談體內(nèi)頂壓掛籃預壓施工方法

馮立崎

（太佳高速公路黃河大橋建設(shè)管理處，山西 呂梁 033200）

1 工程概況

窟野河大橋是陜西神木至府谷高速公路上的一座特大型橋梁，結(jié)構(gòu)形式為23×30 m+9×40 m+88 m+4×165 m+88 m+69 m+4×130 m+69 m+76 m+4×140 m+76+3×43 m+50 m連續(xù)剛構(gòu)，為全線最重要的控制性工程。主橋首次采用主跨165 m、130 m、140 m三個剛構(gòu)單元組合形式，全長為2.3 km，是目前陜西省內(nèi)規(guī)模最大的連續(xù)剛構(gòu)橋。本橋首次采用2.5 m大直徑嵌巖樁基礎(chǔ)、不平衡單臂懸澆工藝、運用邊跨現(xiàn)澆段代替合攏段一次性合攏、非對稱合攏技術(shù)，首次在陜北地區(qū)梁體采用C55砼。技術(shù)難度高、施工難度大，采用先整體后分離式斷面，雙幅布設(shè)，橋面寬度為15.5 m，采用單箱單室箱形截面和直腹板形式，并且全橋箱梁采用三向預應(yīng)力體系和掛籃施工工藝。

2 掛籃介紹

掛籃是懸臂施工中的主要設(shè)備，按結(jié)構(gòu)形式可分為桁架式（包括平弦無平衡重式、菱形、三角形、弓弦式等)、斜拉式(包括三角斜拉式和預應(yīng)力斜拉式)、型鋼式及混合式4種。所謂掛籃施工，是指澆筑較大跨徑的懸臂梁橋時，采用吊籃方法，就地分段懸臂作業(yè)。它不需要架設(shè)支架和使用大型吊機。掛籃施工較其他方法，具有結(jié)構(gòu)輕、拼裝簡單方便、無壓重等優(yōu)點。根據(jù)混凝土懸臂施工工藝要求及設(shè)計圖紙對掛籃的要求，綜合比較各種形式掛籃特點、重量、采用鋼材類型、施工工藝等，經(jīng)過研究，窟野河特大橋采用三角輕型掛籃施工。該掛籃的主要特點有：①能承受梁段自重及施工荷載；②剛度大，變形小；③結(jié)構(gòu)輕巧，便于前移；④適應(yīng)范圍大，底模架便于升降，適應(yīng)不同的梁高；⑤結(jié)構(gòu)形式簡單、操作方便、傳力較明確，安裝方便省時省力。見圖1。

圖1 三角輕型掛籃

3 掛籃預壓目的和方法

根據(jù)規(guī)范，掛籃在使用前必須進行預壓試驗。掛籃施工的最大隱患是掛籃傾覆倒塌，因此掛籃預壓是掛籃施工安全管理的重要內(nèi)容。

3.1 目的

（1）利用千斤頂對掛籃主桁架進行加載試驗，可以驗證設(shè)計參數(shù)和承載能力，實踐檢驗了掛籃各構(gòu)件，尤其是主受力結(jié)構(gòu)的制作安裝質(zhì)量，驗證了掛籃的可靠性。

（2）檢驗掛籃是否達到設(shè)計要求。

（3）可近似測得掛籃的彈性變形以及非彈性變形，為各梁段立模標高預抬值提供初步數(shù)據(jù)。

（4）消除了非彈性變形。通過預壓（本橋采用120%等效荷載作用）達到消除掛籃非彈性變形的目的。

3.2 掛籃預壓方法

窟野河特大橋第十一聯(lián)Z48#墩預壓采用先在已澆梁段上預埋鋼板以及精軋螺紋鋼，見圖2，鋼板以及精軋螺紋鋼均用來固定反力架。通過反力架，在掛籃底模上放置千斤頂頂住反力架，用體內(nèi)頂壓的方式進行預壓。見圖3、圖4。

圖2 頂壓方法示意圖

圖3 預埋精軋螺紋鋼以及鋼板示意圖

圖4 反力架頂壓方法

3.3 構(gòu)件介紹3.3.1 反力架

反力架是預壓的主要構(gòu)件，它的剛度以及變形量對于預壓時測得的掛籃變形量有著直接的關(guān)系，所以必須盡量減少反力架的變形，采用穩(wěn)定性高的三角托架。主橫梁由雙支工字鋼焊接而成，支撐桿件以及豎桿由槽鋼對口焊接而成。在主梁以及支撐桿件和豎桿上每隔1 m設(shè)置一道加強板。由于窟野河特大橋0#塊距地面高度在50～70 m之間，所以0#塊在考慮到場地工期以及材料各個方面后采用托架施工，故在0#塊澆筑前每個墩均加工了三角托架。在0#塊澆筑完畢后，三角托架在場地中處于閑置狀態(tài)。此次掛籃預壓使用三角托架充當反力架使三角托架重復利用，見圖5，而且三角托架的剛度和變形量在0#塊澆筑前托架預壓中均已得到驗證并取得各方面數(shù)據(jù)。所以使用此三角托架極大地節(jié)省了資金和時間。

圖5 反力架

3.3.2 反力架相關(guān)計算（按照0#塊重量）

3.3.2.1 穩(wěn)定驗算

最重兩端為2#塊，重量為178.1 t，因此取2#塊重量為預壓掛籃的基本預壓力。每端預壓力為掛籃最大受力的1.2倍。故每邊共加載213.72 t，故總受力=2137 kN

單個三角托架受力P=2 137/2/2=534.25 kN

對支撐點（分配處）取矩，彎矩平衡：

F×5=534.25×（1.5+3）

求得預應(yīng)力鋼筋受力F=480.825 kN<523.5 kN

（每根ΦL32預應(yīng)力鋼筋極限應(yīng)力930 MPa，設(shè)計控制張力為 523.5 kN）。

每根預應(yīng)力鋼筋的受力小于其最大受力，預應(yīng)力鋼筋設(shè)置了兩根，更增加了安全儲備，預應(yīng)力鋼筋必然滿足需要。

3.3.2.2 反力架強度、剛度、穩(wěn)定性驗算

平托梁 I50a工字鋼，δ=1.25 cm，A=119.25 cm3，g=93.61 kg/m，Ix=46472 cm4，Wx=1858.9 cm3，Sx=1084.1 cm3

AC桿強度、剛度驗算:

B點撓度：

圖6 計算簡圖

AD斜桿穩(wěn)定性計算:

斜撐桿受力狀況見圖7，為兩端鉸接軸心受壓桿件。

圖7 斜撐桿受力圖

經(jīng)計算，斜撐桿的軸心壓力N=1039.397 kN

斜撐桿截面性質(zhì)：由2根36a槽鋼通過鋼板連接成組合桿件，中間加兩塊10 mmA3鋼板加強截面

斜撐桿件組合截面性質(zhì)如下：Iy=8534 cm4，A=205 cm3，I0=583 cm

由λy=90查得彎曲系數(shù)=86.299 MPa＜[σ]=210 mpa

由于反力架是由鋼板焊接和精軋螺紋鋼螺母錨固在1#塊端頭，所以在0#1#塊澆筑前就需預埋鋼板和精軋螺紋鋼。需要提前根據(jù)千斤頂和分配梁的高度尺寸，嚴格控制預埋位置。在0#1#塊澆筑完畢，掛籃拼裝完成后開始安裝反力架。反力架安裝時，直接焊接在提前預埋的鋼板上，并且使用精軋螺紋鋼加固。每塊焊接鋼板上均有四根精軋螺紋鋼做為錨固點。

3.3.3 分配梁

分配梁是為了使加載應(yīng)力均勻分布，盡可能接近真實施工荷載，防止由于加載應(yīng)力集中而損壞掛籃底籃，并且作為千斤頂施加荷載的力傳遞構(gòu)件。它由雙支45工字鋼構(gòu)成，見圖8。

圖8 分配梁

3.3.4 千斤頂

千斤頂是荷載加載設(shè)備。為了盡可能模擬真實施工荷載，并且根據(jù)預壓試驗所需要來施加荷載以及千斤頂性能，所以在預壓時，共計使用8個千斤頂同時施加荷載。在大小樁號分別使用4個。在加載過程中，盡可能的做到同時同步加載。

3.3.5 預壓荷載加載

預壓前，要緊固后錨系統(tǒng)受力拉桿，特別是后錨點和前橫梁系統(tǒng)的拉桿，使各拉桿能受力均勻。預壓時，兩個掛籃對稱同時同步進行，設(shè)立指揮員一名，用哨子作為提示信號。本聯(lián)掛籃荷載試驗超載系數(shù)為1.2。

最重兩端為2#塊，重量為178.1 t，因此取2#塊重量為預壓掛籃的基本與壓力。每端預壓力為掛籃最大受力的1.2倍。故每邊共加載213.72 t，分4級加載至最大值，見表1。每加載一級至理論噸位，均持荷25～30 min，并且必須十分仔細地觀察上下前橫梁標高，并嚴密關(guān)注掛籃系統(tǒng)是否有明顯的變化。在加載至設(shè)計噸位后，觀測掛籃各方面數(shù)據(jù)，并且在持荷1 h后再觀測一次。測量各方面數(shù)據(jù)，見圖9。

表1 分級加載表

圖9 前橫梁各點變化圖

從試驗結(jié)果可以看出，加載初期非彈性變形比較大，加載到一定程度，約30%時呈線性增長，為彈性變形，最大彈性變形為11 mm，非彈性變形為12 mm。經(jīng)過變形數(shù)值分析，反算出塊件重力作用下的掛籃變形值。掛籃強度滿足設(shè)計使用要求，在試驗過程中桿件與焊縫沒有變形與開裂現(xiàn)象。在后續(xù)的混凝土澆筑過程中，掛籃各方面性能均滿足使用要求?；炷翝沧⑼戤吅髲秃肆憾螛烁撸弦?guī)范要求，見表2。

3.3.6 與傳統(tǒng)預壓方法比較

傳統(tǒng)的預壓方法主要有堆載預壓（水箱預壓、袋裝砂預壓）、千斤頂鋼絞線預壓等。

袋裝砂預壓也是比較成熟且廣泛采用的一種方法，但是袋裝、稱量、拆除的勞動強度極大，而且周期長，如遇暴雨等天氣，砂吸水可能造成掛籃過荷的安全影響。水箱預壓對密封性和箱壁的剛度要求很高，焊接量大，危險性高，而且周期長，經(jīng)濟效益低。千斤頂鋼絞線預壓周期短，方便快捷。但是得預先在承臺施工時就要設(shè)置預壓所用的反力構(gòu)件。早期承臺施工至梁段施工時間很長，所以先前所預埋的反力構(gòu)件可能會有損壞現(xiàn)象。在窟野河特大橋施工中，如果采用鋼絞線預壓，由于箱梁塊段較長，且為承臺寬度所限。掛籃錨固點與底錨位置不在同一軸線上，故在加載時會產(chǎn)生水平力影響預壓效果，見圖10。錨固在地面，滿足其拉拔力的所用成本較高而且耗時較長。

表2 砼澆筑前后高程對比表

圖10 鋼絞線張拉示意圖

而且窟野河大橋墩比較高，平均高度在60 m以上，如果用鋼絞線預壓，將造成極大的浪費。用傳統(tǒng)的砂袋預壓，加載過程中耗時也比較大。如果用反力架，由于各個T構(gòu)并不是同時澆筑，故反力架還可以在各個T構(gòu)之間重復利用，進一步降低成本。所以，在考慮以上幾種方法的可操作性、周期以及經(jīng)濟效益后，用反力架千斤頂預壓是比較快捷，且周期短、經(jīng)濟效益高的方法，見表3。

表3 預壓方法比較表

4 結(jié)束語

通過本次掛籃預壓試驗結(jié)果表明，采用千斤頂用反力架預壓，適用于橋墩較高，T構(gòu)較多的特大型橋梁的掛籃預壓?？s短了工期、加快了施工進度、減輕了勞動強度，而且較傳統(tǒng)的預壓方法使用了很少的人力、機械，經(jīng)濟效益很好。

掛籃預壓試驗是大跨徑預應(yīng)力混凝土連續(xù)鋼構(gòu)橋懸臂施工工藝中的重要環(huán)節(jié)。預壓試驗結(jié)果直接影響以后的懸澆施工，并且在一定程度上決定了橋梁的合攏精度。所以，選擇合適的預壓方法很重要。通過此次在窟野河特大橋采用的千斤頂反力架體內(nèi)頂壓預壓，充分達到了預壓效果，為下一步施工奠定了堅實的基礎(chǔ)。