深水高墩托架及掛籃預壓施工技術研究

繆為剛

（中鐵十六局集團第二工程有限公司，天津市300162）

深水高墩托架及掛籃預壓施工技術研究

繆為剛

（中鐵十六局集團第二工程有限公司，天津市300162）

為了對托架及掛籃的強度、剛度和穩定性進行評價，驗證托架及掛籃的安全性，并獲取托架及掛籃在荷載作用下的彈性變形及非彈性變形數據，需對托架及掛籃進行預壓試驗。以沱江特大橋托架及掛籃預壓施工過程為例，對深水高墩下預壓方案進行比較分析，介紹預壓優化方案及施工技術，總結了一些具有實際工程意義的結論，以供類似工程參考。

錨固端安裝；托架預壓；掛籃預壓

0 引言

一般預壓采用砂袋堆載、混凝土預制塊堆載、鋼筋堆載、水袋堆載等預壓施工工藝，但是托架及掛籃在深水高墩的情況下，用堆載預壓的施工工藝，預壓材料運輸、吊裝困難，工作量大，工作時間長，且高空中作業安全風險大。以沱江特大橋托架及掛籃預壓為例，優化預壓方案，采用反力式張拉預壓的工藝，達到對托架及掛籃的強度、剛度和穩定性驗證的目的。

1 工程概況

沱江特大橋工程為“成都經濟區環線高速公路簡陽至蒲江段”的控制性工程，位于四川省簡陽市貓貓寺水利樞紐上游1.1km處，橫跨沱江。橋區河段水域較寬、水流平緩，水流流態良好，常年水深11 m。橋梁全長1 239 m，其中主橋跨越沱江航道，主墩采用雙薄壁實體橋墩，主墩墩高32 m。

主橋上部采用70 m+130 m+70 m預應力混凝土雙箱室連續箱梁。0#節段與主墩固結。采用單箱雙室直腹板斷面，頂面設2%橫坡。兩端設橫隔板，中間留有人洞。箱梁頂寬18.25 m；底寬12.25 m；翼緣板寬3 m，腹板高8 m。箱梁0#塊梁段總長10 m，方量673.03 m3，重1 750 t。

2 托架預壓

2.1 預壓荷載計算

托架為0#節段的施工承重體系，預壓時按0#節段施工荷載的120%并按混凝土分區重量進行荷載控制。箱梁0#塊梁段總長10 m，方量673.03 m3，重1 750 t。

根據實體混凝土結構荷載分布，通過式（1）計算，將各預壓區間實體混凝土結構荷載轉化為線荷載[1]。

式中：qi為預壓區間線荷載；Y混凝土為鋼筋混凝土容重；S為各預壓區間上方箱梁結構橫截面面積。

計算結果見表1。

2.2 預壓方案

托架預壓施工工藝流程見圖1。

（1）預壓點位確定：根據實體荷載布置，將箱梁結構（頂板及底板、腹板、翼緣板）的均布荷載轉化為多個集中荷載作用于支架上，按多個集中力對支架產生的彎矩及剪力與實際荷載對支架相應位置產生的彎矩和剪力相同的原則進行布載。支架反力式預壓范圍為墩邊1.5 m下部三角托架。托架預壓荷載按該部分箱梁自重（165 t）計算，其中墩頂及中間部分混凝土不計入本次反力式預壓。考慮將預壓荷載轉化為8個集中荷載布設于支架上，以墩身為中心，在大小里程兩側0#塊支架縱向主梁上各布設4個預壓點位，見圖2。

（2）荷載轉換計算：根據頂板及底板、腹板、翼緣板的結構投影劃分預壓區間，以墩身為中心，大小里程兩側各劃分為4個預壓區間。大小里程兩側墩身外1.5 m段荷載為165 t，每個預壓區間荷載為41.25 t。

（3）預壓點位張拉力計算：

本方案采用4臺450 t千斤頂，每次對對稱4個加載點加載，第一次對1#、3#、1‘#、3’#進行加載，保證同步作業；第二次對2#、4#、2‘#、4’#進行加載。分4級進行，即50%、80%、100%、120%。每次加載持荷1 h，滿載后持荷6 h[2]。

表1 0#塊重量表

圖1 托架預壓施工工藝

圖2 預壓點位分布示意圖（單位：mm）

（4）鋼絞線選定及錨固端安裝見圖3。

a.每個預壓點布設一束鋼絞線。以鋼絞線理論張拉力的70%作為實際受力控制的上限，根據計算確定每束鋼絞線需6根。

b.鋼絞線下料長度為支架總高度、鋼絞線錨固端長度、張拉端長度之和。張拉端長度根據千斤頂確定。

圖3 鋼絞線及錨固端安裝

c.根據反支點預壓點位，對鋼絞線下端錨固系統進行安裝及編號，鋼絞線下錨固點在承臺預埋32 mm的精軋螺紋鋼上。

鋼絞線下端錨固系統荷載計算：

32 mm精軋螺紋鋼錨固力F=2 400 N；

預壓區間荷載N=9.8 N/mm2×41.25 t×120%= 485.1 k N；

承臺共錨固8根32mm精軋螺紋鋼，單側共4個錨固點與預壓點位對應，F=2 400 k N＞4×485.1 k N= 1 940.4 k N；

d.鋼絞線上錨固點采用雙拼40工字鋼作為橫分配梁。

（5）分級張拉、持荷、卸載：

a.分四級張拉，按每個點張拉力的50%，80%，100%，120%進行加載。

b.每級荷載持荷1 h，張拉到設計值后持荷6 h，根據設置的高程觀測點，專人在現場觀測支架變形情況。

c.持荷6 h支架達到穩定不再出現形變后，分級卸載，進行變形觀測。

d.張拉順序為4臺千斤頂同時對單側4個預壓區間同時加載，第一次對1#、3#、1‘#、3’#進行加載，保證同步作業；第二次對2#、4#、2‘#、4’#進行加載。

（6）支架變形監控測量及數據分析：

托架加載前，設置測量控制點，并監測記錄各監測點初始值標高（H1）。

然后進行加載，每級加載、卸載均要對沉降點進行觀測，每次觀測均對應各點作好記錄。根據各級加載、卸載測得的變形數值，匯出沉降曲線，并分析支架變形數據。

加載完成并待沉降穩定后測出個控制點的標高（H2）。

卸載后測出相應控制點的標高（H3）。

由以上觀測結果可計算出托架的變形值：

非彈性變形δ0=H1-H3=2 mm＜4 mm

彈性變形δ1=H3-H2=4 mm＜12 mm

本此預壓的總變形量均滿足設計及規范要求，托架強度、剛度穩定性得到驗證。

3 掛籃預壓

3.1 掛籃荷載計算

1＃塊節段長3 m，混凝土方量為94.41 m3，重246 t，澆注混凝土期間的施工荷載擬按4 t計，共計250 t；一個掛籃采用4個油頂張拉底模均布受力，即每個單頂受力62.5 t。

承臺錨固點與掛籃錨固點夾角為2°，橋墩高32 m，水平分力N=62.5×9.8×sin2°=18.375 k N，可以忽略不計。

3.2 預壓方案

掛籃預壓施工工藝流程同上。

掛籃預壓（見圖4）的預壓點位布置，荷載大小，錨固方式與托架預壓基本一致，本次掛籃預壓的彈性變形為5 mm，非彈性變形3 mm，遠小于掛籃最大變形20 mm，滿足掛籃設計要求[3]。

圖4 掛籃預壓

4 結論

深水高墩托架及掛籃預壓存在堆載材料運輸吊裝困難，工期較長，安全風險高，通過模擬荷載分布，在承臺預埋精軋螺紋鋼作為對應的錨固端，采用鋼絞線進行張拉預壓，達到檢驗托架及掛籃強度、剛度、穩定性的目的，此種方法操作簡便，工期短，成本低，對以后類似施工有借鑒意義。

[1]鐵建設﹝2010﹞241號,高速鐵路橋涵工程施工技術指南[S].

[2]毛鵬.公路施工手冊[M].北京:人民交通出版社,2000.

[3]JTG/T F50-2011,公路橋涵施工技術規范[S].

U445.4

B

1009-7716（2017）06-0189-03

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2017.06.056

2017-03-28

繆為剛（1978-），男，江蘇鹽城人，高級工程師，從事工程管理工作。