鋼絞線反拉預(yù)壓技術(shù)在洛維大橋施工中的應(yīng)用研究

覃捷 王顯張

摘要：文章結(jié)合柳州至南寧高速公路改擴建工程新建洛維大橋工程實例，從預(yù)壓工藝、模擬荷載分布、鋼絞線布設(shè)與張拉、沉降監(jiān)測等方面，介紹鋼絞線反拉預(yù)壓技術(shù)在該橋0#、1#塊現(xiàn)澆箱梁施工中的應(yīng)用，為高墩連續(xù)剛構(gòu)橋主梁施工提供理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：反拉預(yù)壓;現(xiàn)澆支架;模擬荷載分布;沉降監(jiān)控

中圖分類號：U445.4A341224

0 引言

在預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋施工中，支架預(yù)壓是施工的關(guān)鍵工序之一，常用方法是堆載預(yù)壓，即通過堆載沙袋、鋼材、預(yù)制混凝土塊或者注水水箱等重物進(jìn)行預(yù)壓來消除支架非彈性變形，但此類方法都存在各自的局限性。因此，在改擴建高速公路橋梁施工中，尋找一種快捷有效、安全風(fēng)險小的預(yù)壓方法意義重大。新建洛維大橋主墩0#、1#塊現(xiàn)澆箱梁支架采用鋼絞線反拉預(yù)壓技術(shù)，成功解決了傳統(tǒng)方法存在的缺點，為同類橋梁施工提供經(jīng)驗借鑒。

1 工程概況

新建洛維大橋全橋采用單幅整體式，主橋為（80+2×125+75）m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)形式，主梁采用直腹板的單箱雙室箱梁。其中9#、11#主墩墩高17.257 m，設(shè)計為支座形式，采用臨時支座固結(jié)體系施工;10#墩墩高18.416 m，采用墩梁固結(jié)形式。根據(jù)設(shè)計要求0#、1#塊同時澆筑，0#、1#塊順橋向長11 m（0#塊長7 m），橫橋向頂板寬22.5 m，底板寬14.5 m，最大梁高7.5 m，0#、1#塊最大合計澆筑混凝土398.9 m3。

2 支架預(yù)壓方法的確定

傳統(tǒng)支架堆載預(yù)壓方法主要有以下兩種：（1）采用沙袋、鋼材或者預(yù)制混凝土塊重力作為荷載進(jìn)行預(yù)壓;（2）采用水箱注水作為荷載進(jìn)行預(yù)壓。傳統(tǒng)預(yù)壓方法在深水、高墩作業(yè)環(huán)境下受到很大的限制，操作難度較大，而且效費比低。反拉預(yù)壓技術(shù)是近來廣泛應(yīng)用于大跨橋梁的支架及掛籃預(yù)壓的創(chuàng)新技術(shù)，該預(yù)壓技術(shù)人員機具材料需用量少、工藝簡潔、工期短、成本低、安全性高，并且可以調(diào)整鋼絞線點位布置及張拉力，解決了傳統(tǒng)堆載預(yù)壓方法模擬實際荷載分布不均勻的問題，因此根據(jù)本項目總體施工要求，決定對0#、1#塊現(xiàn)澆箱梁支架采用鋼絞線反拉預(yù)壓技術(shù)施工。

3 鋼絞線反拉預(yù)壓法的應(yīng)用分析

3.1 預(yù)壓技術(shù)原理與工藝流程

鋼絞線反拉預(yù)壓技術(shù)原理是根據(jù)實際箱梁及模板自重、施工過程產(chǎn)生的荷載等分布情況劃分預(yù)壓區(qū)間并確定各區(qū)間荷載情況，通過計算確定鋼絞線點位布置及張拉力，施工時將鋼絞線兩端分別錨固在承臺與支架上，對鋼鉸線進(jìn)行張拉，形成張拉力反作用于支架上，實現(xiàn)對支架的預(yù)壓。

預(yù)壓工藝流程：模擬荷載分布→鋼絞線數(shù)量及長度的確定→承臺錨固端設(shè)置與錨固深度驗算→預(yù)壓分配梁安裝→鋼絞線安裝→分級張拉、持荷、卸載。

3.2 模擬荷載分布

3.2.1預(yù)壓點位確定

根據(jù)洛維大橋主墩0#、1#塊箱梁實體輪廓荷載布置，將其結(jié)構(gòu)（頂板及底板、腹板、翼緣板）的均布荷載轉(zhuǎn)化為多個集中荷載作用于支架上。洛維大橋主墩0#、1#塊支架結(jié)構(gòu)設(shè)計為大小里程每側(cè)共5根鋼管樁，橫向共4組主梁（每組由3片貝雷組成），每側(cè)2組主梁，具體結(jié)構(gòu)見圖1：

洛維大橋主墩0#、1#號塊水平投影尺寸為22.5×11 m，支架頂面平面尺寸為24×12.5 m。根據(jù)施工圖計算出主墩0#、1#塊單側(cè)最大懸臂重量約為356.6 t，因此需模擬的預(yù)壓箱梁自重為2×356.6 t，即6 989.36 kN?？紤]將預(yù)壓荷載轉(zhuǎn)化為28個集中荷載分布于支架上，以墩身為中心，在大小里程兩側(cè)0#、1#塊底板平面內(nèi)各布設(shè)10個預(yù)壓點位，上下游方向翼板平面內(nèi)各布置4個預(yù)壓點位。反拉預(yù)壓點位編號及分布見圖2。

3.2.2 預(yù)壓區(qū)間劃分

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7個預(yù)壓區(qū)間，中部翼緣板上下游側(cè)各劃分1個預(yù)壓區(qū)間，預(yù)壓區(qū)間總面積為189.5 m2，預(yù)壓區(qū)間劃分具體見圖3。

3.2.3 荷載轉(zhuǎn)換計算

實際施工過程中，支架預(yù)壓荷載還需考慮各類荷載情況，根據(jù)《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》（JTG/T F50-2011）規(guī)范要求，通過計算確定各預(yù)壓點的張拉力，如式（1）：

F=1.3×（G+S×g1+S×g2+S×g3）（1）

式中：1.3——抗傾覆穩(wěn)定系數(shù);

S——預(yù)壓區(qū)間總面積;

G——澆筑箱梁鋼筋混凝土自重（0#、1#塊單側(cè)最大懸臂重量為356.6 t）;

g1——其中模板自重2.5 kPa（根據(jù)洛維大橋0#、1#塊箱梁專項施工方案中現(xiàn)澆支架計算書）;

g2——施工人員和施工材料、機具等行走運輸或堆放荷載標(biāo)準(zhǔn)值，均布荷載取2.5 kPa;

g3——振搗混凝土?xí)r產(chǎn)生的振動荷載，取2.0 kPa。

3.3 鋼絞線數(shù)量及長度的確定

在每個預(yù)壓點布設(shè)一束鋼絞線，以鋼絞線理論張拉力的70%作為受力控制上限，根據(jù)計算出的各預(yù)壓點的張拉力，確定每束鋼絞線的根數(shù)。本項目采用低松弛高強度鋼絞線，單根鋼絞線公稱直徑s=15.2 mm，截面積A=139 m2，抗拉強度標(biāo)準(zhǔn)值fpk=1 860 MPa，因此得出單根鋼絞線張拉力控制上限為180.98 kN。同時根據(jù)表1可知中腹板區(qū)間內(nèi)點位張拉力最大為582.04 kN，按加載110%為640.24 kN，通過計算，每個張拉點每束采用4根鋼絞線即可滿足要求。

鋼絞線分兩段下料，承臺錨固段下料長度為錨固深度及外露長度之和，長度為1.8 m（詳見圖4反拉支點承臺錨固端示意圖）;另一段下料長度為支架總高度及張拉端工作長度之和，張拉端工作長度取0.65 m，支架高度主要根據(jù)主墩墩身高度及分配梁槽鋼高度等確定，計算得出另一段下料長度9#、11#墩為18.29 m，10#墩為19.45 m。

3.4 承臺錨固端設(shè)置與錨固深度驗算

主墩承臺混凝土澆筑前，根據(jù)反拉預(yù)壓點位分布圖對承臺鋼絞線錨固端進(jìn)行預(yù)埋及編號。錨固在承臺內(nèi)的鋼絞線下端安裝配套錨具、夾片，錨固端錨具埋置深度為80 cm，外露鋼絞線長度為80 cm，同時用防水膠布對外露鋼絞線進(jìn)行包裹保護(hù)。錨具上部設(shè)置三層1 m×1 m的12 mm鋼筋網(wǎng)片（10 cm×10 cm），層間距為20 cm。詳見圖4。

承臺錨固端錨固深度驗算：主墩承臺C30混凝土抗拉強度設(shè)計值按1.43 MPa考慮，錨固端錨具直徑為10 cm，考慮到設(shè)置有三層鋼筋網(wǎng)片而且承臺內(nèi)設(shè)計有的鋼筋結(jié)構(gòu)，單個錨固端抗拔面積直徑可按20 cm計算，錨固段混凝土抗拉面積S=3.14×20 cm×80 cm=502 400 mm2，故單個錨固點最大抗拔力F=502 400 mm2×1.43 MPa×10-3=718.43 kN，其值大于預(yù)壓點的張拉力最大值582.04×110%=640.24 kN，滿足鋼絞線張拉力要求。

3.5 預(yù)壓分配梁安裝

為使鋼絞線張拉力有效、均勻地傳給支架并更好地模擬荷載分布，采用2[36 b雙拼槽鋼作為預(yù)壓分配梁。根據(jù)反拉預(yù)壓點位分布圖在支架上布設(shè)分配梁，縱向分配梁長度為3.5 m，間隔1.5 m在橫向主梁上布設(shè)，大小里程樁號兩側(cè)各布設(shè)10根;橫向分配梁長度為2.5 m，上下游兩側(cè)各布設(shè)4根（詳見圖2）。每根分配梁每間隔50 cm使用δ10鋼板進(jìn)行焊接連接，防止張拉過程中失穩(wěn)。

3.6 鋼絞線安裝

分配梁搭設(shè)完成后，根據(jù)預(yù)壓點位編號下料另一段鋼絞線，將這段鋼絞線端頭用連接器連接到承臺錨固段外露的鋼絞線上;鋼絞線另一端頭采用機械配合人工方式牽引至分配梁對應(yīng)錨固點位上，錨固點位置分配梁上支墊200 mm×200 mm×20 mm的鋼板并與分配梁焊接牢固，鋼絞線需穿過支墊鋼板預(yù)留孔，然后使用預(yù)應(yīng)力錨具及夾片予以固定。

3.7 分級張拉、持荷、卸載

鋼絞線安裝完成后開始使用千斤頂進(jìn)行張拉預(yù)壓，以墩身中線為中心，張拉順序由中心向外側(cè)對稱進(jìn)行，分四級張拉，按表1各預(yù)壓編號點位的張拉力的0%、60%、100%、110%進(jìn)行分級加載。每級加載后須持荷，支架標(biāo)高測量完成后才能進(jìn)行下一級加載，加載要平穩(wěn)、不宜過快。加載到最后一級后持荷24 h，支架達(dá)到穩(wěn)定不再出現(xiàn)形變后，從外向內(nèi)對稱分級卸載，同時進(jìn)行變形觀測。

4 支架沉降觀測及數(shù)據(jù)分析

沉降觀測點位布置在支架主梁的貝雷頂部，每片支架主梁上布置3點，水平位置位于支架中部的3排管樁頂口垂直位置，詳見圖5。

鋼絞線張拉前、張拉中、卸載后，分別對支架觀測點高程進(jìn)行測量并填寫《支架預(yù)壓沉降觀測記錄表》，如表2所示，加載到最后一級后持荷24 h，期間根據(jù)設(shè)置的沉降觀測點安排專人在現(xiàn)場觀測支架變形情況，每6 h測量1次。根據(jù)加載預(yù)壓后的撓度變化情況，通過對觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，確定支架的彈性變形量及非彈性變形量（彈性變形量為卸載后與加載100%高程之差、非彈性變形量為空載高程與卸載后高程之差）。通過加載預(yù)壓消除支架非彈性變形，而計算得出的彈性變形量為最終0#、1#塊箱梁底模板標(biāo)高調(diào)整及梁體線型控制提供理論依據(jù)。

5 結(jié)語

鋼絞線反拉預(yù)壓技術(shù)在新建洛維大橋的應(yīng)用使得3個主墩支架預(yù)壓施工均在3 d內(nèi)全部完成，實踐證明該預(yù)壓技術(shù)簡潔、快速、有效，不但降低了施工作業(yè)安全風(fēng)險，還加快了施工進(jìn)度，節(jié)約了施工成本，而且使洛維大橋主橋箱梁線形得到良好控制，具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

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收稿日期：2020-05-08