談體內頂壓掛籃預壓施工方法

馮立崎

（太佳高速公路黃河大橋建設管理處，山西 呂梁 033200）

1 工程概況

窟野河大橋是陜西神木至府谷高速公路上的一座特大型橋梁，結構形式為23×30 m+9×40 m+88 m+4×165 m+88 m+69 m+4×130 m+69 m+76 m+4×140 m+76+3×43 m+50 m連續剛構，為全線最重要的控制性工程。主橋首次采用主跨165 m、130 m、140 m三個剛構單元組合形式，全長為2.3 km，是目前陜西省內規模最大的連續剛構橋。本橋首次采用2.5 m大直徑嵌巖樁基礎、不平衡單臂懸澆工藝、運用邊跨現澆段代替合攏段一次性合攏、非對稱合攏技術，首次在陜北地區梁體采用C55砼。技術難度高、施工難度大，采用先整體后分離式斷面，雙幅布設，橋面寬度為15.5 m，采用單箱單室箱形截面和直腹板形式，并且全橋箱梁采用三向預應力體系和掛籃施工工藝。

2 掛籃介紹

掛籃是懸臂施工中的主要設備，按結構形式可分為桁架式（包括平弦無平衡重式、菱形、三角形、弓弦式等)、斜拉式(包括三角斜拉式和預應力斜拉式)、型鋼式及混合式4種。所謂掛籃施工，是指澆筑較大跨徑的懸臂梁橋時，采用吊籃方法，就地分段懸臂作業。它不需要架設支架和使用大型吊機。掛籃施工較其他方法，具有結構輕、拼裝簡單方便、無壓重等優點。根據混凝土懸臂施工工藝要求及設計圖紙對掛籃的要求，綜合比較各種形式掛籃特點、重量、采用鋼材類型、施工工藝等，經過研究，窟野河特大橋采用三角輕型掛籃施工。該掛籃的主要特點有：①能承受梁段自重及施工荷載；②剛度大，變形小；③結構輕巧，便于前移；④適應范圍大，底模架便于升降，適應不同的梁高；⑤結構形式簡單、操作方便、傳力較明確，安裝方便省時省力。見圖1。

圖1 三角輕型掛籃

3 掛籃預壓目的和方法

根據規范，掛籃在使用前必須進行預壓試驗。掛籃施工的最大隱患是掛籃傾覆倒塌，因此掛籃預壓是掛籃施工安全管理的重要內容。

3.1 目的

（1）利用千斤頂對掛籃主桁架進行加載試驗，可以驗證設計參數和承載能力，實踐檢驗了掛籃各構件，尤其是主受力結構的制作安裝質量，驗證了掛籃的可靠性。

（2）檢驗掛籃是否達到設計要求。

（3）可近似測得掛籃的彈性變形以及非彈性變形，為各梁段立模標高預抬值提供初步數據。

（4）消除了非彈性變形。通過預壓（本橋采用120%等效荷載作用）達到消除掛籃非彈性變形的目的。

3.2 掛籃預壓方法

窟野河特大橋第十一聯Z48#墩預壓采用先在已澆梁段上預埋鋼板以及精軋螺紋鋼，見圖2，鋼板以及精軋螺紋鋼均用來固定反力架。通過反力架，在掛籃底模上放置千斤頂頂住反力架，用體內頂壓的方式進行預壓。見圖3、圖4。

圖2 頂壓方法示意圖

圖3 預埋精軋螺紋鋼以及鋼板示意圖

圖4 反力架頂壓方法

3.3 構件介紹3.3.1 反力架

反力架是預壓的主要構件，它的剛度以及變形量對于預壓時測得的掛籃變形量有著直接的關系，所以必須盡量減少反力架的變形，采用穩定性高的三角托架。主橫梁由雙支工字鋼焊接而成，支撐桿件以及豎桿由槽鋼對口焊接而成。在主梁以及支撐桿件和豎桿上每隔1 m設置一道加強板。由于窟野河特大橋0#塊距地面高度在50～70 m之間，所以0#塊在考慮到場地工期以及材料各個方面后采用托架施工，故在0#塊澆筑前每個墩均加工了三角托架。在0#塊澆筑完畢后，三角托架在場地中處于閑置狀態。此次掛籃預壓使用三角托架充當反力架使三角托架重復利用，見圖5，而且三角托架的剛度和變形量在0#塊澆筑前托架預壓中均已得到驗證并取得各方面數據。所以使用此三角托架極大地節省了資金和時間。

圖5 反力架

3.3.2 反力架相關計算（按照0#塊重量）

3.3.2.1 穩定驗算

最重兩端為2#塊，重量為178.1 t，因此取2#塊重量為預壓掛籃的基本預壓力。每端預壓力為掛籃最大受力的1.2倍。故每邊共加載213.72 t，故總受力=2137 kN

單個三角托架受力P=2 137/2/2=534.25 kN

對支撐點（分配處）取矩，彎矩平衡：

F×5=534.25×（1.5+3）

求得預應力鋼筋受力F=480.825 kN<523.5 kN

（每根ΦL32預應力鋼筋極限應力930 MPa，設計控制張力為 523.5 kN）。

每根預應力鋼筋的受力小于其最大受力，預應力鋼筋設置了兩根，更增加了安全儲備，預應力鋼筋必然滿足需要。

3.3.2.2 反力架強度、剛度、穩定性驗算

平托梁 I50a工字鋼，δ=1.25 cm，A=119.25 cm3，g=93.61 kg/m，Ix=46472 cm4，Wx=1858.9 cm3，Sx=1084.1 cm3

AC桿強度、剛度驗算:

B點撓度：

圖6 計算簡圖

AD斜桿穩定性計算:

斜撐桿受力狀況見圖7，為兩端鉸接軸心受壓桿件。

圖7 斜撐桿受力圖

經計算，斜撐桿的軸心壓力N=1039.397 kN

斜撐桿截面性質：由2根36a槽鋼通過鋼板連接成組合桿件，中間加兩塊10 mmA3鋼板加強截面

斜撐桿件組合截面性質如下：Iy=8534 cm4，A=205 cm3，I0=583 cm

由λy=90查得彎曲系數=86.299 MPa＜[σ]=210 mpa

由于反力架是由鋼板焊接和精軋螺紋鋼螺母錨固在1#塊端頭，所以在0#1#塊澆筑前就需預埋鋼板和精軋螺紋鋼。需要提前根據千斤頂和分配梁的高度尺寸，嚴格控制預埋位置。在0#1#塊澆筑完畢，掛籃拼裝完成后開始安裝反力架。反力架安裝時，直接焊接在提前預埋的鋼板上，并且使用精軋螺紋鋼加固。每塊焊接鋼板上均有四根精軋螺紋鋼做為錨固點。

3.3.3 分配梁

分配梁是為了使加載應力均勻分布，盡可能接近真實施工荷載，防止由于加載應力集中而損壞掛籃底籃，并且作為千斤頂施加荷載的力傳遞構件。它由雙支45工字鋼構成，見圖8。

圖8 分配梁

3.3.4 千斤頂

千斤頂是荷載加載設備。為了盡可能模擬真實施工荷載，并且根據預壓試驗所需要來施加荷載以及千斤頂性能，所以在預壓時，共計使用8個千斤頂同時施加荷載。在大小樁號分別使用4個。在加載過程中，盡可能的做到同時同步加載。

3.3.5 預壓荷載加載

預壓前，要緊固后錨系統受力拉桿，特別是后錨點和前橫梁系統的拉桿，使各拉桿能受力均勻。預壓時，兩個掛籃對稱同時同步進行，設立指揮員一名，用哨子作為提示信號。本聯掛籃荷載試驗超載系數為1.2。

最重兩端為2#塊，重量為178.1 t，因此取2#塊重量為預壓掛籃的基本與壓力。每端預壓力為掛籃最大受力的1.2倍。故每邊共加載213.72 t，分4級加載至最大值，見表1。每加載一級至理論噸位，均持荷25～30 min，并且必須十分仔細地觀察上下前橫梁標高，并嚴密關注掛籃系統是否有明顯的變化。在加載至設計噸位后，觀測掛籃各方面數據，并且在持荷1 h后再觀測一次。測量各方面數據，見圖9。

表1 分級加載表

圖9 前橫梁各點變化圖

從試驗結果可以看出，加載初期非彈性變形比較大，加載到一定程度，約30%時呈線性增長，為彈性變形，最大彈性變形為11 mm，非彈性變形為12 mm。經過變形數值分析，反算出塊件重力作用下的掛籃變形值。掛籃強度滿足設計使用要求，在試驗過程中桿件與焊縫沒有變形與開裂現象。在后續的混凝土澆筑過程中，掛籃各方面性能均滿足使用要求。混凝土澆注完畢后復核梁段標高，均符合規范要求，見表2。

3.3.6 與傳統預壓方法比較

傳統的預壓方法主要有堆載預壓（水箱預壓、袋裝砂預壓）、千斤頂鋼絞線預壓等。

袋裝砂預壓也是比較成熟且廣泛采用的一種方法，但是袋裝、稱量、拆除的勞動強度極大，而且周期長，如遇暴雨等天氣，砂吸水可能造成掛籃過荷的安全影響。水箱預壓對密封性和箱壁的剛度要求很高，焊接量大，危險性高，而且周期長，經濟效益低。千斤頂鋼絞線預壓周期短，方便快捷。但是得預先在承臺施工時就要設置預壓所用的反力構件。早期承臺施工至梁段施工時間很長，所以先前所預埋的反力構件可能會有損壞現象。在窟野河特大橋施工中，如果采用鋼絞線預壓，由于箱梁塊段較長，且為承臺寬度所限。掛籃錨固點與底錨位置不在同一軸線上，故在加載時會產生水平力影響預壓效果，見圖10。錨固在地面，滿足其拉拔力的所用成本較高而且耗時較長。

表2 砼澆筑前后高程對比表

圖10 鋼絞線張拉示意圖

而且窟野河大橋墩比較高，平均高度在60 m以上，如果用鋼絞線預壓，將造成極大的浪費。用傳統的砂袋預壓，加載過程中耗時也比較大。如果用反力架，由于各個T構并不是同時澆筑，故反力架還可以在各個T構之間重復利用，進一步降低成本。所以，在考慮以上幾種方法的可操作性、周期以及經濟效益后，用反力架千斤頂預壓是比較快捷，且周期短、經濟效益高的方法，見表3。

表3 預壓方法比較表

4 結束語

通過本次掛籃預壓試驗結果表明，采用千斤頂用反力架預壓，適用于橋墩較高，T構較多的特大型橋梁的掛籃預壓。縮短了工期、加快了施工進度、減輕了勞動強度，而且較傳統的預壓方法使用了很少的人力、機械，經濟效益很好。

掛籃預壓試驗是大跨徑預應力混凝土連續鋼構橋懸臂施工工藝中的重要環節。預壓試驗結果直接影響以后的懸澆施工，并且在一定程度上決定了橋梁的合攏精度。所以，選擇合適的預壓方法很重要。通過此次在窟野河特大橋采用的千斤頂反力架體內頂壓預壓，充分達到了預壓效果，為下一步施工奠定了堅實的基礎。