沈海復(fù)線高速公路福建莆田段湖洋1#大橋掛籃反力三角架預(yù)壓技術(shù)

劉柏生

(福建省交通建設(shè)工程監(jiān)理咨詢公司)

1 工程概況及試驗?zāi)康?/h2>

湖洋1#大橋位于沈海復(fù)線高速公路福建省莆田市仙游縣社硎鄉(xiāng)九仙溪處，大橋橫跨雙溪口水庫。主橋左幅起止樁號ZK89+891～ZK90+119，墩身為矩形薄壁空心箱墩，最大墩高66.732 m;主橋6#～9#墩上部結(jié)構(gòu)為59 m+110 m+59 m PC連續(xù)—剛構(gòu)箱梁體系，箱梁段一端14個節(jié)段，節(jié)段長度分別為3 m(1#～6#節(jié)段)、3.5 m(7#～10#節(jié)段)、4 m(11#～14#節(jié)段)，節(jié)段箱梁頂寬度16 m，梁底寬度8 m，梁高2.8～6.5 m。梁段最大重量為1#梁段，混凝土方量為68.288 m2重1 775.5 kN。主橋上部采用掛籃懸臂澆筑施工，工程為在建的高速公路沈海復(fù)線莆田段的控制性工程。

掛籃預(yù)壓試驗的目的(1)通過超載預(yù)壓(120%超載)檢驗整套掛籃各系統(tǒng)的強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性能是否滿足施工要求;(2)通過觀測掛籃在等載預(yù)壓下，發(fā)生的彈性變形量和非彈性度形量，來對懸澆箱梁施工預(yù)拱度進(jìn)行修正。

2 掛籃構(gòu)造

掛籃選用自錨平衡式菱形掛籃，該形式具有節(jié)點(diǎn)少，變形小，質(zhì)量輕，結(jié)構(gòu)完善，施工方便和適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。菱形掛籃主要由主桁架系統(tǒng)、行走及錨固系統(tǒng)、起吊系統(tǒng)、底籃系統(tǒng)、模板系數(shù)五大部分組成。

掛籃設(shè)計主要技術(shù)參數(shù):

(1)鋼筋混凝土比重取26 kN/m3;

(2)動力系數(shù)取1.2;

(3)施工人員及機(jī)具荷載取2.5 kN/m2;

(4)混凝土超載系數(shù)取1.05;

(5)掛籃自重:520 kN;

(6)掛籃工作錨固安全系數(shù)大于2.0;

(7)掛籃空載走行傾覆安全系數(shù)大于2.0;

(8)掛籃空載方式走行:無平衡重由千斤頂頂堆前移。

3 掛籃預(yù)壓

采用在0#塊箱梁混凝土腹板兩端頭位置預(yù)埋鋼結(jié)構(gòu)反力三角架進(jìn)行預(yù)壓。反力三角架一個邊錨固在0#塊箱梁腹板上，另一邊懸挑在掛籃底板的上方。在反力三角架的懸挑邊與掛籃底板之間，按施工荷載的分布情況設(shè)置活塞式千斤頂，通過千斤頂頂推三角架加載反壓掛籃底板來達(dá)到模擬施工荷載的作用。

4 反力三角架構(gòu)造

三角反力架由水平橫梁、上斜撐桿及斜腹桿組成。反力架結(jié)構(gòu)是由2I36b工字鋼拼焊成。水平橫梁一端預(yù)埋在0#塊腹板端頭下部，外露懸挑部分充擔(dān)三角架的反力點(diǎn);上斜撐桿一端與0#塊腹板上部的預(yù)埋鋼板斜向焊接，另一端與水平橫梁外端部斜向焊接;斜腹桿將水平橫梁及上斜撐桿斜向焊接。

考慮前梁主要荷載集中在腹板位置，所以在掛籃底模的兩側(cè)箱梁腹板位置采用I20工字鋼按50 cm間距進(jìn)行加密橫向排布，在橫布的I20工字鋼上兩側(cè)腹板縱向位置分別放置并焊的2組2I36工字鋼，在左右兩側(cè)2組2I36工字鋼與各布置2臺600 kN千斤頂，采用墊方木及鋼板調(diào)整千斤頂?shù)母叨?，千斤頂上端與反力三角架水平橫梁的反力點(diǎn)工作面保持水平密貼。同時要確保千斤頂?shù)挠行谐棠軡M足掛籃在超載預(yù)壓下的最大變形量要求，見圖1。

圖1 反力三角架構(gòu)造

5 反力架結(jié)構(gòu)計算

由于千斤頂下2組2I36工字鋼及橫向50 cm間距加密排布的I20工字鋼剛度考慮到足夠大，均可當(dāng)作剛性體，即通過2臺千斤頂平均施加壓力，反應(yīng)在掛籃上相當(dāng)于均布荷載。在掛籃結(jié)構(gòu)計算中得出，掛籃底籃前、后橫梁所承受的荷載分別占總荷載的39%和61%，經(jīng)推算，當(dāng)2臺千斤頂間距180 cm及第1臺千斤頂離0#塊端部混凝土40 cm時可充分模擬出掛籃底籃前、后橫梁受力比為39%∶61%的受力狀態(tài)，即通過反力架預(yù)壓可達(dá)到模擬掛籃在實際懸澆過程中的受力狀態(tài)。

三角反力架按試驗最大噸位超載120%即2 130 kN進(jìn)行設(shè)計計算。預(yù)壓試驗單端采用了4臺600 kN千斤頂預(yù)壓，即左右側(cè)腹板每邊各2臺。單臺千斤頂控制反力為532.5 kN。

經(jīng)計算，反力三角架滿足受力要求。

6 反力加載預(yù)壓試驗

6.1 加載預(yù)壓準(zhǔn)備工作

在左8#墩澆筑0#塊混凝土，同時預(yù)埋反力三角架預(yù)埋件，待混凝土強(qiáng)度達(dá)到100%張拉壓漿完成后，采用塔吊配合在0#塊兩端按照施工方案要求，同步對稱安裝掛籃及反力三角架，0#塊兩端同步加載。

6.2 加載預(yù)壓試驗的觀測

(1)觀測點(diǎn)位位置及觀測項目及儀器

監(jiān)測掛籃上橫梁及下橫梁頂面高程的沉降值。在橫梁兩端及梁中采用紅油漆標(biāo)上沉降觀測控制點(diǎn)的標(biāo)記，每道橫梁共設(shè)3個標(biāo)記，共8個橫梁24個標(biāo)記。沉降觀測儀器采用蘇光DSZ2型自動安平水準(zhǔn)儀一臺，5 m塔尺一副。

(2)試驗觀測頻率

當(dāng)預(yù)壓準(zhǔn)備工作完成后，對左右端對稱的兩副掛籃同時進(jìn)行預(yù)壓。觀測次數(shù)為加載前、加載20%、加載50%、加載80%、加載100%，每級加載時持荷2 h，最后加載120%并持荷24 h，最后卸載50%及卸載100%，共8次。

6.3 加載、卸載的方法

進(jìn)行加載時，按照梁端一臺油泵控制2臺千斤頂進(jìn)行加載預(yù)壓，兩端同步進(jìn)行、分級逐步進(jìn)行加載，按照總荷載梁端2 130 kN的20%、50%、80%、100%、120%進(jìn)行。當(dāng)每次達(dá)到等級設(shè)計要求時，停止加載至穩(wěn)定后，觀測底模下橫梁及上橫梁各觀測點(diǎn)沉降值后，進(jìn)行下級加載觀測至最后一組荷載。

在加載過程中要準(zhǔn)確控制荷載總重量，嚴(yán)格按設(shè)計總重量加載，每級加載應(yīng)對稱均勻加載，同時兩端務(wù)必要同步，防止和避免出現(xiàn)偏壓和不平衡加載。在每級荷載加壓前及加載過程，都要注意觀察掛籃各系統(tǒng)工作狀況及反力三角架各部位情況是否正常，若發(fā)現(xiàn)異常情況，應(yīng)立即暫停預(yù)壓，查明原因并采取可靠應(yīng)對措施后，方可持續(xù)預(yù)壓。

加載預(yù)壓試驗持續(xù)時間掌握在2 h時間，通過觀測的沉降值及現(xiàn)場觀察掛籃各系統(tǒng)的工作狀況達(dá)到正常后，即可卸載。卸載同樣必須做到對稱均勻，同步逐級，并觀測掛籃各系統(tǒng)變化情況。

7 試驗觀測結(jié)果

掛籃的非彈性變形量(沉降量，100%荷載)平均為6 mm。掛籃的彈性變性量(100%荷載)(1)前上橫梁平均為14 mm，后上橫梁平均為1 mm;

(2)前下橫梁平均為20 mm，后下橫梁平均為5 mm。

8 試驗結(jié)論

(1)在試驗整個觀測過程中，掛籃的變形、沉降無異常情況，整體受力均勻，符合掛籃設(shè)計及規(guī)范要求。

(2)掛籃的非彈性變形量平均為6 mm。

(3)掛籃承受全部荷載時的最大彈性變形量實測值為20 mm。

(4)施工預(yù)拱度設(shè)置為31 mm。

9 掛籃預(yù)壓試驗的幾種方案比較

(1)堆載預(yù)壓:堆壓材料利用鋼材、砂包、預(yù)制塊水箱等，加載卸載時間長，特別是高墩情況，費(fèi)用較大，受空間位置制約，但模擬實際荷載效果好。

(2)承臺錨固，反拉預(yù)壓:

在承臺上錨固，使用鋼絞線、千斤頂反拉掛籃下橫梁的方案。加載卸載時間較短，模擬實際荷載效果一般。由于受千斤頂行程限制，對高墩情況不便操作。同時還存在豎向鋼絞線反拉、承臺垂直方向錨固位置禁邊不足問題。

(3)反力三角架方案

加載時間短，結(jié)構(gòu)簡單，費(fèi)用較省，不受高墩影響，工作面集中，便于統(tǒng)一指揮和控制，模擬實際荷載效果較好。但需把握千斤頂加載的速率，盡可能放慢速率，以便盡可能消除材料非彈性變形，內(nèi)部應(yīng)力再平衡分配。

10 結(jié)束語

湖洋1#大橋反力三角架預(yù)壓方案適用于高墩懸澆掛藍(lán)，現(xiàn)場操作方便、預(yù)壓時間短、效果較好。采用在反力三角架預(yù)埋腹板全斷面范圍內(nèi)設(shè)置鋼筋網(wǎng)片，防止腹板混凝土在加載過程中開裂，使鋼結(jié)構(gòu)與混凝土結(jié)構(gòu)受力狀況很好地過渡結(jié)合。