可隨著受力荷載大小從而調整結構材料尺寸承受，并根據支撐體的荷載選用標準圖采用三角鋼構架尺寸，材料一次性投入，三角結構架便于拆散長途運輸周轉，并因附著墩身受力而不限施工橋梁高度?？紤]到需要懸空安裝作業，在施工時應聘請持高空作業證人員施工安裝。施工過程具體參照規范《公路工程施工安全技術規范》（JTG F90—2015）中第19 頁的相關要求[3]。

4 結語

卓合高速四標臨潭特大橋施工中采用了新型三角鋼構架法，較傳統拼接方案節省工程造價、提高施工效率，可確保支撐體系的安全性。同時，可為山區高墩的橋梁施工提供參考，后續通過不斷優化可廣泛推廣應用。