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摘要：随着国家经济实力不断增强，近十年来交通事业得到前所未有的快速发展；同时随着国民经济不断增强及科研技术不断创新，因此在道路交通建设事业中整体结构性能良好、跨径因地制宜设计的连續刚构桥梁得到极大程度的推广和普及，在连续刚构桥梁桥梁施工中0#块托架施工是施工过程中的一个关键控制环节，本文以两江特大桥为施工案例详尽阐述了预埋铁盒法牛腿托架施工技术。
关键词：桥梁工程；预埋铁盒法；牛腿托架施工技术
一、概况
湖南省新溆高速公路两江特大桥位于怀化市溆浦县境内，两江特大桥主桥结构设计：桥梁上部结构采用分幅式，每幅主桥为90+2×170+90米四跨一联的预应力混凝土连续刚构桥，主桥长520米。箱梁0#段长12m（包括墩两侧各外伸1.5米），箱宽6.7m，翼板悬臂2.65m，全宽12.0m。箱梁根部高10.6m，0号块件横隔板内梁段底板厚度为120cm、腹板厚度为100cm。由于0#块施工高度在68.44m～115.0m之间，施工高度较大高，因此决定采用牛腿托架法施工，其中牛腿托架采用预埋铁盒法。
二、托架施工工艺及方法
1、托架材料选型
铁盒采用δ5mm钢板焊接而成，一个薄壁墩内侧布设4个牛腿支架，外侧2个牛腿支架，一个0#块共需预埋铁盒24个。牛腿采用型钢组装拼接，其上横梁采用I40b工字钢、下横梁采I32b工字钢、内侧斜撑采用[25b双槽钢、外侧斜撑采用[20双槽钢，斜撑与上下横梁连接采用销接。主分配梁采用I56b工字钢、次分配梁采用[36b槽钢、分配梁采用[16槽钢，底板高度调节采用自制铁楔子或硬质木楔子调节。底模采用2cm厚大面积建筑木模板、外侧模采用定型大面积钢模板、内模采用定制钢模板及木模相结合方式拼接、端头模自购钢板进行加工。翼板及顶板支架采用Φ48mm钢管搭设，采用托座调平。
2、预埋件安装
预埋铁盒时为防止混凝土浇筑时铁盒位移，现场安装时应采取可靠加固措施，预埋时若与主筋冲突，可适当调整主筋间距，严禁切割主筋；安装时应确保其精度要求，平面位置偏差值控制在±20mm内，底部水平度控制在±5mm内。为保证铁盒下方混凝土浇筑密实，应在铁盒底部预留通气孔。在混凝土浇筑到墩柱顶部时注意在圆弧与直线交界处（即连续刚构底板外边缘处）埋设挂环以便于安拆牛腿支架时布设操作吊篮。
3、托架安装
墩柱混凝土浇筑完毕待其模板全部拆除后，即可开始托架安装。安装前先在加工场或桥墩下方将牛腿按片拼装并采取临时固结措施后再用吊装设备将三角牛腿吊装到安装区域，吊篮辅助人工安将牛腿上下支点装于铁盒，推入楔铁进行锚固锁定。安装成形的牛腿支架上横梁前端宜上抬5～10mm。在斜撑安装完毕后开始联系梁的安装，安装完毕并校正平面位置后用楔铁将上下牛腿墩柱支点处两侧顶紧，最后将上横梁后端楔铁向外退约20mm，让其上部有4～5mm间隙，便于托架牛腿拆除时御力。外侧悬挑托架安装完毕后在每片牛腿桁架的上横梁两侧分别用一根Ф32mm精轧螺纹预先施加250KN预应力后锚紧以抵抗在混凝土浇筑时托架受压情况下上横梁产生的水平拉力。
在牛腿安装固定完毕后派专人逐个检查无误后按托架施工图铺设主分配梁、次分配梁、分配梁及底模，其中主分配梁及次分配梁受力触点处用电焊固定，防止倾覆。并按相关要求进行荷载试验，通过试验消除非弹性变形及掌握弹性变形的相关数据参数以指导后续施工。
4、托架拆除
⑴、拆除时间：待混凝土强度达到设计值的90%后即可拆除底模及托架。拆除时先卸下托架上调节楔块，按照从上至下的顺序拆除模板及分配梁，之后进行托架拆除。
⑵、拆除步骤：托架拆除步骤：横向连杆→定位楔块→下牛腿→上牛腿。
⑶、注意事项：
a、拆除前应做好相关的技术准备，特别是托架的吊装固定点选择。
b、在牛腿支架及横向连杆拆除前严禁松动上横梁跨中处连接螺栓。
c、支架拆除完毕后要及时对墩柱预留孔洞采用同标号混凝土进行封堵。
三、托架受力情况验算
1、参数取值
⑴、混凝土自重：Gc=26KN/m3；
⑵、钢弹性模量：Es=2.1×105MPa；
⑶、支架材料容许应力：Q235a钢取170 MPa，Cr40销轴取240 MPa；
⑷、模板荷载按1KN/m2计算；
⑸、施工荷载按照《公路桥涵施工技术规范》取值，为1.0Kpa；
⑹、倾倒和振捣产生的荷载按照《公路桥涵施工技术规范》取值，分别取2.0Kpa；
⑺、计算时按1.2超载系数取值。
⑻、根据施工技术方案0#块浇筑分两次浇筑成型，因此在计算时仅取第一次浇注混凝土的高度5.0m的荷载（第二次浇筑混凝土的荷载通过已浇筑混凝土传递到墩柱上）。
2、牛腿支架计算
由于内侧托架承受荷载最大，因此取内侧托架荷载情况进行计算；内侧共布置8个牛腿支架，上横梁采用I40b工钢、下横梁采用I32b工钢、斜腿采用[25b双槽钢。
⑴、牛腿荷载
根据牛腿受力情况图可知中间牛腿托架受力最大，因此计算时取内侧托架进行受力验算。
a、混凝土荷载：G1=4.815×2.3×26KN/m3=287.9KN
b、模板荷载：G2=（2.7+4.1）×2.3×1KN/m2=15.6KN
c、支架型钢荷载：G3=116.1/8=14.5KN（取平均值）
d、施工荷载：G4=2.7m×2.3m×1.0 =6.2KN
e、倾倒和振捣砼的荷载：G5=2.7m×2.3m×2.0×2=24.8KN 总荷载：∑G=（287.9+15.6+14.5+6.2+24.8）×1.2=418.8KN
⑵、受力计算
牛腿上横梁采用I40b工钢、下横梁采用I32b工钢、斜腿采用[25b双槽钢。作用在牛腿上荷载按集中荷载计算：
a、上横梁（I40b工字钢）A=94.1cm2；Wx=1140cm3；Ix=22800 cm4；d=12.5mm；Ix：Sx=33.6
最大弯矩为：Mmax=51.0KN/m
最大剪应力：Qmax=157.0KN
最大轴力：Nmax=175.1KN
弯曲应力：σmax=Mmax/W=51.0×1000/1140=44.7 MPa<[σ]=170MPa
剪应力：τ=QS/Id=（157.0×103×22800/33.6×103）/（22800×104×12.5）=37.4MPa<[σ]=170MPa
轴向应力：σmax= N/A =175.1×1000/9410=18.6MPa<[σ]=170MPa
擾度：fmax=0.1×M×L2/（EI）=0.1×51.0×1.72/（2.1×22800）=0.3mm<[f]=1.7/400=4.3mm
b、下横梁（I32b工字钢）A=73.5cm2；Wx=726cm3；Ix=11600 cm4；d=11.5mm；Ix：Sx=27.1
最大弯矩为：Mmax=45.4KN/m（横杆支点）
最大剪应力：Qmax=302.7KN
最大轴力：Nmax=175.1KN
弯曲应力：σmax=Mmax/W=45.4×1000/726=62.5 MPa<[σ]=170MPa
剪应力：τ=QS/Id=（302.7×103×11600/27.1×103）/（11600×104×11.5）=97.1MPa<[σ]=170MPa
轴向应力：σmax= N/A =175.1×1000/7350=23.8MPa<[σ]=170MPa
c、斜撑（双[25b槽钢）A=79.8cm2；Wx=564cm3；
最大轴力：Nmax=349.7KN
轴向应力：σmax= N/A =349.7×1000/7980=43.8MPa<[σ]=170MPa
d、支点反力：C50抗拉强度2N/mm2（设计值）
上支点：水平拉力175.1 KN，竖向分力116.2 KN，
下支点：水平压力175.1 KN，竖向分力302.7KN，
应力：σmax= N/A =302.7×1000/（6700×2200/2/4）=0.16 N/mm2<[σ]=1.89N/mm2
e、水平拉力：由于对每片上横梁支点处采用2根Ф32mm精轧螺纹进行水平方向预应力施加，应力施加按250KN/根进行控制，固：σmax=250×2=500 KN >[σ]=175.1KN
3、销轴及焊缝计算
本计算以轴力较大的外侧支架牛腿斜撑连接作为控制截面。计算荷载为349.7KN（见轴力图）
Φ60销子截面：S=2826mm2；
耳板S1、销板面积S2孔壁面积：S1=S2=60×20×2=2400mm2
焊缝计算面积：S=200×6×4=4800mm2
a、销子抗剪：σ= N/S=349.7×103/2826/2=61.9MPa< [σ]=240MPa
（按两个剪切面计算）
b、孔壁承压：σ= N/S=349.7×103/2400=145.7MPa< [σ]=240MPa
c、焊缝强度计算：σ= N/S=349.7×103/4800=72.9MPa< [σ]=170MPa
四、效益分析
较传统预埋钢板或型钢等预埋件，再在墩顶进行牛腿托架现场焊接的托架法施工，预埋铁盒法牛腿托架施工工艺具有以下优点和效益：
⑴牛腿三角桁片在地表进行拼装，大量减少了高空作业工作，从而降低了高空作业的风险系数。
⑵牛腿通过预留孔安装受力，安装后楔紧即可，不需在墩柱表面进行大量焊接工作，一是避免了焊接过程中局部高温引发混凝土开裂的风险；二是避免了大量高空竖焊作业带来的焊接质量隐患。
⑶牛腿杆件基本采用销接与螺栓连接，因此牛腿拆装都极为方面，且基本不造成结构及形状尺寸破坏，重复利用度极高。
⑷牛腿托架及预埋件在墩柱施工工程中即可先行全部加工完成，待墩柱施工完毕模板拆除后即可安装，且一般在2-3天即可完成整个托架的安装，较传统焊接牛腿托架相比，工期可减少7-10天左右，有利于节减工期。
五、结语
采用预埋铁盒法牛腿托架施工技术，有效解决了高墩托架施工难题，且有节约建设成本、安全系数高、操作简单、可重复使用、有利于缩短工期等优势，在工程领域取得了良好的社会效益和经济效益，有极强的推广价值。
关键词：桥梁工程；预埋铁盒法；牛腿托架施工技术
一、概况
湖南省新溆高速公路两江特大桥位于怀化市溆浦县境内，两江特大桥主桥结构设计：桥梁上部结构采用分幅式，每幅主桥为90+2×170+90米四跨一联的预应力混凝土连续刚构桥，主桥长520米。箱梁0#段长12m（包括墩两侧各外伸1.5米），箱宽6.7m，翼板悬臂2.65m，全宽12.0m。箱梁根部高10.6m，0号块件横隔板内梁段底板厚度为120cm、腹板厚度为100cm。由于0#块施工高度在68.44m～115.0m之间，施工高度较大高，因此决定采用牛腿托架法施工，其中牛腿托架采用预埋铁盒法。
二、托架施工工艺及方法
1、托架材料选型
铁盒采用δ5mm钢板焊接而成，一个薄壁墩内侧布设4个牛腿支架，外侧2个牛腿支架，一个0#块共需预埋铁盒24个。牛腿采用型钢组装拼接，其上横梁采用I40b工字钢、下横梁采I32b工字钢、内侧斜撑采用[25b双槽钢、外侧斜撑采用[20双槽钢，斜撑与上下横梁连接采用销接。主分配梁采用I56b工字钢、次分配梁采用[36b槽钢、分配梁采用[16槽钢，底板高度调节采用自制铁楔子或硬质木楔子调节。底模采用2cm厚大面积建筑木模板、外侧模采用定型大面积钢模板、内模采用定制钢模板及木模相结合方式拼接、端头模自购钢板进行加工。翼板及顶板支架采用Φ48mm钢管搭设，采用托座调平。
2、预埋件安装
预埋铁盒时为防止混凝土浇筑时铁盒位移，现场安装时应采取可靠加固措施，预埋时若与主筋冲突，可适当调整主筋间距，严禁切割主筋；安装时应确保其精度要求，平面位置偏差值控制在±20mm内，底部水平度控制在±5mm内。为保证铁盒下方混凝土浇筑密实，应在铁盒底部预留通气孔。在混凝土浇筑到墩柱顶部时注意在圆弧与直线交界处（即连续刚构底板外边缘处）埋设挂环以便于安拆牛腿支架时布设操作吊篮。
3、托架安装
墩柱混凝土浇筑完毕待其模板全部拆除后，即可开始托架安装。安装前先在加工场或桥墩下方将牛腿按片拼装并采取临时固结措施后再用吊装设备将三角牛腿吊装到安装区域，吊篮辅助人工安将牛腿上下支点装于铁盒，推入楔铁进行锚固锁定。安装成形的牛腿支架上横梁前端宜上抬5～10mm。在斜撑安装完毕后开始联系梁的安装，安装完毕并校正平面位置后用楔铁将上下牛腿墩柱支点处两侧顶紧，最后将上横梁后端楔铁向外退约20mm，让其上部有4～5mm间隙，便于托架牛腿拆除时御力。外侧悬挑托架安装完毕后在每片牛腿桁架的上横梁两侧分别用一根Ф32mm精轧螺纹预先施加250KN预应力后锚紧以抵抗在混凝土浇筑时托架受压情况下上横梁产生的水平拉力。
在牛腿安装固定完毕后派专人逐个检查无误后按托架施工图铺设主分配梁、次分配梁、分配梁及底模，其中主分配梁及次分配梁受力触点处用电焊固定，防止倾覆。并按相关要求进行荷载试验，通过试验消除非弹性变形及掌握弹性变形的相关数据参数以指导后续施工。
4、托架拆除
⑴、拆除时间：待混凝土强度达到设计值的90%后即可拆除底模及托架。拆除时先卸下托架上调节楔块，按照从上至下的顺序拆除模板及分配梁，之后进行托架拆除。
⑵、拆除步骤：托架拆除步骤：横向连杆→定位楔块→下牛腿→上牛腿。
⑶、注意事项：
a、拆除前应做好相关的技术准备，特别是托架的吊装固定点选择。
b、在牛腿支架及横向连杆拆除前严禁松动上横梁跨中处连接螺栓。
c、支架拆除完毕后要及时对墩柱预留孔洞采用同标号混凝土进行封堵。
三、托架受力情况验算
1、参数取值
⑴、混凝土自重：Gc=26KN/m3；
⑵、钢弹性模量：Es=2.1×105MPa；
⑶、支架材料容许应力：Q235a钢取170 MPa，Cr40销轴取240 MPa；
⑷、模板荷载按1KN/m2计算；
⑸、施工荷载按照《公路桥涵施工技术规范》取值，为1.0Kpa；
⑹、倾倒和振捣产生的荷载按照《公路桥涵施工技术规范》取值，分别取2.0Kpa；
⑺、计算时按1.2超载系数取值。
⑻、根据施工技术方案0#块浇筑分两次浇筑成型，因此在计算时仅取第一次浇注混凝土的高度5.0m的荷载（第二次浇筑混凝土的荷载通过已浇筑混凝土传递到墩柱上）。
2、牛腿支架计算
由于内侧托架承受荷载最大，因此取内侧托架荷载情况进行计算；内侧共布置8个牛腿支架，上横梁采用I40b工钢、下横梁采用I32b工钢、斜腿采用[25b双槽钢。
⑴、牛腿荷载
根据牛腿受力情况图可知中间牛腿托架受力最大，因此计算时取内侧托架进行受力验算。
a、混凝土荷载：G1=4.815×2.3×26KN/m3=287.9KN
b、模板荷载：G2=（2.7+4.1）×2.3×1KN/m2=15.6KN
c、支架型钢荷载：G3=116.1/8=14.5KN（取平均值）
d、施工荷载：G4=2.7m×2.3m×1.0 =6.2KN
e、倾倒和振捣砼的荷载：G5=2.7m×2.3m×2.0×2=24.8KN 总荷载：∑G=（287.9+15.6+14.5+6.2+24.8）×1.2=418.8KN
⑵、受力计算
牛腿上横梁采用I40b工钢、下横梁采用I32b工钢、斜腿采用[25b双槽钢。作用在牛腿上荷载按集中荷载计算：
a、上横梁（I40b工字钢）A=94.1cm2；Wx=1140cm3；Ix=22800 cm4；d=12.5mm；Ix：Sx=33.6
最大弯矩为：Mmax=51.0KN/m
最大剪应力：Qmax=157.0KN
最大轴力：Nmax=175.1KN
弯曲应力：σmax=Mmax/W=51.0×1000/1140=44.7 MPa<[σ]=170MPa
剪应力：τ=QS/Id=（157.0×103×22800/33.6×103）/（22800×104×12.5）=37.4MPa<[σ]=170MPa
轴向应力：σmax= N/A =175.1×1000/9410=18.6MPa<[σ]=170MPa
擾度：fmax=0.1×M×L2/（EI）=0.1×51.0×1.72/（2.1×22800）=0.3mm<[f]=1.7/400=4.3mm
b、下横梁（I32b工字钢）A=73.5cm2；Wx=726cm3；Ix=11600 cm4；d=11.5mm；Ix：Sx=27.1
最大弯矩为：Mmax=45.4KN/m（横杆支点）
最大剪应力：Qmax=302.7KN
最大轴力：Nmax=175.1KN
弯曲应力：σmax=Mmax/W=45.4×1000/726=62.5 MPa<[σ]=170MPa
剪应力：τ=QS/Id=（302.7×103×11600/27.1×103）/（11600×104×11.5）=97.1MPa<[σ]=170MPa
轴向应力：σmax= N/A =175.1×1000/7350=23.8MPa<[σ]=170MPa
c、斜撑（双[25b槽钢）A=79.8cm2；Wx=564cm3；
最大轴力：Nmax=349.7KN
轴向应力：σmax= N/A =349.7×1000/7980=43.8MPa<[σ]=170MPa
d、支点反力：C50抗拉强度2N/mm2（设计值）
上支点：水平拉力175.1 KN，竖向分力116.2 KN，
下支点：水平压力175.1 KN，竖向分力302.7KN，
应力：σmax= N/A =302.7×1000/（6700×2200/2/4）=0.16 N/mm2<[σ]=1.89N/mm2
e、水平拉力：由于对每片上横梁支点处采用2根Ф32mm精轧螺纹进行水平方向预应力施加，应力施加按250KN/根进行控制，固：σmax=250×2=500 KN >[σ]=175.1KN
3、销轴及焊缝计算
本计算以轴力较大的外侧支架牛腿斜撑连接作为控制截面。计算荷载为349.7KN（见轴力图）
Φ60销子截面：S=2826mm2；
耳板S1、销板面积S2孔壁面积：S1=S2=60×20×2=2400mm2
焊缝计算面积：S=200×6×4=4800mm2
a、销子抗剪：σ= N/S=349.7×103/2826/2=61.9MPa< [σ]=240MPa
（按两个剪切面计算）
b、孔壁承压：σ= N/S=349.7×103/2400=145.7MPa< [σ]=240MPa
c、焊缝强度计算：σ= N/S=349.7×103/4800=72.9MPa< [σ]=170MPa
四、效益分析
较传统预埋钢板或型钢等预埋件，再在墩顶进行牛腿托架现场焊接的托架法施工，预埋铁盒法牛腿托架施工工艺具有以下优点和效益：
⑴牛腿三角桁片在地表进行拼装，大量减少了高空作业工作，从而降低了高空作业的风险系数。
⑵牛腿通过预留孔安装受力，安装后楔紧即可，不需在墩柱表面进行大量焊接工作，一是避免了焊接过程中局部高温引发混凝土开裂的风险；二是避免了大量高空竖焊作业带来的焊接质量隐患。
⑶牛腿杆件基本采用销接与螺栓连接，因此牛腿拆装都极为方面，且基本不造成结构及形状尺寸破坏，重复利用度极高。
⑷牛腿托架及预埋件在墩柱施工工程中即可先行全部加工完成，待墩柱施工完毕模板拆除后即可安装，且一般在2-3天即可完成整个托架的安装，较传统焊接牛腿托架相比，工期可减少7-10天左右，有利于节减工期。
五、结语
采用预埋铁盒法牛腿托架施工技术，有效解决了高墩托架施工难题，且有节约建设成本、安全系数高、操作简单、可重复使用、有利于缩短工期等优势，在工程领域取得了良好的社会效益和经济效益，有极强的推广价值。