超高橋墩上現澆連續箱梁的懸臂托架及掛籃預壓施工技術

林方毅

( 福建建工集團總公司　福建福州　350001)

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超高橋墩上現澆連續箱梁的懸臂托架及掛籃預壓施工技術

林方毅

( 福建建工集團總公司福建福州350001)

在橋梁高墩上施工現澆連續箱梁，為保證施工安全及消除變形，控制撓度值，需要對托架和掛籃進行預壓，采用在墩身內預埋精軋螺紋鋼筋，在托架上安裝貝雷片(分配梁及加強橫梁)作為反力架，千斤頂進行預壓的施工方法與傳統堆載預壓法相比，具有安全、便捷、經濟效益顯著等重大優勢。文章詳細介紹了該施工技術的工藝原理、工藝流程及操作特點和預壓設計與計算。

懸臂托架;掛籃;千斤頂;反力架;預壓

1　工程概況

在跨越大峽谷的大橋高墩上施工現澆連續箱梁時，為保證施工安全，消除彈塑性變形、調整線型及控 制撓度值，確定立模標高和預拋高值并對托架及掛籃的穩定性、強度、剛度進行評價，需要對托架和掛籃進行預壓。如果采用傳統的堆載預壓法，需要將上百噸的砂袋或水箱運送到高墩上進行堆載預壓，極不方便同時也存在極大安全隱患。104國道羅源五里至白塔公路改線工程管柄大橋，跨管柄村南側“U”型山谷，谷底寬約170m，橋位處于谷深最低側約100m，中心里程為K5+102。該連續剛構橋的3～7#墩，采用 (72+127+127+72)m 一聯四跨PC連續剛構，全長398m。主橋下部結構采用雙肢矩形墩，4#、5#、6#墩墩高分別為81m、92.3m、69m，過渡墩3#、7#采用空心薄壁墩。采用千斤頂對懸澆橋梁的0#塊懸臂托架及掛籃進行預壓，與傳統堆載預壓相比，施工便捷、安全、設備簡單、容易操作、有效節省了預壓時間，大大降低施工成本(堆載費用、安全措施費)各20%以上，經濟效益顯著。

2　工藝原理

2.1懸臂支架預壓系統

在墩柱頂部預埋精軋螺紋鋼筋，并錨固在澆筑好的墩柱中，另外一端與貝雷片桁架采用錨具固定，組成懸臂托架支架預壓系統，千斤頂布置在懸臂模板支架與預壓支架系統間，啟動千斤頂按照所需的預壓力進行預壓。利用千斤頂作用力與作用反力原理將千斤頂張拉力作用在上部的貝雷桁架上，貝雷桁架由于精軋鋼固定，將作用力反施加于千斤頂上，再由千斤頂傳遞給預壓懸臂模板系統，實現預壓作業，見圖1。

2.2掛籃支架系統

在已澆筑的0#塊腹板上設置型鋼桁架預壓施工系統，與懸臂支架預壓系統類似，預壓時千斤頂布置在型鋼桁架與掛籃底模之間，按照所需的預壓力執行預壓，千斤頂將力作用于型鋼桁架上，型鋼桁架將反作用施加于千斤頂，在通過千斤頂將力傳遞到掛籃底模上，實現掛籃預壓施工，見圖2。

3　懸臂托架及掛籃預壓施工工藝流程及操作特點

3.1施工工藝流程

施工準備——墩身預埋精軋鋼——拼裝預壓支架——懸臂支架預壓——支架變形觀測——拆除預壓支架——澆筑0#混凝土——掛籃預壓準備——掛籃預壓——掛籃變形觀測——掛籃預壓支架拆除

3.2懸臂托架預壓操作要點

(1)墩頂預埋Φ32精軋螺紋鋼。每兩根為一組沿橫橋向布置，兩根間距為70cm，每根分別穿過貝雷片兩側，通過扁擔梁固定在貝雷架上方，順橋向共設置4組精軋螺紋鋼，8根/道，共設置預壓貝雷梁3道。

精軋螺紋鋼筋的抗拉能力必須能抵抗千斤頂施加的作用力，即為0#塊施工時混凝土總重量的1.2倍，以確?；炷潦┕さ陌踩?。計算公式為：

F=1.2G/n

(1)

F為精軋螺紋鋼受到的拉力，G為混凝土重量，n為精軋螺紋鋼總數。

精軋螺紋鋼埋入混凝土深度計算公式為：

F=ndhτb

(2)

τb取3.0N/mm2,h為錨固長度

其中F為精軋螺紋鋼受到的拉力，h為埋入墩柱內的深度，d為精軋鋼半徑

(2)拼裝預壓支架：0#跨托架安裝完成后開始拼裝預壓支架，按照圖3懸臂支架預壓系統布置圖。托架上沿橫橋向均布I40b工字鋼，工字鋼上部沿順橋向布置兩道I45b雙拼工字鋼，I45b工字鋼上部放置6臺400t穿心式千斤頂，每個千斤頂上部設置雙拼貝雷片梁，精軋鋼筋通過貝雷梁上的I40b雙拼工字鋼錨固在扁擔梁上。用塔吊起吊貝雷梁至墩頂進行拼裝。

(3)懸臂支架預壓：采用千斤頂進行超載預壓，預壓重量為施工荷載(扣除墩頂部分的砼重量)的1.2倍，加載順序為0→30%→70%→100%→120%五級加載，荷分布模擬梁段荷載，加載至120%持荷10h，做好過程測量工作并整理計算支架變形量，以驗證0-1#塊托架的承載力和彈性變位值是否滿足施工要求。

(4)支架變形觀測：支架變形觀測點設置在懸臂支架端部及模板的中部，見懸臂支架變形觀測布置圖4。觀測時間分別取0%、120%、0%，其目的是為消除支架的非彈性變形和計算出彈性變形以設置支架的預拱度。

△H彈=H1-H3

(3)

△H非彈=H3-H2

(4)

(5)預壓支架拆除：遵循“先支后拆、后之先拆”原則，在橫橋向應同時卸落、在縱橋向應對稱均衡卸落。具體拆除順序為：拆除6臺400t穿心式千斤頂——拆除I40b雙拼工字鋼扁擔梁——對稱拆除雙拼貝雷片梁——拆除I45b雙拼工字鋼——I40b工字鋼，貝雷梁拆除方法與安裝方法相同。

3.3掛籃預壓操作要點

(1)掛籃預壓準備：在0#塊砼達到設計強度掛籃安裝完成后開始預壓。0#塊模板安裝施工前應根據要求在0#塊腹板處預埋精軋螺紋鋼，精軋鋼大小、數量、埋設位置及錨固深度通過計算確定。見公式(1)和(2)。掛籃支架預壓時，梁體1#塊腹板處錨固倒置三角托架作為臨時承重的結構，托架橫梁采用I45b工字鋼，斜桿采用[25b對扣槽鋼；腹板處錨固20mm鋼板與倒置三角架采用焊接方式連接，三角支架的斜桿與鋼板的連接采用牛腿支架結構；20mm鋼板制作牛腿固結斜桿，1#塊腹板上預埋精軋鋼，并將鋼板緊貼腹板混凝土表面，與精軋鋼鎖緊；為增加托架穩定性，斜桿之間由[20槽鋼相連。大型工字鋼作為底模系上的分配梁，按40cm間距排列。

(2)掛籃預壓：和懸臂托架預壓原理一樣，采用千斤頂進行超載預壓，預壓重量為施工荷載(扣除墩頂部分的砼重量)的1.2倍，千斤頂分0、20%、75%、90%、100%、120%五級荷載緩慢加載，各級荷載間持載20～30min，荷載分布模擬梁段荷載，加載至120%持荷10h，測出變形量及主要受力桿的應力和應變以驗證掛籃是否滿足施工要求。最后以100%、75%、50%、20%、0五級緩慢卸載后再測變形量。加載過程密切注意各結點、受力桿件、連接器部位及掛籃的變形情況，確保安全[3]。

(3)掛籃變形觀測：變形計算公式參考公式(3)、(4)。掛籃布置見圖5，掛籃監控量測布置點見圖6。

(4)掛籃預壓支架拆除同3.2.5。

(5)掛籃預壓控制要點：懸澆箱梁撓度、底板線型的控制是難點，應綜合考慮懸臂長度與重量、掛籃重量與施工荷載、預加應力、溫度、砼收縮徐變等影響，通過預壓工序確定具體撓度。澆注砼時應從懸臂端部向根部順序澆注，并隨時調整因梁段自重在掛籃上產生的撓度，避免產生豎向裂縫。掛籃預埋件埋置位置應準確，應加強反力架和工字鋼排架焊接質量、強度及剛度檢驗。

3.4材料及設備

組合貝雷片、Φ32精軋螺紋粗鋼筋(型號930MPa)、30mm厚鋼板、工字鋼縱梁(I40b和I25a)、鋼模板、[16b雙拼槽鋼、三角架上撐橫梁I32a工字鋼(均不低于國家標準，502型號焊條，焊縫有效厚度為6mm，焊接托架構件不得發生變形，用超聲波探測焊縫完整性和密實度)。YC60型張拉千斤頂和油表(已標定)、ZB4-500型張拉油泵、三角桁架掛籃、經緯儀和全站儀等[4]。

3.5注意事項

梁段0-1#模板固定尺寸控制誤差為：模板垂直度小于±3mm；模板軸線位置小于±2mm；兩端底模標高小于±3mm；梁底橫向預拱度小于±2mm；兩模板內側寬度小于±5mm。變形觀測點設置在預壓體系受力變形關鍵位置，密切觀測各結點、受力桿件、連接器及托架、掛籃變形情況。應控制懸臂端對稱均衡荷載，防止受外力引起裂紋。控制好各梁段立模標高和梁體位移，防止梁體線形變化和位移。千斤頂壓力必須模擬箱梁重量分布情況進行。托架預壓時橫桿正下部砼需要增加部分受力鋼筋，以抵抗型鋼集中應力，預壓內部懸臂端時，上部疊加的大型縱梁的外側要增加臨時支撐結構[2]。

4　托架及掛籃預壓設計與計算

4.1三角托架預壓計算

在墩身上的腹板正下方預埋8根/道，共3道φ32精軋鋼筋(型號930MPa)作為著力點，埋置深度2.5m，托架上均布I40b工字鋼，工字鋼上部縱向布置兩道I45b雙拼工字鋼，其上放置6臺400t穿心式千斤頂，每個千斤頂的上部再放置2道I40b雙拼工字鋼作為扁擔梁，精軋鋼筋錨固在扁擔梁上，千斤頂壓力傳遞到下部大型型鋼上進行預壓。主要桿件驗算[1]:

(1)精軋鋼筋錨固深度驗算：0-1#梁段懸臂端總荷載為:

F=1.2×(343.2+556.842×3+610.584+91×2+60+30+71.39+48)×2=7 237.68kN

單根精軋鋼筋需承受的拉力為N=7 237.68/24=301.57kN

根據錨固公式F=πdhτb(τb取3.0N/mm2,h為錨固長度)得

(2)傳力桿驗算:單根精軋鋼拉力為301.57kN<930型號精軋鋼筋的拉力，滿足承載力要求。

(3)扁擔梁驗算:扁擔梁用I40b雙拼工字鋼制作，根據支架分配梁驗算可知，滿足承載力要求。

加載預壓:6個千斤頂同時同步分0、30%、70%、100%、120%五級荷載緩慢加載，各級荷載間持載5～10min，變形穩定后用水準儀測量各監控點標高，當加載到120%時，持荷10h，到達時間規定若發現千斤頂油表讀數回落，應重新加載至規定荷載，待千斤頂油表讀數及水準儀測量監控點高程無變化時才卸載并記錄數據。最后以100%、70%、30%、0四級緩慢卸載后再測下沉量。

4.2掛籃預壓荷載計算

(1)砼容重為26kN/m3；動載系數為1.2；施工人員及機具荷載：2.5kN/m2； Q235鋼：E=2.1×105，[σ]=140MPa，[σw]=145MPa，[τ]=85MPa、精軋螺紋鋼筋(d=32)：fpk=930MPa，pd=750MPa；撓度容許值為1/400；安全系數為1.2。

(2)分配梁自重：

1)橫桿45B工字鋼87.45kg/m×12道×12m=125.9kN

2)縱桿45B工字鋼87.45kg/m×6道×4m=21.0kN

(3)懸臂最大砼重量：2#節段長3m，為最重節段。

單側翼板：q1=1.4×26×1.05×1.2×1+2.5×3×1=53.36kN/m，單腹板：q2=4.75×26×1.05×1.2×1+2.5 ×0.7×1=157.36kN/m，底板：q3=2×4.2×26×1.05×1.2×1+2.5×9.9×1=299.93kN/m，頂板：q4=2×2.46×26×1.05×1.2×1+2.5×9.9×1=185.93kN/m。2號段計算總重：319.4t

(4)混凝土其他荷載：施工荷載=2.0kN/m2×18m×3m=108kN，預壓懸臂荷載組合G總=1.2×(混凝土荷載+其他荷載—自重)=3786kN

(5)主要桿件受力計算：三角架受力分析：3臺千斤頂同時施加壓力，每臺壓力為1262kN，FOA=728.6kN

FAB=1457.2kN，對橫桿OA進行分析(圖7)，其為45b型工字鋼，查表I 45b型工字鋼截面面積A=111.40cm2，則軸向壓力驗算：

σmax=FOA=65.4MPa<[σ]=140MPa

斜桿為4[25b槽鋼對扣，查表截面面積A=159.64cm2，則軸向應力驗算：

σmax=FAB/A=91.3MPa<[σ]=140MPa

慣性矩Ix=14 478cm4，毛面積A=159.64cm2

回轉半徑rx=95.2mm，長細比λx=L/rx=4 000/95.2=42.0，查縱向彎曲系數為ψ=0.85則：

σmax=91.3MPa<ψ[σ]=119MPa，故倒置三角架整體穩定。

(6)精軋鋼驗算：0點和B點錨固點，均采用精軋鋼錨固，錨固點采用4根930MPa精軋鋼連接。

0點承受的最大水平力為：FOA=728.6kN；B點承受最大荷載為：水平力：FX=728.6kN，豎向力：FY=1 262kN。

安全系數：[σ]/σmax，滿足要求[5]。

根據現場監控量測數據，結果表明：預壓變形值、預拋高值及立模標高等數據與理論計算數據相符，各構件的實測位移曲線均勻，關鍵構件內力、變形結果吻合較好，可以有效控制梁體線型和撓度。

5　結語

羅源項目、福建漳州招銀疏港公路A1標的楓林互通、A2標的過田和際都大橋高墩0#塊及掛籃都采用該施工方法，托架及掛籃預壓結果采用有限元法理論分析計算，與后續梁段施工實際結果接近，施工過程安全便捷，取得了良好的經濟和社會效益。招銀疏港公路現已通車2年，得到業主、監理一致好評。

[1]JTGTF50-2011 公路橋涵施工技術規范[S].

[2]JTGF80-1-2004公路工程質量檢驗評定標準[S].

[3]JTGF 90-2015 公路工程施工安全技術規程[S].

[4]福建省普通公路施工標準化指南[Z].2013.8.

[5]JTG D62-2004 公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范[S].

When constructing the continuous box girder on the high columns,use lifting jack and reaction frame for pre-pressing cantilever bracket and basket technology

LIN Fangyi

(Fujian construction engineering company Fuzhou 350001)

When constructing the continuous box girder on the high column,We embedded rebar in the pier body，install bailey tablets as reaction frame,use lifting jack for pre-pressing cantilever bracket and basket for eliminating deformation and ensuring safety.The technology is more safety and convenient than the traditional preloading method.

Cantilever bracket；Basket；Lifting jack；Reaction frame；Preloading

林方毅(1974.03-)，男，高級工程師。

E-mail:921696277@qq.com

2016-03-10

U445.4

A

1004-6135(2016)04-0101-05