淺談山區高速公路懸臂梁菱形掛籃靜載預壓技術的應用

■馬 速

（寧德沙埕灣跨海高速公路有限責任公司，寧德 355200）

近年來，隨著福建高速公路的飛速發展，區域高速公路路網的不斷完善，新建高速跨越既有國省道及深谷的現象越來越普遍，對于山嶺重丘地區高海拔的高速公路施工建設提出了嚴峻的考驗。為滿足跨線橋的橋下凈空及通行的特殊要求，高墩及懸臂梁橋設計屢見不鮮，懸臂掛籃施工技術難度也越來越大。對于懸臂掛籃預壓工藝的創新提升更是刻不容緩。

1 工程概況

寧德福壽高速A3標段下馬嶺特大橋跨越省道301線及曉汾溪，全橋長752m，橋型布置為2×30m預應力砼連續T梁+（85m+155m+85m）預應力砼連續—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，其中3#、4#為主墩，3#墩位于河道邊，4#墩位于省道301線邊坡上方。箱梁采用單箱單室變截面，墩中心處箱梁高9.5m。主跨中心梁高3.5m，箱梁中心高度按2次拋物線變化（9.5～3.5m）。左幅頂部設2%的單向橫坡，右幅橫坡從-0.38%～2%漸變，箱梁頂寬12.00m，底寬6.0m，0#塊長12m。箱梁0#塊設橫、豎、縱三向預應力，其他懸澆段設豎、縱兩向預應力。左右分離，兩側翼緣板寬度為3.0m，0#塊箱梁高度為9.5m，墩身縱向各懸出3m長度。

變截面箱梁采用菱形掛籃懸臂澆筑施工，根據工期要求，4個主墩投入4套共8個掛籃同時施工，8個掛籃結構形式完全相同，結合現場施工的實際進度，掛籃預壓選目前施工進度最快的左線4＃墩的掛籃。為確保橋下安全通行、快捷高效低成本完成掛籃預壓工作，對傳統的預壓方法進行創新改進，采用靜載預壓技術，通過兩片桁架對頂張拉精軋螺紋鋼的方法，驗證掛籃的安全可靠性。

2 掛籃設計

掛籃是懸臂澆筑施工的主要設備，掛籃委托專業廠家加工。菱形掛籃的特點：結構簡單，桿件受力明確合理，承載能力強，彈性變形能力小，安裝與拆卸方便，移動靈活，定位準確、調整立模方便，施工空間大，并可在弦桿上安裝走行桁吊。

掛籃由菱形桁架、提吊系統、走行系統，內外模板和張拉操作平臺組成。菱形掛籃構造詳見圖1“菱形掛籃示意圖”。

圖1 菱形掛籃示意圖

3 靜載預壓的目的

掛籃設計為菱形掛籃，通過靜載預壓，檢查菱形掛籃主桁架、前后吊及底模架的加工及安裝質量，驗證掛籃各主要受力部件承載力和結構安全可靠性；通過檢驗發現并解決有關問題。

同時，通過對掛籃進行預壓，消除菱形掛籃桁架非彈性變形，測定彈性變形，為連續梁懸臂施工線形控制提供依據。為連續梁施工控制及模板體系起拱等提供試驗數據；也為今后掛籃設計積累經驗數據。

4 靜載預壓方案的實施

4.1 預壓前準備

（1）設備材料

根據靜載預壓工作安排，需要投入的設備和材料有：16t汽車吊1臺、YC100型千斤頂1臺、10米鋼尺2把，3m鋼卷尺2把、Φ32mm精軋螺紋鋼筋 L=2.5m 9根；L=3m 2根；吊帶2根。輔助桿件：10m走形梁2根、3m軌道2根、后錨扁擔13根、鋼墊枕6根。

（2）現場布置

菱形掛籃各構件制做完畢后，在加工場地要進行試裝配，以保證掛籃在施工現場能順利組裝。在箱梁1號段施工前進行試壓,試壓前要全面檢查掛籃的拼裝及焊接質量，各錨固部位的錨固情況，并做詳細記錄。

在施工現場平整一塊靜載預壓場地，預壓工作場地約為15m×15m。預壓前先將掛籃主構架在平整好的場地內組裝好，并按兩個一對做好標記。

首先采用汽車吊將兩根外模走行梁作為墊梁平鋪在場地上，然后將兩片掛籃主桁架平躺安裝在兩走行梁上，兩片主桁架相對而放，后端A作為后錨點將兩片主桁架固定到一起，通過鋼扁擔以及精軋螺紋鋼進行對拉錨固，中部B節點放置一塊鋼墊板將兩片主桁分開，前端C點為預壓端，其中一側設置錨固端，另一側設置張拉端。

（3）荷載計算

預壓荷載主要是根據掛籃在懸臂澆筑過程中實際荷載來取值的，懸臂端最重梁段為1#段，重量為176.2t，分配到每片主桁架上的重量為176.2÷2=88.1t，預壓重量按照120%加載則千斤頂施加的最大力為88.1×9.8×1.2=1036kN。

圖2 掛籃預壓方案圖

4.2 測點布置

主桁架預壓測點布置在C點處，采用鋼板尺測量C點處兩片桁架的間距變化，初始及每加一級荷載測量一次。

每級加載完成并穩壓30s后檢查各桿件有無裂縫，若各桿件無異常，即可對其變形值進行量測并記錄，然后進行下一級的加載；最后一級持荷時間為70min。變化穩定后則可進行卸載施工作業。每級加載完成仔細檢查菱形桁架本身變形情況和精軋螺紋鋼固定情況，如有問題要及時停止加載，并采取改正措施。

4.3 加載預壓及觀測

預壓按照五級加載，即 20%、50%、80%、100%、120%， 對 應的千 斤頂 為 172.7kN、431.7kN、690.7kN、863.3kN、1036kN，每加載一級均需要進行獨立觀測。具體方法如下：

（1）加載前先對兩桁架C點處的初始距離H0進行測量。

圖3 現場預壓圖

（2）然后開始加載，先按四級進行加載，每級加載完成并持荷半個小時后測量兩桁架間C點處距離H1～H4。

（3）加載至120%荷載時，測量出兩桁架間C點處距離H5。

（4）當變形穩定后，即 120%加載完成持荷 30s、5min、10min、70min，分別測量距離，變化穩定后便可進行卸載，卸載后測量兩桁架間C點處距離H6。

（5）根據測量出的各階段兩桁架間C點處距離，計算出菱形掛籃的彈性變形值及非彈性變形值，即彈性變形值f1=H6～H5，非彈性變形值 f2=H0～H6。單片掛籃桁架的變形值為f3=（f1-精軋鋼拉伸變形值）/2。

4.4 預壓數據及分析處理

預壓數據見表1。

表1 靜載預壓測量記錄表

根據測量記錄表，可知累計變形為85mm，通過計算彈性變形值f1=6180-6113=67mm;非彈性變形值f2=6198-6180=18mm;單片掛籃桁架的變形值為f3=（67-7×0.336）/2=21.74mm。上述計算結果表明菱形掛籃變形情況符合相關規范要求。

根據每級荷載試驗測出的變形值結果，繪制力與位移的關系曲線，采用線性內插計算出每個梁段的彈性變形值。

4.5 注意事項

（1）靜載預壓試驗之前要對油表及千斤頂進行檢驗標定，根據預壓試驗荷載等級計算出油表讀數。

（2）對菱形掛籃桁架前支點、加載點及后端錨固點必須進行加強，加墊厚鋼板，擴大接觸面積，防止在預壓試驗過程中這幾個部位發生局部塑性變形。

（3）預壓加載時，油泵必須平穩緩慢供油，基本做到勻速加載，遇到特殊情況應立即停止加載工作。

（4）預壓加載時，操作人員嚴禁站在精扎螺紋鋼筋正前方，要保持一定的安全距離確保人員安全。

（5）預壓試驗完成之后，同一組菱形掛籃桁架要擺放在一起，掛籃拼裝時將同一組掛籃安裝在T構同一端。

5 采用靜載預壓方法的優點

實踐證明，本橋掛籃采用靜載預壓技術，通過兩片桁架對頂張拉精軋螺紋鋼的方法達到加載預壓的目的，各級預壓加載時間短，從加載到預壓觀測結束，僅為2～3h，可實現與0#塊同步施工，具有可操作性，安全系數高，預壓周期短，功效顯著，能夠有效減低施工成本等優勢，同時，掛籃預壓試驗各項實測變形值和應力值均在理論控制值范圍內，說明該掛籃主梁抗彎能力等均滿足設計要求，加工質量較好，具有足夠的應力和變形儲備。

以往項目菱形掛籃預壓通常采用傳統的配重堆載預壓方法（如砂袋預壓、鋼材預壓、水箱預壓、預制塊預壓等）和近年來呈現的張拉鋼絞線預壓方法及反力架預壓方法等，雖然均能達到掛籃預壓的目的，但上述預壓方法與本文論述的靜載預壓方案對比均存在不同程度的不足，如配重堆載預壓存在預壓周期長，施工成本高，施工效率低，安全風險系數大，受天氣影響較大等；鋼絞線及反力架預壓雖比傳統方法來說有所提高，但仍存在需事先預埋受力預埋件、高空作業、安全風險系數大，周期長等不利因素。

6 結束語

綜上所述，菱形掛籃靜載預壓技術應用能夠很好的達到預壓效果，特別是對要確保橋下通行的跨線橋梁來說，既保證了安全通行又實現了快速推進工程進度，可為類似工程提供借鑒參考。

[1]GB/T700-2006，鋼結構設計規范[S].

[2]JTG/T F50-2011,公路橋涵施工技術規范[S].

[3]鄭茂威，牛海東.高速鐵路掛籃主桁對拉預壓技術[J].青海水利發電，2016（3）.