悬挑大体积混凝土施工预应力锚固牛腿支架及其施工方法与流程

本发明涉及一种桥墩牛腿支架结构的领域，具体为一种悬挑大体积混凝土施工预应力锚固牛腿支架及其施工方法，适用于刚构桥特别是高大刚构桥0号块或1号块悬挑大体积混凝土施工及其它建筑工程混凝土悬臂施工。

背景技术：

随着公路基础实施由平原地区或微丘地区逐渐向崇山峻岭山区挺进，而在崇山峻岭里建设公路最经济的方法是采用大跨度的刚构桥甚至采用连续刚构桥作为设计方案来跨越深大沟谷，以至于刚构桥在公路占的比例越来越大，同时刚构桥在梁、墩（塔）结合的部位通常有着大体积的悬挑混凝土，这一部份混凝土的施工支架承重系统在满足目前的常规施工基础上，如何更进一步的经济、高效、安全、环保，是个需要思考的问题。

目前，我国在刚构桥的0号块、1号块施工时主要采用满堂支架法和预埋牛腿法。由于混凝土的体积大、重量大，满堂支架法对地基的要求也是非常高的，早期沉降和后期的不均匀沉降都会给混凝土带来不可估量的破坏。而预埋牛腿法需要大量的现场焊接作业，往往现场焊接条件并不是很好（如大风天气的影响、高空施工的影响、立焊作业的不可预见性等），导致预埋件留下质量隐患，从而导致牛腿的荷载能力下降、变形量增大，最终影响混凝土质量和现场施工安全。

并且满堂支架法和预埋牛腿法这两种常用方法一次搭设的成本非常高，如果要周转使用的话成本会更加高，包括大量材料的运输、安装、拆除，不能根本解决安装方便，无损周转。并且安全风险极大。

经检索到有关牛腿支架构造的中国专利文献有一些，现列举一些如下：

1、中国专利<申请号>201620376336.2<实用新型名称>一种装配式牛腿结构<申请人>贵州桥梁建设集团有限责任公司<地址>550001贵州省贵阳市延安中路1号虹祥大厦<发明人>王骞，谭继光，欧阳斌，罗文秀<摘要>本实用新型公开了一种装配式牛腿结构，装配式牛腿设置在墩柱两侧，其安装入墩身上的预埋槽中，精扎螺纹钢筋穿过装配式牛腿及预埋槽处设有的预留孔后，将其固定于预埋槽中，所述装配式牛腿包括项板，项板两端连接有左侧板和右侧板，左、右侧板上均设置有穿入孔，左侧板底部连接有底板，底板另一端经斜面侧板与右侧板连接，还包括有精扎螺纹钢筋，整个装配式牛腿构成1个类倒梯形结构，使用时，底板完全放置于预埋槽的底面上。使用设置有装配式牛腿的支架结构对o号段进行建设，降低了安全风险，安全性高，而且桥梁质量更能保证，同时支架结构相对3简单，减少了建设费用，1个0号段建设过程中工期可以缩短15天，而且费用可以节约高达12万。

2、中国专利<申请号>200720200918.6<实用新型名称>装配式钢牛腿<申请人>贵州省桥梁工程总公司<地址>550001贵州省贵阳市延安中路2号虹祥大厦26楼贵州省桥梁工程总公司总工办<发明人>黄盛，刘智<摘要>本实用新型公开了一种装配式钢牛腿，它包括精轧螺纹钢筋(1)，在精轧螺纹钢筋(1)上连接有钢牛腿(2)，钢牛腿(2)插入预埋槽(3)内。本实用新型的钢牛腿采用预埋的精轧螺纹钢筋进行安装和受力，安装方便，支撑力大。还可以将钢牛腿下部制作出支撑凹槽，将支撑凹槽卡在预埋槽的下槽口上，通过支撑凹槽减轻钢牛腿承受的压力，提高了钢牛腿受力。同现有技术相比，本实用新型具有结构简单、安装方便、使用效果好等优点。

3、中国专利<申请号>201410100300.7<发明名称>装配式建筑无牛腿混凝土梁钢柱连接节点<申请人>中国建筑第七工程局有限公司<地址>450000河南省郑州市城东路108号<发明人>焦安亮，张鹏，黄延铮，张海东，李永辉，候振国<摘要>本发明涉及一种装配式建筑无牛腿混凝土梁钢柱连接节点，包括方钢混凝土柱(1)、钢筋混凝土叠合梁(2)和混凝土层(3)，方钢混凝土柱(1)内设置有穿芯钢筋(4)，钢筋混凝土叠合梁(2)内设置有主筋(5)，穿芯钢筋(4)与主筋(5)通过套筒(6)连接，使钢筋混凝土叠合梁(2)设置在方钢混凝土柱(1)上，混凝土层(3)覆盖在方钢混凝土柱与钢筋混凝土叠合梁的接触部位。本发明提供了一种钢结构与钢筋混凝土不同材料之间的连接方式，结构简单，安装方便快捷，抗剪性能高，且连接牢固，有更好的耐久性。

从公开的文献，可知，在安装牛腿支撑架时，有的需在混凝土体上开设凹槽或预埋板上进行焊接支撑架，在混凝土体上开设凹槽势必破坏混凝土体强度，缩短使用寿命；预埋板上焊接，耗时耗工，且高度大，危险性大，拆除也很麻烦。

综上所述，研发一种全新的装拆方便、利于周转、施工安全的大体积混凝土施工预应力牛腿支架系统具有重要意义。

技术实现要素：

本发明的目的是克服现有技术的缺陷，而提供一种悬挑大体积混凝土施工预应力锚固牛腿支架及其施工方法；该构造克服传统满堂支架和预埋牛腿结构存在的不足，能够实现标准化制造，施工时安装方便，结构牢固，提高施工效率，缩短施工工期，同时采用预应力装置的张拉来消除施工过程中三角桁架结构的竖杆因承受悬臂荷载时产生的横向变形，整体稳定性好，安全性高，施工完之后可周转重复使用，且施工方法简易，高效快速，具有较好的经济效益及社会效益。

为了实现上述本发明目的，采用的技术方案为：

一种悬挑大体积混凝土施工预应力锚固牛腿支架，所述构造包括三角桁架结构、剪力槽、预应力装置和横联结构；在混凝土体两侧上根据设计需求预埋若干个相互对称的剪力槽，所述剪力槽上对应固定安装三角桁架结构；而两两对称的三角桁架结构之间通过预应力装置贯穿于混凝土体内的预应力通道连接固定；在同侧彼此相邻的两个三角桁架结构之间安装有横联结构，最终形成一个稳定的整体承担上部悬挑大体积混凝土施工的所有荷载。

优选的，所述的三角桁架结构包括上弦杆、下弦杆、竖杆和斜撑杆；所述竖杆的上端连接上弦杆的一端，所述竖杆的下端连接下弦杆；所述上弦杆的另一端连接斜撑杆的上端，所述斜撑杆的下端和竖杆下端连接；所述斜撑杆和竖杆之间连接横杆，所述横杆与斜撑杆连接处和上弦杆之间连接立杆。

优选的，所述上弦杆、斜撑杆和竖杆的连接处上均设有a加劲板。

优选的，所述上弦杆、下弦杆、竖杆、斜撑杆、横杆和立杆均采取型钢焊接制成，且其内部均按设计要求设有若干块b加劲板；所述型钢为槽钢、工字钢、角钢、h型钢、t型钢或l型钢中任一种。

优选的，所述竖杆上设有若干个通孔，所述的通孔与预应力通道相互配对；所述预应力通道在竖直方向上与剪力槽对齐。

优选的，所述的剪力槽采用钢板焊接制成，其开口尺寸比下弦杆的直截面大1-2cm，深度比下弦杆插入深度深5-10cm，所述直截面为垂直下弦杆纵向中心所截得的截面。

优选的，所述的预应力装置为精轧螺纹钢及其配套的螺母或钢绞线及其配套的锚具；所述精轧螺纹钢或钢绞线穿插于三角桁架结构中竖杆和在混凝土体上根据设计要求预留的预应力通道；再使用对应配套的螺母或配套的锚具对拉紧固。

优选的，所述的预应力装置在安装时，需按计算值对其进行张拉，从而消除整个悬挑大体积混凝土施工预应力锚固牛腿支架在承受上部大体积混凝土施工时产生的荷载时，三角桁架结构的竖杆因承受悬臂荷载时产生的横向变形，最终保证整个悬挑大体积混凝土施工预应力锚固牛腿支架的稳定和安全。

优选的，所述的预应力通道采取pvc管、镀锌管、不锈钢或碳素钢管预埋于混凝土体内制得，并按设计在预埋位置上贯穿整个混凝土体。

优选的，所述的横联结构包括平衡杆、稳定杆和斜拉杆，所述稳定杆平行布置，两稳定杆之间安装若干根平衡杆，两两平衡杆的对角线上安装斜拉杆。

优选的，所述牛腿支架构造施工方法包括以下步骤：

（1）按图纸加工部件，并运至施工现场；

（2）按设计位置在下部混凝土体浇筑时预埋剪力槽及预应力通道；

（3）待下部混凝土体强调达到要求后，吊装三角桁架结构，将三角桁架结构下弦杆插入剪力槽中，将预应力装置中精轧螺纹钢或钢绞线依次穿过三角桁架结构的竖杆、预应力通道、相对称侧上的三角桁架结构的竖杆，上紧两端的螺母或者锚具，使混凝土体相互对称的两榀三角桁架结构上的竖杆都紧贴混凝土体；

（4）重复步骤完成同一竖杆上其他组由精轧螺纹钢及其配套的螺母或者钢绞线及其配套的锚具组成的预应力装置的安装；

（5）将所有竖杆上的精轧螺纹钢或钢绞线按计算值进行张拉，完成张拉后上紧螺母或者锚具；

（6）吊装横联结构连接混凝土体同侧上两两相邻的三角桁架结构，采用焊接或者螺栓连接方式依次分别连接同侧相邻的三角桁架结构的竖杆、上弦杆、斜撑杆；即得到锚固牛腿支架；

（7）将牛腿支架构造根据设计要求安装完成后，再进行后续的工作，即为在其上安装横向分配梁，横向分配梁按计算间距安装于三角桁架结构的上弦杆上；

（8）安装浇筑底板支架及底模板，并进行预压；

（9）预压合格后，安装浇筑所需的侧模板、内模、封头板等，在模内安装钢筋及预应力波纹管、锚垫板以及其他预埋筋等；

（10）分段浇筑混凝土并进行养护；

（11）待混凝土强调达到要求后，依次拆除封头板、内模、侧模、底板支架、底模、横向分配梁、横联结构、三角桁架结构、预应力装置；拆除后的部件转运至下一个工地使用或者运回材料周转仓库保养存放。

本发明相对于现有技术所具有的突出的实质性特点和显著进步是：

1、本发明克服传统满堂支架和预埋牛腿结构存在的不足，能够实现标准化制造，施工时安装方便，结构牢固，提高施工效率，缩短施工工期，而所使用的三角桁架结构、横联结构和剪力槽制作材料均采用型钢，材料来源便捷，工厂里集中加工，焊接质量能得到充分的保证，标准化程度高。

2、本发明采用预应力装置的张拉来消除施工过程中三角桁架结构的竖杆因承受悬臂荷载时产生的横向变形，系统整体稳定性好，安全性高。

3、本发明的剪力槽是预埋于混凝土体内，并没有破坏混凝土体整体结构的强度；在安装或拆除三角桁架结构时，均没有对剪力槽造成任何的损坏；而剪力槽采用钢板焊接制成，其开口尺寸比三角桁架结构中的下弦杆的直截面大1-2cm，深度比下弦杆插入深度深5-10cm，所述直截面为垂直下弦杆纵向中心所截得的截面；剪力槽大大提高三角桁架结构的安装效率，因在安装三角桁架时，将三角桁架结构中的下弦杆插入剪力槽内，剪力槽将下弦杆套牢，能防止三角桁架结构在吊装松钩时掉落；剪力槽的槽口与下弦杆的截面大小相差小，三角桁架结构倾斜度小，可以踩踏其上进行安全作业。

4、本发明中三角桁架结构、横联结构、预应力装置安装时为装配式安装，操作简单，施工便捷，进度快，且可周转重复使用，有利于环保。

5、本发明中三角桁架结构包括上弦杆、下弦杆、竖杆和斜撑杆，而上弦杆、下弦杆、竖杆和斜撑杆之间的连接构成三角形状；使得整体结构稳定性高，承受力强；上弦杆、竖杆分别和斜撑杆连接有立杆、横杆；立杆和横杆对整体结构进行加强；同时，在上弦杆、斜撑杆和竖杆连接处上均设有a加劲板，既能提高整体承受力，又能大大结构安全性；也对竖杆进行加强，避免竖杆受力变形。

6、本发明中预应力装置为精轧螺纹钢及其配套的螺母或钢绞线及其配套的锚具；提高预应力装置的安装效率，又能连接稳固；而且使用完成后，拆除也方便快捷；预应力装置将两侧相互对称的两个三角桁架结构进行连接固定，无形中也提高三角桁架结构的安装效率。

7、本发明中横联结构将两两相邻的三角桁架结构进行连接固定，可以根据施工需要使用横联结构两两三角桁架结构进行连接，再整体吊装，或是先吊装三角桁架结构，再使用横联结构将相邻的两两三角桁架结构进行连接；工程结束后，可以将横联结构和三角桁架结构连接的整体结构吊至地面，再将横联结构和三角桁架结构拆分，提高施工效率，又能保证操作人员的安全，横联结构和三角桁架结构之间的连接方式为焊接连接或螺栓连接方式，优先选择螺栓连接，可较大节省材料，降低施工成本。

附图说明

图1为发明一种悬挑大体积混凝土施工预应力锚固牛腿支架在施工时结构示意图；

图2为图1的主视图结构示意图；

图3为图1的俯视图结构示意图；

图4为预应力装置穿插于下方混凝土内的预应力通道的局部放大的结构示意图；

图5为三角桁架结构的立体结构示意图；

图6为图5的主视结构示意图；

图7为横联结构的主视结构示意图；

图中部件名称和序号为：混凝土体1，三角桁架结构2，剪力槽3，预应力通道4，预应力装置5，横联结构6，上弦杆7，下弦杆8，竖杆9，斜撑杆10，横杆11，立杆12，a加劲板13，平衡杆14，稳定杆15，斜拉杆16，b加劲板17。

具体实施方式

结合本发明的实施例对本发明进一步详细说明。

参看图1～7所示，一种悬挑大体积混凝土施工预应力锚固牛腿支架，所述构造包括三角桁架结构2、剪力槽3、预应力装置5和横联结构6；在混凝土体1两侧上根据设计需求预埋若干个相互对称的剪力槽3，所述剪力槽3上对应固定安装三角桁架结构2；而两两对称的三角桁架结构2之间通过预应力装置5贯穿于混凝土体1内的预应力通道4连接固定；在同侧彼此相邻的两个三角桁架结构2之间安装有横联结构6。

所述的三角桁架结构2包括上弦杆7、下弦杆8、竖杆9和斜撑杆10；所述竖杆9的上端连接上弦杆7的一端，所述竖杆9的下端连接下弦杆8；所述上弦杆7的另一端连接斜撑杆10的上端，所述斜撑杆10的下端和竖杆9下端连接；所述斜撑杆10和竖杆9之间连接横杆11，所述横杆11与斜撑杆10连接处和上弦杆7之间连接立杆12。

所述上弦杆7、斜撑杆10和竖杆9的连接处上均设有a加劲板13。

所述上弦杆7、下弦杆8、竖杆9、斜撑杆10、横杆11和立杆12均采取型钢焊接制成，且其内部均按设计要求设有若干块b加劲板17；所述型钢为槽钢、工字钢、角钢、h型钢、t型钢或l型钢中任一种。

所述竖杆9上设有若干个通孔，所述的通孔与预应力通道4相互配对；所述预应力通道4在竖直方向上与剪力槽3对齐。

所述的剪力槽3采用钢板焊接制成，其开口尺寸比下弦杆8的直截面大1-2cm，深度比下弦杆8插入深度深5-10cm。

所述的预应力装置5为精轧螺纹钢及其配套的螺母或钢绞线及其配套的锚具；所述精轧螺纹钢或钢绞线穿插于三角桁架结构2中竖杆9和在混凝土体1上根据设计要求预留的预应力通道4；再使用对应配套的螺母或配套的锚具对拉紧固。

所述的预应力通道4采取pvc管、镀锌管、不锈钢或碳素钢管预埋于混凝土体1内制得，并按设计在预埋位置上贯穿整个混凝土体1。

所述的横联结构6包括平衡杆14、稳定杆15和斜拉杆16，所述稳定杆15平行布置，两稳定杆15之间安装若干根平衡杆14，两两平衡杆14的对角线上安装斜拉杆16。

所述牛腿支架构造施工方法包括以下步骤：

（1）按图纸加工部件，并运至施工现场；

（2）按设计位置在下部混凝土体浇筑时预埋剪力槽3及预应力通道4；

（3）待下部混凝土体强调达到要求后，吊装三角桁架结构2，将三角桁架结构2下弦杆8插入剪力槽3中，将预应力装置5中精轧螺纹钢或钢绞线依次穿过三角桁架结构2的竖杆9、预应力通道4、相对称侧上的三角桁架结构2的竖杆9，上紧两端的螺母或者锚具，使混凝土体1相互对称的两榀三角桁架结构2上的竖杆9都紧贴混凝土体1；

（4）重复步骤（3）完成同一竖杆9上其他组由精轧螺纹钢及其配套的螺母或者钢绞线及其配套的锚具组成的预应力装置5的安装；

（5）将所有竖杆9上的精轧螺纹钢或钢绞线按计算值进行张拉，完成张拉后上紧螺母或者锚具；

（6）吊装横联结构6连接混凝土体1同侧上两两相邻的三角桁架结构2，采用焊接或者螺栓连接方式依次分别连接同侧相邻的三角桁架结构2的竖杆9、上弦杆7、斜撑杆10；即得到锚固牛腿支架；

（7）将牛腿支架构造根据设计要求安装完成后，再进行后续的工作，在其上安装横向分配梁，横向分配梁按计算间距安装于三角桁架结构2的上弦杆7上，

（8）在横向分配梁上安装底板支架及浇筑所需的底模板，并进行预压；

（9）预压合格后，安装侧模板、内模、封头板等，并在模内安装钢筋及预应力波纹管、锚垫板以及其他预埋筋等；

（10）分段浇筑混凝土并进行养护；

（11）待混凝土强调达到要求后，依次拆除封头板、内模、侧模、底板支架、底模、横向分配梁、横联结构6、三角桁架结构2、预应力装置5；拆除后的部件转运至下一个工地使用或者运回材料周转仓库保养存放。

实施案例1：

某大桥桥墩高64m，上构为连续刚构，悬臂宽度3m，混凝土体积为69.7m³，重量约175t。如采用满堂支架施工，需对支架基地进行换填处理，且支架搭设的工作量非常大，施工时间长，如此高的支架搭设无法保证操作人员安全，容易发生杆件甚至人员掉落事件。如采用预埋牛腿法施工，则会对下部构造的模板进行人为破坏，不利于周转使用，同时也不能保证现场的焊接作业条件，对安全和质量造成较大的隐患。采用本发明，沉降量小，混凝土质量好，安全性能高，未发生质量及安全事故。

实施案例2：

某大桥桥墩高70m，上构为连续刚构，悬臂宽度3m，混凝土体积为69.7m³，重量约175t。根据案例1的实践与经验，运用案例1中的材料周转，大大降低了成本，同时也节省了工期。采用本发明，沉降量小，混凝土质量好，安全性能高，未发生质量及安全事故。