高墩連續(xù)剛構(gòu)托架設(shè)計與反力架預(yù)壓施工技術(shù)

張平武

(甘肅五環(huán)公路工程有限公司，甘肅 蘭州 730050)

0 引 言

大跨度高墩連續(xù)剛構(gòu)橋0#塊施工是關(guān)鍵技術(shù)，設(shè)計的反力架對托架等效施加荷載預(yù)壓方式，能有效解決采用傳統(tǒng)物料堆載預(yù)壓法托架預(yù)壓成本過高、周期較長等缺陷，其中裝配式托架、反力架所需構(gòu)件均在加工廠加工焊接成型，現(xiàn)場安裝時通過銷軸連接，避免了施工現(xiàn)場焊接質(zhì)量難以控制和高空焊接的風(fēng)險。采用連續(xù)梁橋0#塊墩頂反力架預(yù)壓托架施工工法可以極大的壓縮0#塊現(xiàn)澆施工時間，為連續(xù)梁橋其他塊段的施工奠定基礎(chǔ)，從而縮短了連續(xù)梁橋全橋施工工期。通過油泵加壓千斤頂頂升反力架預(yù)壓，準(zhǔn)確模擬并控制預(yù)壓荷載，有效提升預(yù)壓效果，施工空間較大，反力架可以周轉(zhuǎn)利用，從而降低了施工成本，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

1 反力架預(yù)壓托架施工工藝分析

1.1 工藝原理

將預(yù)壓千斤頂裝載托架和反力架之間，上部反力架為預(yù)壓千斤頂提供反力支點，通過油泵加壓為千斤頂提供動力，千斤頂活塞頂升對反力架產(chǎn)生向上的頂升力的同時，反力架也會對千斤頂?shù)刃Мa(chǎn)生向下的壓力并通過千斤頂后座傳遞到托架，從而達(dá)到預(yù)壓托架的目的，借以消除托架非彈性變形，獲取托架彈性變性值，同時檢驗承重托架的穩(wěn)定性和安全可靠程度。

在連續(xù)剛構(gòu)0#塊所在主墩墩身上部一定位置預(yù)埋托架剪力座套箱及穿心鋼管。通過對拉鋼棒，對拉錨固托架剪力座，從而在墩側(cè)安裝承重托架，承重托架安裝完成后在其上鋪設(shè)縱向分配梁，為0#塊施工創(chuàng)造一個安全的作業(yè)平臺。同時，采用墩頂預(yù)支精軋螺紋錨固鋼棒，托架安裝完成后即可墩頂設(shè)置反力架，并用反力架壓杠，通過墩頂預(yù)植的精軋螺紋錨固鋼棒、錨墊板、雙拼錨固螺母鎖緊抱死，錨固牢靠以上結(jié)構(gòu)，反力架壓杠、預(yù)植精軋螺紋鋼棒及錨固螺母作為預(yù)壓反力架的限位系統(tǒng)限制反力架發(fā)生位移；在承重托架分配梁上設(shè)置剛枕梁用千斤頂枕墊，在千斤頂、油泵安裝完成后，即可通過油泵加壓給千斤頂提供動力來頂升反力架，從而反向?qū)ν屑艿刃┘雍奢d進(jìn)行預(yù)壓。同時在托架上設(shè)置變形觀測點，及時量測預(yù)壓加載前托架觀測點標(biāo)高。在預(yù)壓過程中持續(xù)量測托架觀測點標(biāo)高至托架變形穩(wěn)定(120%施工荷載預(yù)壓24 h后每隔30 min觀測一次，連續(xù)3次變形值在1 mm以內(nèi)認(rèn)為穩(wěn)定)，分級卸載預(yù)壓荷載(以避免突然回彈)后拆除油泵、千斤頂、反力架等。卸載完成后，非彈性變形已消除，再根據(jù)加載和卸載時托架觀測點標(biāo)高的觀測記錄繪制標(biāo)高變化曲線，對比分析承重托架彈性變形和非彈性變形，并計算出施工時采用的預(yù)拱度。將彈性變形值與設(shè)計圖紙中提出的預(yù)應(yīng)力張拉等其他因素需要設(shè)置的預(yù)拱度疊加，計算出施工時采用的預(yù)設(shè)上拱度，并根據(jù)梁段底面標(biāo)高設(shè)計值+預(yù)設(shè)上拱度來調(diào)整梁底模板標(biāo)高。

2 反力架預(yù)壓托架工藝結(jié)構(gòu)設(shè)計

2.1 反力架、托架

首先根據(jù)墩跨結(jié)構(gòu)及0#塊梁段專項施工方案所確定的施工工藝及預(yù)壓方式進(jìn)行托架及反力架結(jié)構(gòu)總體方案設(shè)計，而后采用邁達(dá)斯軟件midas Civil托架及反力架桿件單元模型，分別建立托架及反力架整體鋼結(jié)構(gòu)整體力學(xué)模型，進(jìn)行受力分析，根據(jù)傳力路徑逐個進(jìn)行受力分析和計算，以驗證托架縱梁、橫梁、斜撐的強度、位移；以及斜撐托架的受壓桿穩(wěn)定性和精軋螺紋鋼棒的對拉剪切強度，及反力架橫梁的強度、位移，以及斜撐托架的受壓桿穩(wěn)定性和錨固鋼棒的抗拉強度，并驗算托架鋼結(jié)構(gòu)及反力架鋼結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性，從而最終確定托架及反力架結(jié)構(gòu)設(shè)計。承重托架設(shè)計荷載=1.2×靜荷載+1.4×動荷載，其中靜荷載包括0#塊箱梁自重、支架及模板系統(tǒng)自重，動荷載包括施工人員及機具荷載等，施工人員及機具荷載按2.5 kN/m2考慮[1]。

2.2 墩身預(yù)埋構(gòu)件

首先橋梁主墩墩身施工至頂部一定位置時，及時預(yù)埋承重托架上、下剪力座套箱和穿心鋼管；在墩頂一定位置預(yù)埋反力架豎向錨固鋼棒并在鋼棒埋入端用錨墊板及錨固螺母進(jìn)行錨固，埋置深度根據(jù)預(yù)壓荷載并考慮安全系數(shù)計算確定。對于托架剪力座套箱及穿心鋼管預(yù)埋，剪力座套箱預(yù)埋時要求其平面位置偏差不大于5 mm，底面高程偏差不大于10 mm，并垂直于墩身橫軸線且保持水平放置。穿心鋼管預(yù)埋位置要能滿足其精度要求，預(yù)埋鋼管時為了保證其不發(fā)生偏移，可以在墩身內(nèi)部加焊定位鋼筋以與墩身主筋連接牢靠。預(yù)埋套箱及穿心鋼管在施工時，應(yīng)盡量保證位置準(zhǔn)確，預(yù)埋件的安裝高程誤差不得超過±10 mm，同組相對誤差不超過±2 mm；預(yù)埋件安裝時，應(yīng)采取措施防止混凝土漿液滲入預(yù)埋套箱及鋼管內(nèi)，0#塊施工完成后應(yīng)及時對預(yù)留孔洞進(jìn)行封堵；反力架豎向錨固鋼棒預(yù)埋，則在薄壁墩墩身上一定位置預(yù)埋反力架豎向錨固鋼棒，并在鋼棒埋入端用錨墊板及錨固螺母進(jìn)行錨固，埋置深度根據(jù)預(yù)壓荷載并考慮安全系數(shù)計算確定。在對反力架進(jìn)行錨固前，需提前對墩頂預(yù)植的精軋螺紋鋼棒進(jìn)行拉拔試驗，以檢驗植筋強度是否達(dá)到反力架預(yù)壓托架方案要求[2]。

2.3 承重托架安裝

待混凝土強度達(dá)到90%后，自下而上安裝承重托架、反力架及油泵、千斤頂?shù)取Ｊ紫仍诖┬匿摴苤胁迦雽埪菁y鋼棒，并將剪力座插銷插入到預(yù)埋套箱后進(jìn)行對拉錨固，再安裝托架型鋼組件，剪力座的插銷承受豎向剪力作用，最后安裝反力架及油泵、千斤頂?shù)取Ｆ渲校瑢摪暨x用Φ32 mm的精軋螺紋鋼，安裝時把剪力座插銷插入預(yù)埋套箱中，穿入對拉鋼棒，兩端分別用2個錨固螺母擰緊鎖死，防止剪力座的脫落和滑動。其中，剪力座插銷主要承受剪力，對拉鋼棒主要起對拉張緊固定剪力座的作用。剪力座直接通過精軋螺紋鋼棒對拉錨固，每個剪力座由2根鋼棒對拉。

2.4 反力架及其動力系統(tǒng)安裝

0#塊托架預(yù)壓反力架裝置是包括墩頂預(yù)植精軋螺紋鋼、墩頂反力架、反力架壓杠、錨墊板、錨固螺母以及油泵、千斤頂、0#塊梁段底板上鋼梁枕組成，其中預(yù)植精軋螺紋鋼埋設(shè)在墩身頂端，墩頂反力架由帶立柱橫梁及斜撐銷接而成，用墩頂預(yù)植精軋螺紋鋼與反力架壓杠、錨墊板、錨固螺母在墩頂錨固連接牢靠，布設(shè)在托架的正上方；底板上布設(shè)四根品字形鋼枕梁，用以千斤頂枕墊；將千斤頂放入鋼梁枕上，連接好千斤頂與油泵之間的油管，將與千斤頂配套標(biāo)定的油表安裝在油泵上，千斤頂通過油泵提供動力。以上結(jié)構(gòu)中，預(yù)植精軋螺紋鋼及反力架壓杠、錨墊板、錨固螺母作為反力架的限位系統(tǒng)限制反力架發(fā)生位移[3]。

3 反力架預(yù)壓施工技術(shù)

托架預(yù)壓先在0#塊底板上反力架正下方布設(shè)調(diào)平鋼板，在調(diào)平鋼板上橫橋向設(shè)置鋼梁枕，在其上放置液壓千斤頂，液壓千斤頂經(jīng)油泵加壓提供動力，千斤頂頂升活塞并與反力架接觸后，即可以通過油表控制油泵壓力分級加壓頂升千斤頂。在加載過程中隨時觀察托架變形情況。加載完成時進(jìn)行標(biāo)高測量，托架回彈變形穩(wěn)定后，進(jìn)行高差對比，得出彈性變形值和非彈性變形值，為立模標(biāo)高提供準(zhǔn)確數(shù)據(jù)，根據(jù)實測數(shù)據(jù)對模板進(jìn)行標(biāo)高調(diào)整。

預(yù)壓荷載以逐級加載方式，加載分別按照預(yù)壓荷載的0%～120%進(jìn)行每30%的增量進(jìn)行，此時千斤頂必須同時工作，加載一般控制在2 h，觀測點的高程需要在前三級加載過程中進(jìn)行觀察，最后一次加載結(jié)束后則需要進(jìn)行6 h、12 h、24 h的3次高程觀測。當(dāng)預(yù)壓高程觀察數(shù)值變化經(jīng)過24 h小于1 mm時，則可判斷預(yù)壓穩(wěn)定。此時，可以開始進(jìn)行卸載工作。托架隨著卸載進(jìn)行恢復(fù)回彈變形，需要進(jìn)行標(biāo)高的再次測定，托架非彈性變形值=加載前標(biāo)高測定值-卸載完全后托架標(biāo)高值，托架彈性變形值=卸載完全后托架標(biāo)高值-預(yù)壓完全后托架標(biāo)高值，0#塊預(yù)拱度的設(shè)置以彈性變形值作為主要依據(jù)，繼而為模板安裝高程提供數(shù)據(jù)支撐。卸載過程中，千斤頂及反力架裝置拆除應(yīng)自上而下進(jìn)行，依次吊運錨固螺母及錨墊板、反力架、油泵、千斤頂、鋼枕梁等至后場按要求存放備用。

4 小 結(jié)

該工法通過G345線瑪久二級公路瑪曲黃河特大橋、省道309線改造工程大河家黃河大橋、蘭臨高速公路改造工程西溝特大橋0#塊施工過程中的成功實踐，本連續(xù)梁橋0#塊墩頂反力架預(yù)壓托架施工工法能有效消除0#塊托架的非彈性變形，快速得到0#塊托架的彈性變形值，且該施工工藝能夠為剛構(gòu)橋梁建設(shè)提供操作簡便、安全可靠、經(jīng)濟(jì)成本較低的應(yīng)用優(yōu)勢。