山區高速公路特大橋O#塊施工托架等效預壓反力架的設計與應用

■陳壽明

(寧德福壽高速公路有限責任公司，寧德 352000)

1 工程概況

寧德福壽高速公路A3 合同段下馬嶺特大橋跨越省道301 線和曉汾溪，橋梁起點樁號為K20+939.5，終點樁號K21+691.5，橋長752.0m。橋型布置為2×30m 預應力砼連續T 梁+(85+155+85)m 預應力砼變高剛構箱梁+3×30m 預應力砼剛構T 梁+4×30m 預應力砼剛構T梁+5×30m 預應力砼連續T 梁。四個主墩墩高在72～79m 之間，剛構箱梁共設置有縱、橫、豎三向預應力，剛構箱梁O#塊高度達到9.5m，O#塊墩身縱向各懸臂3m。

剛構箱梁O#塊施工托架采用鋼結構三角托架，分為主托架與翼緣板側托架兩部分組成，其中主托架高度為5m，長6m，由I40b、I36b 和I32b 工字鋼焊接而成，側托架長與高均為3m，由I36b 與I32b 工字鋼焊接而成。

由于墩身最高達79m，而且受山區條件地形限制，若采用傳統沙袋堆載等預壓方式，不僅施工工期長，而且存在高空堆載作業安全隱患，因此本工程選擇采用反力架千斤頂進行預壓施工。反力架利用現有側托架加工而成，墩身相應位置需要提前設置預埋件。

2 預壓反力架設計與計算

2.1 反力架結構設計

預壓反力架采用現有側托架進行組合而成，縱橋向反力架對應三角主托架共設置三組，一組有兩片，通過同等規格的型鋼進行滿焊連接。反力架根部相應的位置設置有豎向抗拔精軋螺紋鋼筋，預埋深度通過千斤頂的頂升力來確定。反力架結構見圖1。

2.2 頂升力確定

由于混凝土自重荷載為均布荷載，而采用千斤頂則受力情況變為集中力荷載，因此為了達到混凝土的自重均布荷載產生的變形效果，千斤頂的集中力荷載數值需要根據計算進行相應的調整。

圖1 反力架示意圖

預壓工序主要是為了消除支架結構的非彈性變形以及計算出彈性變形值，因此，按照O#塊混凝土自重乘以相應系數后計算出均布荷載施加于三角托架上的彈性變形值，利用Midas Civil 空間有限元計算軟件對均布力產生的撓度進行計算，結果見圖2。

圖2 三角托架均布力撓度圖

如圖2 可知，三角托架最大撓度為6.2mm。由于千斤頂施加的為集中力，因此為了達到預壓的效果，經過反算，當千斤頂施加772kN 集中力時，產生的撓度與混凝土均布力產生的撓度相當，受力分析圖見圖3。

圖3 三角托架集中力撓度圖

如圖3 可知，當千斤頂集中力為772kN 時，三角托架的變形情況與混凝土澆筑的變形情況基本上能夠吻合，能夠比較好地模擬施工中的實際情況。

2.3 應力與變形計算

利用Midas Civil 空間有限元軟件對反力架進行模擬加載，計算結果見圖4 和圖5。

圖4 反力架綜合應力圖

圖5 反力架受力撓度圖

如圖4 可知，反力架加載后綜合應力最大值為176MPa，滿足規范要求；如圖5 可知，反力架的最大撓度值為7.9mm。

3 等效預壓反力架實際應用

3.1 反力架安裝及預壓步驟

首先按照設計圖紙加工并安裝好托架及反力架，確保托架牛腿和預埋精軋螺紋鋼等預埋件位置準確，支架施工完成后對標高等指標進行驗收，然后安裝預壓千斤頂。預壓采用能同步預壓的智能千斤頂，每組托架的縱橋向單側放置一個，一共三組托架橫橋向分別進行預壓。千斤頂預壓共分為五級，施加的頂升力已經包括了安全系數，分級加載分別為最大頂升力的20%、40%、60%、80%、100%。當各觀測點的24h 平均沉降量小于1mm 或者72h 的平均沉降量小于5mm，則認為預壓完成。卸載采用一次卸載的方法，要均衡、對稱、同步地進行。

3.2 觀測點布置

每一片三角托架與反力架設置一個沉降值觀測點，總共設置有12 個沉降值觀測點，具體觀測點位置見圖6。沉降值觀測點能夠滿足數據收集的需要，而且要便于實時觀測，同時注意施工安全性。

圖6 預壓觀測點布置圖

3.3 等效預壓實施過程

反力架按照最大頂升力20%、40%、60%、80%、100%進行五級預壓，每級加載完成后對變形值進行量測，沉降量平均值小于2mm 時進行下一級的加載。經過實時的觀測，五級預壓的換算后平均沉降值分別為：中跨側1.5mm、2.4mm、4.0mm、5.3mm、5.8mm；邊跨側1.1mm、2.1mm、3.3mm、4.9mm、5.6mm；非彈性變形分別為1.2mm 與1.8mm。

通過Midas Civil 計算所得的最大沉降值為6.2mm，實際加載后產生的相應位置的撓度分別為5.6mm 與5.8mm，實測與計算結果相當接近。

通過等效預壓，消除了0#托架結構的非彈性變形，并且當O#塊施工時可以根據計算得出的彈性變形進行相應的預拋高調整。

4 結束語

實踐證明，本橋托架采用千斤頂預壓后大大縮短了工期，從托架的安裝到預壓結束拆除材料、設備，施工總工期僅為1～2 天，預壓過程未發生任何異常現象。本工程施工過程中測量控制點標高與計算的理論標高基本相吻合，達到了理想狀態。

綜上所述，反力架預壓施工能夠很好的達到預壓效果，特別是橋墩較高的橋梁工程，既經濟又安全，可以為同類型橋梁借鑒參考。

[1]GB 50017-2003，鋼結構設計規范[S].

[2]JTG/T F50-2011，公路橋涵施工技術規范[S].