護國河特大橋托架反拉預壓施工技術

張文舉

（中鐵十八局集團第三工程有限公司 河北涿州 072750）

托架預壓主要在驗證托架體系的安全性能、消除托架體系塑性變形上發揮作用，并在預壓過程中測出其彈性變形，以此為依據調整托架體系立模標高。與傳統的預制塊預壓方式相比，預應力反拉預壓法在施工安全性、施工進度和施工成本等方面都有較大優勢。本文結合護國河特大橋0、1 號橋的塊托預壓施工，對反拉預壓施工技術及預壓結果進行研究。

1 工程概況

云南騰隴高速公路護國河特大橋主橋為預應力混凝土連續剛構，主橋共四跨，其跨徑布置為（90+160+160+90）m，由2 個160m 的T 構組成。采用變截面單箱單室箱梁，箱梁頂寬12.5 m，底寬為7 m，箱梁根部梁高為10 m，跨中梁高為3.5 m。0 號塊頂板厚度為0.6 m，其余梁段頂板厚均為0.3 m，底板厚度由中部的0.32 m 按1.8 次拋物線變化至根部的1.2 m，0 號塊腹板厚度從1 m 漸變為0.7 m，箱梁0 號塊長13 m，1 號塊長度為6 m。

2 托架預壓方案

2.1 托架結構構造

根據橋墩與梁的結構尺寸的關系，托架主承重梁超出0#、1#塊縱向、橫向邊緣線投影至少2 m的距離為工作人員提供操作平臺，且外加箱梁為單箱單室結構，主要受力集中在兩側腹板，綜合考慮梁寬、梁長，順橋向設置四組托架；采用橫梁雙拼36 a 工字鋼加固，來增加托架的抗扭性能。0#塊墩頂正上方模板采用15 mm 竹膠板+10×10 cm 縱向方木+15×15 cm 橫向方木形式。

2.2 托架預壓方案

該橋0、1 號塊總長19 m，梁高最高達10 m，混凝土方量為576.04 m3，方量較大，屬于大體積混凝土。托架預壓方法有堆載預壓、反拉預壓和吊重預壓等方法，根據本工程墩高和橋位地形特點，擬采用承臺和墩身預埋件在托架上通過千斤頂張拉預應力鋼絞線的方式進行反拉預壓[2]。與傳統的堆載預壓法相比，這種體系反拉預壓加載方便，拆卸快速，可以減少堆載預制塊的制作成本，并降低預制塊轉運的人工和機械費用。

2.2.1 預壓目的

為驗證托架結構體系的安全性，并消除托架構件間的安裝間隙及塑性變形，需要對托架進行預壓試驗[3]。在托架預壓加卸載過程，觀測并記錄分析托架結構的彈性和塑性變形，通過加載與彈性變形關系反推在0、1 號塊混凝土澆筑施工時模板的預拋高數值，為施工標高設置提供參考依據。

2.2.2 預壓方法

反拉預壓體系是利用承臺作為反拉體系的錨固端，通過預埋精軋螺紋鋼及連接器實現。這種體系通過轉換裝置將力傳遞給鋼絞線，從而實現受力轉換。預壓荷載主要施加于托架縱梁上，通過分級張拉鋼絞線來實現。

2.2.3 預壓布設

本工程在托架上布置8 個預壓點，位置見圖1。托架安裝好后，利用主墩承臺預埋件及其轉換裝置，通過千斤頂張拉預應力鋼絞線施力實現預壓。在主墩靠近墩頂埋置預埋件，在墩側面與布設的承重托架相連，托架上面設若干分配梁，在分配梁頂面再布設鋼枕梁，在承臺上對應預壓點位置埋設精軋螺紋鋼，連接轉換裝置，通過鋼絞線連接上下預壓點，采用千斤頂同步張拉技術進行施力。

圖1 托架預壓點布置圖（單位：cm）

2.2.4 預壓荷載計算

0、1 號塊順橋向墩身外懸臂3.5 m，如圖2 所示，其中A-A～B-B 厚度為0.5 m，B-B～C-C 厚度為3m，混凝土重量由托架來承擔，其混凝土方量計算如下：

圖2 0#、1#塊1/2 立面圖

A—A 截面面積為36.91 m2，B—B 截面面積為26.86 m2，C—C 截面面積為25.90 m2，則

A—A 至B—B 段體積：(36.91+26.86)÷2×0.5=15.94 m3

B—B 至C—C 段體積：(26.86+25.90)÷2×3=79.14 m3

故，0、1 號梁段順橋向墩身外懸臂3.5 m 混凝土總體積為95.08 m3，混凝土總重：95.08×2.6=247.2 t。

依據托架結構受力分析，在預壓過程中，把預壓點位置設置在1 號塊底板前端腹板位置和主墩雙肢之間0 號塊底板中間，具體位置如圖1，利用這8 個預壓點對托架進行反拉預壓，其中1 號塊每側有2 個預壓點，每個預壓點設6 根φs15.2 鋼絞線。根據規范要求，預壓荷載系數取1.2，參考圖3 托架預壓荷載計算圖，根據彎矩平衡公式：3.75×F2=3.5/2×1.2×F1，可以求得2 個吊點12 根鋼絞線的張拉噸位為F2=1384 kN。1 號塊兩側托架采用同步對稱加載，假設各根鋼絞線受力均勻，1 號塊底板前端腹板位置處共有12 根鋼絞線，則每根鋼絞線張拉力為f=1384/12=115.3 kN。本托架反拉采用φs15.2 高強低松弛鋼絞線，單根鋼絞線直徑15.2 mm，面積Ay=140 mm2，標準抗拉強度fpk=1860 MPa，彈性模量Ep=195000 MPa，則根據F=σ·Ay，有115300=σ×140×10-6，計算得σ=823.57 MPa=0.443 fpk ，故鋼絞線不會被拉斷，安全系數足夠。

圖3 托架預壓荷載計算示意圖

由圖1 可知主墩雙肢之間0 號塊底板中間共設兩排4 個預壓點進行托架預壓，每排預壓點為2個，每個預壓點為6 根φs15.2 鋼絞線，取預壓荷載系數1.2，按類似前面過程，經計算（立面如圖4），0 號梁段墩身雙肢之間5 m 混凝土總方量為172.84 m3，重量為4 494 kN，根據彎矩平衡關系，得到每排2 個吊點12 根鋼絞線的張拉噸位為1 348 kN，假設每排12 根鋼絞線均衡受力，因此可得每根張拉力為f=1 348/12=112.3 kN，應力σ=802.14 MPa=0.431 fpk，鋼絞線安全系數足夠，滿足受力要求。

圖4 0#、1#塊立面圖

2.3 預壓加載

2.3.1 預壓前的檢查

在預壓前，為保證施工安全，尚需進行以下相關檢查工作：

托架構件組裝檢查：按托架結構設計圖紙，仔細檢查托架構件及其相關設施組裝情況，確保無組裝差錯或遺漏，能提供所需支撐和保證共同工作，確保預壓階段各部件能正常工作，且受力均衡。

托架連接件性能檢查：檢查托架連接件已正確安裝并緊固，以確保連接的牢固性，防止其在預壓階段發生松動或失效。

焊縫檢查：檢查各條焊縫是否滿焊及有無外觀缺陷，確保焊接質量良好，符合設計及規范要求[2]。

承臺錨固端預埋件檢查：確認承臺錨固端預埋件已正確安裝，并符合設計和規范要求。

2.3.2 預壓加載等級

托架安裝完畢后，對托架按20%，40%，60%，80%，100%，120%分六級加載進行預壓，按表1 進行逐級對稱加載。逐級測量觀測點的標高，觀察托架的變形和錨固情況。

表1 托架預壓加載等級表

2.3.3 加載過程

在正式加載前，需進行前期準備工作，包括觀測點編號和加載前測量。每次完成加載后，使用水準儀測量觀測點的標高，并妥善記錄下來。這樣可以及時獲取托架的變形情況，并進行跟蹤分析。

按前述分六級加載，直到加載到等級120%，具體加載采用前卡式26T 千斤頂及配套油泵各八臺分6 步同時進行對稱張拉完成加載。第一級6 步加載過程：第1 步對稱張拉3 和3'、10 和10'點的預應力鋼絞線，張拉至19.22 kN；對稱張拉c 和c'、j 和j'點的預應力鋼絞線，張拉至18.72 kN；第2 步對稱張拉4 和4'、9 和9'點的預應力鋼絞線，張拉至19.22 kN；對稱張拉d 和d'、i 和i'點的預應力鋼絞線，張拉至18.72 kN；第3 步對稱張拉2 和2'、11 和11'點的預應力鋼絞線，張拉至19.22kN；對稱張拉b 和b'、k 和k'點的預應力鋼絞線，張拉至18.72kN；第4 步對稱張拉5 和5'、8 和8'點的預應力鋼絞線，張拉至19.22 kN；對稱張拉e 和e'、h 和h'點的預應力鋼絞線，張拉至18.72 kN；第5 步對稱張拉1 和1'、12 和12'點的預應力鋼絞線，張拉至19.22 kN；對稱張拉a 和a'、l 和l'點的預應力鋼絞線，張拉至18.72 kN；第6 步對稱張拉6 和6'、7 和7'點的預應力鋼絞線，張拉至19.22 kN；對稱張拉f 和f'、g 和g'點的預應力鋼絞線，張拉至18.72 kN。

類似的對第二級、第三級、第四級、第五級、第六級依次分6 步加載到各級荷載控制值。每級加載完成后，穩壓半小時，檢查托架各桿件是否出現裂縫、變形和錨固變化失效。通過使用水準儀測量觀測點的標高，確認無異常情況后，進行下一級的加載。

2.3.4 卸載過程

卸載是加載的逆過程。一般在加載完成后的24 h 開始逐級進行卸載，并記錄各觀測點的標高。通過逐級卸載并記錄標高，可以評估托架在卸載過程中的變化和恢復情況[2]。

2.3.5 預壓過程安全保證措施

托架預壓過程中，由安質部門負責安全監控工作，具體措施如下：（1）張拉時，所有高空作業人員必須佩帶安全帶并系于固定點；（2）試驗之前對油表及千斤頂進行標定，根據試驗荷載等級計算油表讀數；（3）加載需分級加載，每級荷載穩定后開始下一級加載，加載過程兩側托架均勻對稱進行，防止傾覆；（4）加載及卸載過程必須安排專人指揮，并保證同步對稱進行。分級加載過程，每級加載完成半小時后進行外觀檢查和沉降測量等工作；（5）選用技術熟練的工人操作，加載時，油泵必須平穩緩慢供油，基本做到勻速加載，遇到異常情況立即停止加載；（6）施工現場用電由專職電工負責，并按有關規定對用電設備進行檢查養護；（7）考慮張拉作業工作的危險性，托架預壓張拉在梁體外張拉，故作業期間非作業人員一律不許靠近現場；（8）加載過程中設專人負責測量變形，觀察構件的受力變形情況，專人檢查承臺預埋件、1 號塊底板前端腹板位置和主墩雙肢之間0號塊底板中間位置鋼絞線連接情況。

3 預壓結果

左幅5 號主墩托架預壓結果如圖5，彈性變形應為卸載完成后測量數據-滿載穩定后測量數據，非彈性變形為加載前測量數據-卸載完成后測量數據[4]。根據監測數據，通過計算可以得出彈性變形1.477-1.481=-0.004 m，非彈性變形數據1.475-1.477=-0.002 m，8 個測點平均總變形量是6 mm，表明托架剛度較大，符合設計及規范要求。

圖5 托架預壓加載變形結果

4 與傳統預壓方法對比分析

通過方案比較，將本文反拉預壓與傳統常用預壓方法的工期、成本對比分別列于表2 和表3。

表2 工期對比表

表3 成本對比表

通過對比可以看出，在0、1 號塊托架預壓施工中，采用張拉鋼絞線進行反拉預壓所需施工時間最短，費用最低，節約成本顯著。護國河特大橋通過千斤頂張拉預應力鋼絞線的方式對連續剛構0、1 號箱梁施工托架進行預壓，施工作業時間短、效率高，與堆沙袋法、水箱法等常規預壓方式相比，不僅作業量減少，同時大量減少了人工和材料的投入，節約了施工成本，提高了工作效率，是一種值得推廣的預壓方法。