高墩連續(xù)剛構(gòu)橋0#塊托架反力架預(yù)壓技術(shù)研究

王 再 強(qiáng) ， 戴 聲 茂

(中國(guó)水利水電第七工程局有限公司 ， 四川 成都 610213)

1 概 述

省道308線合江至瀘州一級(jí)公路赤水河特大橋位于瀘州市合江縣境內(nèi)，大橋全長(zhǎng)618 m，最大橋高73.5 m，主橋?yàn)槿?105 m+200 m+105 m)預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋。主橋下部結(jié)構(gòu)采用鋼筋混凝土雙薄壁柔性墩，順橋向兩墩柱凈距4.6 m，截面尺寸為2.7 m×8.35 m，上下游設(shè)80 cm厚的圓形分水尖。主墩承臺(tái)高5 m，平面尺寸為11.25 m×20.5 m。主橋墩頂距離承臺(tái)頂面的最小距離為64 m。

主橋上部結(jié)構(gòu)為分幅式單箱單室截面與三向預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，每幅箱梁頂板寬邊為14.35 m，底板寬8.35 m，外翼板懸臂長(zhǎng)3 m，箱梁頂板設(shè)置成2%的單向橫坡；箱梁高度從墩頂0#梁段的12.5 m以1.8次拋物線漸變至跨中及邊跨現(xiàn)澆段梁的4.1 m。主橋0#塊的高度為12.5 m，縱向長(zhǎng)13.6 m，大橋共有4個(gè)0#塊，均采用托架作為平臺(tái)進(jìn)行0#塊施工。0#塊托架安裝完成后需要對(duì)平臺(tái)進(jìn)行預(yù)壓，用以消除施工平臺(tái)的非彈性變形并測(cè)算出平臺(tái)的彈性變形，為0#塊預(yù)抬值提供計(jì)算依據(jù)。

2 預(yù)壓方案的選擇

0#塊托架預(yù)壓常采用沙袋加載預(yù)壓法、水箱加載預(yù)壓法、張拉鋼絞線三種預(yù)壓方案。沙袋預(yù)壓法能夠較為真實(shí)的模擬0#塊施工時(shí)的荷載分布，但在橋梁墩柱較高的情況下，易受施工成本高、加載時(shí)間長(zhǎng)、沙袋堆積高而導(dǎo)致施工風(fēng)險(xiǎn)過(guò)大等因素的影響。水箱預(yù)壓法對(duì)施工荷載的模擬較沙袋預(yù)壓法差，但該方法施工成本較沙袋預(yù)壓法低。其缺點(diǎn)是：若預(yù)壓平臺(tái)面積小、施工荷載大時(shí)，為滿足預(yù)壓荷載的施加會(huì)導(dǎo)致水箱高度過(guò)高，對(duì)水箱的剛度、強(qiáng)度和穩(wěn)定性要求高，存在較大的施工安全風(fēng)險(xiǎn)。

反力架預(yù)壓法需先計(jì)算施工過(guò)程中托架在最不利工況下的荷載大小及各構(gòu)件的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性，然后選擇如何利用分配梁來(lái)實(shí)現(xiàn)施工荷載的模擬；反力架預(yù)壓法需要提前預(yù)埋反力承力件，在墩柱沒(méi)設(shè)承臺(tái)的情況下需在墩身預(yù)埋反力承力件，反力承力件預(yù)埋施工比較復(fù)雜。該方法具有操作方便、荷載易控制、加載時(shí)間短、施工成本低等優(yōu)勢(shì)，但同樣存在一定的施工風(fēng)險(xiǎn)。

該工程充分考慮了預(yù)壓平臺(tái)高度，綜合考慮了施工安全、施工時(shí)間及經(jīng)濟(jì)成本，經(jīng)過(guò)三種方案比選，最終決定采用反力架預(yù)壓法進(jìn)行0#塊托架點(diǎn)的預(yù)壓施工。

3 反力架的原理及結(jié)構(gòu)

3.1 反力架原理

根據(jù)實(shí)際混凝土荷載分布劃分預(yù)壓區(qū)間并確定各區(qū)間混凝土荷載，通過(guò)分配梁布置及鋼絞線點(diǎn)位確定模擬荷載分布，然后計(jì)算張拉力和伸長(zhǎng)值、控制油表讀數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)模擬荷載。通過(guò)將鋼絞線兩端分別錨固在承臺(tái)反力架與上部施工平臺(tái)并對(duì)鋼鉸線進(jìn)行張拉，所形成的張拉力反作用于上部支架，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)上部支架的預(yù)壓。

3.2 反力架結(jié)構(gòu)

反力架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：首先根據(jù)0#塊混凝土施工方式、方法計(jì)算確定最不利工況下托架梁的受力情況，然后確定如何利用分配梁實(shí)現(xiàn)施工荷載的模擬，將托架梁的受力情況簡(jiǎn)化成分配梁施加荷載，最后根據(jù)分配梁的荷載計(jì)算確定反力預(yù)壓系統(tǒng)各構(gòu)件的斷面尺寸、連接方式和張拉千斤頂規(guī)格、型號(hào)以及墩柱承臺(tái)埋件的埋設(shè)參數(shù)。

0#塊混凝土豎向分兩層澆筑，均采用四角布料均衡上升的方式，荷載計(jì)算時(shí)，不考慮施工過(guò)程中混凝土初凝后的承載能力，故托架最不利的工況為第一次混凝土全部澆筑完成時(shí)。按此原則計(jì)算得到每個(gè)張拉點(diǎn)的張拉力為875 kN，其反力架結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1～4。

4 反力架預(yù)壓的實(shí)施

圖1 預(yù)壓裝置安裝示意圖

圖2 詳圖A(上部支架)

圖3 詳圖B(下部反力架)正視圖

圖4 詳圖B(下部反力架)側(cè)視圖

工藝流程：施工準(zhǔn)備→精扎螺紋鋼預(yù)埋→抗拉拔試驗(yàn)→裝置安裝→預(yù)壓加載施工→卸載并拆除裝置。

4.1 施工準(zhǔn)備

在預(yù)壓實(shí)施前需編制預(yù)壓施工方案，按相應(yīng)審批流程進(jìn)行審批，并對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工人員進(jìn)行安全技術(shù)交底，明確各小組的工作和職責(zé)；按預(yù)壓方案制備材料，材料進(jìn)場(chǎng)驗(yàn)收后，在現(xiàn)場(chǎng)制作加工承壓梁與反力架(上層架和底架)。

4.2 精扎螺紋鋼的預(yù)埋

在承臺(tái)混凝土施工時(shí)需進(jìn)行精扎螺紋鋼埋設(shè)，精扎螺紋鋼的埋設(shè)位置根據(jù)上部承壓梁荷載施加點(diǎn)的位置確定，必須控制上部荷載施加點(diǎn)與下部張拉點(diǎn)兩者的連線垂直于水平面，即通過(guò)千斤頂施加的荷載垂直向下。精扎螺紋鋼安裝時(shí)應(yīng)垂直于水平面。

4.3 抗拉拔試驗(yàn)

根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，每個(gè)張拉點(diǎn)的張拉力為875 kN，其張拉力由兩根精扎螺紋鋼承擔(dān)，承臺(tái)混凝土對(duì)精扎螺紋鋼的握裹力不應(yīng)小于0.6倍張拉力(525 kN)。為確保精軋螺紋鋼與承臺(tái)混凝土的握裹力滿足使用要求，需對(duì)預(yù)埋精扎螺紋鋼進(jìn)行抗拉拔試驗(yàn)(圖5)。

圖5 現(xiàn)場(chǎng)拉拔試驗(yàn)照片

4.4 裝置的安裝

(1)吊裝上部承壓梁。上部承壓梁由兩片工字鋼及鋼板拼裝組成，工字鋼型號(hào)由技術(shù)人員根據(jù)其所承受荷載的大小確定。工字鋼的雙拼凈間距一般設(shè)置為5～8 cm，以方便鋼絞線穿過(guò)。承壓梁在后場(chǎng)拼裝焊接完成并經(jīng)驗(yàn)收合格后用塔吊配合人工的方式安放在指定位置。出于安全考慮，承壓梁可采用點(diǎn)焊方式在平臺(tái)面進(jìn)行臨時(shí)固定。

(2)安裝上部錨具。上部錨具的安裝位置由技術(shù)人員確定，承壓梁與上部錨具之間設(shè)置一塊方形圓孔墊鋼板以增大上部錨具與承壓梁的接觸面積。錨具型號(hào)根據(jù)鋼絞線張拉力的大小確定，上部錨具的配套夾片采用工具夾片(圖6)。

圖6 安裝上部錨具照片

(3)安裝下部反力架。反力架主要由底架、上層架、墊鋼板和螺栓組成。底架與上層架的上下面均需要設(shè)置墊鋼板與螺栓，通過(guò)墊鋼板與螺栓使底架和上層架固定在預(yù)埋桿上。反力架的底架與上層架均由工字鋼和鋼板焊接拼裝，工字鋼凈間距為5～8 cm，各處焊縫需經(jīng)驗(yàn)收合格后方可投入使用(圖7)。

圖7 反力架安裝照片

(4)安裝穿心式千斤頂及油泵機(jī)。根據(jù)鋼絞線張拉力的大小確定穿心式千斤頂型號(hào)，調(diào)整反力架的上層架和底架之間的距離，將千斤頂安裝在上層架與底架之間，并在千斤頂與上層架、底架接觸面各安置一塊方形圓孔鋼板。將油泵機(jī)移動(dòng)至施工安全區(qū)域后，使用油管連接千斤頂與油泵機(jī)。

(5)錨固鋼絞線。鋼絞線的安裝方式采用塔吊配合人工由上至下進(jìn)行安裝。上端固定在上部錨具后用夾片鎖緊，鋼絞線穿過(guò)方形墊鋼板的圓孔和承壓梁雙拼工字鋼之間的縫隙，下端分別穿過(guò)上層架縫隙、方形墊鋼板的圓孔、穿心式千斤頂、方形墊鋼板圓孔、底架縫隙、方形墊鋼板圓孔后用錨具錨固在底架下表面，并用工具夾片鎖緊。完成上述操作后，預(yù)壓反力架即安裝完畢。

4.5 預(yù)壓加載施工

預(yù)壓前，對(duì)千斤頂進(jìn)行校驗(yàn)并確定油表讀數(shù)與張拉力大小的計(jì)算公式。

預(yù)壓前，根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況選取觀測(cè)點(diǎn)位，首次測(cè)量所選點(diǎn)位的高程作為初始高程。根據(jù)對(duì)應(yīng)的施工方案和實(shí)際情況，一般可選取30%、50%、80%及100%的荷載等級(jí)進(jìn)行分級(jí)加載。首先鎖定上層架的所有螺栓，使上層架處于錨固固定狀態(tài)，然后千斤頂行程回零，沖緊夾片，解除底架的所有螺栓固定，使底架處于可沿預(yù)埋桿上下移動(dòng)的狀態(tài)，最后再次沖緊夾片。完成上述操作后，開(kāi)動(dòng)油泵機(jī)按荷載等級(jí)逐級(jí)加載即開(kāi)始反力架預(yù)壓施工。為確保預(yù)壓施工的有效性和安全性，需要在全過(guò)程進(jìn)行持續(xù)觀測(cè)，觀測(cè)點(diǎn)位為初始高程觀測(cè)點(diǎn)位，觀測(cè)過(guò)程中若發(fā)生異常響動(dòng)或異常位移情況時(shí)應(yīng)立刻停止預(yù)壓施工，待查明原因后方可繼續(xù)預(yù)壓操作。預(yù)壓施工加載至滿載后需持荷24 h，通過(guò)鎖定底架上的螺栓使鋼絞線的張拉力由底架承擔(dān)，并通過(guò)預(yù)埋桿傳遞至承臺(tái)。

4.6 卸載并拆除裝置

卸載前，待解除底架下部的2個(gè)錨固螺栓后，啟動(dòng)油泵機(jī)使穿心式千斤頂推動(dòng)底架向下移動(dòng)少量(2 cm)距離后解除底架上部的錨固螺栓，之后開(kāi)始緩慢分級(jí)卸載。完成分級(jí)卸載后，對(duì)之前的選取點(diǎn)位再一次進(jìn)行觀測(cè)并記錄整理加載前、加載過(guò)程中、卸載后的數(shù)據(jù)并進(jìn)行分析，確定彈性變化量與非彈性變化量。在反力架上方50 cm位置切割斷鋼絞線后，采用塔吊匹配和人工的方式拆除鋼絞線，剩余裝置的拆除應(yīng)由上至下進(jìn)行，均采用塔吊配合人工進(jìn)行拆除，依次吊運(yùn)承壓梁、反力架上層架、穿心式千斤頂、反力架底架至后場(chǎng)。

5 結(jié) 語(yǔ)

采用反力架預(yù)壓法順利測(cè)出了托架的非彈性和彈性變形量，驗(yàn)證了0#塊托架的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性，成功解決了赤水河特大橋0#塊托架預(yù)壓的難題。該預(yù)壓方法工藝簡(jiǎn)單、操作靈活、方便，能有效提高工作效率、降低施工成本、縮短施工工期，施工過(guò)程安全可靠，遠(yuǎn)優(yōu)于堆載預(yù)壓法，尤其在高墩托架預(yù)壓中更具有優(yōu)越性。