高墩環(huán)向大懸臂0#段托架預(yù)壓技術(shù)研究

王鏡策

摘要 傳統(tǒng)的0#段托架預(yù)壓方法通常有堆載法、水箱加載法和墩身預(yù)埋反力牛腿法，在0#段梁高較高，懸臂較大，加載面積有限的工況下，采用傳統(tǒng)方法進(jìn)行高墩0#段托架預(yù)壓施工存在施工成本高、工期長(zhǎng)、安全風(fēng)險(xiǎn)高及可行性低等問(wèn)題。文章主要介紹了鋼絞線(xiàn)張拉反力法與堆載法聯(lián)合預(yù)壓高墩環(huán)向大懸臂0#段托架的施工技術(shù)原理、預(yù)壓加載結(jié)構(gòu)和作業(yè)方法，解決了高墩環(huán)向大懸臂0#段托架預(yù)壓施工技術(shù)難題。

關(guān)鍵詞 反力法; 堆載法;鋼絞線(xiàn); 預(yù)壓; 托架

中圖分類(lèi)號(hào) U445.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2096-8949（2022）10-0110-03

0 引言

0#段作為橋梁懸臂澆筑施工掛籃安裝的載體，通常采用落地支架和墩旁托架進(jìn)行施工，故0#段施工墩旁托架結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、剛度及穩(wěn)定性尤為重要。鋼絞線(xiàn)張拉反力法、反力架（牛腿）法及堆載法作為檢驗(yàn)0#段墩旁托架結(jié)構(gòu)安全，指導(dǎo)0#段施工立模標(biāo)高的重要手段，根據(jù)橋梁結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，選擇最優(yōu)的0#段托架預(yù)壓方案則成為實(shí)現(xiàn)安全、質(zhì)量、工期及經(jīng)濟(jì)目標(biāo)的關(guān)鍵。

1 工程概況

中鐵大道干溝大橋?yàn)閇（97.5+97.5）m+3×30 m）]的矮塔斜拉橋，主橋箱梁截面形式為單箱三室斜腹板變截面梁，0#段箱梁長(zhǎng)14 m，高9 m，墩頂?shù)装鍖?0 m，頂板寬25 m，翼緣板寬3.5 m，混凝土設(shè)計(jì)方量1 060.3 m3（其中墩頂外懸空混凝土719.6 m3）。主塔墩高87 m，主塔墩頂尺寸為6.6 m（橫）×7.8 m（縱）。0#段箱梁縱向懸臂3.1 m，橫向懸臂9.2 m，呈環(huán)向大懸臂狀態(tài)，采用墩旁托架施工。

2 托架預(yù)壓方案比選

根據(jù)橋梁工程結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，對(duì)堆載法、水箱加載法、鋼絞線(xiàn)張拉反力法、墩身預(yù)埋反力牛腿法[1]及鋼絞線(xiàn)張拉反力法與堆載法聯(lián)合預(yù)壓托架方案進(jìn)行分析。堆載法和水箱加載法能較為準(zhǔn)確地模擬0#段箱梁結(jié)構(gòu)施工荷載，施工作業(yè)簡(jiǎn)便，但在高墩且箱梁較高、加載面積較小的情況下，存在施工成本高、工期長(zhǎng)、安全風(fēng)險(xiǎn)高及方案可行性低等問(wèn)題。墩身預(yù)埋反力牛腿法預(yù)壓托架雖成本較低、工期短、操作簡(jiǎn)便，載荷易控制，但不適用于0#段大懸臂工況。鋼絞線(xiàn)張拉反力法具有載荷易控制、經(jīng)濟(jì)、安全、工期短、受天氣影響較小等優(yōu)勢(shì)，但托架預(yù)壓加載施工的作業(yè)人員和設(shè)備較多，鋼材耗費(fèi)較大。鋼絞線(xiàn)張拉反力法與堆載法聯(lián)合法預(yù)壓托架，具有堆載法和鋼絞線(xiàn)張拉反力法優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)，又能減少同步作業(yè)人員和作業(yè)設(shè)備，節(jié)省托架預(yù)壓所需材料，可有效實(shí)現(xiàn)托架預(yù)壓安全施工、成本節(jié)約、縮短工期等目標(biāo)。

從可行性、安全性、工期及成本的角度對(duì)以上幾種托架預(yù)壓方法進(jìn)行綜合分析比較，最終采用鋼絞線(xiàn)張拉反力法與堆載法聯(lián)合對(duì)托架進(jìn)行預(yù)壓。

3 方案概述

3.1 0#段托架設(shè)計(jì)概述

根據(jù)0#段環(huán)向大懸臂的特點(diǎn)，將0#段托架布置成多層井字形輻射狀組合形式，在層數(shù)上分3層布置[2]。0#段托架一共設(shè)計(jì)34個(gè)三角形托架，由56a～63c（q235c級(jí)）工字鋼加工而成。托架上安裝貝雷梁、工字鋼、方木和竹膠板形成0#段支架搭設(shè)平臺(tái)。托架平面布置如圖1所示。

3.2 托架預(yù)壓方案概述

0#段托架采用預(yù)應(yīng)力鋼絞線(xiàn)張拉反力法與堆載法聯(lián)合預(yù)壓加載，托架預(yù)壓荷載按0#段懸空混凝土最大施工荷載的1.2倍考慮，將箱梁翼緣板范圍、橫橋向腹板至主塔墩邊范圍及縱橋向懸臂范圍分為三個(gè)預(yù)壓加載區(qū)，其中翼緣板范圍采用鋼筋進(jìn)行堆載，其余位置采用千斤頂張拉鋼絞線(xiàn)反力法進(jìn)行加載。通過(guò)計(jì)算將箱梁結(jié)構(gòu)荷載轉(zhuǎn)化為22個(gè)集中荷載布設(shè)于托架平臺(tái)上，橫橋向單側(cè)設(shè)置8個(gè)預(yù)壓點(diǎn)位，縱橋向單側(cè)布置3個(gè)預(yù)壓點(diǎn)位，如圖2所示。

4 0#段托架預(yù)壓的目的

0#段混凝土澆筑施工前，必須對(duì)托架進(jìn)行預(yù)壓，以檢驗(yàn)托架的承載能力和整體穩(wěn)定性，消除托架的非彈性變形，并觀測(cè)托架的彈性變形量，指導(dǎo)0#段箱梁施工立模標(biāo)高，確保橋梁結(jié)構(gòu)施工線(xiàn)形符合設(shè)計(jì)。

5 0#段托架預(yù)壓荷載計(jì)算

5.1 參數(shù)取值

（1）鋼筋混凝土容重：26 kN/m3。

（2）安全系數(shù)：1.2。

（3）模板及支架自重：185 t，可換算為：185 t/（14 m×25 m）=5.29 kN/m。

（4）施工人員和施工機(jī)具荷載：1 kN/m。

（5）振搗混凝土?xí)r產(chǎn)生的荷載：2 kN/m。

5.2 預(yù)壓點(diǎn)位荷載計(jì)算

根據(jù)預(yù)壓點(diǎn)對(duì)應(yīng)荷載范圍區(qū)間，可通箱梁橫斷面劃分及縱橋向分段計(jì)算出每個(gè)預(yù)壓點(diǎn)位處千斤頂?shù)膹埨，按公式（1）進(jìn)行計(jì)算。

F=1.2×V×Υ+（5.29×S? ?+（1+2）×S） （1）

式中 ，1.2——預(yù)壓安全系數(shù);V——張拉點(diǎn)位所對(duì)應(yīng)預(yù)壓荷載范圍混凝土結(jié)構(gòu)的體積;Υ混凝土——鋼筋混凝土容重，取26 kN/m3;S ——張拉點(diǎn)位所對(duì)應(yīng)預(yù)壓荷載范圍混凝土結(jié)構(gòu)的面積。

根據(jù)公式（1）可計(jì)算出各預(yù)壓點(diǎn)位荷載值，見(jiàn)表1。

5.3 翼緣板范圍預(yù)壓荷載計(jì)算

翼緣板橫截面積為1.31 m，0#段翼緣板混凝土方量為36.68 m3，預(yù)壓荷載總和F=1 956.84 kN，每平方米預(yù)壓加載重量為19.96 kN。

6 0#段托架預(yù)壓

6.1 0#段托架預(yù)壓計(jì)算

鋼絞線(xiàn)張拉反力法與堆載法聯(lián)合預(yù)壓0#段托架，鋼絞線(xiàn)采用Φs15.2 mm高強(qiáng)度低松弛鋼絞線(xiàn)。錨固端采用承臺(tái)預(yù)埋Φ32 mm（PSB930）精軋螺紋鋼筋。鋼絞線(xiàn)根數(shù)計(jì)算時(shí)，以鋼絞線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度的70%（1 302 MPa）作為鋼絞線(xiàn)計(jì)算的上限，即單根鋼絞線(xiàn)張拉力F≤182.28 kN;承臺(tái)錨固精軋螺紋鋼計(jì)算時(shí)，以精軋螺紋鋼標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度的90%為受力上限，即單根精軋螺紋鋼筋張拉力F≤672.8 kN。

0#段托架預(yù)壓按50%、80%、100%、120%分四級(jí)進(jìn)行加載，各預(yù)壓點(diǎn)位預(yù)壓加載分級(jí)荷載、各預(yù)壓點(diǎn)位鋼絞線(xiàn)根數(shù)及錨固精軋螺紋鋼筋根數(shù)詳見(jiàn)表1。

6.2 鋼絞線(xiàn)張拉反力法預(yù)壓0#段托架錨固端及張拉端設(shè)置

6.2.1 錨固端精軋螺紋鋼筋預(yù)埋

承臺(tái)混凝土澆筑前，根據(jù)0#段托架預(yù)壓點(diǎn)位的投影位置，對(duì)鋼絞線(xiàn)下端錨固精軋螺紋鋼筋進(jìn)行預(yù)埋及編號(hào)。

6.2.2 錨固端及張拉端設(shè)置

托架預(yù)壓張拉鋼絞線(xiàn)錨固端采用雙拼I32c工字鋼與各組預(yù)埋精軋螺紋鋼筋安裝錨固，張拉鋼絞線(xiàn)與工字鋼之間通過(guò)工作錨具進(jìn)行錨固，如圖3所示。托架預(yù)壓鋼絞線(xiàn)張拉端采用工作錨具錨固于雙拼I45a工字鋼分配梁上，如圖4所示。

6.3 0#段托架預(yù)壓過(guò)程

中鐵大道干溝大橋工程0#段為環(huán)向大懸臂狀態(tài)，托架設(shè)計(jì)為錯(cuò)層輻射狀。考慮0#段托架預(yù)壓施工的安全及經(jīng)濟(jì)因素，將0#段托架預(yù)壓分為橫橋向和縱橋向兩次進(jìn)行。第一次對(duì)主塔墩縱橋向托架進(jìn)行預(yù)壓;第二次對(duì)主塔墩橫橋向托架進(jìn)行預(yù)壓。

6.3.1 0#段托架預(yù)壓加載

0#段托架預(yù)壓按施工荷載的50%、80%、100%和120%四級(jí)進(jìn)行加載[3]。托架預(yù)壓加載時(shí)，為保證各千斤頂加載分級(jí)的同步進(jìn)行，采取每10%的預(yù)壓荷載作為每次加載控制荷載，避免因工人操作油泵的快慢及千斤頂規(guī)格不同導(dǎo)致預(yù)壓加載的不同步，造成托架預(yù)壓加載偏載超過(guò)設(shè)計(jì)限值，從而引發(fā)安全事故。

每級(jí)加載完成后，持荷的時(shí)間不少于1 h，待測(cè)量監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示托架變形穩(wěn)定后方可進(jìn)行下一級(jí)加載。第四級(jí)加載完成后持荷不少于24 h，派專(zhuān)職測(cè)量人員在現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)托架變形情況，每4 h測(cè)量一次變形量，當(dāng)累計(jì)變形量不大于1 mm后即可分級(jí)進(jìn)行卸載，并逐級(jí)觀測(cè)托架的彈性變形值。

6.3.2 0#段托架預(yù)壓卸載

采用預(yù)應(yīng)力鋼絞線(xiàn)雙頂退錨的方式實(shí)現(xiàn)0#段托架預(yù)壓分級(jí)卸載[4]。利用前卡式千斤頂重復(fù)張拉錨固退錨鋼絞線(xiàn)，穿心式千斤頂增長(zhǎng)鋼絞線(xiàn)退錨卸載長(zhǎng)度，安全、高效地實(shí)現(xiàn)0#段托架預(yù)壓分級(jí)卸載，如圖5所示。

6.3.3 0#段托架預(yù)壓監(jiān)測(cè)

0#段托架預(yù)壓標(biāo)高及位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)共布置32個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，縱橋向單側(cè)布置4個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，橫橋向單側(cè)布置12監(jiān)測(cè)點(diǎn)。

通過(guò)托架預(yù)壓施工，可以消除非彈性變形量的影響，獲得彈性變形量數(shù)據(jù)，指導(dǎo)0#段立模的預(yù)拱度設(shè)置。通過(guò)相鄰兩級(jí)預(yù)壓加載與卸載監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，計(jì)算相鄰兩級(jí)的高程差，繪制0#段托架預(yù)壓荷載—變形關(guān)系曲線(xiàn)圖，并編寫(xiě)0#段托架預(yù)壓施工報(bào)告。

7 結(jié)語(yǔ)

高墩環(huán)向大懸臂0#段托架預(yù)壓施工中采用鋼絞線(xiàn)張拉反力法與堆載法聯(lián)合預(yù)壓施工技術(shù)，規(guī)避了傳統(tǒng)方法預(yù)壓托架的風(fēng)險(xiǎn)，既經(jīng)濟(jì)又高效，在中鐵大道干溝大橋0#段托架預(yù)壓施工中得到成功運(yùn)用。通過(guò)托架預(yù)壓靜載試驗(yàn)所獲得的彈性變形量，與0#段混凝土澆筑后托架系統(tǒng)的變形量基本相同，表明預(yù)應(yīng)力鋼絞線(xiàn)張拉反力法與堆載法預(yù)壓施工結(jié)果準(zhǔn)確，可推廣運(yùn)用于類(lèi)似橋梁工程施工。

參考文獻(xiàn)

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