高速公路高墩大跨橋梁施工技術(shù)初探

王國(guó)偉

摘要：反支點(diǎn)預(yù)壓法是一種較新穎的高墩大跨橋梁支架施工預(yù)壓方法，也可以廣泛應(yīng)用于各種大噸位的支架預(yù)壓、托架預(yù)壓、掛籃預(yù)壓等。該方法可明顯促進(jìn)施工進(jìn)度、加快材料的周轉(zhuǎn)速度，節(jié)約施工成本，產(chǎn)生明顯的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。本文結(jié)合筆者工作實(shí)例主要針對(duì)高墩橋梁施工技術(shù)中比選預(yù)壓方案和反支點(diǎn)預(yù)壓法預(yù)壓工藝兩大點(diǎn)進(jìn)行了詳細(xì)論述。

關(guān)鍵詞：高速公路建設(shè);高墩大跨橋梁;施工技術(shù)

一、工程概況

主塔下橫梁采用支架法現(xiàn)澆施工（即剛性牛腿與塔身鉸接，上面鋪貝雷梁）。下橫梁C50混凝土共計(jì)634m3，分兩次澆筑，第一次澆注3m高，混凝土3l2.6m3，第二次澆注剩余的部分，混凝士321.4m3。由于下橫梁混凝土自重達(dá)約1500t，跨徑又大，支架必須進(jìn)行預(yù)壓。下橫梁兩端3.5m范圍及中間部分分別模擬混凝土荷載，按下橫梁混凝土總重等載預(yù)壓，以消除整個(gè)支架的非彈性變形，得出彈性變形，確定預(yù)拱度。

二、比選預(yù)壓方案

下橫梁底面離承臺(tái)頂面高度達(dá)104.305m，對(duì)兩個(gè)主塔下橫梁支架進(jìn)行預(yù)壓須準(zhǔn)備1500x2=3000t的預(yù)壓材料。現(xiàn)對(duì)幾種預(yù)壓方案進(jìn)行對(duì)比，選出合理的預(yù)壓方案。

1.傳統(tǒng)的堆載預(yù)壓存在的問(wèn)題

1.1 堆載重量太大。一個(gè)下橫梁支架預(yù)壓重量達(dá)到1500t。采用傳統(tǒng)的堆載預(yù)壓，若用砂袋則需lO00m3砂子，和2萬(wàn)多個(gè)編制袋;若采用注水預(yù)壓，需要1500t水和相應(yīng)數(shù)量的水箱;采用鋼材預(yù)壓，則需提前儲(chǔ)備1500t鋼材;若采用混凝土砌塊，則需要625m3的模筑混凝土，并設(shè)置專(zhuān)門(mén)的吊環(huán)。因此在采用堆載預(yù)壓時(shí)必須提前準(zhǔn)備大量的堆載物，并進(jìn)行相應(yīng)的制作或加工準(zhǔn)備工作。

1.2 堆載費(fèi)工費(fèi)時(shí)。因項(xiàng)目工期較緊，資金壓力大，預(yù)壓方案選擇不合適，將延誤工期并占用或花費(fèi)較多的資金。吊裝工作采用塔吊進(jìn)行，在約lOOm高空處，每吊一次所用時(shí)間平均為15min，預(yù)壓采用砂袋或混凝土砌塊時(shí)，為方便施工一般吊重為lt，則吊裝、持荷和卸載全過(guò)程需要750h以上;預(yù)壓采用鋼筋，一捆鋼筋一般為3t，則吊裝、持荷和卸載全過(guò)程需要250h以上。采用抽水預(yù)壓，從吊裝水箱到抽水，共計(jì)350h以上。因此采用傳統(tǒng)的堆載預(yù)壓，一個(gè)下橫梁一般最少都需要15～30d。另外，裝砂袋，預(yù)制混凝土砌塊，材料費(fèi)也占用不少。而采用儲(chǔ)備鋼材用于堆載預(yù)壓，則積壓資金達(dá)到550萬(wàn)。

1.3 堆載預(yù)壓模擬荷載效果較差。通常采用的堆載預(yù)壓模擬荷載效果較差，對(duì)于荷載分布不均勻的結(jié)構(gòu)，模擬荷載預(yù)壓更為困難。

1.4 堆載預(yù)壓安全性較差。采用注水預(yù)壓，還必須考慮水箱的放置方式，水箱受水的側(cè)壓力也相當(dāng)大，水箱的強(qiáng)度和剛度必須重視，否則容易產(chǎn)生坍塌情況。用砂袋或預(yù)制混凝土砌塊預(yù)壓，必須考慮吊框及吊環(huán)設(shè)計(jì)，堆放時(shí)還必須考慮放坡，必要時(shí)還得采用立模并設(shè)拉桿的方式，安全隱患較多。

2.反支點(diǎn)預(yù)壓

2.1 反支點(diǎn)預(yù)壓的構(gòu)思及要點(diǎn)。（1）施工工序要簡(jiǎn)潔，投入小，安全性高。（2）作用在支架上的上錨固點(diǎn)布置必須與混凝土實(shí)際荷載分布相一致，能真實(shí)模擬荷載。（3）上錨固點(diǎn)產(chǎn)生的局部壓應(yīng)力不能大于支架的局部承載能力。（4）地面的下錨固點(diǎn)要牢靠，有足夠的錨固力。（5）加載過(guò)程要盡可能模擬混凝土的分層澆注狀態(tài)，要確保分級(jí)對(duì)稱(chēng)加載，避免支架受較大的不對(duì)稱(chēng)外力，并確保支架的安全。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，對(duì)以下三種材料的反支點(diǎn)預(yù)壓方案進(jìn)行了比較。

2.2 張拉鋼筋預(yù)壓。采用張拉鋼筋預(yù)壓，即采用主塔用的Ф32mm鋼筋，每9m用直螺紋接頭連接，需要連接11根。采用此方案，鋼筋的安裝及連接環(huán)節(jié)太多，接頭連接必須牢固，接頭出問(wèn)題，預(yù)拉都得中斷。鋼筋在混凝土上的錨固可以解決，但在支架上的錨固位置不固定，另外鋼筋的允許應(yīng)力較底，所需數(shù)量較大。

2.3 張拉精軋螺紋鋼預(yù)壓。采用張拉精軋螺紋鋼預(yù)壓，即采用主梁中使用的Ф32mm精軋螺紋鋼，每9m用連接器連接，需要連接11根。采用此方案，精軋螺紋鋼的安裝、錨固較為方便，但是環(huán)節(jié)相對(duì)還是較多。精軋螺紋允許應(yīng)力較大，若采用高的拉應(yīng)力，則上錨固點(diǎn)壓應(yīng)力大，支架局部承載能力有問(wèn)題，下錨固點(diǎn)抗拔力也相應(yīng)較大。另一方面，提前購(gòu)買(mǎi)精軋螺紋鋼要占用將近100萬(wàn)元的資金，增加了資金壓力。

2.4 鋼絞線(xiàn)反支點(diǎn)預(yù)壓。采用鋼絞線(xiàn)作為張拉材料，即采用下橫梁用的Ф15.24mm鋼絞線(xiàn)，施工時(shí)按下橫梁需要長(zhǎng)度的3倍下料，即108m長(zhǎng)，能夠滿(mǎn)足下橫梁支架預(yù)壓要求，預(yù)壓完后，截成三段用于下橫梁中，不會(huì)浪費(fèi)材料。鋼鉸線(xiàn)預(yù)拉力按15t，并保證分級(jí)加載。鋼絞線(xiàn)下端直接錨于承臺(tái)及塔座中，上端采用現(xiàn)成的夾片和錨具錨在分配梁上，所以錨固點(diǎn)設(shè)置簡(jiǎn)便牢靠。此方法不會(huì)增加成本，也不會(huì)占用資金，操作方便，安全可靠，模擬加載效果較好。故經(jīng)過(guò)多方面比較，最終決定采用鋼絞線(xiàn)反支點(diǎn)預(yù)壓法。

三、反支點(diǎn)預(yù)壓法預(yù)壓工藝

鋼絞線(xiàn)反支點(diǎn)預(yù)壓法預(yù)壓工藝流程：預(yù)壓荷載布點(diǎn)放樣→安裝分配梁→安裝鋼絞線(xiàn)→錨固鋼絞線(xiàn)下端→等強(qiáng)并分級(jí)張拉鋼絞線(xiàn)→持荷→卸載→確定預(yù)拱度。

1.預(yù)壓荷載布點(diǎn)

根據(jù)下橫梁混凝土荷載的特點(diǎn)，按每根鋼絞線(xiàn)受力15t考慮，將混凝土不同部位的勻布荷載轉(zhuǎn)化為多個(gè)集中力作用在支架上，同時(shí)按多個(gè)集中力產(chǎn)生的跨中及支點(diǎn)處的彎矩及剪力與實(shí)際混凝土荷載產(chǎn)生的相應(yīng)位置的彎矩和剪力一樣為原則進(jìn)行布載，經(jīng)過(guò)荷載計(jì)算，綜合下橫梁兩端實(shí)心段及腹板和底頂板的混凝土的荷載分布情況，預(yù)壓荷載上錨固定點(diǎn)布置100個(gè)點(diǎn)位。

2.安裝分配梁

為了更有利地模擬實(shí)際混凝土的荷載分布，使張拉的鋼絞線(xiàn)集中力勻布地作用在貝雷片支架上，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)材料，采用2根40c槽鋼作為分配梁，分配梁在錨固點(diǎn)處設(shè)連接鋼板。用塔吊將分配梁按設(shè)計(jì)位置吊裝到位。分配梁的設(shè)置可以將荷載有效地分配到下部的貝雷片支架上。

3.安裝鋼絞線(xiàn)

按計(jì)算長(zhǎng)度對(duì)鋼絞線(xiàn)下料，兩端用膠帶纏裹。盤(pán)束后，用塔吊吊裝到支架上，單根鋼絞線(xiàn)重量只有113kg，采用人工將鋼絞線(xiàn)順著分配梁上的點(diǎn)位放到承臺(tái)上，留出下端的錨固長(zhǎng)度，上錨固點(diǎn)用主塔環(huán)向預(yù)應(yīng)力錨具和夾片臨時(shí)固定在分配梁上。

4.錨固鋼絞線(xiàn)下端

通過(guò)查閱資料，結(jié)合當(dāng)前國(guó)內(nèi)先進(jìn)的植筋技術(shù)，并利用現(xiàn)有材料，采用沖擊鉆在承臺(tái)塔座及系梁上鉆直徑為50mm，深60cm的孔。為確保鋼絞線(xiàn)錨固力，鋼絞線(xiàn)端頭采用擠壓索頭體。插入帶擠壓索頭體的鋼絞線(xiàn)后，用錨固劑填充密實(shí)孔洞，3d后即可使用。

5.張拉鋼絞線(xiàn)

采用4臺(tái)25t液壓千斤頂（部分采用YDC650型液壓千斤項(xiàng)，錨具前端配置限位板進(jìn)行張拉），在支架頂面從中間向兩側(cè)分三級(jí)對(duì)稱(chēng)張拉。第一級(jí)統(tǒng)一對(duì)稱(chēng)按5t進(jìn)行張拉;張拉完后，第二級(jí)再?gòu)埨?t，使鋼鉸線(xiàn)預(yù)拉力達(dá)到10t;第三級(jí)拉5t使鋼鉸線(xiàn)共計(jì)達(dá)到l5t的預(yù)拉力。選取支架端部、支點(diǎn)、跨中、1 4跨處等共7個(gè)截面設(shè)置觀測(cè)點(diǎn)，每個(gè)截面分別設(shè)置3個(gè)觀測(cè)點(diǎn)，共計(jì)21個(gè)觀測(cè)點(diǎn)。對(duì)觀測(cè)點(diǎn)位的變形量在加載之前觀測(cè)、加載過(guò)程中每級(jí)觀測(cè)。

四、結(jié)束語(yǔ)

與通常的水箱預(yù)壓法、砂袋預(yù)壓法、鋼材預(yù)壓法、混凝土預(yù)制塊法相比，反支點(diǎn)預(yù)壓法在預(yù)壓工藝、安全程度、模擬加載效果、節(jié)約成本方面有很大的優(yōu)越性。通過(guò)不斷地摸索優(yōu)化完善，反支點(diǎn)預(yù)壓法一定會(huì)在高墩大跨橋梁施工中得到廣泛的應(yīng)用。