深水高墩托架及掛籃預(yù)壓施工技術(shù)研究

繆為剛

（中鐵十六局集團(tuán)第二工程有限公司，天津市300162）

深水高墩托架及掛籃預(yù)壓施工技術(shù)研究

繆為剛

（中鐵十六局集團(tuán)第二工程有限公司，天津市300162）

為了對(duì)托架及掛籃的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性進(jìn)行評(píng)價(jià)，驗(yàn)證托架及掛籃的安全性，并獲取托架及掛籃在荷載作用下的彈性變形及非彈性變形數(shù)據(jù)，需對(duì)托架及掛籃進(jìn)行預(yù)壓試驗(yàn)。以沱江特大橋托架及掛籃預(yù)壓施工過(guò)程為例，對(duì)深水高墩下預(yù)壓方案進(jìn)行比較分析，介紹預(yù)壓優(yōu)化方案及施工技術(shù)，總結(jié)了一些具有實(shí)際工程意義的結(jié)論，以供類似工程參考。

錨固端安裝；托架預(yù)壓；掛籃預(yù)壓

0 引言

一般預(yù)壓采用砂袋堆載、混凝土預(yù)制塊堆載、鋼筋堆載、水袋堆載等預(yù)壓施工工藝，但是托架及掛籃在深水高墩的情況下，用堆載預(yù)壓的施工工藝，預(yù)壓材料運(yùn)輸、吊裝困難，工作量大，工作時(shí)間長(zhǎng)，且高空中作業(yè)安全風(fēng)險(xiǎn)大。以沱江特大橋托架及掛籃預(yù)壓為例，優(yōu)化預(yù)壓方案，采用反力式張拉預(yù)壓的工藝，達(dá)到對(duì)托架及掛籃的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性驗(yàn)證的目的。

1 工程概況

沱江特大橋工程為“成都經(jīng)濟(jì)區(qū)環(huán)線高速公路簡(jiǎn)陽(yáng)至蒲江段”的控制性工程，位于四川省簡(jiǎn)陽(yáng)市貓貓寺水利樞紐上游1.1km處，橫跨沱江。橋區(qū)河段水域較寬、水流平緩，水流流態(tài)良好，常年水深11 m。橋梁全長(zhǎng)1 239 m，其中主橋跨越沱江航道，主墩采用雙薄壁實(shí)體橋墩，主墩墩高32 m。

主橋上部采用70 m+130 m+70 m預(yù)應(yīng)力混凝土雙箱室連續(xù)箱梁。0#節(jié)段與主墩固結(jié)。采用單箱雙室直腹板斷面，頂面設(shè)2%橫坡。兩端設(shè)橫隔板，中間留有人洞。箱梁頂寬18.25 m；底寬12.25 m；翼緣板寬3 m，腹板高8 m。箱梁0#塊梁段總長(zhǎng)10 m，方量673.03 m3，重1 750 t。

2 托架預(yù)壓

2.1 預(yù)壓荷載計(jì)算

托架為0#節(jié)段的施工承重體系，預(yù)壓時(shí)按0#節(jié)段施工荷載的120%并按混凝土分區(qū)重量進(jìn)行荷載控制。箱梁0#塊梁段總長(zhǎng)10 m，方量673.03 m3，重1 750 t。

根據(jù)實(shí)體混凝土結(jié)構(gòu)荷載分布，通過(guò)式（1）計(jì)算，將各預(yù)壓區(qū)間實(shí)體混凝土結(jié)構(gòu)荷載轉(zhuǎn)化為線荷載[1]。

式中：qi為預(yù)壓區(qū)間線荷載；Y混凝土為鋼筋混凝土容重；S為各預(yù)壓區(qū)間上方箱梁結(jié)構(gòu)橫截面面積。

計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1。

2.2 預(yù)壓方案

托架預(yù)壓施工工藝流程見(jiàn)圖1。

（1）預(yù)壓點(diǎn)位確定：根據(jù)實(shí)體荷載布置，將箱梁結(jié)構(gòu)（頂板及底板、腹板、翼緣板）的均布荷載轉(zhuǎn)化為多個(gè)集中荷載作用于支架上，按多個(gè)集中力對(duì)支架產(chǎn)生的彎矩及剪力與實(shí)際荷載對(duì)支架相應(yīng)位置產(chǎn)生的彎矩和剪力相同的原則進(jìn)行布載。支架反力式預(yù)壓范圍為墩邊1.5 m下部三角托架。托架預(yù)壓荷載按該部分箱梁自重（165 t）計(jì)算，其中墩頂及中間部分混凝土不計(jì)入本次反力式預(yù)壓?？紤]將預(yù)壓荷載轉(zhuǎn)化為8個(gè)集中荷載布設(shè)于支架上，以墩身為中心，在大小里程兩側(cè)0#塊支架縱向主梁上各布設(shè)4個(gè)預(yù)壓點(diǎn)位，見(jiàn)圖2。

（2）荷載轉(zhuǎn)換計(jì)算：根據(jù)頂板及底板、腹板、翼緣板的結(jié)構(gòu)投影劃分預(yù)壓區(qū)間，以墩身為中心，大小里程兩側(cè)各劃分為4個(gè)預(yù)壓區(qū)間。大小里程兩側(cè)墩身外1.5 m段荷載為165 t，每個(gè)預(yù)壓區(qū)間荷載為41.25 t。

（3）預(yù)壓點(diǎn)位張拉力計(jì)算：

本方案采用4臺(tái)450 t千斤頂，每次對(duì)對(duì)稱4個(gè)加載點(diǎn)加載，第一次對(duì)1#、3#、1‘#、3’#進(jìn)行加載，保證同步作業(yè)；第二次對(duì)2#、4#、2‘#、4’#進(jìn)行加載。分4級(jí)進(jìn)行，即50%、80%、100%、120%。每次加載持荷1 h，滿載后持荷6 h[2]。

表1 0#塊重量表

圖1 托架預(yù)壓施工工藝

圖2 預(yù)壓點(diǎn)位分布示意圖（單位：mm）

（4）鋼絞線選定及錨固端安裝見(jiàn)圖3。

a.每個(gè)預(yù)壓點(diǎn)布設(shè)一束鋼絞線。以鋼絞線理論張拉力的70%作為實(shí)際受力控制的上限，根據(jù)計(jì)算確定每束鋼絞線需6根。

b.鋼絞線下料長(zhǎng)度為支架總高度、鋼絞線錨固端長(zhǎng)度、張拉端長(zhǎng)度之和。張拉端長(zhǎng)度根據(jù)千斤頂確定。

圖3 鋼絞線及錨固端安裝

c.根據(jù)反支點(diǎn)預(yù)壓點(diǎn)位，對(duì)鋼絞線下端錨固系統(tǒng)進(jìn)行安裝及編號(hào)，鋼絞線下錨固點(diǎn)在承臺(tái)預(yù)埋32 mm的精軋螺紋鋼上。

鋼絞線下端錨固系統(tǒng)荷載計(jì)算：

32 mm精軋螺紋鋼錨固力F=2 400 N；

預(yù)壓區(qū)間荷載N=9.8 N/mm2×41.25 t×120%= 485.1 k N；

承臺(tái)共錨固8根32mm精軋螺紋鋼，單側(cè)共4個(gè)錨固點(diǎn)與預(yù)壓點(diǎn)位對(duì)應(yīng)，F(xiàn)=2 400 k N＞4×485.1 k N= 1 940.4 k N；

d.鋼絞線上錨固點(diǎn)采用雙拼40工字鋼作為橫分配梁。

（5）分級(jí)張拉、持荷、卸載：

a.分四級(jí)張拉，按每個(gè)點(diǎn)張拉力的50%，80%，100%，120%進(jìn)行加載。

b.每級(jí)荷載持荷1 h，張拉到設(shè)計(jì)值后持荷6 h，根據(jù)設(shè)置的高程觀測(cè)點(diǎn)，專人在現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)支架變形情況。

c.持荷6 h支架達(dá)到穩(wěn)定不再出現(xiàn)形變后，分級(jí)卸載，進(jìn)行變形觀測(cè)。

d.張拉順序?yàn)?臺(tái)千斤頂同時(shí)對(duì)單側(cè)4個(gè)預(yù)壓區(qū)間同時(shí)加載，第一次對(duì)1#、3#、1‘#、3’#進(jìn)行加載，保證同步作業(yè)；第二次對(duì)2#、4#、2‘#、4’#進(jìn)行加載。

（6）支架變形監(jiān)控測(cè)量及數(shù)據(jù)分析：

托架加載前，設(shè)置測(cè)量控制點(diǎn)，并監(jiān)測(cè)記錄各監(jiān)測(cè)點(diǎn)初始值標(biāo)高（H1）。

然后進(jìn)行加載，每級(jí)加載、卸載均要對(duì)沉降點(diǎn)進(jìn)行觀測(cè)，每次觀測(cè)均對(duì)應(yīng)各點(diǎn)作好記錄。根據(jù)各級(jí)加載、卸載測(cè)得的變形數(shù)值，匯出沉降曲線，并分析支架變形數(shù)據(jù)。

加載完成并待沉降穩(wěn)定后測(cè)出個(gè)控制點(diǎn)的標(biāo)高（H2）。

卸載后測(cè)出相應(yīng)控制點(diǎn)的標(biāo)高（H3）。

由以上觀測(cè)結(jié)果可計(jì)算出托架的變形值：

非彈性變形δ0=H1-H3=2 mm＜4 mm

彈性變形δ1=H3-H2=4 mm＜12 mm

本此預(yù)壓的總變形量均滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求，托架強(qiáng)度、剛度穩(wěn)定性得到驗(yàn)證。

3 掛籃預(yù)壓

3.1 掛籃荷載計(jì)算

1＃塊節(jié)段長(zhǎng)3 m，混凝土方量為94.41 m3，重246 t，澆注混凝土期間的施工荷載擬按4 t計(jì)，共計(jì)250 t；一個(gè)掛籃采用4個(gè)油頂張拉底模均布受力，即每個(gè)單頂受力62.5 t。

承臺(tái)錨固點(diǎn)與掛籃錨固點(diǎn)夾角為2°，橋墩高32 m，水平分力N=62.5×9.8×sin2°=18.375 k N，可以忽略不計(jì)。

3.2 預(yù)壓方案

掛籃預(yù)壓施工工藝流程同上。

掛籃預(yù)壓（見(jiàn)圖4）的預(yù)壓點(diǎn)位布置，荷載大小，錨固方式與托架預(yù)壓基本一致，本次掛籃預(yù)壓的彈性變形為5 mm，非彈性變形3 mm，遠(yuǎn)小于掛籃最大變形20 mm，滿足掛籃設(shè)計(jì)要求[3]。

圖4 掛籃預(yù)壓

4 結(jié)論

深水高墩托架及掛籃預(yù)壓存在堆載材料運(yùn)輸?shù)跹b困難，工期較長(zhǎng)，安全風(fēng)險(xiǎn)高，通過(guò)模擬荷載分布，在承臺(tái)預(yù)埋精軋螺紋鋼作為對(duì)應(yīng)的錨固端，采用鋼絞線進(jìn)行張拉預(yù)壓，達(dá)到檢驗(yàn)托架及掛籃強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性的目的，此種方法操作簡(jiǎn)便，工期短，成本低，對(duì)以后類似施工有借鑒意義。

[1]鐵建設(shè)﹝2010﹞241號(hào),高速鐵路橋涵工程施工技術(shù)指南[S].

[2]毛鵬.公路施工手冊(cè)[M].北京:人民交通出版社,2000.

[3]JTG/T F50-2011,公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范[S].

U445.4

B

1009-7716（2017）06-0189-03

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2017.06.056

2017-03-28

繆為剛（1978-），男，江蘇鹽城人，高級(jí)工程師，從事工程管理工作。