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摘要：以青连铁路风河特大桥薄壁空心墩为研究对象，综合考虑空心墩顶帽托盘荷载大、操作空间小、高空作业等特点，并结合现场施工安全、质量、工期等重要因素，通过对顶帽托盘支撑体系的综合研究分析，最终确保预埋型钢托架法在现场施工应用的科学、经济、可行。
关键词：铁路桥梁；空心墩顶帽托盘；支撑体系；预埋型钢托架法
薄壁空心墩广泛应用于铁路桥梁高墩，由于墩身高度大、壁厚小，无法采用三角托架法施工，只能采用传统的满堂支架法，受墩身内部空间狭小和高空作业影响，施工进度缓慢且影响人身安全，通过预埋型钢托架法可以加快施工进度，同时减少施工人员在狭小空间内的高空作业时间，节省支架拆除工序，更好的保证作业人员的安全。
一、工程概况
风河特大桥全长4756.82m，孔跨布置为（2×20+12×24+127×32+1*（32+48+32）+1*（40+64+40）m。全桥共有双线圆端形空心桥墩64个，墩柱最大高度为30m，最小高度为24m，空心部分壁厚为50cm，墩身尺寸8.4*4.0m，顶帽尺寸为11.6*4.4*0.6m。墩顶倒角50×50cm，托盘及顶帽根据跨度不同设置不同的高度，等跨桥墩托盘及顶帽总高度3m，32+24m不等跨墩在32m跨侧托盘与顶帽总高度3m，在24m跨侧托盘与顶帽总高度3.5m。
二、主要设计方案
（一）等跨墩设计方案
对等跨的墩，底模采用 1.5cm 竹胶板，底模下布置 10×15cm 方木间距 20cm 或 15cm，方木下设置 I32a 工字钢，工字钢两端伸入墩身墙内 15cm，工字钢间距在圆端处60cm，其它间距1.1m，从上到下依次安放 1.5cm 厚竹胶板模板→ 10cm×15cm 方木横梁→I32a工字钢纵梁。
图 2 支撑布置侧立面图 图3 支撑布置平面图
（二）不等跨墩设计方案
对32+24m不等跨墩，底模采用1.5cm竹胶板，底模下布置10×15cm方木间距20cm或15cm，方木下设置I32a工字钢，工字钢两端伸入墩身墙内15cm，工字钢间距在圆端处60cm，其它间距0.88m，从上到下依次安放1.5cm 厚竹胶板模板→10cm×15cm方木横梁→I32a工字钢纵梁。
图 2 32+24m 跨空心墩支撑布置侧立面图 图 3 32+24m 跨空心墩支撑布置平面图
三、结构计算分析
（一）计算依据
（1）《等跨空心墩托盘支撑施工图》、《32+24m不等跨空心墩托盘支撑施工图》
（2）《路桥施工计算手册》；
（3）《建筑施工计算手册》；
（4）《钢结构设计规范》（GB50017-2003）；
（5）《建筑结构荷载规范》（GB5009-2012）；
（二）等跨空心墩托盘及顶帽荷载分析
1．计算参数
（1）混凝土容重：26kN/m3；
（2）模板和支架荷载：1kN/m2；
（3）施工人员、堆放荷载：1kN/m2；
（4）倾倒混凝土冲击荷载：2kN/m2；
（5）振捣混凝土产生荷载：2kN/m2；
2．荷载分析
托盘及顶帽总高度3m，则混凝土荷载：q = 26×3 =78kN/m2
混凝土、模板为静荷载取1.2倍系数，人员、堆载、混凝土浇筑、混凝土振捣为动荷载取1.4倍系数，则荷载为：
N =1.2×（78 + 1）+1.4 ×（1+ 2 + 2）=101.8kN/m2
3.支撑受力检算
（1）10cm×15cm方木横梁检算
方木直接承受由底模传递的荷载总重。方木横梁的间距为20cm或15cm，每根方木承受的线荷载为：
20cm间距时：qA = N ×0.2m = 101.8kN / m2 ×0.2m=20.36kN/m
15cm间距时：qB = N×0.15m = 101.8kN / m2 ×0.15m =15.27kN/m
方木横梁放置在I32a工字钢纵梁上，两工字钢间偏保守地按照承受均布荷载的简支梁计算。跨径为 L=1.1m。
方木受到的应力：
σA-max= = =8.2MPa＜[σ]=10Mpa
τA-max= =1.12MPa＜[τ]=2MPa
由上述计算可知，方木的布置满足承载力要求。
（2）I32a工字钢纵梁检算
I32a工字钢纵梁支承在墩身墙壁上，承受由方木传递来的集中力作用。方木横梁间距 20cm或15cm，选择墩中的纵梁进行计算，支撑点横向间距110cm，I32a工字钢纵梁承受由横向方木传递的集中荷载，其大小分别为：
N0.2 =qA×1.1=22.4kN
N0.15 =qB ×1.1 =16.8kN
支撑点取为墩墙壁边，计算跨度取为3m，其受力形式如下图所示：
综上所述，I32a工字钢纵梁应力和位移均满足要求。
（三）32+24跨空心墩托盘及顶帽荷载分析
1．计算参数
（1）混凝土容重：26kN/m3；
（2）模板和支架荷载：1kN/m2；
（3）施工人员、堆放荷载：1kN/m2；
（4）倾倒混凝土冲击荷载：2kN/m2；
（5）振捣混凝土产生荷载：2kN/m2；
2．荷载分析
托盘及顶帽总高度3.5m，大跨侧3m，则混凝土荷载：
q大跨= 26 ×3 =78kN/m2
q小跨= 26 ×3.5=91kN/m2
混凝土、模板为静荷载取 1.2 倍系数，人员、堆载、混凝土浇筑、混凝土振捣为动荷载取1.4倍系数，则荷载为：
N大跨 =1.2×（78 + 1）+1.4 ×（1+ 2 + 2）=101.8kN/m2
N小跨 =1.2×（91 + 1）+1.4 ×（1+ 2 + 2）=117.4kN/m2
3.支撑受力检算
（1）10cm×15cm方木横梁检算
方木直接承受由底模传递的荷载总重。方木横梁的间距为20cm或15cm，每根方木承受的线荷载为：
20cm间距时：q小跨1 = N小跨 ×0.2m = 117.4kN / m2 ×0.2m=23.48kN/m
q大跨1 = N大跨 ×0.2m = 101.8kN / m2 ×0.2m=20.36kN/m
15cm间距时：q小跨2 = N小跨×0.15m = 117.4kN / m2 ×0.15m =17.61kN/m
方木横梁放置在I32a工字钢纵梁上，两工字钢间偏保守地按照承受均布荷载的简支梁计算。跨径为 L=0.88m。
方木受到的应力：
σmax= = =6.1MPa＜[σ]=10Mpa
τA-max= =1.03MPa＜[τ]=2MPa
由上述计算可知，方木的布置满足承载力要求。
（2）I32a工字钢纵梁检算
I32a工字钢纵梁支承在墩身墙壁上，承受由方木传递来的集中力作用。方木横梁间距 20cm或15cm，选择墩中的纵梁进行计算，支撑点横向间距88cm，I32a工字钢纵梁承受由横向方木传递的集中荷载，其大小分别为：
N大跨0.2 =q大跨1×0.88=17.9kN
N小跨0.2 =q小跨1×0.88=20.7kN
N小跨0.15 =q小跨2 ×0.88 =15.5kN
支撑点取为墩墙壁边，计算跨度取为3m，其受力形式如下图所示：
图 13 I32a 工字钢纵梁变形图（单位：mm）
由上述计算可得：
σmax=150MPa＜[σ]=215Mpa
τmax=40.6MPa＜[τ]=125MPa
Smax=4.6mm＜L/400=7.5mm（L取最大位移处跨度3000mm）
综上所述，I32a工字钢纵梁应力和位移均满足要求。
（四）受力分析成果
（1）10cm×15cm 方木横梁的强度验算满足规范要求。
（2）I32a工字钢纵梁的强度验算及刚度验算均满足规范要求。
综上所述，高大薄壁空心墩顶帽托盘支撑体系可以采用预埋型钢托架法，满足结构受力要求。墩身采用翻模法施工，墩身最顶端一节浇筑前根据支撑体系设计尺寸、部位预留型钢位置，浇筑完成后拆除内模和倒角模板，保留最顶端一节的外模和对拉螺杆作为顶帽托盘模板的受力支撑点，依次安装型钢、方木、竹胶板，保证竹胶板标高符号设计要求。通过此次高大薄壁空心墩顶帽托盘支撑体系研究，采用预埋型钢托架法可以加快施工进度，同时减少施工人员在狭小空间内的高空作业时间，节省支架拆除施工工序，更好的保证作业人员的安全，具有较高的经济和社会推广价值，具有很好的应用前景。
参考文献：
[1] 姜伟华.关于桥梁工程薄壁空心高墩施工技术要点的探讨.建设科技.2016，009，162-163.
[2] 刘国策，王光耀.桥梁超大薄壁空心墩施工技术.城市建设理论研究（电子版），2015，032，2699-2700.
[3] 郑志学.基于桥梁空心薄壁墩施工技术分析.四川水泥2016，003，33.
作者简介：
张强（1988年8月），男，汉族，山东潍坊人，工程师