高墩連續(xù)剛構橋0#塊托架反力架預壓技術研究

王 再 強 ， 戴 聲 茂

(中國水利水電第七工程局有限公司 ， 四川 成都 610213)

1 概 述

省道308線合江至瀘州一級公路赤水河特大橋位于瀘州市合江縣境內，大橋全長618 m，最大橋高73.5 m，主橋為三跨(105 m+200 m+105 m)預應力混凝土連續(xù)剛構橋。主橋下部結構采用鋼筋混凝土雙薄壁柔性墩，順橋向兩墩柱凈距4.6 m，截面尺寸為2.7 m×8.35 m，上下游設80 cm厚的圓形分水尖。主墩承臺高5 m，平面尺寸為11.25 m×20.5 m。主橋墩頂距離承臺頂面的最小距離為64 m。

主橋上部結構為分幅式單箱單室截面與三向預應力混凝土結構，每幅箱梁頂板寬邊為14.35 m，底板寬8.35 m，外翼板懸臂長3 m，箱梁頂板設置成2%的單向橫坡；箱梁高度從墩頂0#梁段的12.5 m以1.8次拋物線漸變至跨中及邊跨現(xiàn)澆段梁的4.1 m。主橋0#塊的高度為12.5 m，縱向長13.6 m，大橋共有4個0#塊，均采用托架作為平臺進行0#塊施工。0#塊托架安裝完成后需要對平臺進行預壓，用以消除施工平臺的非彈性變形并測算出平臺的彈性變形，為0#塊預抬值提供計算依據(jù)。

2 預壓方案的選擇

0#塊托架預壓常采用沙袋加載預壓法、水箱加載預壓法、張拉鋼絞線三種預壓方案。沙袋預壓法能夠較為真實的模擬0#塊施工時的荷載分布，但在橋梁墩柱較高的情況下，易受施工成本高、加載時間長、沙袋堆積高而導致施工風險過大等因素的影響。水箱預壓法對施工荷載的模擬較沙袋預壓法差，但該方法施工成本較沙袋預壓法低。其缺點是：若預壓平臺面積小、施工荷載大時，為滿足預壓荷載的施加會導致水箱高度過高，對水箱的剛度、強度和穩(wěn)定性要求高，存在較大的施工安全風險。

反力架預壓法需先計算施工過程中托架在最不利工況下的荷載大小及各構件的強度、剛度和穩(wěn)定性，然后選擇如何利用分配梁來實現(xiàn)施工荷載的模擬；反力架預壓法需要提前預埋反力承力件，在墩柱沒設承臺的情況下需在墩身預埋反力承力件，反力承力件預埋施工比較復雜。該方法具有操作方便、荷載易控制、加載時間短、施工成本低等優(yōu)勢，但同樣存在一定的施工風險。

該工程充分考慮了預壓平臺高度，綜合考慮了施工安全、施工時間及經(jīng)濟成本，經(jīng)過三種方案比選，最終決定采用反力架預壓法進行0#塊托架點的預壓施工。

3 反力架的原理及結構

3.1 反力架原理

根據(jù)實際混凝土荷載分布劃分預壓區(qū)間并確定各區(qū)間混凝土荷載，通過分配梁布置及鋼絞線點位確定模擬荷載分布，然后計算張拉力和伸長值、控制油表讀數(shù)，從而實現(xiàn)模擬荷載。通過將鋼絞線兩端分別錨固在承臺反力架與上部施工平臺并對鋼鉸線進行張拉，所形成的張拉力反作用于上部支架，進而實現(xiàn)對上部支架的預壓。

3.2 反力架結構

反力架結構設計：首先根據(jù)0#塊混凝土施工方式、方法計算確定最不利工況下托架梁的受力情況，然后確定如何利用分配梁實現(xiàn)施工荷載的模擬，將托架梁的受力情況簡化成分配梁施加荷載，最后根據(jù)分配梁的荷載計算確定反力預壓系統(tǒng)各構件的斷面尺寸、連接方式和張拉千斤頂規(guī)格、型號以及墩柱承臺埋件的埋設參數(shù)。

0#塊混凝土豎向分兩層澆筑，均采用四角布料均衡上升的方式，荷載計算時，不考慮施工過程中混凝土初凝后的承載能力，故托架最不利的工況為第一次混凝土全部澆筑完成時。按此原則計算得到每個張拉點的張拉力為875 kN，其反力架結構見圖1～4。

4 反力架預壓的實施

圖1 預壓裝置安裝示意圖

圖2 詳圖A(上部支架)

圖3 詳圖B(下部反力架)正視圖

圖4 詳圖B(下部反力架)側視圖

工藝流程：施工準備→精扎螺紋鋼預埋→抗拉拔試驗→裝置安裝→預壓加載施工→卸載并拆除裝置。

4.1 施工準備

在預壓實施前需編制預壓施工方案，按相應審批流程進行審批，并對現(xiàn)場施工人員進行安全技術交底，明確各小組的工作和職責；按預壓方案制備材料，材料進場驗收后，在現(xiàn)場制作加工承壓梁與反力架(上層架和底架)。

4.2 精扎螺紋鋼的預埋

在承臺混凝土施工時需進行精扎螺紋鋼埋設，精扎螺紋鋼的埋設位置根據(jù)上部承壓梁荷載施加點的位置確定，必須控制上部荷載施加點與下部張拉點兩者的連線垂直于水平面，即通過千斤頂施加的荷載垂直向下。精扎螺紋鋼安裝時應垂直于水平面。

4.3 抗拉拔試驗

根據(jù)結構設計，每個張拉點的張拉力為875 kN，其張拉力由兩根精扎螺紋鋼承擔，承臺混凝土對精扎螺紋鋼的握裹力不應小于0.6倍張拉力(525 kN)。為確保精軋螺紋鋼與承臺混凝土的握裹力滿足使用要求，需對預埋精扎螺紋鋼進行抗拉拔試驗(圖5)。

圖5 現(xiàn)場拉拔試驗照片

4.4 裝置的安裝

(1)吊裝上部承壓梁。上部承壓梁由兩片工字鋼及鋼板拼裝組成，工字鋼型號由技術人員根據(jù)其所承受荷載的大小確定。工字鋼的雙拼凈間距一般設置為5～8 cm，以方便鋼絞線穿過。承壓梁在后場拼裝焊接完成并經(jīng)驗收合格后用塔吊配合人工的方式安放在指定位置。出于安全考慮，承壓梁可采用點焊方式在平臺面進行臨時固定。

(2)安裝上部錨具。上部錨具的安裝位置由技術人員確定，承壓梁與上部錨具之間設置一塊方形圓孔墊鋼板以增大上部錨具與承壓梁的接觸面積。錨具型號根據(jù)鋼絞線張拉力的大小確定，上部錨具的配套夾片采用工具夾片(圖6)。

圖6 安裝上部錨具照片

(3)安裝下部反力架。反力架主要由底架、上層架、墊鋼板和螺栓組成。底架與上層架的上下面均需要設置墊鋼板與螺栓，通過墊鋼板與螺栓使底架和上層架固定在預埋桿上。反力架的底架與上層架均由工字鋼和鋼板焊接拼裝，工字鋼凈間距為5～8 cm，各處焊縫需經(jīng)驗收合格后方可投入使用(圖7)。

圖7 反力架安裝照片

(4)安裝穿心式千斤頂及油泵機。根據(jù)鋼絞線張拉力的大小確定穿心式千斤頂型號，調整反力架的上層架和底架之間的距離，將千斤頂安裝在上層架與底架之間，并在千斤頂與上層架、底架接觸面各安置一塊方形圓孔鋼板。將油泵機移動至施工安全區(qū)域后，使用油管連接千斤頂與油泵機。

(5)錨固鋼絞線。鋼絞線的安裝方式采用塔吊配合人工由上至下進行安裝。上端固定在上部錨具后用夾片鎖緊，鋼絞線穿過方形墊鋼板的圓孔和承壓梁雙拼工字鋼之間的縫隙，下端分別穿過上層架縫隙、方形墊鋼板的圓孔、穿心式千斤頂、方形墊鋼板圓孔、底架縫隙、方形墊鋼板圓孔后用錨具錨固在底架下表面，并用工具夾片鎖緊。完成上述操作后，預壓反力架即安裝完畢。

4.5 預壓加載施工

預壓前，對千斤頂進行校驗并確定油表讀數(shù)與張拉力大小的計算公式。

預壓前，根據(jù)施工現(xiàn)場的實際情況選取觀測點位，首次測量所選點位的高程作為初始高程。根據(jù)對應的施工方案和實際情況，一般可選取30%、50%、80%及100%的荷載等級進行分級加載。首先鎖定上層架的所有螺栓，使上層架處于錨固固定狀態(tài)，然后千斤頂行程回零，沖緊夾片，解除底架的所有螺栓固定，使底架處于可沿預埋桿上下移動的狀態(tài)，最后再次沖緊夾片。完成上述操作后，開動油泵機按荷載等級逐級加載即開始反力架預壓施工。為確保預壓施工的有效性和安全性，需要在全過程進行持續(xù)觀測，觀測點位為初始高程觀測點位，觀測過程中若發(fā)生異常響動或異常位移情況時應立刻停止預壓施工，待查明原因后方可繼續(xù)預壓操作。預壓施工加載至滿載后需持荷24 h，通過鎖定底架上的螺栓使鋼絞線的張拉力由底架承擔，并通過預埋桿傳遞至承臺。

4.6 卸載并拆除裝置

卸載前，待解除底架下部的2個錨固螺栓后，啟動油泵機使穿心式千斤頂推動底架向下移動少量(2 cm)距離后解除底架上部的錨固螺栓，之后開始緩慢分級卸載。完成分級卸載后，對之前的選取點位再一次進行觀測并記錄整理加載前、加載過程中、卸載后的數(shù)據(jù)并進行分析，確定彈性變化量與非彈性變化量。在反力架上方50 cm位置切割斷鋼絞線后，采用塔吊匹配和人工的方式拆除鋼絞線，剩余裝置的拆除應由上至下進行，均采用塔吊配合人工進行拆除，依次吊運承壓梁、反力架上層架、穿心式千斤頂、反力架底架至后場。

5 結 語

采用反力架預壓法順利測出了托架的非彈性和彈性變形量，驗證了0#塊托架的強度、剛度和穩(wěn)定性，成功解決了赤水河特大橋0#塊托架預壓的難題。該預壓方法工藝簡單、操作靈活、方便，能有效提高工作效率、降低施工成本、縮短施工工期，施工過程安全可靠，遠優(yōu)于堆載預壓法，尤其在高墩托架預壓中更具有優(yōu)越性。