沈海復線高速公路福建莆田段湖洋1#大橋掛籃反力三角架預壓技術

劉柏生

(福建省交通建設工程監理咨詢公司)

1 工程概況及試驗目的

湖洋1#大橋位于沈海復線高速公路福建省莆田市仙游縣社硎鄉九仙溪處，大橋橫跨雙溪口水庫。主橋左幅起止樁號ZK89+891～ZK90+119，墩身為矩形薄壁空心箱墩，最大墩高66.732 m;主橋6#～9#墩上部結構為59 m+110 m+59 m PC連續—剛構箱梁體系，箱梁段一端14個節段，節段長度分別為3 m(1#～6#節段)、3.5 m(7#～10#節段)、4 m(11#～14#節段)，節段箱梁頂寬度16 m，梁底寬度8 m，梁高2.8～6.5 m。梁段最大重量為1#梁段，混凝土方量為68.288 m2重1 775.5 kN。主橋上部采用掛籃懸臂澆筑施工，工程為在建的高速公路沈海復線莆田段的控制性工程。

掛籃預壓試驗的目的(1)通過超載預壓(120%超載)檢驗整套掛籃各系統的強度、剛度、穩定性能是否滿足施工要求;(2)通過觀測掛籃在等載預壓下，發生的彈性變形量和非彈性度形量，來對懸澆箱梁施工預拱度進行修正。

2 掛籃構造

掛籃選用自錨平衡式菱形掛籃，該形式具有節點少，變形小，質量輕，結構完善，施工方便和適應性強等優點。菱形掛籃主要由主桁架系統、行走及錨固系統、起吊系統、底籃系統、模板系數五大部分組成。

掛籃設計主要技術參數:

(1)鋼筋混凝土比重取26 kN/m3;

(2)動力系數取1.2;

(3)施工人員及機具荷載取2.5 kN/m2;

(4)混凝土超載系數取1.05;

(5)掛籃自重:520 kN;

(6)掛籃工作錨固安全系數大于2.0;

(7)掛籃空載走行傾覆安全系數大于2.0;

(8)掛籃空載方式走行:無平衡重由千斤頂頂堆前移。

3 掛籃預壓

采用在0#塊箱梁混凝土腹板兩端頭位置預埋鋼結構反力三角架進行預壓。反力三角架一個邊錨固在0#塊箱梁腹板上，另一邊懸挑在掛籃底板的上方。在反力三角架的懸挑邊與掛籃底板之間，按施工荷載的分布情況設置活塞式千斤頂，通過千斤頂頂推三角架加載反壓掛籃底板來達到模擬施工荷載的作用。

4 反力三角架構造

三角反力架由水平橫梁、上斜撐桿及斜腹桿組成。反力架結構是由2I36b工字鋼拼焊成。水平橫梁一端預埋在0#塊腹板端頭下部，外露懸挑部分充擔三角架的反力點;上斜撐桿一端與0#塊腹板上部的預埋鋼板斜向焊接，另一端與水平橫梁外端部斜向焊接;斜腹桿將水平橫梁及上斜撐桿斜向焊接。

考慮前梁主要荷載集中在腹板位置，所以在掛籃底模的兩側箱梁腹板位置采用I20工字鋼按50 cm間距進行加密橫向排布，在橫布的I20工字鋼上兩側腹板縱向位置分別放置并焊的2組2I36工字鋼，在左右兩側2組2I36工字鋼與各布置2臺600 kN千斤頂，采用墊方木及鋼板調整千斤頂的高度，千斤頂上端與反力三角架水平橫梁的反力點工作面保持水平密貼。同時要確保千斤頂的有效行程能滿足掛籃在超載預壓下的最大變形量要求，見圖1。

圖1 反力三角架構造

5 反力架結構計算

由于千斤頂下2組2I36工字鋼及橫向50 cm間距加密排布的I20工字鋼剛度考慮到足夠大，均可當作剛性體，即通過2臺千斤頂平均施加壓力，反應在掛籃上相當于均布荷載。在掛籃結構計算中得出，掛籃底籃前、后橫梁所承受的荷載分別占總荷載的39%和61%，經推算，當2臺千斤頂間距180 cm及第1臺千斤頂離0#塊端部混凝土40 cm時可充分模擬出掛籃底籃前、后橫梁受力比為39%∶61%的受力狀態，即通過反力架預壓可達到模擬掛籃在實際懸澆過程中的受力狀態。

三角反力架按試驗最大噸位超載120%即2 130 kN進行設計計算。預壓試驗單端采用了4臺600 kN千斤頂預壓，即左右側腹板每邊各2臺。單臺千斤頂控制反力為532.5 kN。

經計算，反力三角架滿足受力要求。

6 反力加載預壓試驗

6.1 加載預壓準備工作

在左8#墩澆筑0#塊混凝土，同時預埋反力三角架預埋件，待混凝土強度達到100%張拉壓漿完成后，采用塔吊配合在0#塊兩端按照施工方案要求，同步對稱安裝掛籃及反力三角架，0#塊兩端同步加載。

6.2 加載預壓試驗的觀測

(1)觀測點位位置及觀測項目及儀器

監測掛籃上橫梁及下橫梁頂面高程的沉降值。在橫梁兩端及梁中采用紅油漆標上沉降觀測控制點的標記，每道橫梁共設3個標記，共8個橫梁24個標記。沉降觀測儀器采用蘇光DSZ2型自動安平水準儀一臺，5 m塔尺一副。

(2)試驗觀測頻率

當預壓準備工作完成后，對左右端對稱的兩副掛籃同時進行預壓。觀測次數為加載前、加載20%、加載50%、加載80%、加載100%，每級加載時持荷2 h，最后加載120%并持荷24 h，最后卸載50%及卸載100%，共8次。

6.3 加載、卸載的方法

進行加載時，按照梁端一臺油泵控制2臺千斤頂進行加載預壓，兩端同步進行、分級逐步進行加載，按照總荷載梁端2 130 kN的20%、50%、80%、100%、120%進行。當每次達到等級設計要求時，停止加載至穩定后，觀測底模下橫梁及上橫梁各觀測點沉降值后，進行下級加載觀測至最后一組荷載。

在加載過程中要準確控制荷載總重量，嚴格按設計總重量加載，每級加載應對稱均勻加載，同時兩端務必要同步，防止和避免出現偏壓和不平衡加載。在每級荷載加壓前及加載過程，都要注意觀察掛籃各系統工作狀況及反力三角架各部位情況是否正常，若發現異常情況，應立即暫停預壓，查明原因并采取可靠應對措施后，方可持續預壓。

加載預壓試驗持續時間掌握在2 h時間，通過觀測的沉降值及現場觀察掛籃各系統的工作狀況達到正常后，即可卸載。卸載同樣必須做到對稱均勻，同步逐級，并觀測掛籃各系統變化情況。

7 試驗觀測結果

掛籃的非彈性變形量(沉降量，100%荷載)平均為6 mm。掛籃的彈性變性量(100%荷載)(1)前上橫梁平均為14 mm，后上橫梁平均為1 mm;

(2)前下橫梁平均為20 mm，后下橫梁平均為5 mm。

8 試驗結論

(1)在試驗整個觀測過程中，掛籃的變形、沉降無異常情況，整體受力均勻，符合掛籃設計及規范要求。

(2)掛籃的非彈性變形量平均為6 mm。

(3)掛籃承受全部荷載時的最大彈性變形量實測值為20 mm。

(4)施工預拱度設置為31 mm。

9 掛籃預壓試驗的幾種方案比較

(1)堆載預壓:堆壓材料利用鋼材、砂包、預制塊水箱等，加載卸載時間長，特別是高墩情況，費用較大，受空間位置制約，但模擬實際荷載效果好。

(2)承臺錨固，反拉預壓:

在承臺上錨固，使用鋼絞線、千斤頂反拉掛籃下橫梁的方案。加載卸載時間較短，模擬實際荷載效果一般。由于受千斤頂行程限制，對高墩情況不便操作。同時還存在豎向鋼絞線反拉、承臺垂直方向錨固位置禁邊不足問題。

(3)反力三角架方案

加載時間短，結構簡單，費用較省，不受高墩影響，工作面集中，便于統一指揮和控制，模擬實際荷載效果較好。但需把握千斤頂加載的速率，盡可能放慢速率，以便盡可能消除材料非彈性變形，內部應力再平衡分配。

10 結束語

湖洋1#大橋反力三角架預壓方案適用于高墩懸澆掛藍，現場操作方便、預壓時間短、效果較好。采用在反力三角架預埋腹板全斷面范圍內設置鋼筋網片，防止腹板混凝土在加載過程中開裂，使鋼結構與混凝土結構受力狀況很好地過渡結合。