反力預壓在大跨度連續梁0#塊托架中的應用

胡春廣

（中鐵十六局集團第二工程有限公司，天津市 300162）

1　工程概況

新建石濟客專衡景特大橋跨大廣高速連續梁采用1-（72+128+72）m變截面預應力混凝土連續箱梁，全長273.7 m，橋面橫坡為雙向2%。采用整體橋面形式，箱梁為單箱、單室、直腹板、變高度、變截面結構形式，箱梁頂寬12.2 m，箱梁底寬7.0 m。頂板厚度除梁端附近外均為450～650 mm,按折線變化；腹板厚640～1 100 mm，按折線變化，中支點厚至1 300 mm；底板厚由跨中的520 mm按折線變化至根部的1 200 mm。

該聯箱梁共分87個節段，其中箱梁0#段長度18.0 m；梁底按二次拋物線變化，0#塊梁高由8.74 m漸變至9.6 m；頂板厚度65 cm，腹板厚由110 cm漸變至130 cm、底板厚由105.4 cm漸變至120 cm；采用搭設鋼管支架現澆方法施工；其中0#塊梁段砼體積 824.05 m3，重 2142.53 t。

由于工期要求在2016年1月20日前完成管段內所有箱梁架設施工，該處連續梁要求在2015年12月31日前完成中跨合龍。

2　0#塊支架設計

項目部經過多次召開技術方案比選專題會，最終確定0#塊托架立柱內側采用4根直徑1 500 mm壁厚16 mm螺旋鋼管鋼，管內澆筑C50混凝土，鋼管頂部直接頂至梁體底部；外側采用4根直徑800 mm壁厚10 mm螺旋鋼管。H M 588雙拼工字鋼作橫向縱向分配梁，I20a工字鋼作底模縱向分配梁[1]。

3　預壓方案分析

傳統的預壓方案采用的是配重堆載預壓法，一般有砂袋預壓、鋼材預壓、水箱預壓、若采用以上方法需考慮以下問題：

堆載重量太大，需要的材料多，如采用砂袋預壓需要1 040 m3砂子和2 080多個噸包袋；采用鋼材預壓，需提供準備1 560 t鋼材；采用水箱預壓，需550 t水及相應的水箱。

配重堆載過程費工費時，根據高空塔吊的作業功效推算，每吊一次所需時間平均為15 min，吊重約2～3 t，可知1 560 t堆卸共需8～12 d時間（每天按照作業18 h計算，未考慮其他因素），整體時間約需12 d左右[2]。

而采用托架反力預壓施工周期只需36 h即可進行下道工序。

4　鋼絞線預埋

根據現場實際情況，按照0#塊各部位重量分部情況及主體工程所采用的抗拉強度1 960 MPa-7φ15.2型號鋼絞線，通過計算在施工承臺時在支架橫梁附近沿著橫梁方向均勻預埋高強鋼絞線，每排17根共計4排68根。其中橫向分別位于梁體翼緣板處2根、腹板處10根及底板處5根。

0#塊半跨按照翼緣板腹板及底板重量分部在34個點上，0#塊重量分別為翼緣板處22.9 t、底板處114.5 t、腹板處114.5 t。按照所采用的鋼絞線卡拉強度計算可知：

所有鋼絞線均預埋在一級承臺底板鋼筋下方，錨固端采用同梁體相同型號BM 15—5型P型錨具。

5　支架反力預壓實施

5.1　荷載情況

支架預壓需計算0#塊在墩頂4.4 m范圍以外的鋼筋混凝土及施工荷載總重量；通過計算單個0#塊支架上混凝土約為500 m3。

5.2　準備工作

（1）材料的選用

反力架由型鋼及鋼管組成，結合各部位結構受力要求，具體在實施中對0#塊支架系統中上下橫梁、縱向分配梁型鋼及鋼管的材料，選擇強度剛度滿足反力架設計要求的材料進行施工。

（2）設備的選配

根據每根鋼絞線所需達到的張拉力及穿心式千斤頂的有效量程進行設備選配。反力支架預壓設備選用具體如下：27 t千斤頂7臺，2臺備用；50型油泵7臺，2臺備用；DZS2水準儀1套，用于測量變形；30 kW電焊機4臺，用于焊接。

5.3　反力預壓體系的安裝

（1）安裝受壓梁

受壓梁采用雙拼I45工字鋼，橫橋向安裝在支架縱向I20分配梁上，由于連續梁0#塊底板為斜坡狀，為確保受壓梁能將壓力均勻的傳遞至分配梁上，在雙拼I45工字鋼受壓梁與分配梁結合處采用2 cm厚楔形鋼板進行填塞并焊接牢靠，確保整個楔形塊受力穩定不產生較大變形[3]。

（2）安裝千斤頂

將已校好的千斤頂沿橫橋向分別安放在翼緣板、底板及腹板處（按照事先畫好的位置安裝），要求底板及腹板處先安裝中間束，然后再對稱安裝。

（3）安裝千斤頂限位梁

在千斤頂上方順橋向采用長50 cm雙拼I30工字鋼作為上承壓梁千斤頂限位梁，要求限位梁垂直于受壓梁安放在千斤頂正下方。

（4）將油泵與千斤頂連接。

（5）按照專項方案要求安裝觀測點，0#塊預壓觀測點平面位置見圖1。

圖1　0#塊預壓觀測點平面位置圖

5.4　分級加載和卸載分級

0#塊采用支架反力預壓方法模擬支架的實際受力情況對其進行逐級等效加載，共加載4次，每次加載前后都應認真檢查所有構件焊接部位。

因該橋工期緊且跨越高速公路，公路上車流量較大，考慮到安全因素采用千斤頂反壓的方式對支架進行預壓，去掉墩頂所承受的梁體自重，兩側支架處梁體混凝土約500 m3合計約1 300 t，按照1.2倍安全系數考慮約1 560 t。通過計算在施工承臺時在支架橫梁附近沿著橫梁方向均勻預埋高強鋼絞線17根，共計4排68根。其中橫向分別位于梁體翼緣板處1根、腹板處5根及底板處5根，在頂層縱向分配梁安裝前，采用5個27 t穿心式千斤頂對支架兩側分別分級進行對稱預拉。表1為0#塊反力支架鋼絞線張拉力（終張）分布表。為了更加接近施工工況，加載分4個階段進行，表2為0#塊反力支架分級加載表。

表1　0#塊反力支架鋼絞線張拉力（終張）分布表

表2　0#塊反力支架分級加載表

（1）施壓過程

根據支架特點主墩兩側支架為獨立體系，故可分別進行施壓，根據0#塊重量的分布特點采用5臺27 t千斤頂同時對支架同一截面進行反力預壓。

（2）千斤頂反壓系統施作的具體步驟

整個支架系統采用5臺千斤頂同時分四級加載完成，按1.2倍自重+施工荷載進行加載預壓，以校驗支架的安全性，考慮到施做的時間差，，每個千斤頂要求持壓10 min，待油表壓力穩定無壓力降后進行沉降量測。

卸載分級也分為4個階段：即0#塊從1 560 t→1 300 t→1 040 t→780 t→0 與加載程序相反[4]。

5.5　測量記錄繪制荷載變形曲線圖

“預壓-卸載”托架變形曲線見圖2。

6　預壓方案對比

6.1　鋼絞線反力支架預壓方案的優勢

（1）安全可控。不需要在高堆載作業面上作業；只要保證鋼絞線、錨具、連接器及夾片滿足質量要求就能達到預壓效果，同時在托架上鋪設鋼模板，即使出現鋼絞線拉斷、滑絲等情況，因有鋼模板遮擋防護也不會對作業人員造成傷害。

（2）不但能達到預壓重量，還能根據箱梁各部位重量分布控制張拉力，更加接近實際工況。

（3）預壓周期短，工作量小，預壓時間及卸載時間都短[5]。

6.2　工期對比

采用砂袋預壓支架所需工期計算：裝砂袋及吊裝砂袋7 d+滿載預壓時間1 d+卸載砂袋及倒運砂袋4 d=12 d。

采用鋼材預壓支架所需工期計算：倒運及吊裝鋼材6 d+滿載預壓時間1 d+卸載鋼材及倒運鋼材4 d=11 d。

采用水箱預壓支架所需工期計算：安裝水箱注水循環作業（因在高速公路上施工為了吊裝安全考慮采用2個500 m3水箱）10 d+滿載預壓時間1 d+放水及吊裝水箱7 d=18 d。

采用反力支架預壓所需工期計算：加載4 h+滿載預壓時間24 h+卸載8 h=36 h=1.5 d。

通過對比采用反力支架進行預壓比常規方法工期耗時縮短9.5～16.5 d。

6.3　成本對比

將0#塊托架預壓分別采用反力法支架預壓與常規方法預壓低對其施工成本進行對比計算。

（1）采用反力支架對托架進行預壓時，無需使用大型設備，簡單易行，質量及工期有所保障。增加的成本僅為鋼絞線連接器及部分鋼絞線，見表3。每個鋼絞線連接器70元/個，共計68個；鋼絞線 68根×20 m×1.101 kg/m×4.2元/kg×1.15=6 288.91元，按15%損耗計計增加成本7 232.25元。

表3　幾種預壓方法成本計算

（2）采用常規預壓方法時，施工周期過長，產生的人工費、機械費過多。經測算，以上施工成本分別約為 0.78萬、41.508萬、14.76萬、100.98萬元。采用常規預壓方法延長了塔吊、挖掘機、裝載機及半掛車的租賃期限，約為6 000元/d，這項費用也是客觀的。

通過對比，采用反力托架預壓方法的綜合施工成本明顯低于采用常規預壓方法的成本。

圖2　“預壓-卸載”托架變形曲線

7　結語

綜上所述，反力托架預壓法首次在本工程連續梁施工中的成功應用，解決了連續梁因前期征地拆遷滯后等原因，導致后期工期壓力大的難題，從而保證了總體施工工期，該方法對周圍環境及居民影響很小，大大縮短工期及降低綜合成本。值得推廣應用。