鋼絞線反拉預壓技術在洛維大橋施工中的應用研究

覃捷 王顯張

摘要：文章結合柳州至南寧高速公路改擴建工程新建洛維大橋工程實例，從預壓工藝、模擬荷載分布、鋼絞線布設與張拉、沉降監測等方面，介紹鋼絞線反拉預壓技術在該橋0#、1#塊現澆箱梁施工中的應用，為高墩連續剛構橋主梁施工提供理論依據。

關鍵詞：反拉預壓;現澆支架;模擬荷載分布;沉降監控

中圖分類號：U445.4A341224

0 引言

在預應力混凝土連續剛構橋施工中，支架預壓是施工的關鍵工序之一，常用方法是堆載預壓，即通過堆載沙袋、鋼材、預制混凝土塊或者注水水箱等重物進行預壓來消除支架非彈性變形，但此類方法都存在各自的局限性。因此，在改擴建高速公路橋梁施工中，尋找一種快捷有效、安全風險小的預壓方法意義重大。新建洛維大橋主墩0#、1#塊現澆箱梁支架采用鋼絞線反拉預壓技術，成功解決了傳統方法存在的缺點，為同類橋梁施工提供經驗借鑒。

1 工程概況

新建洛維大橋全橋采用單幅整體式，主橋為（80+2×125+75）m預應力混凝土連續剛構形式，主梁采用直腹板的單箱雙室箱梁。其中9#、11#主墩墩高17.257 m，設計為支座形式，采用臨時支座固結體系施工;10#墩墩高18.416 m，采用墩梁固結形式。根據設計要求0#、1#塊同時澆筑，0#、1#塊順橋向長11 m（0#塊長7 m），橫橋向頂板寬22.5 m，底板寬14.5 m，最大梁高7.5 m，0#、1#塊最大合計澆筑混凝土398.9 m3。

2 支架預壓方法的確定

傳統支架堆載預壓方法主要有以下兩種：（1）采用沙袋、鋼材或者預制混凝土塊重力作為荷載進行預壓;（2）采用水箱注水作為荷載進行預壓。傳統預壓方法在深水、高墩作業環境下受到很大的限制，操作難度較大，而且效費比低。反拉預壓技術是近來廣泛應用于大跨橋梁的支架及掛籃預壓的創新技術，該預壓技術人員機具材料需用量少、工藝簡潔、工期短、成本低、安全性高，并且可以調整鋼絞線點位布置及張拉力，解決了傳統堆載預壓方法模擬實際荷載分布不均勻的問題，因此根據本項目總體施工要求，決定對0#、1#塊現澆箱梁支架采用鋼絞線反拉預壓技術施工。

3 鋼絞線反拉預壓法的應用分析

3.1 預壓技術原理與工藝流程

鋼絞線反拉預壓技術原理是根據實際箱梁及模板自重、施工過程產生的荷載等分布情況劃分預壓區間并確定各區間荷載情況，通過計算確定鋼絞線點位布置及張拉力，施工時將鋼絞線兩端分別錨固在承臺與支架上，對鋼鉸線進行張拉，形成張拉力反作用于支架上，實現對支架的預壓。

預壓工藝流程：模擬荷載分布→鋼絞線數量及長度的確定→承臺錨固端設置與錨固深度驗算→預壓分配梁安裝→鋼絞線安裝→分級張拉、持荷、卸載。

3.2 模擬荷載分布

3.2.1預壓點位確定

根據洛維大橋主墩0#、1#塊箱梁實體輪廓荷載布置，將其結構（頂板及底板、腹板、翼緣板）的均布荷載轉化為多個集中荷載作用于支架上。洛維大橋主墩0#、1#塊支架結構設計為大小里程每側共5根鋼管樁，橫向共4組主梁（每組由3片貝雷組成），每側2組主梁，具體結構見圖1：

洛維大橋主墩0#、1#號塊水平投影尺寸為22.5×11 m，支架頂面平面尺寸為24×12.5 m。根據施工圖計算出主墩0#、1#塊單側最大懸臂重量約為356.6 t，因此需模擬的預壓箱梁自重為2×356.6 t，即6 989.36 kN。考慮將預壓荷載轉化為28個集中荷載分布于支架上，以墩身為中心，在大小里程兩側0#、1#塊底板平面內各布設10個預壓點位，上下游方向翼板平面內各布置4個預壓點位。反拉預壓點位編號及分布見圖2。

3.2.2 預壓區間劃分

根據頂板及底板、腹板、翼緣板的結構投影劃分預壓區間，以墩身為中心，大小里程兩側各劃分為7個預壓區間，中部翼緣板上下游側各劃分1個預壓區間，預壓區間總面積為189.5 m2，預壓區間劃分具體見圖3。

3.2.3 荷載轉換計算

實際施工過程中，支架預壓荷載還需考慮各類荷載情況，根據《公路橋涵施工技術規范》（JTG/T F50-2011）規范要求，通過計算確定各預壓點的張拉力，如式（1）：

F=1.3×（G+S×g1+S×g2+S×g3）（1）

式中：1.3——抗傾覆穩定系數;

S——預壓區間總面積;

G——澆筑箱梁鋼筋混凝土自重（0#、1#塊單側最大懸臂重量為356.6 t）;

g1——其中模板自重2.5 kPa（根據洛維大橋0#、1#塊箱梁專項施工方案中現澆支架計算書）;

g2——施工人員和施工材料、機具等行走運輸或堆放荷載標準值，均布荷載取2.5 kPa;

g3——振搗混凝土時產生的振動荷載，取2.0 kPa。

3.3 鋼絞線數量及長度的確定

在每個預壓點布設一束鋼絞線，以鋼絞線理論張拉力的70%作為受力控制上限，根據計算出的各預壓點的張拉力，確定每束鋼絞線的根數。本項目采用低松弛高強度鋼絞線，單根鋼絞線公稱直徑s=15.2 mm，截面積A=139 m2，抗拉強度標準值fpk=1 860 MPa，因此得出單根鋼絞線張拉力控制上限為180.98 kN。同時根據表1可知中腹板區間內點位張拉力最大為582.04 kN，按加載110%為640.24 kN，通過計算，每個張拉點每束采用4根鋼絞線即可滿足要求。

鋼絞線分兩段下料，承臺錨固段下料長度為錨固深度及外露長度之和，長度為1.8 m（詳見圖4反拉支點承臺錨固端示意圖）;另一段下料長度為支架總高度及張拉端工作長度之和，張拉端工作長度取0.65 m，支架高度主要根據主墩墩身高度及分配梁槽鋼高度等確定，計算得出另一段下料長度9#、11#墩為18.29 m，10#墩為19.45 m。

3.4 承臺錨固端設置與錨固深度驗算

主墩承臺混凝土澆筑前，根據反拉預壓點位分布圖對承臺鋼絞線錨固端進行預埋及編號。錨固在承臺內的鋼絞線下端安裝配套錨具、夾片，錨固端錨具埋置深度為80 cm，外露鋼絞線長度為80 cm，同時用防水膠布對外露鋼絞線進行包裹保護。錨具上部設置三層1 m×1 m的12 mm鋼筋網片（10 cm×10 cm），層間距為20 cm。詳見圖4。

承臺錨固端錨固深度驗算：主墩承臺C30混凝土抗拉強度設計值按1.43 MPa考慮，錨固端錨具直徑為10 cm，考慮到設置有三層鋼筋網片而且承臺內設計有的鋼筋結構，單個錨固端抗拔面積直徑可按20 cm計算，錨固段混凝土抗拉面積S=3.14×20 cm×80 cm=502 400 mm2，故單個錨固點最大抗拔力F=502 400 mm2×1.43 MPa×10-3=718.43 kN，其值大于預壓點的張拉力最大值582.04×110%=640.24 kN，滿足鋼絞線張拉力要求。

3.5 預壓分配梁安裝

為使鋼絞線張拉力有效、均勻地傳給支架并更好地模擬荷載分布，采用2[36 b雙拼槽鋼作為預壓分配梁。根據反拉預壓點位分布圖在支架上布設分配梁，縱向分配梁長度為3.5 m，間隔1.5 m在橫向主梁上布設，大小里程樁號兩側各布設10根;橫向分配梁長度為2.5 m，上下游兩側各布設4根（詳見圖2）。每根分配梁每間隔50 cm使用δ10鋼板進行焊接連接，防止張拉過程中失穩。

3.6 鋼絞線安裝

分配梁搭設完成后，根據預壓點位編號下料另一段鋼絞線，將這段鋼絞線端頭用連接器連接到承臺錨固段外露的鋼絞線上;鋼絞線另一端頭采用機械配合人工方式牽引至分配梁對應錨固點位上，錨固點位置分配梁上支墊200 mm×200 mm×20 mm的鋼板并與分配梁焊接牢固，鋼絞線需穿過支墊鋼板預留孔，然后使用預應力錨具及夾片予以固定。

3.7 分級張拉、持荷、卸載

鋼絞線安裝完成后開始使用千斤頂進行張拉預壓，以墩身中線為中心，張拉順序由中心向外側對稱進行，分四級張拉，按表1各預壓編號點位的張拉力的0%、60%、100%、110%進行分級加載。每級加載后須持荷，支架標高測量完成后才能進行下一級加載，加載要平穩、不宜過快。加載到最后一級后持荷24 h，支架達到穩定不再出現形變后，從外向內對稱分級卸載，同時進行變形觀測。

4 支架沉降觀測及數據分析

沉降觀測點位布置在支架主梁的貝雷頂部，每片支架主梁上布置3點，水平位置位于支架中部的3排管樁頂口垂直位置，詳見圖5。

鋼絞線張拉前、張拉中、卸載后，分別對支架觀測點高程進行測量并填寫《支架預壓沉降觀測記錄表》，如表2所示，加載到最后一級后持荷24 h，期間根據設置的沉降觀測點安排專人在現場觀測支架變形情況，每6 h測量1次。根據加載預壓后的撓度變化情況，通過對觀測數據進行分析處理，確定支架的彈性變形量及非彈性變形量（彈性變形量為卸載后與加載100%高程之差、非彈性變形量為空載高程與卸載后高程之差）。通過加載預壓消除支架非彈性變形，而計算得出的彈性變形量為最終0#、1#塊箱梁底模板標高調整及梁體線型控制提供理論依據。

5 結語

鋼絞線反拉預壓技術在新建洛維大橋的應用使得3個主墩支架預壓施工均在3 d內全部完成，實踐證明該預壓技術簡潔、快速、有效，不但降低了施工作業安全風險，還加快了施工進度，節約了施工成本，而且使洛維大橋主橋箱梁線形得到良好控制，具有明顯的經濟效益和社會效益。

參考文獻：

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[2]JTGTF50-2011，公路橋涵施工技術規范[S].

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[4]劉柏平，何占忠，王勝利.反支點預壓法在高墩大跨橋梁施工中的應用[J].公路交通技術，2008（3）：80-83.

收稿日期：2020-05-08