連續剛構橋超高墩邊跨現澆段單懸臂施工反拉預壓平衡配重施工技術

胡曉軍， 何玉先

(中國水利水電第八工程局有限公司,湖南 長沙 410000)

1 工程概況

貴龍沙坡大橋橋梁全長700 m，2#～7#墩梁為(50+3×85+50)m 連續剛構+(40+65+40)m連續剛構，其中邊跨2#墩高46 m，2#墩邊跨現澆段為預應力混凝土單箱室結構，現澆段長度為6.34 m，總混凝土方量為99.33 m3，其中墩頂部分現澆段長度為1.24 m、混凝土為28.3 m3，墩頂外懸臂部分長度為5.1 m、混凝土為71.03 m3，現澆段采用在墩頂旁設置三角托架形成施工平臺的方式進行施工。

2 邊跨現澆段總體施工方案

2#墩為連續剛構與預制架設梁交界墩，連續剛構橋2#墩邊跨現澆段施工期間，2#墩小里程側預制梁在邊跨現澆段完成后進行架設，因此2#墩邊跨現澆段施工為單懸臂現澆施工[1]。

根據墩身高度特點，邊跨現澆段采用了托架法施工。為避免單懸臂現澆段施工期間因不平衡荷載對墩身結構產生不利影響，本工程采用在墩身對應側設置反向承壓輔助托架、反向張拉鋼絞線束，通過反拉施配合適大小的平衡荷載，以抵消單懸臂現澆段荷載的不利影響[2]。

3 托架設計及安裝

3.1 配重托架設置

邊跨現澆段支架采用在墩身預埋支架預埋件，預埋件與托架采用焊接連接，托架主桁采用2I36b，托架腹桿采用2I28b，連接系采用[28b型鋼。托架上弦桿上布置15.5 m長I28b分配梁，間距50 cm，梁體實心段及合攏段錨固段下加密到25 cm。在分配梁上搭設扣件式鋼管支架，鋼管支架上設置縱橫方木，方木上鋪設鋼模。配重按邊跨現澆段墩頂以外懸臂段混凝土對墩中心力矩的70%配置，以平衡邊跨現澆段澆筑過程中的不平衡力矩以免引起墩身開裂。配重托架所用材料及規格、聯結系設置、與墩身連接方式、細部構造及植筋等符合要求[3]。托架結構見圖1。

3.2 工況分析

由邊跨現澆段施工工序知，托架在使用中根據其受力階段僅為砼澆筑工況計算托架相關構件的強度、剛度和穩定性，按實際結構建模分析[4]，所建模型見圖2。

3.3 配重荷載計算

邊跨現澆段墩身頂以外懸臂段對墩中心力矩值為：71.03 m3×26 kN/m3×(2.55+1.4)m=7 295 kN·m。預應力鋼絞線反拉力對墩中心力矩值為：0.7×7 295 kN·m=5 106 kN·m。預應力鋼絞線反拉力合力值：5 106 kN·m/2.8 m=1 824 kN。共計設置兩束鋼絞線，每束鋼絞線反拉力為912 kN。

圖1 單懸臂現澆施工配重托架布置(單位：mm)

圖2 計算模型

3.4 反拉鋼絞線設計

鋼絞線采用8-?15.2 mm，1 860 MPa×139 mm2×8/(912 kN)=2 068 kN/912 kN=2.3≥2,滿足要求。

承臺頂對應于每束鋼絞線設置4組精軋螺紋鋼筋，采用植筋方式設置，按偏于安全的方式“內側兩組承擔0.8×912 kN=730 kN拉力，外側兩組承擔0.2×912 kN=182 kN拉力”考慮，則單根精軋螺紋鋼筋最大拉力值為730 kN/2=365 kN，精軋螺紋鋼筋采用?32 mm PSB930級，930 MPa×804.2 mm2/365 kN=2.04≥2,滿足要求。

3.5 托架頂分配梁設計驗算

分配梁采用2I56a，通過對分配梁的正應力及剪應力進行計算，荷載分項系數取1.3，則分配梁正應力σ=126.6 MPa<215 MPa，剪應力τ=58.9 MPa<125 MPa，均滿足要求。

3.6 承臺頂錨筋植筋及下錨固梁設計

承臺頂對應于每束鋼絞線設置4組精軋螺紋鋼筋，采用植筋方式設置，采用Midas進行建模計算，模型簡化如圖3所示。

精軋螺紋鋼筋錨固點均采用彈性支撐模擬，其剛度系數k= 274 785 kN/m。

圖3 下錨固梁結構計算簡圖(單位：kN)

分配梁采用2I40a，通過對最大彎曲正應力及最大剪應力進行詳細計算,荷載分項系數取1.3，則最大彎曲正應力σmax=178.8 MPa<[σ]=205 MPa,滿足要求。最大剪應力τ= 104.4 MPa<125 MPa，滿足要求。

3.7 下錨固鋼筋計算

由支座反力得知，最大支座反力值為320.7 kN，即單根精軋螺紋鋼筋最大拉力值為320.7 kN，精軋螺紋鋼筋采用?32 mmPSB930級，抗拉強度設計值為770MPa。下錨固鋼筋錨固安全系數為770 MPa×804.2 mm2/320.7 kN=1.94。

3.8 托架安裝

按設計圖紙要求加工邊跨現澆段托架及配重托架，現場采用墩旁塔吊安裝，分片、分件進行安裝。配重托架安裝可滯后于邊跨現澆段托架安裝時間，但配重托架及反拉預應力配重必須在邊跨現澆段澆筑前完成[5]。

4 反向張拉設計

4.1 反向張拉系統設計及施工

由于承臺施工期間未預埋錨固精軋螺紋鋼筋，需在承臺頂用水磨鉆機鉆芯成孔、預埋精軋螺紋鋼筋、A級植筋膠灌注的方式植筋。承臺混凝土為C35，精軋螺紋鋼筋采用直徑?32 mm PSB930級。

按《混凝土結構加固設計規范》(GB50367-2013)，精軋螺紋鋼筋的基本錨固長度為Ls=0.2αsptdfy/fbd；植筋錨固設計深度為Ld≥ψNψbrLs。式中：αspt為防止混凝土劈裂引用的計算系數；d為植筋公稱直徑；fy為預應力鋼筋抗拉強度設計值；fbd為植筋膠粘劑的粘結強度設計值；ψN為預應力鋼筋抗拉強度設計值；ψbr為結構構件受力狀態對承載力影響的系數。

查《混凝土結構加固設計規范》，αspt取1.05，fbd取4.5，ψN取1.1(1.0×1.1×1.0)，ψea取1.0。

查《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》(JTG3362-2018)，PSB785預應力鋼筋抗拉強度設計值fy取650 MPa。則Ls=970 mm，Ld≥ψNψbrLs=1.1×1.0×970 mm=1.067 m，植筋錨固深度按1.1 m設計。

(1)鉆孔：水磨鉆鉆孔內徑為40 mm，孔深1.144 m，鉆孔完成后，用空壓機吹出孔內灰塵、積水，并實測鉆孔深度。

(2)植筋膠灌入：計算植筋膠體積，灌入時應從孔底部開始灌入，確保鋼筋植入后，植筋膠充滿孔空隙。

(3)植筋：將直徑?32 mm PSB930的精軋螺紋鋼筋由孔口緩慢插入孔內。植筋應在灌入植筋膠后立即開始，植筋前，應在鋼筋上做好標記，確保植入長度滿足要求，鋼筋植入應緩慢插入，以保證插入過程中孔內植筋膠能緩慢擠壓上升并填充鋼筋與孔壁間間隙。

(4)預拉：植筋完成后，根據植筋膠產品說明書要求的固化時間，待植筋膠完全固化后，對鋼筋進行預張拉試驗，預張拉力按：0.9×785 MPa×804.2 mm2=568 kN實施[6]。

4.2 反向張拉系統安裝

配重托架頂部設置橫向分配梁，承臺頂設置下錨固梁(見圖4)，分配梁與下錨固梁間設置鋼絞線實施張拉配重，鋼絞線錨固段設置在下錨固梁位置，張拉端設置在托架頂橫向分配梁頂[7]。

圖4 下錨固梁安裝示意(單位：mm)

托架頂橫向分配梁安裝后應對分配梁頂面標高進行測量，以保證分配梁安裝的水平度，分配梁若與托架間存在間隙，應采用適宜厚度的鋼板抄墊密實。

錨固分配梁安裝后應對單個分配梁進行水平度測量，采用精軋螺紋鋼筋上下設置錨固螺母夾緊錨固分配梁的方式進行調整，上錨固螺母采用雙螺母。

4.3 反張拉配重實施

反拉配重最大值為182.4 t，共設置兩臺反拉千斤頂。在混凝土澆筑全過程中分3次完成配重，分次實施狀況見表1。直線段混凝土總方量為99.33 m3。配重實施注意事項：

(1)所使用的千斤頂與油表應配套標定、配套使用，使用前，應進行力值與壓力表讀數的換算。

表1 分次配重實施

(2)在直線段混凝土澆筑前，應對配重托架進行預壓，預壓荷載按最大合力值的1.2倍進行，并監測托架變形。

(3)直線段混凝土澆筑過程中每階段配重順序應為:先完成階段配重、再進行相應階段混凝土的澆筑。

(4)直線段混凝土澆筑完畢后，應做好對反張拉鋼絞線的保護，可在鋼絞線外套波紋管，并在鋼絞線中部位置與墩壁間設置一道臨時軟連接，避免、減輕因大風導致鋼絞線震顫、共振而破壞。

(5)反拉配重在邊跨合攏段混凝土澆筑完成且混凝土強度滿足100%后進行解除。

4.4 反張拉受力分析

4.4.1 托架受力分析

分別對托架在鋼絞線張拉前、中，卸載后的觀測數據進行整理分析，托架各項受力指標及變形經檢驗均滿足要求，安全可靠。托架受力構件檢查效果情況見表2。

表2 托架構件受力效果檢查情況

4.4.2 邊墩墩身反拉受力影響

橋墩是一種偏心受壓構件，其承載能力取決于構件的強度和穩定。在橋墩兩端不平衡配重條件下，根據橋墩及上部約束條件，對橋墩在反拉過程中的強度和穩定性進行了分析，結果表明在邊跨現澆段施工過程中同步進行不平衡配重反拉，兩側不平衡力差異較小，橋墩內部應力不會對橋墩產生不良影響。

5 結束語

本文針對大跨度、超高墩連續剛構橋邊跨現澆單懸臂施工預壓開展研究，采用在承臺頂面設置反張拉錨固點對托架實施反向張拉的方法成功運用，總結出單懸臂施工反拉預壓平衡配重方法，解決了超高墩預壓施工成本高、工期長、安全風險大等施工難題，在今后的連續剛構橋梁邊跨現澆支架預壓施工中具有推廣和借鑒價值。