懸臂梁0號(hào)塊支架結(jié)構(gòu)千斤頂預(yù)壓工法的探索實(shí)踐

張贏

【摘?要】支架體系預(yù)壓試驗(yàn)采用千斤頂反作用力預(yù)壓法，共布設(shè)21個(gè)預(yù)壓點(diǎn)，總荷載為21?089?kN，單個(gè)最大荷載為1?621?kN，按60%、80%、100%進(jìn)行三級(jí)預(yù)壓，預(yù)壓過(guò)程中布設(shè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行支架位移監(jiān)測(cè)。文章結(jié)合工程實(shí)例，從預(yù)壓分區(qū)、預(yù)壓點(diǎn)位布置、荷載計(jì)算、預(yù)壓體系安裝、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析等工藝流程，詳細(xì)闡述了千斤頂預(yù)壓工法施工。結(jié)果表明，該支架體系強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性滿足施工安全要求，而且該工法施加荷載精準(zhǔn)，安全高效，不受作業(yè)環(huán)境限制，能很好地模擬混凝土澆筑時(shí)支架受力情況，為合理設(shè)置預(yù)拱度提供了依據(jù)，同時(shí)取得良好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。

【關(guān)鍵詞】連續(xù)剛構(gòu)0號(hào)塊;水中高墩;千斤頂;反作用力;預(yù)壓

【中圖分類號(hào)】U445.4?【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A?【文章編號(hào)】1674-0688（2022）04-0069-04

1?工程概況

某跨河特大橋主跨采用82?m+150?m+82?m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)矮塔斜拉方案，平衡懸臂施工，其0號(hào)塊為單箱三室直腹板變截面箱梁，縱橋向長(zhǎng)14?m，橫橋向頂寬28?m、底寬16?m，翼緣板6?m，梁高5.5?m，頂板厚60?cm，底板厚90?cm，梁內(nèi)、外側(cè)直腹板厚100?cm。墩柱為水中高墩，采用鋼筋混凝土雙肢實(shí)心結(jié)構(gòu)，縱橋向長(zhǎng)1.5?m，橫橋向?qū)?6?m、高22.34?m。承臺(tái)縱橋向長(zhǎng)16.7?m，橫橋向?qū)?9.3?m、厚5.5?m?；A(chǔ)采用15×φ2.5?m鉆孔樁基礎(chǔ)。河道無(wú)通航要求，實(shí)測(cè)常水位29#墩水深約3.2?m，30#墩水深約3.5?m。

0號(hào)塊為大體積混凝土結(jié)構(gòu)，澆筑方量總計(jì)931.5?m3，重約2?422?t，施工支架在承臺(tái)上搭設(shè)，采用鋼管樁立柱+“工”字鋼梁組合。鋼管樁直徑為φ426?mm，壁厚10?mm，縱橋向設(shè)置6排，每排8根，橫向主梁采用雙拼I45b“工”字鋼，縱向分配梁采用I45b“工”字鋼，主、縱梁間使用雙拼I32b“工”字鋼作為調(diào)節(jié)梁，水平撐、剪刀撐等其余連接桿件采用[20a槽鋼。

2?預(yù)壓方法選擇

2.1?預(yù)壓目的

0號(hào)塊施工常采用三角托架或鋼管支架作為支撐結(jié)構(gòu)，在支架使用前必須進(jìn)行預(yù)壓試驗(yàn)，其主要目的有以下幾個(gè)方面：通過(guò)對(duì)支架體系分級(jí)施加荷載，模擬混凝土澆筑，檢驗(yàn)支架體系的強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性，驗(yàn)證其使用安全性[1]。消除支架彈性、材質(zhì)、桿件安裝連接不緊密等因素引起的非彈性變形。測(cè)定支架彈性變形量，為0號(hào)塊結(jié)構(gòu)澆筑立模標(biāo)高、合理設(shè)置預(yù)拱度提供依據(jù)，保證施工質(zhì)量。

2.2?預(yù)壓方法選擇

本工程0號(hào)塊位于河中央，其下部墩高22.34?m，通過(guò)搭設(shè)鋼棧橋及鋼平臺(tái)通行施工，從堆載高度、場(chǎng)地需求、作業(yè)人員、機(jī)械設(shè)備、主要材料、施工成本、作業(yè)周期、安全風(fēng)險(xiǎn)等方面對(duì)預(yù)壓方法進(jìn)行綜合比選。預(yù)壓方法對(duì)比分析見(jiàn)表1。

根據(jù)對(duì)比分析數(shù)據(jù)，選擇最佳的千斤頂反作用力預(yù)壓方法進(jìn)行0號(hào)塊支架預(yù)壓施工。

3?千斤頂反作用力預(yù)壓施工

3.1?預(yù)壓工藝流程

工藝流程：預(yù)壓分區(qū)及點(diǎn)位布置→預(yù)壓荷載分布計(jì)算→預(yù)壓體系布置及安裝→監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)→預(yù)壓加載與卸載→監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析。

3.2?預(yù)壓分區(qū)及點(diǎn)位布置

將0號(hào)塊結(jié)構(gòu)平面投影，分區(qū)考慮支架承重，梁體投影平面尺寸為28?m×14?m，按縱橫向結(jié)構(gòu)形式及支架立柱布置情況，橫橋向劃分為3個(gè)斷面共21個(gè)預(yù)壓分區(qū)，預(yù)壓分區(qū)示意圖如圖1所示。

將各分區(qū)內(nèi)的均布荷載轉(zhuǎn)化成集中荷載，加載作用于支架上，模擬支架受力[2]。預(yù)壓荷載根據(jù)排架、分配梁的橫向布置間距進(jìn)行分配，一個(gè)排架承受左右各半個(gè)間距的梁體荷載。各分區(qū)預(yù)壓點(diǎn)布置在分區(qū)中心位置。

3.3?預(yù)壓荷載分布計(jì)算

分別計(jì)算出各分區(qū)預(yù)壓荷載，荷載組合包括作用于支架的混凝土結(jié)構(gòu)自重G1，模板自重G2（取1?kN/m2），施工人員、材料及施工機(jī)具荷載G3（取2.5?kN/m2），風(fēng)荷載G4（取0.4?kN/m2），安全系數(shù)1.3，計(jì)算公式F=1.3×（G1+G2+G3+G4）。經(jīng)計(jì)算，①號(hào)預(yù)壓分區(qū)荷載最大，為1?621?kN，兩側(cè)翼緣板預(yù)壓荷載最小，為494?kN。

3.4?預(yù)壓體系布置及安裝

3.4.1?預(yù)壓體系布置

0號(hào)塊支架采用千斤頂張拉鋼絞線實(shí)施反拉預(yù)壓，上錨張拉端采用21臺(tái)千斤頂實(shí)施張拉，下錨錨固端采用承臺(tái)預(yù)埋精軋螺紋鋼承受拉力，具體預(yù)壓體系布置示意如圖2所示。

3.4.2?上錨張拉端安裝

上錨張拉端由千斤頂、錨具、夾片、受力鋼梁組合而成，千斤頂選擇穿心式，與配套油泵標(biāo)定后組合使用，其各規(guī)格型號(hào)不小于對(duì)應(yīng)預(yù)壓分區(qū)1.5倍預(yù)壓拉力;錨具及夾片根據(jù)最大預(yù)壓點(diǎn)張拉所需鋼絞線股數(shù)選擇配套YJM預(yù)應(yīng)力夾片錨具;受力鋼梁按照預(yù)壓點(diǎn)位分布，采用雙拼I45b“工”字鋼在縱向分配梁上按2根每組橫向布設(shè)3組，每組長(zhǎng)22.7?m，并使用2?cm厚的鋼板按間隔0.5?m進(jìn)行焊接連接，以防止在張拉過(guò)程中失穩(wěn)[3]，具體如圖3所示。

受力鋼梁按簡(jiǎn)支梁結(jié)構(gòu)考慮，最大荷載為1?621?kN，凈跨徑為2?m，跨中最大彎矩Mmax=ql/4=810.5?kN·m，每組雙拼I45b“工”字鋼經(jīng)軟件查詢，截面模量W=6?000?cm3，最大彎應(yīng)力σ=Mmax/W=135.1?MPa<容許應(yīng)力160?MPa，滿足受力要求。

根據(jù)計(jì)算得出的各預(yù)壓分區(qū)拉力，結(jié)合工程實(shí)際需要，配置5臺(tái)250?t、8臺(tái)200?t、8臺(tái)150?t千斤頂實(shí)施張拉。

3.4.3?下錨錨固端安裝

下錨錨固端由精軋螺紋鋼預(yù)埋件、受力鋼梁、錨具及夾片組合成整體共同承受拉力，精軋螺紋鋼采用PSB830材質(zhì)，直徑為32?mm，與配套墊板及螺母組合使用，受力鋼梁、錨具及夾片同上錨張拉端一致。精軋螺紋鋼在承臺(tái)施工時(shí)按照預(yù)壓點(diǎn)布置圖一一對(duì)應(yīng)預(yù)埋，埋置深度為1?m，露出承臺(tái)0.8?m。預(yù)埋時(shí)每2根為1組，每個(gè)預(yù)壓點(diǎn)設(shè)置2組，以預(yù)壓點(diǎn)為中心橫橋向?qū)ΨQ布置，每組精軋螺紋鋼在前端還需設(shè)置4層40?cm×40?cm、層間距8?cm的φ12?mm@50?mm鋼筋網(wǎng)片以增加抗拔效果，具體如圖4所示。

計(jì)算精軋螺紋鋼受力，單根可承受最大拉力為3.14×16×16×1?030=828?kN，每個(gè)預(yù)壓點(diǎn)下錨錨固端可承受拉力3?312×0.7=2?325?kN>1?621?kN，符合受力要求。

計(jì)算精軋螺紋鋼錨固深度，C30混凝土承臺(tái)抗拉強(qiáng)度f(wàn)t（取1.43?MPa），錨固鋼筋抗拉強(qiáng)度f(wàn)py（取406?MPa），外形系數(shù)α（取0.14），修正系數(shù)ζ（取1.1），計(jì)算錨固深度Lab=ζ×α×fpy/ft×d=0.4?m<實(shí)際錨固深度1?m，滿足要求。

計(jì)算錨固抗拔效果，C30混凝土承臺(tái)抗拉強(qiáng)度f(wàn)t為1.43?MPa，前端錨墊板長(zhǎng)14?cm，為保證抗拔效果增設(shè)4層鋼筋網(wǎng)片后，單個(gè)抗拔面直徑取20?cm。經(jīng)計(jì)算，錨固端混凝土抗拉面積S=2?512?000?mm2，抗拔力F=ft×S=3?592?kN>1?621?kN，符合要求。

3.4.4?鋼絞線安裝

鋼絞線采用與箱梁張拉相同的低松弛高強(qiáng)度預(yù)應(yīng)力鋼絞線，單股抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值fpk=1?860?MPa、公稱直徑d=15.2?mm，公稱面積S=140?mm2，每米理論重量為1.1?kg，最大拉力為260?kN。根據(jù)計(jì)算得出的各預(yù)壓分區(qū)張拉力，最多安裝9股，最少安裝3股鋼絞線即能滿足要求，并按照支架高度、張拉端工作高度及外露長(zhǎng)度之和進(jìn)行下料[4]。經(jīng)計(jì)算，下料長(zhǎng)度為23.5?m，共135股，采用人工牽引安裝。

3.5?監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)

0號(hào)塊支架預(yù)壓，應(yīng)對(duì)支架豎向及頂面水平位移、鋼管樁側(cè)彎變形進(jìn)行監(jiān)測(cè)。豎向位移監(jiān)測(cè)是對(duì)支架預(yù)壓前后標(biāo)高進(jìn)行測(cè)量，掌握支架沉降情況，考慮施荷預(yù)壓點(diǎn)及鋼管樁位置，分別在縱橋向墩柱間、兩側(cè)懸臂端支架橫向主梁上各布設(shè)1個(gè)斷面，每個(gè)斷面對(duì)稱布置15個(gè)，共45個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)。點(diǎn)位在鋼管樁頂及樁間跨中位置布置，鋼管樁頂?shù)谋O(jiān)測(cè)點(diǎn)還需兼做水平位移監(jiān)測(cè)。鋼管樁側(cè)彎變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置在最大承載的管樁跨中1/2高度處。

測(cè)點(diǎn)布設(shè)完成后，使用全站儀和水準(zhǔn)儀讀取其加載前初始標(biāo)高H0及初始坐標(biāo)，吊線法讀取初始側(cè)彎位移L0，并分別做好記錄。

3.6?;預(yù)壓加載與卸載

0號(hào)塊預(yù)壓體系布置及安裝完畢，經(jīng)檢查合格后，進(jìn)行千斤頂反作用力預(yù)壓施工，按照混凝土由中間向兩邊對(duì)稱澆筑的原則，以①號(hào)預(yù)壓分區(qū)為中心向兩側(cè)對(duì)稱進(jìn)行張拉預(yù)壓。張拉前將預(yù)壓拉力按照標(biāo)定的油壓值-張拉力關(guān)系曲線（線性回歸方程）換算成相應(yīng)張拉油壓表數(shù)值。

預(yù)壓時(shí)，各預(yù)壓點(diǎn)張拉力按60%、80%、100%進(jìn)行分級(jí)加載，其實(shí)際預(yù)壓荷載強(qiáng)度最大值不能超過(guò)110%。當(dāng)每級(jí)加載完成后每間隔12?h，讀取并記錄各監(jiān)測(cè)點(diǎn)持荷標(biāo)高Hn、坐標(biāo)讀數(shù)及鋼管側(cè)彎位移值Ln，n=1，2，3，…。當(dāng)相鄰兩次監(jiān)測(cè)位移平均值之差<2?mm時(shí)，進(jìn)行下一級(jí)加載。100%加載完成后，各監(jiān)測(cè)點(diǎn)最初24?h的位移平均值<1?mm，或最初72?h的位移平均值<5?mm，支架預(yù)壓合格。當(dāng)不滿足規(guī)定時(shí)，則查找原因，對(duì)支架進(jìn)行處理后，選擇代表性區(qū)域重新進(jìn)行預(yù)壓。

支架預(yù)壓完成后，由兩邊向中間對(duì)稱、均衡、同步地進(jìn)行一次性卸載并拆除預(yù)壓體系。卸載后6?h，再次讀取并記錄各監(jiān)測(cè)點(diǎn)卸載后的標(biāo)高H4、坐標(biāo)讀數(shù)及鋼管樁側(cè)彎位移值L4。

3.7?監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析

根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)計(jì)算位移量（見(jiàn)表2），與支架安全驗(yàn)算計(jì)算書(shū)中理論容許值對(duì)比，支架安全性滿足要求。

計(jì)算支架的彈性變形量及非彈性變形量，從而確定立模高程。彈性變形量為卸載后標(biāo)高與100%加載持荷標(biāo)高之差，即H4-H3;非彈性變形量為加載前初始標(biāo)高與卸載后標(biāo)高之差，即H0-H4。按照計(jì)算得出的彈性變形值，在底模上設(shè)置預(yù)拱度，使支架變形后梁體線型滿足設(shè)計(jì)要求。

4?取得效益分析

本0號(hào)塊支架采用千斤頂反作用力預(yù)壓法，在5?d內(nèi)順利完成，施工安全可控，并根據(jù)預(yù)壓過(guò)程中的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)確定出預(yù)拱度，有效地保證了0號(hào)塊結(jié)構(gòu)的線形外觀，同時(shí)取得良好效益，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：方法先進(jìn)。用張拉鋼絞線模擬支架承受荷載，無(wú)需大量的預(yù)壓堆載物，在場(chǎng)地狹小、水中、高處等任何作業(yè)環(huán)境均能很好地使用，并且預(yù)壓荷載能夠進(jìn)行精準(zhǔn)控制、更為貼近實(shí)際支架受力，加載卸載靈活、施工功效高、資源需求少[5]。縮短工期。完成支架預(yù)壓僅需3～5?d，雨天也能施工，極大地縮短了預(yù)壓周期。節(jié)約人工。完成支架預(yù)壓僅需預(yù)壓體系安裝人員及千斤頂預(yù)壓操作人員，6～10人即可完成，節(jié)約了人工。節(jié)約材料。完成支架預(yù)壓僅需I45b“工”字鋼25?t、公稱直徑15.2?mm鋼絞線2.3?t、φ32?mm精軋螺紋鋼1.5?t，除精軋螺紋鋼外，均可在后續(xù)工程施工中重復(fù)利用，節(jié)約了施工材料。節(jié)約機(jī)械設(shè)備。完成支架預(yù)壓僅需在上錨張拉端安裝時(shí)使用50?t汽車吊1個(gè)臺(tái)班，其他的穿心式千斤頂配套張拉設(shè)備21套、M15-9錨具及夾片21套均可以在后續(xù)箱梁張拉施工中重復(fù)利用，減少了機(jī)械設(shè)備投入。？譾節(jié)約施工費(fèi)用。完成支架預(yù)壓在人力、材料、機(jī)械等方面投入較少，綜合來(lái)看僅需15萬(wàn)元施工費(fèi)用，極大地節(jié)約了費(fèi)用。？譿降低安全風(fēng)險(xiǎn)。千斤頂反作用力預(yù)壓無(wú)需大量吊裝作業(yè)、無(wú)需大量堆載物，避免了高空墜落、坍滑等事故，在各施工環(huán)節(jié)安全風(fēng)險(xiǎn)小且可控。

5?結(jié)束語(yǔ)

本工法首先通過(guò)合理預(yù)壓分區(qū)，確定了支架結(jié)構(gòu)預(yù)加應(yīng)力體系;其次準(zhǔn)確計(jì)算預(yù)加應(yīng)力，保證了支架受力明確;再次在承臺(tái)上預(yù)埋張拉下錨錨固端，保證了張拉效果和安全;最后按3次分級(jí)施加不同預(yù)應(yīng)力，模擬混凝土澆筑時(shí)支架受力，驗(yàn)證了支架安全性，確定了預(yù)拱度，達(dá)到了支架預(yù)壓目的。通過(guò)實(shí)踐，本工法在場(chǎng)地受限、作業(yè)位置高、水中等復(fù)雜作業(yè)環(huán)境下，較傳統(tǒng)預(yù)壓方法更為高效、安全，具有很好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益，可為以后類似項(xiàng)目提供經(jīng)驗(yàn)和借鑒。

參?考?文?獻(xiàn)

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