1、 1 桥墩与横系梁牛腿托架同步施工工法中铁二局第一工程有限公司何寿海 刘汉龙 唐 江 唐丽茹 周 莉1.前言桥梁高墩设计时，需要在两墩柱 间设置横系梁以增加墩身横向 刚度，防止墩身横向失 稳。高墩横系梁传统的施工方法有支架法、 钢棒法和抱箍法等。 钢棒法和抱箍法需要先将墩柱施工完 毕，在墩柱上穿设钢棒或安装抱箍后安装系梁施工平台再施工系梁，即墩柱与横系梁按两道工序分开组织施工；支架法可采取墩柱与横系梁分开或同步施工，需将墩柱模型或墩柱混凝土施工完成后方能搭设支架。横系梁传统施工方法存在施工周期长、施工速度慢、施工工序繁琐等缺点，不能达到墩柱与横系梁同步、快速、简便的施工。在汕昆高速公路贵州境板
2、坝（桂黔界）至江底（黔滇界）第一合同段桥梁下构施工中，课题小组通过对墩身及横系梁施工工序、模型结构进行深入研究， 总结 形成桥墩与横系梁牛腿托架同步施工技术， 实现桥墩与横系梁同步、快速施工，加快桥梁下构施工进度，提高施工效率。通过该项目成功应用，总结形成此工法。2.工法特点2.0.1 墩柱与横系梁同步施工横系梁利用墩柱模型作为支撑柱，改 变传统方法依靠墩柱支撑的方式，实现墩柱和横系梁混凝土同步施工。2.0.2 操作简便、施工进度快牛腿事先焊接在墩柱模型上，墩柱模型安装到位后，在牛腿上安装型钢搭设系梁施工平台，然后安装系梁底模、钢筋、侧模，同步施工墩柱、系梁混凝土，减少 传统方法穿设钢棒、搭设
3、支架安装系梁施工平台时间，操作简便、施工进度快。2.0.3 施工成本底牛腿托架法施工横系梁从材料的投入上分析，较传统施工方案投入的材料 费用低，同 时横系梁平台材料可全部倒用于盖梁施工，材料的周转利用率高，施工成本底。3.适用范围本工法适用于公路和市政桥梁桥墩设有横系梁的施工。4.工艺原理双柱式桥墩与横系梁牛腿托架同步施工工法原理为：墩柱模型即作为墩身混凝土施工的外模又作为横系梁施工的支撑柱，同 时承受墩柱混凝土、系梁及施工平台的施工荷载。事先在墩柱模型上焊接牛腿，墩柱模型安装就位后在牛腿上安装横系梁施工平台，安装系梁钢筋、模型，系梁混凝土和墩身混凝土同步浇筑；砼达到设计强度后，拆除系梁模型、
4、托架平台、墩柱模型倒用至该墩位上一节墩柱和横系梁，同样方法完成上一 节墩柱和上一道横系梁的施工，直至该墩位施工完成。5.施工工艺流程及操作要点5.1 施工工艺流程见图 5.12 5.2 操作要点5.2.1 牛腿施工牛腿设计：牛腿采用两根长 500mm、200mm 的20a 槽钢焊接成“口”字型；槽钢顶部安放垫板，采用 200200mm、=20mm钢板制作并与槽钢焊接,用来搁置千斤 顶；焊缝间满焊。牛腿设计见图 5.2.1-1。牛腿与墩身模型连接：牛腿与墩柱模型连接采取焊接方式，焊接在半圆形墩柱中间位置， 竖向距模型顶 1170mm（焊接位置由系梁托架平台千斤顶、工字钢、槽钢及系梁底模厚度确定）
5、；牛腿长边与墩身模型竖向肋（墩身模型设计采用80 槽钢）焊接，焊接长度不小于 400mm，焊缝厚度不小于5mm（经验算焊缝长度 200mm 能满足设计要求，安全系数按 2 倍考虑）；为加强模型结构的稳固， 对牛腿连接处的一节墩柱模型的竖向肋与面板焊缝满焊处理。牛腿与墩柱模型连接见图 5.2.1-2。5.2.2 墩柱钢筋模型安装1 钢筋安装：墩柱 钢筋在钢筋加工场集中加工，采用平板运输车运至施工现场，再采用吊车起吊安装就位；钢筋吊装前，在钢筋 笼四周布设砼垫块， 垫块按梅花形、不少于 4 个/m 2 布置。2 模型制作与安装墩柱钢筋模型安装系梁托架平台安装系梁模型钢筋安装墩身系梁砼浇筑牛腿施工模
6、型拆除图 5.1 施工工艺流程图图 5.2.1-1 牛腿设计图 图 5.2.1-2 牛腿与墩柱连接图3 1) 模型设计：墩柱模型 设计为 大块钢模、分 节制作（节段长 1.5m 和 2.0m），每节由两个半圆形组合。面板采用 5mm钢板、横向连接法兰采用 12mm 钢板气割而成、竖向连接法兰采用 758mm 角钢、竖向加强筋采用 808mm 扁钢和 8 号槽钢（间隔设置）、水平筋板采用 808mm 扁钢；周边设置18mm、间距 200mm 螺栓孔 ,通过 16mm 螺栓连接。焊接要求：水平筋板双面焊接，筋板与面板之 间断焊，距离 150-200mm、焊接长度 40-50mm。2) 模型安装：按
7、照墩柱 设计高度，对模型进行现场组拼；墩柱模型按半圆形方式组拼，采用汽车吊车一次起吊安装就位。墩柱模型组拼时，根据系梁 设计高程推算 组拼模型高度，然后确定所需组拼模型模数（节数及节长度），并将事先 焊接有牛腿的一节墩柱模型置于 顶部。3) 模型固定：墩柱模型采取缆风固定，在模型上部拉设三处（模型周边均分布设），设置角度4560, 以保证 模型稳定。墩柱模型安装完成后，在墩柱一侧安装定制的安全爬梯作 为操作人员上下通行通道。安全爬梯沿墩柱竖向搭设，采用 10钢 筋、每 间距 5m 在墩柱上固定一道，以保证爬梯稳定性；同时爬梯四周挂设安全密目网，采用扎丝严实绑 扎在爬梯上，爬梯底部四脚采用 10
8、10cm 方木支垫，方木安放在实地上，以保证架体的稳定。现场安全爬梯搭设见图 5.2.2-1。注意事项：必须在中部位置布设一道8 号槽钢作竖向加强筋，利于牛腿焊接；模型每处螺栓孔位置必须按照设计采用的螺栓进行连接， 严禁漏连。5.2.3 系梁托架平台安装托架平台由 QLD50 螺旋千斤 顶（最大顶伸长度 150mm，经验算 32 吨螺旋千斤顶能满足设计要求）、I45a 工字 钢（长度 12m）和14b 槽钢（长度 4m，考 虑了两 侧操作平台所需宽度）组成。系梁施工完后，千斤顶、工字钢和槽钢可用于盖梁施工，系梁托架平台兼做工人操作平台。墩柱模型按照设计位置校正后，安装系梁托架平台。具体操作步骤
9、及要点如下：1 千斤顶安装：先旋出千斤顶 的螺旋杆，旋出长度 710cm，然后将千斤顶安放在牛腿上；测量千斤顶螺旋杆顶部高程是否满足设计要求，若与 设计高程有偏差，则调节千斤顶使螺旋杆顶部高程满足设计要求。2 工字钢安装与加固：采用汽车吊车起吊工字钢，并将其安放在墩柱模型两侧的千斤顶上。工字钢的固定措施为分别在距工字钢两端 3.9m 位置采用 20mm 拉杆将其紧固在墩柱模型上。将工字钢固定完毕后，方能进行下道工序施工。3 槽钢安装：槽钢采用汽车吊车起吊安装，在工字 钢上按间 距 45cm 均匀安放。系梁托架平台设计见图 5.2.3-1，现场系梁托架平台安装见图 5.2.3-2。图 5.2.2
10、-1 安全爬梯搭设图4 5.2.4 系梁模型钢筋安装托架平台安装完毕后，对高程、平面位置等进行检测，检查合格后进行下道工序施工。具体施工顺序为：横系梁底模安装横系梁钢筋安装横系梁侧模安装。系梁底模、侧模设计成大块钢 模。底模安装完成后 测量放样 ，进行系梁钢筋和侧模安装。具体见图 5.2.4-1 所示。横系梁底模安装完成后，及时 安装操作平台。托架平台 设计时 ，已将14 槽钢加长至 4m，操作平台充分利用横系梁两侧的空余空间（每侧 1.3m）设置；在平台槽钢上铺设厚 12mm 木板，槽钢端部竖向焊接长 1.2m 钢管，钢管中部、 顶部横向焊接 16钢筋，外侧挂设安全密目网。施工注意事项：为了
11、便于上一节墩柱模型的定位连接及系梁模型的倒用，在系梁模型上再增加一 节长度 1.0m或 1.5m 的墩柱模型。增加一节墩柱模型的长度需根据施工的上一节墩柱的长度确定，同时注意墩柱钢筋下料时也随之加长。5.2.5 墩身系梁砼浇筑图 5.2.3-1 系梁托架平台设计图图 5.2.4-1 横系梁模型安装图图 5.2.3-2 现场系梁托架平台安装图5 对模型垂直度、中线位置、墩柱模型加固、系梁平台加固等检验合格后，进行下道工序混凝土施工。混凝土在拌和站集中拌制，罐车运至现场，吊车起吊入模。模型内挂设串筒，混凝土 对称、水平分层浇筑，层厚控制 50cm，采用插入式振捣器捣固。混凝土采用土工布覆盖洒水养生
12、，模型拆除后缠裹塑料薄膜养生，养护时间不少于 14 天。施工注意事项：为减小混凝土入模时产生的冲击荷载对托架平台的影响，系梁混凝土从两 侧墩柱位置入模，并保证对称施工。5.2.6 模型拆除待混凝土强度达到设计强度后进行模型拆除。模型拆除采取人工配合汽 车吊车进行拆除，按照后支先拆、先支后拆的原则顺 序进行，具体 为横系梁侧模 横系梁底模及托架平台墩柱模型。拆除后的系梁、墩柱模型就近倒用到该墩位上一节墩柱和横系梁的施工。横系梁、墩柱模型的倒用见图 5.2.6-1，现场墩柱及横系梁施工完成图片见图 5.2.6-2。施工注意事项：横系梁顶增加的一节墩柱模型保留不拆除，便于上一 节墩柱模型的定位连接。
13、5.3 劳动力组织本工法需要的劳动力按钢筋制安、模型托架安装、混凝土施工等工序划分，需要劳动力见表5.3.1 劳动力配置表。表 5.3.1 劳动力配置表序号 工种 人数（人） 工作内容 备注1 现场负责人 1 现场指挥、协调2 技术员 1 施工技术指导3 试验员 1 试验检测4 安全员 1 现场安全检查5 吊车指挥员 1 吊车操作指挥图 5.2.6-1 横系梁、墩柱模型倒用 图 5.2.6-2 现场墩柱及横系梁施工完成图6 序号 工种 人数（人） 工作内容 备 注6 钢筋工 6 钢筋制作安装7 模型工 6 模型、托架平台的安装及拆除8 混凝土工 4 混凝土浇筑合计 216.设备与材料6.1 主
14、要设备本工法需要的设备主要有：钢筋加工设备、模型托架平台安拆设备、 砼拌制运输设备、砼捣固设备等。需要设备见 6.1 主要设备 配置表。表 6.1 主要设备规格数量表序号 设备名称 规格 单位 数量(台) 备注1 砼拌和设备 套 12 钢筋加工设备 套 13 汽车吊车 25 吨 台 14 砼罐车 12m3 台 25 插入式振捣器 ZDN80 台 3 1 台备用6.2 主要材料本工法无特殊材料，使用的工程材料主要有：Q345 钢筋， 钢模型， QLD50 螺旋千斤顶、I45a 工字钢、 14 槽钢。7.质量控制7.1 质量控制标准双柱式桥墩与横系梁牛腿托架同步施工质量控制执行公路桥涵施工技术规范
15、（JTGT F50-2011）相关规定标准。7.2 质量控制要点经现场施工总结，双柱式桥梁墩身与横系梁牛腿托架同步施工质量控制要点有几个方面：7.2.1 牛腿长边 与墩身模型 竖向肋（80 槽钢）焊接， 焊接 长度不小于 400mm，焊缝厚度不小于5mm；肋筋与面板焊缝满焊处理（只针对牛腿连接处的一节 墩柱模型），以加强模型结构的稳固。7.2.2 必须在中部位置布设一道8 号槽钢作竖向加强筋，利于牛腿焊接；模型每处螺栓孔位置必须按照设计采用的螺栓进行连接， 严禁漏连。7.2.3 千斤顶安装完成后测量螺旋杆顶部高程满足设计要求，偏差控制在10mm 范围内。8.安全措施8.0.1 墩柱系梁施工属高
16、空作业，整个施工过程操作工人仍应按规定要求配戴安全帽、安全绳等安全设施。8.0.2 施工工程中，搭设定制安全爬梯作为上下通行通道。安全爬梯沿墩柱 竖向采用 10钢筋、间距 5m 在墩柱上固定一道，以保证爬梯稳定性;同时爬梯四周挂设安全密目网，用扎丝严实绑扎在爬梯上，爬梯底部四脚用 1010cm 方木支垫，方木安放在实地上。8.0.3 托架平台工字钢采用 20mm 拉杆紧固在墩柱模型上，未固定完毕之前，不能进行下道工序施工。7 8.0.4 横系梁底模安装完成后，及 时安装操作平台，以保 证 后续工序的施工操作人员的安全。9.环保措施9.0.1 施工便道采用洒水车洒水，防止 扬尘。9.0.2 混凝
17、土浇筑完成后若有剩余，由拌和站调度人员统一安排 处理， 严禁随意倾倒在施工现场。9.0.3 养护完成后，将覆盖的土工布、塑料薄膜集中收集堆放，避免其在施工现场随意飘散影响环境。10.效益分析10.1 经济效益本工法不仅为墩柱与横系梁同步快速施工提供了技术支撑，而且创造了良好的经济效益，具体分析情况如下：本工法与支架法相比，从材料的使用上分析，两种方法只是在横系梁平台的支撑上使用不同的方式，本工法采用牛腿、千斤顶加工字钢方式、支架法采用满堂架作方式，上部平台使用的材料槽钢均一样；从施工时间分析，支架法施工需要先安装墩柱模型，然后搭设支架安装系梁施工平台再施工系梁，但本工法能实现墩柱模型安装完成后
18、立即 进行系梁施工平台的搭 设， 经现场实施情况统计支架法施工循环周期为 9 天，对 比后一个循环本工法较支架法减少施工 时间 2 天。与支架法相比，本工法节约成本费用 4.24 万元（针对本项目）， 节约施工时间约 30%，成本费用分析见表 10.1。本工法与穿钢棒施工方法相比，从材料的使用上分析，两种方法只是在横系梁平台的支撑上使用不同的方式，本工法采用牛腿加千斤顶方式、穿 钢棒法采用 钢棒加千斤顶方式，上部平台使用的型钢材料均一样（工字钢、槽钢）；从施工 时间分析，穿 钢板施工需要先将墩柱施工完 毕后，再穿设钢棒安装系梁施工平台再施工系梁，即墩柱与系梁分两道工序组织施工，但本工法能 实现
19、同步施工，减少一道横系梁循环施工周期，经现场实 施情况统计本工法施工循 环周期（含砼养生期）为 7 天，穿 钢棒施工循环周期为 11 天，对比后一个循 环本工法较钢棒法减少施工 时间 4 天。与穿 钢棒法相比，本工法节约成本费用 9.29 万元（针对本项目）， 节约施工时间约 50%，成本费用分析见表 10.1。本工法与抱箍施工方法相比，从材料的使用上分析，两种方法只是在横系梁平台的支撑上使用不同的方式，本工法采用牛腿加千斤顶方式、抱箍法采用抱箍加千斤顶方式，上部平台使用的型钢材料均一样（工字钢、槽钢）；从施工 时间分析，抱箍施工需要先将墩柱施工完毕后，再安装抱箍安装系梁施工平台再施工系梁，即
20、墩柱与系梁分两道工序组织施工，但本工法能实现同步施工，减少一道横系梁循环施工周期，经现场实 施情况统计本工法施工循环 周期（含砼养生期）为 7 天，抱箍施工循 环周期为 11 天，对比后一个循环 本工法较抱箍法减少施工时间 4 天。与抱箍法相比，本工法节约成本费用 11.25 万元（针对本项目）， 节约施工时间约 50%，成本费用分析见表 10.1。表 10.1 成本费用比较表序号 施工方案每道横系梁一套支撑体系材料费用（万元） 拟投入数量（套） 费用（万元） 备注1 支架法 1.60 12 19.202 钢棒法 1.57 14 21.983 抱箍法 1.71 14 23.94 按 1.6m
21、墩径计算8 4 牛腿托架法 1.41 9 12.69本工法较支架法节约成本费用 6.51 万元、 较穿钢棒法节约 成本费用 9.29 万元、 较抱箍法11.25 万元。注：1.以上费用计算根据本工程所在地材料价格计算，上表不含工期节约的成本费用。2.上表投入套数根据本项目工期安排计算。10.2 社会效益采用墩身与横系梁牛腿托架同步施工方法安全、质量可靠，且施工工艺简便、施工进度快、成本低，效益良好。本项目桥梁多、工期紧、施工任 务艰巨，采用此工法安全、快速地完成了桥梁下部结构施工，迅速为上部梁体的铺架 创造了工作面，保 证了现场均衡施工，实现了业主既定的工期目标。施工期间，受到业主、监理单位的
22、高度赞誉。11.应用实例汕昆高速公路贵州境板坝（桂黔界）至江底（黔滇界）第一合同段位于贵州省黔西南州册亨县境内，起点里程 K1+226.480，终点里程 K7+729.218，全 长 6.453 公里，工程于 2009 年 5 月开工，2011 年 3月完工。该项目为全立交双向四 车道高速公路，路基 宽度 26m，由桥梁工程、涵洞工程、路基及防护工程组成。其中桥梁 6 座，特大桥 1 座、大桥 5 座，桥梁长 4.31km。桥梁下部设计为双柱式圆柱墩，墩间距 6.7m（墩柱中心距），墩径分别为 180cm 和 200cm，最大高度 42m（涉及圆柱墩与横系梁同步施工的墩柱）；横系梁设计为 1.
23、21.6m、1.41.8m（宽高）两种规格截面尺寸，砼数量分别为 10.9m3和 12.29m3（设计验算时采用截面尺寸 较大的上系梁）；涉及 圆柱墩与横系梁同步施工的墩柱 302 根/7728.4m、横系梁 241 道。经现场对墩身及横系梁施工工序、模型结构进行深入研究，确定双柱式桥墩与横系梁采取牛腿托架同步施工技术，完成该项 目墩柱 302 根、横系梁 241 道同步施工。该技术施工安全、质量可靠，且施工工艺简便、施工进度快、成本低，效益良好。并通 过 在本项目桥梁工程中的应用，技 术成熟可靠，除在本合同段全面推广应 用外，已在全 线其他合同段内推广使用。施工期间，本工法得到业主、监理单位的高度赞誉。
