公路橋梁掛籃反力預(yù)壓施工技術(shù)應(yīng)用研究

廖偉、楊青陽、羅元元、李斌

（1.廣安交通文化旅游投資建設(shè)開發(fā)集團(tuán)有限責(zé)任公司，四川 廣安 638500；2.中建橋梁有限公司，重慶 402200）

0 引言

隨著公路橋梁事業(yè)的發(fā)展，跨越江河和既有公路、鐵路、高速的公路橋梁越來越普遍，連續(xù)（梁）剛構(gòu)以其超越普通橋梁的跨越能力和造價(jià)低廉的特點(diǎn)被越來越多的使用。連續(xù)（梁）剛構(gòu)橋在懸臂現(xiàn)澆施工中常用到施工掛籃，常見的掛籃多為由型鋼制作的三角結(jié)構(gòu)和菱形結(jié)構(gòu)，由于掛籃結(jié)構(gòu)構(gòu)件較多，且由于懸臂現(xiàn)澆施工危險(xiǎn)性較高，因此對于掛籃的安全性要求也較一般臨時結(jié)構(gòu)高。但施工單位為了節(jié)省成本，掛籃經(jīng)常要進(jìn)行多次周轉(zhuǎn)使用。因此，為了驗(yàn)證掛籃的安全性并準(zhǔn)確識別掛籃的彈性變形，為模板預(yù)拱度、預(yù)抬和模板頂標(biāo)高提供依據(jù)，掛籃的預(yù)壓就顯得尤為重要。常規(guī)的掛籃預(yù)壓多采用重物堆載預(yù)壓法。但由于羅渡渠江大橋項(xiàng)目墩柱高度較高，采用堆載預(yù)壓發(fā)生安全事故的風(fēng)險(xiǎn)較高，因此項(xiàng)目技術(shù)團(tuán)隊(duì)研發(fā)了反力預(yù)壓技術(shù)，在羅渡渠江大橋的5 套掛籃應(yīng)用了液壓千斤頂配合反力支架的反力架預(yù)壓法。

1 工程概況及存在問題

羅渡渠江大橋位于四川省廣安市岳池縣羅渡鎮(zhèn)，為渠江富流灘船閘、航道改擴(kuò)建工程的一部分，設(shè)計(jì)采用雙向四車道二級公路標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)車速60km/h，橋面寬度20m，里程樁號為K1+603.15—K2+366.15，橋梁全長763m，橋跨組合為33m+90m+170m+90m+65m+2×120m+65m。

大橋設(shè)計(jì)采用單箱雙室結(jié)構(gòu)，橋面寬度20m，為雙向4 車道設(shè)計(jì)。大橋懸臂澆筑主梁最大節(jié)段混凝土方量121m，5 個主墩墩柱高度在38～42m 之間。根據(jù)規(guī)范要求掛籃的預(yù)壓重量為317t。如果采用重物法預(yù)壓存在如下問題：

1.1 預(yù)壓材料量大

常規(guī)重物預(yù)壓多采用砂袋、土袋、水袋或預(yù)制混凝土塊。常規(guī)噸袋或混凝土塊重量在1～2t 之間，由于預(yù)壓需同步進(jìn)行，預(yù)壓總重量為634t。因此需要準(zhǔn)備大量的預(yù)壓材料。

1.2 事故發(fā)生概率高

由于采用重物預(yù)壓需利用塔吊將預(yù)壓材料吊裝到掛籃上，塔吊的重復(fù)高強(qiáng)度運(yùn)作，極易發(fā)生機(jī)械故障引發(fā)高墜安全事故。同時，在擺放預(yù)壓材料時由于堆載高度較高，易發(fā)生滑落造成人員傷亡。

1.3 受天氣影響大

大橋0塊施工期間為主橋汛期，天氣變化較快，采用重物預(yù)壓法施工容易因降水導(dǎo)致重量突變，從而影響施工安全。

1.4 工序時間長

采用堆載預(yù)壓時間基本都花費(fèi)在堆載和卸載過程，常常要持續(xù)一周以上的時間，項(xiàng)目5 套掛籃如果都采用重物預(yù)壓將浪費(fèi)大量施工時間。

因此項(xiàng)目技術(shù)團(tuán)隊(duì)針對以上重物預(yù)壓存在的問題開展了反力預(yù)壓施工技術(shù)研究。

2 工藝原理介紹

反力預(yù)壓掛籃施工技術(shù)是利用在已施工梁段（0塊）的腹板位置預(yù)埋反力牛腿，使用液壓千斤頂在牛腿和掛籃底平臺之間施加壓力的反力預(yù)壓法。其工作原理為在臨時結(jié)構(gòu)體系外施加與永久結(jié)構(gòu)和施工荷載在臨時結(jié)構(gòu)上產(chǎn)生相同或相似作用的彎矩、剪力作用。臨時工程在受到相同（似）的彎矩、剪力情況下，產(chǎn)生相同（似）的變形和應(yīng)力。以此來驗(yàn)證結(jié)構(gòu)的安全性和彈性變形量，并消除臨時結(jié)構(gòu)的非彈性變形。

在掛籃設(shè)計(jì)中一般主要受力桁架數(shù)量由箱梁腹板的數(shù)量決定。受力主桁架與箱梁腹板一一對應(yīng)。在0塊施工時把反力架預(yù)埋件埋入腹板混凝土內(nèi)，使腹板反力支架與主桁一一對應(yīng)，并在反力架與底板之間安放液壓千斤頂用于施加荷載反力。

3 反力預(yù)壓施工要點(diǎn)

3.1 反力預(yù)壓施工流程

反力預(yù)壓的施工流程，如圖1 所示。

圖1 反力支架預(yù)壓法施工流程

3.2 反力結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.2.1 反力大小及位置確定

傳統(tǒng)的掛籃預(yù)壓方式為重物預(yù)壓，通過把重物加載到掛籃平臺上，模擬混凝土澆筑工況。雖然箱型梁截面腹板位置永久荷載較為集中，但反力架預(yù)壓依然無法完全模擬混凝土澆筑完成后工況掛籃的實(shí)際受力狀態(tài)，因此需要首先分析掛籃變形的主要影響因素，再進(jìn)行反力預(yù)壓設(shè)計(jì)。

掛籃的變形包括以下幾個方面：主桁架受力引起的彈性變形、吊帶受力引起的彈性變形、結(jié)構(gòu)在荷載作用下由于加工精度等原因產(chǎn)生的非彈性變形。

同時利用有限元模型對掛籃結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算，發(fā)現(xiàn)主桁架受力作用下的彈性變形對掛籃結(jié)構(gòu)整體彈性變形影響較大。通過吊帶、吊桿共同作用的措施后，基本可以忽略吊帶變形對掛籃整體彈性變形的影響。

而根據(jù)施工經(jīng)驗(yàn)，結(jié)構(gòu)的非彈性變形量受荷載大小影響較小。因此，為了準(zhǔn)確測量掛籃的變形量，必須保證掛籃主桁的受力情況與實(shí)際施工一致。因?yàn)榉戳χЪ苄璋惭b到主桁架正下方，確保荷載可以直接傳遞到主桁架上。

利用有限元軟件計(jì)算出掛籃在1梁段鋼筋混凝土及施工臨時荷載作用下的各個主桁橫梁端頭所受的荷載大小，再通過反力預(yù)壓計(jì)算模型對反力大小和位置進(jìn)行反算，準(zhǔn)確計(jì)算出千斤頂?shù)陌卜盼恢煤兔總€千斤頂應(yīng)施加的反力大小。

3.2.2 反力支架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

反力支架是利用型鋼制作三角牛腿，在進(jìn)行設(shè)計(jì)時要特別注意對橫梁和斜桿之間焊縫、預(yù)埋鋼板與牛腿之間焊縫的計(jì)算，同時要根據(jù)預(yù)埋鋼板的實(shí)際受力情況，對錨固鋼板后的錨筋焊縫長度和錨筋數(shù)量進(jìn)行計(jì)算。

其中錨筋與錨板間的焊縫可利用理正結(jié)構(gòu)工具箱進(jìn)行計(jì)算。錨筋與預(yù)埋鋼板之間的焊縫長度計(jì)算不應(yīng)只計(jì)算剪力，還應(yīng)通過錨板局部計(jì)算對錨板與錨筋之間的拉力和彎矩進(jìn)行計(jì)算，避免在三種應(yīng)力作用下產(chǎn)生的組合應(yīng)力使錨板被破壞。

3.2.3 底部受力平臺設(shè)計(jì)

掛籃由整體受力轉(zhuǎn)換為點(diǎn)受力后，為了確保底部平臺不因局部荷載過大產(chǎn)生較大變形，應(yīng)把底部平臺工字鋼進(jìn)行集中，根據(jù)計(jì)算如需必要對底平臺工字鋼進(jìn)行局部加強(qiáng)（見圖2）。

圖2 掛籃反力預(yù)壓結(jié)構(gòu)位置示意圖

反力架由三個牛腿組成，分別安裝在三個腹板上，整個反力支架自上而下依次為倒三角牛腿、500t千斤頂，楔形塊、底橫向分配梁（三拼I56 工字鋼），底縱梁（I56 工字鋼），掛籃底籃（見圖3）。

圖3 掛籃反力預(yù)壓結(jié)構(gòu)示意圖

3.3 支架制作與安裝

在進(jìn)行支架制作時應(yīng)按照結(jié)構(gòu)計(jì)算時的具體尺寸進(jìn)行下料，同時要在反力支架焊接前首先測量預(yù)埋鋼板的具體位置，根據(jù)鋼板預(yù)埋的偏差調(diào)整三角支架的尺寸和角度。由于現(xiàn)場焊接質(zhì)量較差，難以保證支架結(jié)構(gòu)的安全性，為此在進(jìn)行支架焊接時通常在連接點(diǎn)位置以增加加勁板的形式提高焊縫長度，避免應(yīng)力集中導(dǎo)致結(jié)構(gòu)被破壞。

預(yù)埋件在0塊施工期間安裝完成后，為加快工序轉(zhuǎn)換速度，應(yīng)在混凝土強(qiáng)度達(dá)到15MPa 以后，進(jìn)行支架焊接，提前做好預(yù)壓前的準(zhǔn)備工作。

支架焊接前首先鑿出0塊上預(yù)埋的鋼板。安裝過程中用線錘校正，保證其安裝豎直度及位置的準(zhǔn)確性。位置固定后進(jìn)行焊接，焊縫寬度不小于1cm，同時支架牛腿焊接完成后，增加加勁板進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)，牛腿橫梁腹板兩側(cè)各焊接長度20cm 鋼板，上翼緣板及下翼緣板加裝20cm 長度鋼板。左右各3 塊進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)。牛腿斜撐在腹板兩側(cè)各加裝2 塊長20cm 的鋼板進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)。

牛腿安裝時首先要保證橫梁的水平度，安裝時可利用水平尺，時刻注意安裝質(zhì)量。安裝掛籃反力架底縱梁，底縱梁采用I56 工字鋼，底縱梁直接安放在底平臺橫梁上，用于傳遞反力荷載。

3.4 反力千斤頂安裝

反力千斤頂?shù)陌惭b（見圖4），具體步驟如下：

圖4 反力預(yù)壓現(xiàn)場示意圖

首先，在反力底縱梁上安裝楔形塊，楔形塊采用16mm 厚鋼板在后場制作。由于掛籃底平臺多為斜面，因此楔形塊主要是為了使千斤頂可以垂直向下施壓。其次，通過掛籃前懸吊系統(tǒng)調(diào)整掛籃底籃，使楔形塊與倒反力牛腿內(nèi)能放入千斤頂?shù)木嚯x適宜。再次，安裝千斤頂及油泵，若千斤頂內(nèi)存在縫隙，則填塞鋼板找補(bǔ)。掛籃預(yù)壓期間，作業(yè)人員均應(yīng)站在梁段箱室內(nèi)，以保證預(yù)壓期間的施工安全。最后，千斤頂接好油泵，按照檢定證書仔細(xì)核對油表和油泵，并根據(jù)預(yù)壓荷載大小計(jì)算分級預(yù)壓時油表讀數(shù)。

4 沉降觀測點(diǎn)布置及預(yù)壓

掛籃預(yù)壓的沉降觀測點(diǎn)布置在掛籃底平臺前后下橫梁上，并靠近掛籃主桁投影在橫梁上的位置（見圖5）。

圖5 沉降觀測點(diǎn)布置圖

掛籃觀測點(diǎn)布置后，利用水準(zhǔn)儀測量觀測點(diǎn)的初始標(biāo)高H1，然后按照60%、80%、100%對掛籃進(jìn)行分級加載并記錄各級加載后沉降觀測點(diǎn)的標(biāo)高Hn，并在后場對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，準(zhǔn)確識別掛籃彈性變形和非彈性變形。

5 效益分析

5.1 減少材料浪費(fèi)

傳統(tǒng)的重物預(yù)壓多采用砂袋、預(yù)制塊和水袋，需要專門的儲存場地，而采用反力預(yù)壓不僅減少了預(yù)壓材料的用量，減少了資源的浪費(fèi)，同時由于無需進(jìn)場大量的預(yù)壓材料，減少了臨時占地。也無需使用裝載機(jī)等機(jī)械設(shè)備，有效地減少了化石燃料的使用，避免了有害氣體的排放，具有非常好的環(huán)保效益。

5.2 節(jié)省人工機(jī)械費(fèi)用成本

反力預(yù)壓法施工完成全過程預(yù)壓僅需2～3d，較傳統(tǒng)重物預(yù)壓時間縮短了一半以上。同時所需要的人工工日總量可減少了80%以上，節(jié)省的機(jī)械費(fèi)用和購置預(yù)壓材料的費(fèi)用也是非?？捎^，預(yù)壓使用的鋼結(jié)構(gòu)件可以周轉(zhuǎn)使用，綜合成本大幅度降低。

5.3 安全性高

反力預(yù)壓法施工受天氣條件影響小，不會因氣候條件變化造成預(yù)壓重量的突變，避免了因預(yù)壓重量突變導(dǎo)致的支架坍塌等重大事故的發(fā)生，同時也可以避免長時間利用塔吊進(jìn)行重物吊裝發(fā)生的高墜事故和機(jī)械故障事故。

6 結(jié)語

綜上所述，采用反力預(yù)壓的掛籃預(yù)壓方法較常規(guī)重物預(yù)壓具有非常明顯的優(yōu)勢。同時反力預(yù)壓技術(shù)也不局限于掛籃預(yù)壓施工，以千斤頂反力預(yù)壓技術(shù)為基礎(chǔ)可將反力預(yù)壓技術(shù)廣泛應(yīng)用于各類型臨時結(jié)構(gòu)如0塊托架、橫梁支架等的施工中，因此反力施工技術(shù)具有非常廣闊的應(yīng)用前景。