大跨高墩連續(xù)剛構(gòu)橋0號(hào)塊托架預(yù)壓設(shè)計(jì)與應(yīng)用

(中交一公局海威工程建設(shè)有限公司 北京 100000)

一、引言

隨著高速公路快速發(fā)展，山區(qū)環(huán)境的高速公路的施工技術(shù)也不斷提高，公路橋的結(jié)構(gòu)形式也變得復(fù)雜多變，連續(xù)剛構(gòu)橋由于其優(yōu)良的性能被廣泛使用。在連續(xù)剛構(gòu)橋0號(hào)塊施工過程中，托架的施工尤為重要，而0號(hào)塊托架預(yù)壓效果的好壞直接影響后續(xù)施工質(zhì)量。從安全性和經(jīng)濟(jì)角度分析來說，堆載預(yù)壓法雖然成本較少，然而在高空作業(yè)中，其安全性難得到保障，同時(shí)施工工期長；而采用承臺(tái)預(yù)埋鋼絞線反拉法，需在承臺(tái)施工時(shí)，預(yù)埋鋼絞線，再用千斤頂進(jìn)行分級(jí)反拉，其安全性隨著主墩的高度提升也隨之提升，且成本也相應(yīng)提高，所需人力、物力巨大。根據(jù)以上存在的難題，項(xiàng)目提出了三角反力架對(duì)0號(hào)塊托架進(jìn)行預(yù)壓的施工方案。

二、工程概況

萬洋高速土建4標(biāo)段定安河1號(hào)大橋主橋?yàn)?82+150+82)m三跨變截面預(yù)應(yīng)力混凝土的連續(xù)剛構(gòu)，主橋主墩高度約42.6m，0號(hào)梁段長12m，頂板寬12.9m，底板寬6.5m，梁段重量836.5噸。

0號(hào)塊施工采用托架施工，托架是在橋墩順橋向外側(cè)預(yù)埋6組厚16mm鋼板，6組三角托架焊接在鋼板上，托架采用I45a型鋼焊接而成，橋墩內(nèi)側(cè)預(yù)埋6組I28鋼牛腿，用I45a型鋼焊接成的托架搭在鋼牛腿上，鋼板上焊接2根直徑為25mm的圓鋼。橋墩橫橋向外側(cè)布置4組I45a托架，在兩側(cè)橫橋向布置1道I45a工字鋼作為承重梁，托架1與托架2的橫向分配梁(I28工字鋼)搭設(shè)在兩側(cè)承重梁上，分配梁上方布置底模系統(tǒng)。2.預(yù)壓方案設(shè)計(jì)

托架預(yù)壓采用墩頂三角反力架預(yù)壓，反壓裝置如同倒置的0號(hào)梁段支架，托架倒置后下端設(shè)置錨固拉桿(A32mm精軋螺紋鋼)，錨點(diǎn)下方采用雙拼I14a工字鋼作為枕梁，上部采用雙拼14號(hào)槽鋼作為壓梁。三角反力架全部桿件均由I45工字鋼制作而成(如圖1)，為滿足抗剪要求，在千斤頂與三角反力架受力點(diǎn)處增設(shè)加筋板，加筋板采用1cm厚鋼板，焊接3處，間距為5cm。在墩頂封頂時(shí)應(yīng)準(zhǔn)確預(yù)埋精軋螺紋鋼，墩頂反力架共布置6個(gè)，單個(gè)薄壁墩上布置3個(gè)，每3個(gè)托架采用橫梁焊接平聯(lián)，提高結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。預(yù)壓時(shí)在托架2上布置6臺(tái)液壓千斤頂，外側(cè)托架用型鋼墊支，當(dāng)內(nèi)側(cè)千斤頂反壓時(shí)外側(cè)也形成了反壓力達(dá)到預(yù)壓效果。

圖1 反力三角架結(jié)構(gòu)圖

預(yù)壓時(shí)與托架1、托架2一起整體預(yù)壓，預(yù)壓重量取0號(hào)塊托架受力荷載的1.2倍。反力架共6個(gè)，單個(gè)薄壁墩上布置3個(gè)，預(yù)壓時(shí)在薄壁墩內(nèi)側(cè)托架上布置6個(gè)千斤頂，通過對(duì)托架2預(yù)壓的同時(shí)，根據(jù)力矩平衡原理計(jì)算精扎螺紋鋼反拉點(diǎn)的位置，達(dá)到預(yù)壓托架1的效果。通過理論計(jì)算，0號(hào)塊托架預(yù)壓時(shí)，橋墩外側(cè)三角托架(托架1)預(yù)壓的總重量為108.24t，內(nèi)側(cè)(托架2)預(yù)壓總重量為351t，即托架1單個(gè)千斤頂預(yù)壓36.1t，托架2單個(gè)千斤頂預(yù)壓59.3t，由于橫橋向托架(托架3)為工作平臺(tái)，可不用預(yù)壓。計(jì)算模型如圖2。

Fa=F外+F內(nèi)

Fa×L1=F內(nèi)×L

L=L1+L2

已知L=5.4m，F(xiàn)外=361kN，F(xiàn)內(nèi)=593kN，經(jīng)計(jì)算的得知L2=2.05m，最終確定精扎螺紋鋼預(yù)埋點(diǎn)的位置。

圖2 計(jì)算精扎螺紋鋼預(yù)埋點(diǎn)位置模型圖

三、施工方法

(一)預(yù)埋精扎螺紋鋼

在主墩墩身施工時(shí)，墩頂預(yù)埋A32精軋螺紋鋼，埋深不低于120cm的錨固端，且預(yù)留長度不小于110cm，同時(shí)在精軋螺紋鋼錨固端端頭采用10×10cm的錨點(diǎn)板及螺栓錨固在混凝土內(nèi)。

(二)承重梁及反力架安裝

(1)承重梁采用通長I45工字鋼鋪設(shè)在托架上，鋪設(shè)點(diǎn)位置為安放千斤頂?shù)奈恢茫總€(gè)預(yù)壓點(diǎn)連續(xù)鋪設(shè)3根I45工字鋼，3根工字鋼應(yīng)墊平至同一高度。

(2)采用塔吊安裝三角反力架，單個(gè)薄壁墩上安裝完3個(gè)反力架后，采用平連工字鋼將3個(gè)反力架調(diào)節(jié)垂直，并焊接牢固，保證其穩(wěn)定性，平連工字鋼設(shè)置3處，分別為三角反力架3個(gè)角處(如圖3)。

(3)安裝千斤頂，千斤頂安放在承重梁上，千斤頂下方鋪設(shè)鋼板，上方與反力架之間的空隙可采用鋼板或錨具進(jìn)行填塞(如圖3)。

圖3 反力架及千斤頂安裝

(三)監(jiān)控點(diǎn)布置及加載預(yù)壓

(1)監(jiān)控點(diǎn)布置，共布置9個(gè)沉降監(jiān)控點(diǎn)，托架1監(jiān)控點(diǎn)位于托架1端頭，托架2監(jiān)控點(diǎn)位于托架2中心點(diǎn)，監(jiān)控點(diǎn)布置如圖4。

(2)反力架安裝檢查完成，即開始進(jìn)行預(yù)壓工作，預(yù)壓采用智能張拉設(shè)備，選用負(fù)荷不小于100t的千斤頂。采用1臺(tái)油泵控制6個(gè)千斤頂以便滿足整體預(yù)壓要求。預(yù)壓加載順序?yàn)?、25%、50%、100%荷載進(jìn)行，每級(jí)加載、卸載10min后讀一次水準(zhǔn)測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，根據(jù)《鋼管滿堂支架預(yù)壓技術(shù)規(guī)程》，在全部加載完成后的支架預(yù)壓監(jiān)測(cè)過程中，連續(xù)三次各測(cè)點(diǎn)沉降量平均值累計(jì)小于5mm時(shí)判定支架預(yù)壓合格。

圖4 沉降監(jiān)控點(diǎn)布置圖

圖5 加載預(yù)壓

(四)數(shù)據(jù)分析

根據(jù)測(cè)量結(jié)果可得知，加載至100%荷載后，一直穩(wěn)壓12h期間連續(xù)觀察3次，通過計(jì)算各點(diǎn)連續(xù)3次觀測(cè)累計(jì)沉降值均小于5mm，滿足規(guī)范要求，可進(jìn)行下一道工序的施工，數(shù)據(jù)分析如圖6。

圖6 數(shù)據(jù)分析

四、效益分析

根據(jù)機(jī)械費(fèi)、人工費(fèi)、材料費(fèi)以及工期四個(gè)方面對(duì)0號(hào)塊三角反力架施工進(jìn)行經(jīng)濟(jì)效益對(duì)比分析，本次以單個(gè)0號(hào)塊預(yù)壓施工進(jìn)行分析。

(一)經(jīng)濟(jì)效益

表1 反力架預(yù)壓費(fèi)用表(單個(gè)0號(hào)塊預(yù)壓)

表2 沙袋堆載預(yù)壓表(單個(gè)0號(hào)塊預(yù)壓)

表3 反力架預(yù)壓與沙袋堆載預(yù)壓費(fèi)用對(duì)比(單個(gè)0號(hào)塊預(yù)壓)

(二)社會(huì)效益

(1)采用三角反力架預(yù)壓法成功完成定安河1、2號(hào)橋主橋0號(hào)塊托架預(yù)壓，得到了監(jiān)理、業(yè)主的認(rèn)可。

(2)采用三角反力架預(yù)壓簡化了施工工藝，降低了預(yù)壓安全風(fēng)險(xiǎn)和成本，同時(shí)縮短了施工工期。

五、結(jié)語

本文以定安河1號(hào)大橋主墩0號(hào)塊托架預(yù)壓為列，設(shè)計(jì)出一種托架反力預(yù)壓施工方法，并詳細(xì)介紹了三角反力架預(yù)壓原理與實(shí)施方法。該方法成功應(yīng)用在萬洋高速公路土建4標(biāo)定安河1、2號(hào)大橋主墩0號(hào)塊托架預(yù)壓施工中，該方法具有簡單、安全，高效的特點(diǎn)，得到了業(yè)主、監(jiān)理的一致好評(píng)。此次0號(hào)塊托架預(yù)壓的成功為以后類似工程施工提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。