鋼絞線在高墩懸澆剛構(gòu)0#塊托架預(yù)壓中的應(yīng)用

李麗

摘要：高墩連續(xù)剛構(gòu)0#塊采用堆載預(yù)壓預(yù)壓施工時間長，功效低，尤其大跨度剛構(gòu)施工更為明顯。凱羊高速公路擺撈河大橋懸澆剛構(gòu)0#塊施工托架體系采用液壓千斤頂張拉鋼絞線來模擬荷載，將面荷載模擬成等效的多點(diǎn)集中荷載來實(shí)現(xiàn)預(yù)壓。通過采用液壓千斤頂張拉鋼絞線預(yù)壓能夠很好的解決高墩連續(xù)剛構(gòu)0#塊預(yù)壓難題，為同類工程施工提供借鑒。

Abstract： High-pier continuous rigid frame 0# block adopts preloading and preloading construction time is long， and the efficiency is low， especially the construction of large-span rigid frame is more obvious. The construction bracket system of the pendant rigid frame 0# block of the Bailao River Bridge of Kaiyang Expressway adopts hydraulic jack tensioning steel strand to simulate the load， and the surface load is simulated as an equivalent multi-point concentrated load to achieve preload. By adopting hydraulic jack tensioning steel strand pre-compression， it can solve the pre-compression problem of high-pier continuous rigid frame 0# block， and provide reference for similar engineering construction.

關(guān)鍵詞：懸澆剛構(gòu);鋼絞線;張拉;托架預(yù)壓

Key words： cantilevered rigid frame;steel strand;tension;bracket preload

中圖分類號：U445? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2020）14-0165-03

1? 工程概況

擺撈河大橋?yàn)榭缭綌[撈河而設(shè)，主橋?yàn)?5m+120m+65m一聯(lián)三跨預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋，全長250m，采用上下行分離的兩幅橋，寬21.5m。12#、13#墩為主墩，由兩片薄壁墩組成，薄壁墩為矩形空心截面，橫橋向7.0m，順橋向2.5m，兩片墩間凈距為5.0m，墩高分別為72m和77m。墩身上端與箱梁固結(jié)，下端與承臺固結(jié)。根據(jù)橋梁結(jié)構(gòu)形式，采用托架現(xiàn)澆0#塊和掛籃施工普通塊段的施工方案。主橋上部箱梁為變截面單箱單室斷面，箱梁頂板寬10.5m，底板寬6.0m翼緣懸臂長2.25m;箱梁高度（梁高以裸箱梁低側(cè)腹板處箱梁頂面到箱梁底面的距離計(jì)）在主墩與箱梁相接的根部斷面梁高為7.2m，現(xiàn)澆段和合攏段梁高均為3.0m，其余梁底下緣按2.0次拋物線變化，0號梁段總長13m，在于墩身對應(yīng)的10m范圍內(nèi)等梁高（為7.2m），兩邊各1.5m范圍內(nèi)位于拋物線上。

2? 托架預(yù)壓方案選擇

由于墩身較高懸臂澆剛構(gòu)0#塊施工采用三角托架做為支撐結(jié)構(gòu)。托架安裝完畢后為確保該托架使用安全，必須進(jìn)行預(yù)壓，以檢驗(yàn)托架的穩(wěn)定性、安全性及變形等，消除自身非彈性變形，測定彈性變形關(guān)系曲線，從而確定立模標(biāo)高，為預(yù)拱度的預(yù)留提供依據(jù)?，F(xiàn)澆支架預(yù)壓一般采用堆載預(yù)壓，采用混凝土預(yù)制塊堆載預(yù)壓。本橋橋墩高達(dá)77m，0#塊荷載比較大，預(yù)壓混凝土塊采用塔吊吊裝速度慢，嚴(yán)重影響工期。經(jīng)過充分考慮采用液壓千斤頂張拉鋼絞線來模擬荷載，將面荷載模擬成等效的多點(diǎn)集中荷載進(jìn)行預(yù)壓。由于千斤頂為后期箱梁張拉用千斤頂，不需要購買，不光大大節(jié)約工期費(fèi)用也大大節(jié)約。因此選用液壓千斤頂張拉鋼絞線預(yù)壓0#塊方案。

3? 預(yù)壓重量的確定

根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙，擺撈河大橋0#塊長為13m，墩頂中心段長度5m，單側(cè)懸澆段有1.5m，按1.2的系數(shù)進(jìn)行預(yù)壓加載試驗(yàn)。

0#塊總體積359.3m3，總重G1=359.3*2.6*9.8=9154kN

3.1 墩柱中間部分

混凝土載荷：G2=359.3/13*5*2.6*9.8=3521.14kN

模板載荷：G3=498/13*7.5=287kN

施工人員機(jī)具載荷G4=10.5*5*2.5=131.25kN

總載荷：G=G2+G3+G4=3939.39kN

預(yù)壓載荷為1.2倍總載荷，G0=1.2G=4727.268kN

3.2 懸臂部分

混凝土載荷：G2=359.3/13*1.5*2.6*9.8=1056.34kN

模板載荷：G3=498/13*5.5=211kN

施工人員機(jī)具載荷G4=10.5*1.5*2.5=39.375kN

總載荷：G=G2+G3+G4=1306.7kN

預(yù)壓載荷為1.2倍總載荷，G0=1.2G=1568.1kN

4? 采用液壓千斤頂張拉鋼絞線的預(yù)壓方法

4.1 預(yù)壓前的準(zhǔn)備工作

①在承臺上預(yù)埋鋼絞線，鋼絞線采用軋花錨固，承臺澆筑時伸出承臺頂面1m，預(yù)埋深度為2m，預(yù)壓時用連接器連接。由于墩身施工時間長，注意鋼絞線防護(hù)。

②在0#塊懸挑1.5m部分端頭和根部橫橋向各布設(shè)3個觀測點(diǎn)，墩身中間部分支架兩端和中間各布設(shè)3個觀測點(diǎn)，測出各點(diǎn)的相對標(biāo)高記錄。

③因塊段實(shí)際荷載分布不均勻，而現(xiàn)場是采用千斤頂張拉模擬集中荷載，為防止集中力過大造成懸臂側(cè)托架過大的撓度，所以在張拉位置橫橋向放置通長的掛籃底籃橫梁作為橫梁，橫梁上布置30mm鋼板，鋼板上再布置張拉千斤頂，形成張拉端。然后進(jìn)行分級加載預(yù)壓。每端使用2臺26t千斤頂，共計(jì)4臺。

④鋼絞線受力計(jì)算：

單根鋼絞線可以承受拉力：1860*140*0.75=195.3kN

懸臂側(cè)需要鋼絞線：1568.1/195.3=9根

墩柱中間需要鋼絞線：4727.268/195.3=25根。

考慮每排預(yù)埋三根，懸臂側(cè)預(yù)埋鋼絞線根數(shù)9根，預(yù)埋3排;墩柱中間預(yù)埋27根，預(yù)埋9排。根據(jù)以上計(jì)算可知，當(dāng)采用單束9根鋼絞線時，懸臂側(cè)張拉力：1568.1/9=174.2kN;墩柱中間張拉力4727.268/27=175.084kN。

4.2 預(yù)壓體系布置圖

4.3 預(yù)壓加載程序

預(yù)壓采用分級對稱加載，加載分級為0→25%→50%→75%→100%，每個階段加載完成和卸載后均對測點(diǎn)進(jìn)行沉降觀測。采用4臺千斤頂對稱同步施加預(yù)應(yīng)力，大小里程兩端各布置2臺。施加預(yù)應(yīng)力時兩端托架同步逐級進(jìn)行加載。分級加載梯度及具體加載程序如下：

①預(yù)壓加載之前，對所有測點(diǎn)進(jìn)行測量并做好記錄，作為托架變形初始值。

②施加預(yù)壓力至25%荷載，即懸臂側(cè)張拉點(diǎn)張拉至4.36T，墩柱中間側(cè)張拉點(diǎn)張拉至4.38T，該級張拉完成后持荷30分鐘，測量各相應(yīng)測點(diǎn)的變形值，并作好記錄，同時對數(shù)據(jù)作出分析比較，掌握托架變形、變位情況。

③施加預(yù)壓力至50%荷載，即懸臂側(cè)張拉點(diǎn)張拉至8.72T，墩柱中間側(cè)張拉點(diǎn)張拉至8.76T，該級張拉完成后持荷30分鐘，測量各相應(yīng)測點(diǎn)的變形值，并作好記錄，同時對數(shù)據(jù)作出分析比較，掌握托架變形、變位情況。

④施加預(yù)壓力至75%荷載，即懸臂側(cè)張拉點(diǎn)張拉至13.08T，墩柱中間側(cè)張拉點(diǎn)張拉至13.14T，張拉力值達(dá)到后持荷30分鐘，測量各相應(yīng)測點(diǎn)的變形值，并作好記錄，同時對數(shù)據(jù)作出分析比較，掌握托架變形、變位情況。

⑤施加預(yù)壓力至100%荷載，即懸臂側(cè)張拉點(diǎn)張拉至17.42T，墩柱中間側(cè)張拉點(diǎn)張拉至17.51T，張拉力值達(dá)到后持荷48小時，48小時后卸載前測量各相應(yīng)測點(diǎn)的變形值，并作好記錄，同時對數(shù)據(jù)作出分析比較，掌握托架變形、變位情況。

⑥卸載時同樣逐級進(jìn)行卸載，卸載時也應(yīng)對稱同步進(jìn)行。卸載完成后對所有觀測點(diǎn)進(jìn)行測量并做好相關(guān)記錄。

4.4 沉降觀測

4.4.1 沉降觀測點(diǎn)的布置

在托架雙拼I40a工字鋼上，懸臂側(cè)布置6個觀測點(diǎn)，分別位于懸臂端部和根部的中心、左右側(cè)邊緣，共計(jì)6個點(diǎn);墩柱中心部分布置9個點(diǎn)，分別位于墩柱之間端部和中間的中心、左右側(cè)邊緣。大小里程兩側(cè)共21個觀測點(diǎn)?？疾飕F(xiàn)場實(shí)際情況后綜合考慮，在墩頂搭設(shè)觀測操作平臺，以滿足各觀測點(diǎn)均能通視的需要。觀測點(diǎn)須做好測量標(biāo)記。

4.4.2 觀測要求

加載前應(yīng)先測量工字鋼橫梁上觀測點(diǎn)數(shù)據(jù)，并做好記錄，作為預(yù)壓沉降觀測的初始數(shù)據(jù)值。加、卸載過程中測量人員應(yīng)跟蹤測量，每級預(yù)壓完成后觀測一次，做好沉降測量記錄。

預(yù)壓總重全部加載以后持荷48小時，觀測應(yīng)不少于三次，記錄好觀測數(shù)據(jù)。以連續(xù)48小時內(nèi)沉降量不超過2mm為準(zhǔn)，即預(yù)壓試驗(yàn)合格。整理原始觀測數(shù)據(jù)，根據(jù)觀測結(jié)果，做出科學(xué)的分析比較，掌握支架變形、變位情況，并繪制各測點(diǎn)的沉降走勢圖。

根據(jù)觀測記錄，進(jìn)行綜合分析，對托架結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全度綜合評估，并確定托架的拋高值。

5? 傳統(tǒng)堆載的預(yù)壓方法

傳統(tǒng)的懸臂現(xiàn)澆連續(xù)梁0#塊托架的預(yù)壓經(jīng)常使用堆載的方式進(jìn)行預(yù)壓，壓重材料一般為砂袋或者混凝土預(yù)壓塊，若采用混凝土預(yù)制塊，每塊尺寸0.7m*0.7m*0.7m（或其他尺寸），即單塊預(yù)制混凝土塊重0.858T。本橋則需堆載（1568.1*2+4727.268）/10/0.858=2935塊，數(shù)量比較大。

6? 傳統(tǒng)堆載的預(yù)壓方法與液壓千斤頂張拉鋼絞線的預(yù)壓方法比較

6.1 使用機(jī)械比較

傳統(tǒng)堆載方法需提前預(yù)制好混凝土預(yù)制塊，然后用塔吊將預(yù)制塊吊至托架之上，經(jīng)實(shí)踐知，吊裝2935塊預(yù)壓塊需要12天時間，卸載同樣需要12天，共計(jì)需要使用塔吊24天時間，嚴(yán)重影響工期。

采用液壓千斤頂張拉鋼絞線的預(yù)壓方式，僅需要使用塔吊進(jìn)行千斤頂?shù)难b、卸，各2小時，合計(jì)4小時即可。

6.2 工作時間比較

傳統(tǒng)堆載方法加載時間12天，靜載持荷時間2天，卸載時間12天，合計(jì)預(yù)壓時間26天。

采用液壓千斤頂張拉鋼絞線的預(yù)壓方法，安裝千斤頂2小時，張拉過程12小時（考慮觀測時間），靜載持荷2天，卸載2小時，合計(jì)64小時，即2.67天。

若不考慮靜載持荷兩種方法同樣需要的48小時，僅計(jì)算工作時間時間僅為傳統(tǒng)方法的三十六分之一。

6.3 費(fèi)用比較

傳統(tǒng)堆載方法需預(yù)制混凝土預(yù)制塊，每立方米混凝土400元/立方米，0.7*0.7*0.7*2935*400=402682元。預(yù)制塊制作所用模板為竹膠板，假設(shè)每次制作150個，竹膠板費(fèi)用為0.7*4*150*50=21000元，每天澆筑一模，2935個預(yù)制塊需要澆筑20天完成，人工費(fèi)用按4人計(jì)算，4*20*200=16000元，塔吊租賃費(fèi)用4萬/月，使用24天，40000/30*24=32000元。費(fèi)用總計(jì)：402682+21000+16000+32000=471682元。

采用液壓千斤頂張拉鋼絞線的預(yù)壓方法，因液壓千斤頂及張拉設(shè)備為后續(xù)連續(xù)剛構(gòu)橫向預(yù)應(yīng)力張拉張拉設(shè)備，無需單獨(dú)購買，無額外機(jī)械設(shè)備費(fèi)用。墩身最高高度77m，單根鋼絞線按85m計(jì)算，鋼絞線單價5000元/噸，鋼絞線費(fèi)用：85*45*4*1.101*5000/1000=84226.5元，塔吊費(fèi)用：40000/30/24*4=222.2元。費(fèi)用總計(jì)：84226.5+222.2=84449.2元。即采用液壓千斤頂張拉鋼絞線的預(yù)壓方法所需費(fèi)用僅為傳統(tǒng)預(yù)制塊堆載預(yù)壓方法的18%。

7? 結(jié)束語

當(dāng)墩身高度較高或水中施工搭設(shè)支架較不方便時，懸臂澆筑混凝土0號塊采用托架法施工，其施工方便性及經(jīng)濟(jì)效益將更加明顯。結(jié)合托架特點(diǎn)，采用了液壓千斤頂張拉鋼絞線進(jìn)行墩頂托架預(yù)壓施工方案，成功完成了高墩連續(xù)剛構(gòu)0號塊托架的預(yù)壓試驗(yàn)，節(jié)省了施工投入，加快了施工進(jìn)度，創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟(jì)效益，也為類似項(xiàng)目施工提供了借鑒經(jīng)驗(yàn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]李棟國，張洪軍編.道路橋梁工程施工技術(shù)[M].武漢大學(xué)出版社，2018年9月.

[2]周水興編.路橋施工計(jì)算手冊[M].人民交通出版社，2017.

[3]擺撈河特大橋剛構(gòu)施工圖.