高墩大跨度連續梁掛籃反力架預壓施工技術

王 圣，凌 濤

(中鐵五局集團第一工程有限責任公司，湖南 長沙 410117)

1 概述

隨著鐵路建設領域的迅猛發展，大跨度連續梁作為一種跨越山谷、河澗、既有線等障礙物的結構越來越凸顯其獨特性，有效地解決掛籃快速預壓，提高預壓效率和預壓質量成了一種必然的趨勢，通過研究和探索，借鑒受力平衡原理及簡單的受力傳遞分析，經過實踐證實，以0號塊為載體，采用三角托架作為反力傳遞構件，利用智能張拉設備分級均衡智能張拉，即可高效、安全、環保、經濟地實現掛籃預壓，達到驗證掛籃體系的安全性能及消除掛籃體系塑性變形，測出彈性變形，為掛籃體系立模標高的調整提供依據的目的。

2 工程概況

神農溪雙線大橋全橋平面位于直線上，線路縱坡3‰，工點位于5A級景區神農溪，場區狹小受限，主墩為矩形空心高墩，1號主墩墩高75 m，墩梁固結剛構體系，掛籃為三肢棱形掛籃，單只掛籃自重142.56 t，梁體節段最大分段長度4.5 m，最大重量達4 429.2 kN。反力架單側三肢，其中三角托架采用雙拼Ⅰ40工字鋼，分配縱梁采用雙拼Ⅰ56工字鋼，分配底橫梁采用雙拼Ⅰ40工字鋼，采用500 t液壓千斤頂作為頂壓設備。

3 掛籃反力架預壓施工

掛籃利用大噸位液壓千斤頂對0號塊腹板處的三角托架和底部調節鋼塊進行頂壓[1-4]，依據受力平衡原理，以壓力的形式由調節鋼塊依次傳遞給工字鋼縱梁、底橫梁、掛籃底模，最終傳遞至整個掛籃體系，通過智能張拉系統控制液壓千斤頂壓力值來達到分級加載的目的，同時為了便于維持穩壓狀態，利用現場制作型鋼桿件采用頂撐的方式維持穩壓，最終完成整個加載和卸載過程[5-7]。

反力架預壓過程中為確保0號塊受力平衡，兩端6個液壓千斤頂采用3套智能張拉設備同步頂壓施力；為保證頂壓力均衡傳遞，避免直接由3道縱梁傳遞壓力至掛籃體系而導致預壓模擬受力失真，采用橋梁結構分析軟件MIDAS CIVIL對反力架預壓系統進行仿真模擬，最終確定在3道雙拼Ⅰ56工字鋼縱梁底部設置2道通長雙拼Ⅰ40工字鋼底橫梁，由底橫梁重新合理分配傳遞壓力，同時增大受壓傳遞面積，由橫梁通過掛籃底模均衡的將預壓力傳遞給整個掛籃體系，完成預壓的模擬，達到預壓效果。

3.1 工藝流程

反力架預壓施工工藝流程見圖1。

3.2 施工準備

1)做好反力架預壓方案的設計與優化，通過專用軟件計算和模擬，確保預壓過程的安全可控。

2)強化反力架預埋鋼板在0號塊腹板的預埋精度控制，為反力架的快速安裝提供條件。

3)做好人機料的進場計劃并且按期組織進場，提前組織相關工作人員培訓，召開專題會進行詳細部署，提前做好預案。

4)做好反力架體系相關構件的進場驗收工作。

3.3 0號塊腹板預埋鋼板安裝

反力架預埋件由大小里程端各3處預埋鋼板組成，每處預埋鋼板分上、下鋼板2塊，上鋼板尺寸85 cm×50 cm×2 cm，Φ20 mm錨筋2排18根，下鋼板尺寸60 cm×40 cm×2 cm，Φ20 mm錨筋2排14根。上鋼板中心距梁面5.75 m，上、下鋼板中心距3.15 m，鋼板均預埋于每處腹板的中心位置，錨筋與梁體鋼筋焊接連成一體。

為確保0號塊澆筑時預埋鋼板不移位，將腹板端模對應預埋鋼板位置進行同尺寸開槽，將預埋鋼板嵌入腹板端模槽內進行點焊限位，確保了預埋鋼板成型位置與設計保持一致。

3.4 0號塊施工及掛籃安裝

0號塊施工完畢后，在0號塊上安裝棱形掛籃，單側三支棱形主桁架，采用吊帶和精軋螺紋鋼作為吊桿系統。

3.5 三角型鋼托架安裝

三角型鋼托架由下平桿和上斜桿組成(見圖2)，桿件均采用雙拼的Ⅰ40工字鋼，斜桿與平桿之間通過2排8顆高強螺栓進行栓接。考慮到高墩塔吊吊裝能力受限，現場采用分開吊裝的方式，先安裝下平桿，對位后采用螺旋千斤頂將下平桿臨時支撐于掛籃底模構件上，將下平桿與0號塊腹板下鋼板進行間斷焊縫連接。吊裝上斜桿，對位后現將斜桿與平桿之間進行栓接，栓接到位后經精確調整托架位置后對斜桿及平桿與預埋鋼板進行滿焊連接，完成三角托架的安裝定位。

3.6 底橫梁、縱梁及調節鋼塊安裝

按照反力架體系設計位置，依次布設底橫梁、縱梁及調節鋼塊。底橫梁為雙拼Ⅰ40工字鋼，單根長11 m，底橫梁單側設置2道，與0號塊腹板端頭距離分別為1.03 m和3.51 m，底橫梁與掛籃底鋼模之間設置限位鋼板，防止底橫梁在頂壓過程中發生扭轉和滑移。縱梁采用雙拼Ⅰ56工字鋼，單側3道，與三角托架一一對應，縱梁與底橫梁之間通過焊接連成整體，確保體系整體受力及傳力。考慮到縱梁與托架下平桿之間存在一定角度，為確保千斤頂反力能均勻豎向傳遞至縱梁，在縱梁對應頂壓位置各設置調節鋼塊1個。

3.7 安裝千斤頂分級頂壓加載

通過雙側共6臺(單側3臺)500 t液壓千斤頂同時同步均衡地對反力架體系進行分級頂壓加載(見圖3)，通過反力架體系結構將預壓力均勻的傳遞到掛籃體系，每級加載到位后通過設置型鋼豎桿頂撐進行恒載過程控制(見圖4)。

3.8 分級卸壓卸載

采用液壓千斤頂逐級卸壓方式，卸載按緩慢、均衡、對稱的原則進行，通過智能張拉設備卸壓來模擬分級卸載的過程，杜絕偏壓對0號塊的影響，以安全高效快速的實現卸壓過程。

3.9 反力架體系拆除

反力架預壓卸載完畢后，通過氧氣乙炔將三角托架焊縫進行切割，拆除反力架體系。

3.10 形成預壓成果

掛籃反力架預壓結束后，通過對測量數據進行分析和計算，確定掛籃的彈性變形值和塑性變形值，用以指導掛籃模板標高的調整。

4 效益分析

1)對比傳統的預制塊吊裝預壓的方式，反力架預壓可大幅節約預壓周期，降低工期成本，避免工期風險，具體對比詳見表1。

表1 不同預壓方式預壓周期對比表

2)采用預制塊預壓方式需用1 152塊預制塊(約450 m3C20混凝土)，按500元/m3考慮，預制塊的費用高達22.5萬元，采用反力架預壓方式即可節約22.5萬元費用，同時減少場地租賃及二次轉運費用。

3)反力架預壓無需在掛籃上進行堆載操作，杜絕了堆載過程因操作不當導致的高空墜落風險，凸顯了安全第一、以人為本的優勢。

4)反力架預壓過程周期短，無需二次倒運，杜絕了揚塵、噪聲對周邊村莊及景區的影響，實現了文明施工作業，避免了疲勞作業的風險。

5)反力架預壓過程僅需操作工操作智能張拉設備，無需吊裝、擺放預制塊等煩瑣的作業，減少了作業人員數量，工費大幅降低。

5 結語

掛籃反力架預壓技術在神農溪雙線大橋掛籃預壓施工中得到了成功的應用，但存在以下三個方面還需在后續類似工程中進行探索優化：一是本工點反力架采用栓接+焊接的方式進行安裝，過程較為煩瑣，且對栓接和焊接質量要求高，后續類似反力架預壓工程可考慮用銷接方式，以最大程度消除結構安裝時產生的次應力，且便于現場快速安拆；二是反力架體系可以考慮借助BIM技術進行動態模擬，對預壓方案進行深化設計，進一步確保施壓過程安全可控，并實現三維可視化交底，更形象的指導現場作業；三是穩壓過程的模擬有待進一步優化，本橋采用現場制作型鋼桿件頂撐的方式保持穩壓雖取得了一定成效，但是操作相對煩瑣，可以探索一種新型小型工裝來模擬解決穩壓的狀態，以達到便捷實用的效能。

總而言之，掛籃反力架預壓技術雖然存在一定的優化改進空間，但以其明顯的預壓效能優越性在橋梁高墩大跨度連續梁掛籃預壓施工領域凸顯光彩，在確保施工安全、質量的前提下，通過新型預壓技術的應用，進一步縮短掛籃預壓周期，降低預壓施工成本，為項目創造更大的效益，創新無止盡，探索新技術。