四立柱高墩連續剛構托架與掛籃預壓技術研究

徐敦敏

(中鐵二十五局集團第二工程有限公司 江蘇南京 210046)

1 引言

跨河、路、谷等受場地環境影響，越來越多的大跨度連續梁施工采用掛籃法施工。0＃塊常采用鋼管型鋼支架[1]、托架法施工，其中托架預壓、掛籃預壓是施工中的一項重要工序，安全風險大、實施過程長。常規的預壓方法一般為堆載預壓，用來檢驗支架模板系統、掛籃模板系統的受力能力和安全情況，消除支撐體系的非彈性變形、測量出彈性變形量，為后續施工提供參考數據。連續梁常用預壓方式有砂袋、水袋、預壓塊堆載預壓等。但遇到橋墩較高或者作業面比較狹窄的情況下，堆載預壓這種方法工作量大、周期長、安全風險高、成本大，為節省工期，降低成本，保障施工安全，下面結合馬蹄河大橋施工現場實際狀況，采取施加反力對托架模板系統、掛籃模板系統進行預壓，達到預壓目的。

2 工程概況

云南三清高速公路馬蹄河大橋位于云南省宜良縣，跨越馬蹄河，橋梁全長617 m，橋寬33.1 m，全橋共5聯，最大橋高57.15 m，最大墩高51.65 m，主墩為四立柱分離式墩身。連續梁跨采用(50＋90＋50)m連續剛構，為整體式雙幅橋，采用單箱室箱式懸澆，連續剛構主梁采用C55砼，采用高強度鋼絞線和群錨作為縱向預應力體系，采用掛籃懸澆法施工。馬蹄河河谷呈V字型，自然坡度30°～50°，谷深約30 m無道路通行，前后主墩需要繞行到達墩位置。0＃塊段長12 m，橋面寬16.55 m，底面寬8.5 m，翼緣板寬4.025 m，箱梁主墩頂梁高5.5 m，跨中處梁高3.0 m，面板厚度30 cm。底板厚度80 cm→32 cm漸變，箱梁腹板厚度55 cm→80 cm→100 cm三個級別變化。

3 預壓方案選取

連續梁工程常用預壓方式有堆載預壓、水箱法預壓、預埋預應力束反壓形式，在連續梁承臺施工前必須確定采用何種預壓方式、0＃塊臨時支撐方式，避免漏埋預埋件影響實施安全質量[2]。針對本橋在此工程的重要性，工期是必要考慮環節，如何縮短必要施工環節的工期要重點研究。0＃塊總重928.2 t，其中單端懸臂重172 t，1號段為全梁最大節段梁重192.6 t。0＃塊墩身上部梁體不參與托架受力(外側2.5 m位于墩身外)，把墩身頂部梁體重量除外，包括底板。外側梁體重按照1 720.75 kN，預壓荷載取1.2倍梁體自重為2 064.9 kN，且不小于托架所承受的最大施工荷載120%重量2 537.3 kN；線路方向兩排墩頂間部分梁體按照1 603.94 kN，預壓荷載取1.2倍梁體自重為1 924.68 kN，且不小于托架所承受的最大施工荷載120%重量2 887.59 kN；0＃塊預壓總重量6 329.09 kN。連續梁體積最大的梁段為1＃(1′＃)塊，體積為72.7 m3，重量為192.6 t，荷載值為1 926 kN，預壓時取1.2安全系數，預壓荷載2 311.2 kN[3]。

3.1 堆載預壓

0＃塊底模或掛籃模板安裝完成后，使用砂袋、預壓塊進行分級加載進行預壓，使用汽車吊或塔吊吊裝預壓材料進行分級堆載。

3.2 反壓預壓

利用預埋鋼束在反力裝置施加張拉力到達預壓重力實現預壓效果，反力架可重復使用。

3.3 方案比選

兩種預壓方式在成本和工期方面進行對比，4個0＃塊預壓對比情況見表1。對比方案中砂破損等污染考慮回收一半，反壓使用鋼材約24 t，使用預壓塊全橋0＃塊、1＃段整體時間僅考慮90 d。沙袋或預壓塊預壓費用、操作性及工期相比預應力反壓都相對劣勢，綜合考慮決定采用預應力反壓方式。

表1 兩種方案對比分析

4 反壓實施方案

連續梁0＃反壓有承臺預埋反力束施加應力反壓托架形式[4]，有墩頂預埋反力束橫梁持力反壓形式，考慮墩身高度較大，承臺作業空間受限選擇了墩頂預埋反力束裝置形式。

4.1 0＃塊支架模板方案

0＃塊段施工平臺采用三角托架，托架主要由上下部鉸座、橫桿、斜撐組成，構造簡便，受力明確，體量較輕，強度高，操作便捷[5]。在主墩上的設計位置安裝預埋構件，托架與預埋的構件連接，托架安裝完成后，在橫梁上安裝分布梁[6]。同排托架間設置剪刀撐，增強支撐體系受力穩定性。每個墩柱橫橋向各設置2排托架，間距1.8 m，托架主梁插入墩身預留槽通過?32圓鋼進行對拉[7]。模板使用定型鋼模，側模自帶支撐托架，底模拆除使用砂箱形式落模拆除。0＃支架模板方案如圖1、圖2所示。

圖1 0＃塊支撐模板體系橫斷面圖

圖2 0＃塊支撐模板體系縱斷面圖

4.2 托架預壓方法

通過在主墩墩頂門字梁預埋?32精軋螺紋鋼作為反拉受力鋼筋，型鋼制作承壓梁、反力梁。托架上安裝橫向分布梁、千斤頂、上分壓梁，安裝反力梁對支撐系統施加荷載，荷載為0＃塊段砼重量及其他荷載總和的1.2倍，反力梁、千斤頂、預埋鋼束及分布梁等組成支撐系統預壓的施力裝置。

4.3 托架預壓實施

4.3.1 預壓前的準備

(1)反壓構件加工:反力裝置主要材料為型鋼，根據構件的受力要求，結合工程自有材料，選擇適宜的工字鋼制作反壓構件。

(2)在墩身門字梁預埋?32精軋螺紋鋼作為反壓受力鋼筋，見圖3。

圖3 精軋螺紋鋼現場預埋

(3)托架安裝完成后檢查驗收。

(4)預壓千斤頂、油泵、油表送檢校驗。

4.3.2 反壓系統安裝

(1)下承壓梁安裝:在已經安裝完成的托架上安裝第一道下承壓梁，托架外側懸挑部分為2 36b，托架中間部分為2 40b。

(2)安放千斤頂:將已標定好的千斤頂安放在下承壓梁上面。

(3)安裝上承壓梁、反力梁:在千斤頂上方橫橋向安裝雙拼 40b(外側部分)及雙拼 36b(中間部分)的上承壓梁，在上承壓梁頂順橋向安裝三拼 40b型鋼反力梁。

(4)將穿過反壓梁的精軋螺紋鋼上安裝2 cm厚鋼板、精軋墊板及精軋螺母，預埋的精軋螺紋鋼和反力梁錨固牢固，作為反力裝置墩身受力點。

(5)將油泵與配套的千斤頂相連接，反壓系統如圖4所示。

圖4 0＃塊反壓系統

4.3.3 施壓

計算得出，托架外側承受支反力分別為700 kN、450 kN，托架中間承受支反力為1 100 kN，根據計算數據和現場設備，采用12套400 t液壓千斤頂對托架進行預壓。預壓分三級加載完成，首先對稱預壓外側兩排托架，第一次加載到60%，加載完成1 h后對托架沉降量進行一次監測，之后每間隔6 h測量一次各監測點變形情況[8]。當相鄰兩次沉降量觀測平均值之差≤2 mm時，繼續加載至100%，加載完成1 h后對托架沉降量進行一次監測，以后每間隔6 h測量一次各監測點變化情況。當相鄰兩次沉降量觀測平均值之差≤2 mm時，繼續加載至120%，預壓荷載達到要求后，繼續檢測變形情況；同時對托架變形、錨固及焊縫等進行檢查。

當加載至120%并觀測24 h后，預壓沉降量觀測平均值相差不大于1 mm時，支架系統符合要求。托架卸載6 h后，監測記錄各監測點的位移量。按照施工托架設計圖安裝完成托架之后，根據0＃塊的受力特點布設沉降觀測點。0＃塊共設24個觀測點，即24個砂箱位置處，本橋0＃反壓每次壓順橋向兩排托架，分別為外側兩排和內側兩排。也可以單排預壓，因預壓1＃段需要兩組反力裝置故選擇預壓兩排。千斤頂或砂箱位置布置頂力如圖5所示。

圖5 千斤頂頂力布置示意

4.4 掛籃預壓

根據懸臂澆筑連續剛構設計分段長度、梁段自重、結構尺寸、斷面形式等情況，同時考慮其他荷載和設施通用性，采用菱形掛籃結構。完成掛籃安裝后應進行荷載試驗，檢測掛籃的受力能力，測出不同荷載各種情況下模板體系的變化情況，在施工中確保對相應荷載可承受[9]。1＃段為本橋最重梁段1 926 kN，在0＃塊端頭兩腹板位置上下分別預埋反力梁連接預埋件，底層連接反力橫梁，0＃塊反力梁、分布梁加工而成的三腳架作為反力預壓的受力系統，并將三腳架與預埋在梁體上的預埋件連接好，與箱梁一起形成一個受力整體[10-11]，使得反力系統穩定，如圖6所示。掛籃安裝完成后，底模鋪設兩排受力分布梁，分布梁使用本工程0＃塊預壓材料，預壓結束后回收他用。即1＃段預壓不再增加任何材料及千斤頂等，預壓周期、成本投入大大降低。千斤頂加載利用分布梁盡量對應掛籃模板體系實際受力情況，主要設備是反力架、分布梁和千斤頂。利用液壓油頂壓力，對反力架、分布梁施壓，達到預壓重量值，測得掛籃在預壓荷載作用下各部位的變形數據及變化情況，達到預壓目的[12]。

5 結語

常規預壓工藝吊裝過程安全風險高，操作周期長，0＃塊托架預壓采用在墩頂預埋精軋螺紋鋼設置反力架、掛籃預壓在0＃段設置預埋件安裝反力裝置，進行反壓技術代替傳統的堆載預壓，通過對工藝技術、施工方案的精心組織，檢驗了托架的安全質量，達到了預壓效果。掛籃預壓反壓全部采用0＃塊既有裝置，不再另行投入，圓滿完成了托架、掛籃預壓施工，取得了良好的效果，同時節約了施工成本和工期。本文簡單地闡述了通過墩頂埋設精軋螺紋鋼設置反力架進行反壓技術的施工方法及要點，解決連續梁預壓施工環境受限、工期緊張、成本高難題，積攢了一定的施工經驗，為今后相似工程的施工提供借鑒。