公路橋梁掛籃反力預壓施工技術應用研究

廖偉、楊青陽、羅元元、李斌

（1.廣安交通文化旅游投資建設開發集團有限責任公司，四川 廣安 638500；2.中建橋梁有限公司，重慶 402200）

0 引言

隨著公路橋梁事業的發展，跨越江河和既有公路、鐵路、高速的公路橋梁越來越普遍，連續（梁）剛構以其超越普通橋梁的跨越能力和造價低廉的特點被越來越多的使用。連續（梁）剛構橋在懸臂現澆施工中常用到施工掛籃，常見的掛籃多為由型鋼制作的三角結構和菱形結構，由于掛籃結構構件較多，且由于懸臂現澆施工危險性較高，因此對于掛籃的安全性要求也較一般臨時結構高。但施工單位為了節省成本，掛籃經常要進行多次周轉使用。因此，為了驗證掛籃的安全性并準確識別掛籃的彈性變形，為模板預拱度、預抬和模板頂標高提供依據，掛籃的預壓就顯得尤為重要。常規的掛籃預壓多采用重物堆載預壓法。但由于羅渡渠江大橋項目墩柱高度較高，采用堆載預壓發生安全事故的風險較高，因此項目技術團隊研發了反力預壓技術，在羅渡渠江大橋的5 套掛籃應用了液壓千斤頂配合反力支架的反力架預壓法。

1 工程概況及存在問題

羅渡渠江大橋位于四川省廣安市岳池縣羅渡鎮，為渠江富流灘船閘、航道改擴建工程的一部分，設計采用雙向四車道二級公路標準，設計車速60km/h，橋面寬度20m，里程樁號為K1+603.15—K2+366.15，橋梁全長763m，橋跨組合為33m+90m+170m+90m+65m+2×120m+65m。

大橋設計采用單箱雙室結構，橋面寬度20m，為雙向4 車道設計。大橋懸臂澆筑主梁最大節段混凝土方量121m，5 個主墩墩柱高度在38～42m 之間。根據規范要求掛籃的預壓重量為317t。如果采用重物法預壓存在如下問題：

1.1 預壓材料量大

常規重物預壓多采用砂袋、土袋、水袋或預制混凝土塊。常規噸袋或混凝土塊重量在1～2t 之間，由于預壓需同步進行，預壓總重量為634t。因此需要準備大量的預壓材料。

1.2 事故發生概率高

由于采用重物預壓需利用塔吊將預壓材料吊裝到掛籃上，塔吊的重復高強度運作，極易發生機械故障引發高墜安全事故。同時，在擺放預壓材料時由于堆載高度較高，易發生滑落造成人員傷亡。

1.3 受天氣影響大

大橋0塊施工期間為主橋汛期，天氣變化較快，采用重物預壓法施工容易因降水導致重量突變，從而影響施工安全。

1.4 工序時間長

采用堆載預壓時間基本都花費在堆載和卸載過程，常常要持續一周以上的時間，項目5 套掛籃如果都采用重物預壓將浪費大量施工時間。

因此項目技術團隊針對以上重物預壓存在的問題開展了反力預壓施工技術研究。

2 工藝原理介紹

反力預壓掛籃施工技術是利用在已施工梁段（0塊）的腹板位置預埋反力牛腿，使用液壓千斤頂在牛腿和掛籃底平臺之間施加壓力的反力預壓法。其工作原理為在臨時結構體系外施加與永久結構和施工荷載在臨時結構上產生相同或相似作用的彎矩、剪力作用。臨時工程在受到相同（似）的彎矩、剪力情況下，產生相同（似）的變形和應力。以此來驗證結構的安全性和彈性變形量，并消除臨時結構的非彈性變形。

在掛籃設計中一般主要受力桁架數量由箱梁腹板的數量決定。受力主桁架與箱梁腹板一一對應。在0塊施工時把反力架預埋件埋入腹板混凝土內，使腹板反力支架與主桁一一對應，并在反力架與底板之間安放液壓千斤頂用于施加荷載反力。

3 反力預壓施工要點

3.1 反力預壓施工流程

反力預壓的施工流程，如圖1 所示。

圖1 反力支架預壓法施工流程

3.2 反力結構設計

3.2.1 反力大小及位置確定

傳統的掛籃預壓方式為重物預壓，通過把重物加載到掛籃平臺上，模擬混凝土澆筑工況。雖然箱型梁截面腹板位置永久荷載較為集中，但反力架預壓依然無法完全模擬混凝土澆筑完成后工況掛籃的實際受力狀態，因此需要首先分析掛籃變形的主要影響因素，再進行反力預壓設計。

掛籃的變形包括以下幾個方面：主桁架受力引起的彈性變形、吊帶受力引起的彈性變形、結構在荷載作用下由于加工精度等原因產生的非彈性變形。

同時利用有限元模型對掛籃結構進行計算，發現主桁架受力作用下的彈性變形對掛籃結構整體彈性變形影響較大。通過吊帶、吊桿共同作用的措施后，基本可以忽略吊帶變形對掛籃整體彈性變形的影響。

而根據施工經驗，結構的非彈性變形量受荷載大小影響較小。因此，為了準確測量掛籃的變形量，必須保證掛籃主桁的受力情況與實際施工一致。因為反力支架需安裝到主桁架正下方，確保荷載可以直接傳遞到主桁架上。

利用有限元軟件計算出掛籃在1梁段鋼筋混凝土及施工臨時荷載作用下的各個主桁橫梁端頭所受的荷載大小，再通過反力預壓計算模型對反力大小和位置進行反算，準確計算出千斤頂的安放位置和每個千斤頂應施加的反力大小。

3.2.2 反力支架結構設計

反力支架是利用型鋼制作三角牛腿，在進行設計時要特別注意對橫梁和斜桿之間焊縫、預埋鋼板與牛腿之間焊縫的計算，同時要根據預埋鋼板的實際受力情況，對錨固鋼板后的錨筋焊縫長度和錨筋數量進行計算。

其中錨筋與錨板間的焊縫可利用理正結構工具箱進行計算。錨筋與預埋鋼板之間的焊縫長度計算不應只計算剪力，還應通過錨板局部計算對錨板與錨筋之間的拉力和彎矩進行計算，避免在三種應力作用下產生的組合應力使錨板被破壞。

3.2.3 底部受力平臺設計

掛籃由整體受力轉換為點受力后，為了確保底部平臺不因局部荷載過大產生較大變形，應把底部平臺工字鋼進行集中，根據計算如需必要對底平臺工字鋼進行局部加強（見圖2）。

圖2 掛籃反力預壓結構位置示意圖

反力架由三個牛腿組成，分別安裝在三個腹板上，整個反力支架自上而下依次為倒三角牛腿、500t千斤頂，楔形塊、底橫向分配梁（三拼I56 工字鋼），底縱梁（I56 工字鋼），掛籃底籃（見圖3）。

圖3 掛籃反力預壓結構示意圖

3.3 支架制作與安裝

在進行支架制作時應按照結構計算時的具體尺寸進行下料，同時要在反力支架焊接前首先測量預埋鋼板的具體位置，根據鋼板預埋的偏差調整三角支架的尺寸和角度。由于現場焊接質量較差，難以保證支架結構的安全性，為此在進行支架焊接時通常在連接點位置以增加加勁板的形式提高焊縫長度，避免應力集中導致結構被破壞。

預埋件在0塊施工期間安裝完成后，為加快工序轉換速度，應在混凝土強度達到15MPa 以后，進行支架焊接，提前做好預壓前的準備工作。

支架焊接前首先鑿出0塊上預埋的鋼板。安裝過程中用線錘校正，保證其安裝豎直度及位置的準確性。位置固定后進行焊接，焊縫寬度不小于1cm，同時支架牛腿焊接完成后，增加加勁板進行補強，牛腿橫梁腹板兩側各焊接長度20cm 鋼板，上翼緣板及下翼緣板加裝20cm 長度鋼板。左右各3 塊進行補強。牛腿斜撐在腹板兩側各加裝2 塊長20cm 的鋼板進行補強。

牛腿安裝時首先要保證橫梁的水平度，安裝時可利用水平尺，時刻注意安裝質量。安裝掛籃反力架底縱梁，底縱梁采用I56 工字鋼，底縱梁直接安放在底平臺橫梁上，用于傳遞反力荷載。

3.4 反力千斤頂安裝

反力千斤頂的安裝（見圖4），具體步驟如下：

圖4 反力預壓現場示意圖

首先，在反力底縱梁上安裝楔形塊，楔形塊采用16mm 厚鋼板在后場制作。由于掛籃底平臺多為斜面，因此楔形塊主要是為了使千斤頂可以垂直向下施壓。其次，通過掛籃前懸吊系統調整掛籃底籃，使楔形塊與倒反力牛腿內能放入千斤頂的距離適宜。再次，安裝千斤頂及油泵，若千斤頂內存在縫隙，則填塞鋼板找補。掛籃預壓期間，作業人員均應站在梁段箱室內，以保證預壓期間的施工安全。最后，千斤頂接好油泵，按照檢定證書仔細核對油表和油泵，并根據預壓荷載大小計算分級預壓時油表讀數。

4 沉降觀測點布置及預壓

掛籃預壓的沉降觀測點布置在掛籃底平臺前后下橫梁上，并靠近掛籃主桁投影在橫梁上的位置（見圖5）。

圖5 沉降觀測點布置圖

掛籃觀測點布置后，利用水準儀測量觀測點的初始標高H1，然后按照60%、80%、100%對掛籃進行分級加載并記錄各級加載后沉降觀測點的標高Hn，并在后場對數據進行處理，準確識別掛籃彈性變形和非彈性變形。

5 效益分析

5.1 減少材料浪費

傳統的重物預壓多采用砂袋、預制塊和水袋，需要專門的儲存場地，而采用反力預壓不僅減少了預壓材料的用量，減少了資源的浪費，同時由于無需進場大量的預壓材料，減少了臨時占地。也無需使用裝載機等機械設備，有效地減少了化石燃料的使用，避免了有害氣體的排放，具有非常好的環保效益。

5.2 節省人工機械費用成本

反力預壓法施工完成全過程預壓僅需2～3d，較傳統重物預壓時間縮短了一半以上。同時所需要的人工工日總量可減少了80%以上，節省的機械費用和購置預壓材料的費用也是非常可觀，預壓使用的鋼結構件可以周轉使用，綜合成本大幅度降低。

5.3 安全性高

反力預壓法施工受天氣條件影響小，不會因氣候條件變化造成預壓重量的突變，避免了因預壓重量突變導致的支架坍塌等重大事故的發生，同時也可以避免長時間利用塔吊進行重物吊裝發生的高墜事故和機械故障事故。

6 結語

綜上所述，采用反力預壓的掛籃預壓方法較常規重物預壓具有非常明顯的優勢。同時反力預壓技術也不局限于掛籃預壓施工，以千斤頂反力預壓技術為基礎可將反力預壓技術廣泛應用于各類型臨時結構如0塊托架、橫梁支架等的施工中，因此反力施工技術具有非常廣闊的應用前景。