鋼絞線在高墩懸澆剛構0#塊托架預壓中的應用

李麗

摘要：高墩連續剛構0#塊采用堆載預壓預壓施工時間長，功效低，尤其大跨度剛構施工更為明顯。凱羊高速公路擺撈河大橋懸澆剛構0#塊施工托架體系采用液壓千斤頂張拉鋼絞線來模擬荷載，將面荷載模擬成等效的多點集中荷載來實現預壓。通過采用液壓千斤頂張拉鋼絞線預壓能夠很好的解決高墩連續剛構0#塊預壓難題，為同類工程施工提供借鑒。

Abstract： High-pier continuous rigid frame 0# block adopts preloading and preloading construction time is long， and the efficiency is low， especially the construction of large-span rigid frame is more obvious. The construction bracket system of the pendant rigid frame 0# block of the Bailao River Bridge of Kaiyang Expressway adopts hydraulic jack tensioning steel strand to simulate the load， and the surface load is simulated as an equivalent multi-point concentrated load to achieve preload. By adopting hydraulic jack tensioning steel strand pre-compression， it can solve the pre-compression problem of high-pier continuous rigid frame 0# block， and provide reference for similar engineering construction.

關鍵詞：懸澆剛構;鋼絞線;張拉;托架預壓

Key words： cantilevered rigid frame;steel strand;tension;bracket preload

中圖分類號：U445? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2020）14-0165-03

1? 工程概況

擺撈河大橋為跨越擺撈河而設，主橋為65m+120m+65m一聯三跨預應力混凝土連續剛構橋，全長250m，采用上下行分離的兩幅橋，寬21.5m。12#、13#墩為主墩，由兩片薄壁墩組成，薄壁墩為矩形空心截面，橫橋向7.0m，順橋向2.5m，兩片墩間凈距為5.0m，墩高分別為72m和77m。墩身上端與箱梁固結，下端與承臺固結。根據橋梁結構形式，采用托架現澆0#塊和掛籃施工普通塊段的施工方案。主橋上部箱梁為變截面單箱單室斷面，箱梁頂板寬10.5m，底板寬6.0m翼緣懸臂長2.25m;箱梁高度（梁高以裸箱梁低側腹板處箱梁頂面到箱梁底面的距離計）在主墩與箱梁相接的根部斷面梁高為7.2m，現澆段和合攏段梁高均為3.0m，其余梁底下緣按2.0次拋物線變化，0號梁段總長13m，在于墩身對應的10m范圍內等梁高（為7.2m），兩邊各1.5m范圍內位于拋物線上。

2? 托架預壓方案選擇

由于墩身較高懸臂澆剛構0#塊施工采用三角托架做為支撐結構。托架安裝完畢后為確保該托架使用安全，必須進行預壓，以檢驗托架的穩定性、安全性及變形等，消除自身非彈性變形，測定彈性變形關系曲線，從而確定立模標高，為預拱度的預留提供依據。現澆支架預壓一般采用堆載預壓，采用混凝土預制塊堆載預壓。本橋橋墩高達77m，0#塊荷載比較大，預壓混凝土塊采用塔吊吊裝速度慢，嚴重影響工期。經過充分考慮采用液壓千斤頂張拉鋼絞線來模擬荷載，將面荷載模擬成等效的多點集中荷載進行預壓。由于千斤頂為后期箱梁張拉用千斤頂，不需要購買，不光大大節約工期費用也大大節約。因此選用液壓千斤頂張拉鋼絞線預壓0#塊方案。

3? 預壓重量的確定

根據設計圖紙，擺撈河大橋0#塊長為13m，墩頂中心段長度5m，單側懸澆段有1.5m，按1.2的系數進行預壓加載試驗。

0#塊總體積359.3m3，總重G1=359.3*2.6*9.8=9154kN

3.1 墩柱中間部分

混凝土載荷：G2=359.3/13*5*2.6*9.8=3521.14kN

模板載荷：G3=498/13*7.5=287kN

施工人員機具載荷G4=10.5*5*2.5=131.25kN

總載荷：G=G2+G3+G4=3939.39kN

預壓載荷為1.2倍總載荷，G0=1.2G=4727.268kN

3.2 懸臂部分

混凝土載荷：G2=359.3/13*1.5*2.6*9.8=1056.34kN

模板載荷：G3=498/13*5.5=211kN

施工人員機具載荷G4=10.5*1.5*2.5=39.375kN

總載荷：G=G2+G3+G4=1306.7kN

預壓載荷為1.2倍總載荷，G0=1.2G=1568.1kN

4? 采用液壓千斤頂張拉鋼絞線的預壓方法

4.1 預壓前的準備工作

①在承臺上預埋鋼絞線，鋼絞線采用軋花錨固，承臺澆筑時伸出承臺頂面1m，預埋深度為2m，預壓時用連接器連接。由于墩身施工時間長，注意鋼絞線防護。

②在0#塊懸挑1.5m部分端頭和根部橫橋向各布設3個觀測點，墩身中間部分支架兩端和中間各布設3個觀測點，測出各點的相對標高記錄。

③因塊段實際荷載分布不均勻，而現場是采用千斤頂張拉模擬集中荷載，為防止集中力過大造成懸臂側托架過大的撓度，所以在張拉位置橫橋向放置通長的掛籃底籃橫梁作為橫梁，橫梁上布置30mm鋼板，鋼板上再布置張拉千斤頂，形成張拉端。然后進行分級加載預壓。每端使用2臺26t千斤頂，共計4臺。

④鋼絞線受力計算：

單根鋼絞線可以承受拉力：1860*140*0.75=195.3kN

懸臂側需要鋼絞線：1568.1/195.3=9根

墩柱中間需要鋼絞線：4727.268/195.3=25根。

考慮每排預埋三根，懸臂側預埋鋼絞線根數9根，預埋3排;墩柱中間預埋27根，預埋9排。根據以上計算可知，當采用單束9根鋼絞線時，懸臂側張拉力：1568.1/9=174.2kN;墩柱中間張拉力4727.268/27=175.084kN。

4.2 預壓體系布置圖

4.3 預壓加載程序

預壓采用分級對稱加載，加載分級為0→25%→50%→75%→100%，每個階段加載完成和卸載后均對測點進行沉降觀測。采用4臺千斤頂對稱同步施加預應力，大小里程兩端各布置2臺。施加預應力時兩端托架同步逐級進行加載。分級加載梯度及具體加載程序如下：

①預壓加載之前，對所有測點進行測量并做好記錄，作為托架變形初始值。

②施加預壓力至25%荷載，即懸臂側張拉點張拉至4.36T，墩柱中間側張拉點張拉至4.38T，該級張拉完成后持荷30分鐘，測量各相應測點的變形值，并作好記錄，同時對數據作出分析比較，掌握托架變形、變位情況。

③施加預壓力至50%荷載，即懸臂側張拉點張拉至8.72T，墩柱中間側張拉點張拉至8.76T，該級張拉完成后持荷30分鐘，測量各相應測點的變形值，并作好記錄，同時對數據作出分析比較，掌握托架變形、變位情況。

④施加預壓力至75%荷載，即懸臂側張拉點張拉至13.08T，墩柱中間側張拉點張拉至13.14T，張拉力值達到后持荷30分鐘，測量各相應測點的變形值，并作好記錄，同時對數據作出分析比較，掌握托架變形、變位情況。

⑤施加預壓力至100%荷載，即懸臂側張拉點張拉至17.42T，墩柱中間側張拉點張拉至17.51T，張拉力值達到后持荷48小時，48小時后卸載前測量各相應測點的變形值，并作好記錄，同時對數據作出分析比較，掌握托架變形、變位情況。

⑥卸載時同樣逐級進行卸載，卸載時也應對稱同步進行。卸載完成后對所有觀測點進行測量并做好相關記錄。

4.4 沉降觀測

4.4.1 沉降觀測點的布置

在托架雙拼I40a工字鋼上，懸臂側布置6個觀測點，分別位于懸臂端部和根部的中心、左右側邊緣，共計6個點;墩柱中心部分布置9個點，分別位于墩柱之間端部和中間的中心、左右側邊緣。大小里程兩側共21個觀測點。考察現場實際情況后綜合考慮，在墩頂搭設觀測操作平臺，以滿足各觀測點均能通視的需要。觀測點須做好測量標記。

4.4.2 觀測要求

加載前應先測量工字鋼橫梁上觀測點數據，并做好記錄，作為預壓沉降觀測的初始數據值。加、卸載過程中測量人員應跟蹤測量，每級預壓完成后觀測一次，做好沉降測量記錄。

預壓總重全部加載以后持荷48小時，觀測應不少于三次，記錄好觀測數據。以連續48小時內沉降量不超過2mm為準，即預壓試驗合格。整理原始觀測數據，根據觀測結果，做出科學的分析比較，掌握支架變形、變位情況，并繪制各測點的沉降走勢圖。

根據觀測記錄，進行綜合分析，對托架結構的穩定性和安全度綜合評估，并確定托架的拋高值。

5? 傳統堆載的預壓方法

傳統的懸臂現澆連續梁0#塊托架的預壓經常使用堆載的方式進行預壓，壓重材料一般為砂袋或者混凝土預壓塊，若采用混凝土預制塊，每塊尺寸0.7m*0.7m*0.7m（或其他尺寸），即單塊預制混凝土塊重0.858T。本橋則需堆載（1568.1*2+4727.268）/10/0.858=2935塊，數量比較大。

6? 傳統堆載的預壓方法與液壓千斤頂張拉鋼絞線的預壓方法比較

6.1 使用機械比較

傳統堆載方法需提前預制好混凝土預制塊，然后用塔吊將預制塊吊至托架之上，經實踐知，吊裝2935塊預壓塊需要12天時間，卸載同樣需要12天，共計需要使用塔吊24天時間，嚴重影響工期。

采用液壓千斤頂張拉鋼絞線的預壓方式，僅需要使用塔吊進行千斤頂的裝、卸，各2小時，合計4小時即可。

6.2 工作時間比較

傳統堆載方法加載時間12天，靜載持荷時間2天，卸載時間12天，合計預壓時間26天。

采用液壓千斤頂張拉鋼絞線的預壓方法，安裝千斤頂2小時，張拉過程12小時（考慮觀測時間），靜載持荷2天，卸載2小時，合計64小時，即2.67天。

若不考慮靜載持荷兩種方法同樣需要的48小時，僅計算工作時間時間僅為傳統方法的三十六分之一。

6.3 費用比較

傳統堆載方法需預制混凝土預制塊，每立方米混凝土400元/立方米，0.7*0.7*0.7*2935*400=402682元。預制塊制作所用模板為竹膠板，假設每次制作150個，竹膠板費用為0.7*4*150*50=21000元，每天澆筑一模，2935個預制塊需要澆筑20天完成，人工費用按4人計算，4*20*200=16000元，塔吊租賃費用4萬/月，使用24天，40000/30*24=32000元。費用總計：402682+21000+16000+32000=471682元。

采用液壓千斤頂張拉鋼絞線的預壓方法，因液壓千斤頂及張拉設備為后續連續剛構橫向預應力張拉張拉設備，無需單獨購買，無額外機械設備費用。墩身最高高度77m，單根鋼絞線按85m計算，鋼絞線單價5000元/噸，鋼絞線費用：85*45*4*1.101*5000/1000=84226.5元，塔吊費用：40000/30/24*4=222.2元。費用總計：84226.5+222.2=84449.2元。即采用液壓千斤頂張拉鋼絞線的預壓方法所需費用僅為傳統預制塊堆載預壓方法的18%。

7? 結束語

當墩身高度較高或水中施工搭設支架較不方便時，懸臂澆筑混凝土0號塊采用托架法施工，其施工方便性及經濟效益將更加明顯。結合托架特點，采用了液壓千斤頂張拉鋼絞線進行墩頂托架預壓施工方案，成功完成了高墩連續剛構0號塊托架的預壓試驗，節省了施工投入，加快了施工進度，創造了良好的經濟效益，也為類似項目施工提供了借鑒經驗。

參考文獻：

[1]李棟國，張洪軍編.道路橋梁工程施工技術[M].武漢大學出版社，2018年9月.

[2]周水興編.路橋施工計算手冊[M].人民交通出版社，2017.

[3]擺撈河特大橋剛構施工圖.