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摘要：为了加快工程施工进度、节约施工成本，确保高空施工安全，枫树坝大桥根据实际地理和施工条件，对0号块支架方案进行了比选和优化设计，确定采用三角形托架作为0号块施工及前支点挂篮拼装平台。现结合枫树坝大桥工程，就0号块支架设计和施工工艺进行综合论述。
关键词：高墩；0号块；托架；施工工艺
1 引言
国内外桥梁建筑领域0号块施工常用的支撑结构形式可归纳为两种，一种为落地式支架，采用大直径钢管立柱支撑于承台上，或在承台外侧设置临时承载基础作为钢管立柱的受力着力点，沿墩柱四周逐层搭设支架，支架可以墩柱同步施工，待墩柱最后一节施工完成后搭设承载平台。另一种为架空托架，在墩柱上预埋锚板或者锚筋，在锚板或锚筋上施工三角牛腿作为称重结构，需待墩柱全部施工完成模板拆除后方可施工。具体采取何种方法施工需要综合考虑桥型的特点，桥位的地形、地貌，以及项目现有的机械设备和材料情况，本着安全、经济、适用的原则确定适合本项目的支架型式。
2 工程概况
枫树坝特大桥是广东省河（源）惠（州）（东）莞龙川至紫金段高速公路的控制性工程，龙川枫树坝特大桥跨越枫树坝水库，主桥全长640m，桥跨布置为160+320+160m，梁顶面宽28m，设计为双向四车道，主桥为双塔单索面预应力混凝土斜拉桥，墩、塔、梁固结体系。4#、5#主墩墩身高度52.2m、46.2m。主梁采用大悬臂单箱三室断面，箱梁顶板宽度为28m，底板宽10m，两侧悬臂板长4m，主梁中心线处高度为3.5m，顶面设2%双向横坡。主梁0#块梁段长度为18m，为塔墩梁固结段，采用三向预应力体系。主梁0#块采用C55混凝土，单个0#块混凝土方量为765m³，4#墩承台顶距0#块底54.2m，5#墩承台顶距0#块底48.2m，距地面最大高度为58.2m。
3 常用方案
斜拉桥主体结构中，0号块结构施工是重点难点，大多数的0号块部位施工均需要设置0号块支架。本桥0号块支架设计综合考虑桥梁施工中桥型的特点、桥梁所在位置的地形、地貌、地质情况等相关因素，以及项目所具有的材料、设备等，本着安全、经济、适用的原则，确保支架结构的合理布置，方便现场施工、实际适用和后期周转。通过对常规两种支架形式进行对比，确定更为符合本项目的支架型式。
3.1落地式支架法
支架布置：0#、中边跨1#块一起搭设。支架采取钢管桩、型钢组成。φ820×10mm钢管桩作支撑，共设32根，支撑于承台顶面的预埋件上，φ630×8mm钢管平联，2H600型钢作为桩顶横梁，其上安装贝雷架中边跨1#块施工时挂篮主纵梁安装做为纵向主梁一部分），最后铺设I25分配梁用于外模及底模的支撑平台（如图1）。
3.2 架空三角支架法
结构布置型式采用三角牛腿支撑连接于墩顶，三角形牛腿由上支撑梁2HN700×300以及下支撑梁2HM588×300组成，上铺设下主梁2HM588×300/ HM588×300，其上再铺设上主梁HM588×300型钢用于外模及底模的支撑平台（如图2）。
4 方案比选
4.1方便施工
落地式支架优点是钢管立柱采用法兰盘连接较为方便，但平联和附墙数量较多，墩柱预埋板数量较多，对墩柱施工进度不利，且后续预埋板处理较困难，用钢量较大，结构尺寸多样化，对起重设备占用时间较长，用工量较大。
架空三角托架预埋板数量相对较少，后续预埋板处理量较小；结构较为简单，后场预制好后整体吊装较为方面，但牛腿定位安装难度较大，支架拆除工作量较小，施工相对比较方便。
对比结果：架空三角支架比落地支架更优。
4.2 施工质量
落地支架由钢管立柱底部坐落在承台上，支架基础较为稳定，钢管立柱主要承受轴向压力，钢管间采用法兰盘连接，支架结构安全性较高。附墙和平联采用焊接，焊接质量等级要求相比三角形牛腿托架要低，支架的加工质量比较容易控制，但支架的非弹性变形将会较大。
架空式三角托架主要受力点为上、下支撑梁与墩柱预埋板焊接点，以及上下支撑梁连接点，上、下支撑梁与预埋板连接部位承受荷载的大部分剪力和弯矩，对焊接质量要求较高，在高空焊接质量不易保证。如果能够提前将三角支撑梁在地面预制好，同时将支撑梁与墩身预埋锚板的连接改为高强螺栓连接，可以更好的保证施工质量。
对比结果：如果采用高强螺栓连接上、下支撑梁与墩柱预埋板，三角托架施工质量能够很好控制。
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图1 落地式支架结构一般构造示意图
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图2 三角托架一般构造示意图
4.3施工安全
落地支架在墩柱和支架同步施工中，将存在高空竖向交叉作业情况，塔柱施工的落物对其下方支架施工的人员存在极大的安全风险。且支架的用钢量较大，吊装量较大，附墙和平联焊接数量较多，人员高空作业时间较长，安全风险较大。拆除工作量较大，安全风险较高。
架空式三角托架需在墩柱施工完成，液压爬模系统全部拆除后搭设，避免了高空交叉作业的安全风险，且用钢量、平联、附墙、焊接量较少，人员在高空作业时间相对较短，高空作业安全风险降低。
对比结果：架空式三角托架更为安全可靠。
4.5成本方面
落地支架用钢量约420t，加工及安拆费63万元。且φ820×10mm法兰盘连接式钢管立柱公司物流中心无该类型材料，需要新购或租赁，目前钢材价格大幅上涨，新购材料对项目成本管控极为不利。如采用租赁方式，由于0号块支架不仅作为0号块施工支架，同时也承担着挂篮拼装平台作用。材料需要在墩柱施工时开始陆续进场，直至主梁2号块浇筑完成后方可拆除，租赁周期长达16个月，租赁成本巨大。架空式三角托架用钢量约160t，加工及安拆费24万元。三角托架主要材料HN700×300型钢和HM588×300型钢公司物流中心有可周转材料，将大幅降低材料成本。对比结果：架空式三角托架更为经济。
综上所述各项分析，并对公司近些年21个类似项目的总结对比，如果架空式三角托架能够采取措施保障上下支撑梁与预埋板的连接质量且便于安装，从本项目的实际情况，并综合安全、质量、成本、进度、材料重复利用等多方面分析和对比，架空式三角托架将是更适合本项目0号块支架施工的支架形式。
5支架设计
5.1结构布置
0#块支架结构布置自上而下主要为上主梁HM588×300型钢，下主梁2HM588×300/ HM588×300,上支撑梁2HN700×300以及下支撑梁2HM588×300，下支撑梁间设置φ273×6联系撑。双肢墩间上主梁为HM588×300，支撑牛腿为2HM588×300。上支撑、下支撑梁及支撑牛腿通过预埋件锚于索塔墩身上，上层预埋空心墩身内部采用精轧螺纹管对拉，下层埋件空心墩身内部设置钢支撑。
5.2受力计算
根据设计图0#块长度18m，宽28m，梁高3.5m，砼方量为765m³，采用一次浇筑成型，支架最大高度5.2m，最小高度为0.8m。
5.2.1荷载组合
根据《建筑结构荷载规范》，荷载设计值=结构重要性系数×（恒载分项系数×恒载标准值＋活载分项系数×活载标准值）。结构重要性系数取：1.0，恒载分项系数为1.2，活载分项系数为1.4。
整体结构计算采用有限元计算模型。分配梁、主梁、支撑梁及联系撑均采用梁单元模拟，支撑梁埋件处固结。
5.2.2主要计算结果
0#块支架各工况下构件应力位移计算结果如表1所示，支撑梁埋件处反力计算结果如表2所示
表1 0#块支架应力位移计算结果
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表2 支撑梁埋件处反力计算结果
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构件强度：
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(1)
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(2)
支撑梁最大变形：
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（3）
下主梁最大变形：
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（4）
上主梁最大变形：
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（5）
综上，0#块支架强度和刚度满足要求。
5.2.3受压构件稳定性计算
基本组合作用下，下支撑梁2HM588×300最不利内力计算结果为N=1818KN ， M=487kN•m，通过《钢结构设计规范》规定公式验算下支撑梁弯矩作用平面内外稳定性均满足要求。
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(6)
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(7)
6支架搭设
6.1预埋件施工
预埋件在墩柱相应节段施工时进行安装。支撑架预埋件共28个，其中支撑架横杆连接预埋件（预埋件1、2、3、4）14个，支撑架斜杆连接预埋件（预埋件5、6、7、8）14个。预埋件8纵向轴线采用撑杆及锚板连接作为内撑，确保主墩安全。双肢间支架采用预埋件9连接横梁作为支撑上部荷载的支架。
6.2支撑架加工连接
支撑架由上支撑梁和下支撑梁组成，上支撑梁采用双拼HN700×300型钢，下支撑梁采用双拼HM588×300型钢，支撑架在地面上焊接成型。焊接时应严格调整好上支撑梁与下支撑的角度、连接钢板与杆件轴线的角度，确保连接钢板与预埋件准确对应。
支撑架焊接完成应对各部尺寸、焊接质量进行检测，满足设计要求方可进行吊装作业。支撑架吊装就位，作业人员通过施工吊篮至安装位置处，将支撑架调整好位置，通过连接螺栓将连接钢板与预埋件连成整体。作业人员在吊篮上作业时应通过墩顶预留钢筋系挂好安全绳和安全带。支撑架安装完成后进行卸荷块安装。
6.3下主梁、上主梁安装
下主梁采用双拼HM588×300型钢，支撑架安装完成后，在支撑架顶面放样下主梁的安装轴线并进行下主梁的安装。
上主梁采用采用HM588×300型钢，下主梁安装完成后，在下主梁顶面放样上主梁的安装轴线并进行上主梁的安装。
6.4支架预压
支架安装完成后，为检验支架的整体稳定性和实际承载能力，收集施工沉降数据，必须对支架进行加载预压。采用反拉法进行预压，通过在承台上预埋钢筋形成反力架，再采用千斤顶钢绞线施加反力对支架进行预压。相比于堆载预压，反拉法经济实用，分级明确，可利用现场张拉设备，同时能缩短工期。
0#块施工时，支架的主要受力为结构恒载及模板体系的自重之和，因此预压荷载也应按这两部分综合考虑，由于本次预压前模板体系已作用于支架上，故计算荷载时不考虑该部分。根据规范要求，加载值为施工荷载即砼重量的1.1倍。
7控制要点及难点
7.1埋件加工质量及安装控制
由于支撑梁三角托架与预埋锚板之间采用螺栓连接，为了保证连接质量，对锚板预埋位置的精准度及锚板上开设螺栓孔的精准度要求很高。锚板均在车间加工，机床钻孔，满足精度要求。预埋时在对应锚板内侧设置定位钢板，用来保证锚板的预埋位置准确。除了安装精度，还要保证外露丝头长度，安装前应提前计算好预留长度，同时保证外露螺杆在一个水平面上。
7.2焊接质量控制
由于0#块支架所受荷载较大，故对焊接质量要求很高。因此在进行支架施工过程中，应仔细识图，对照设计要求进行施工，焊接方式、焊缝长度和焊脚尺寸一定要满足设计要求。尤其注意节点处（梁体之间连接处或梁体与钢板之间连接处）的加强劲板，需严格按图纸要求进行焊接。
8 结语
本项目通过对上、下支撑梁与预埋板的设计优化，将常规焊接改为高强螺栓连接，避免了高空现场焊接的质量隐患。通过过程加工的精确控制，加快了支架安装的施工进度。采用的反拉预压法节省了成本和工期。该支架方法的成功应用，降低了成本、保障了安全、提高了工效，为后续类似桥梁0号块施工提供了借鉴和参考。
参考文献：
[1]雷俊卿.桥梁悬臂施工与设计[M].北京:人民交通出版社.2000
[2]向中富.桥梁工程控制技术[M].北京:人民交通出版社.2001
[3]唐宏雄.薄壁高墩连续刚构桥0#块托架设计[J].期刊建设.2015(12)