高空組合堆載預壓關(guān)鍵施工技術(shù)

周劍穎

（1.上海大學，上海市 200433；2.上海建工七建集團有限公司，上海市 200232）

0 引言

伴隨著城鎮(zhèn)化、交通立體化的迅速發(fā)展，以城市高架橋為代表的城市交通網(wǎng)絡建設(shè)迅速發(fā)展，現(xiàn)澆連續(xù)箱梁為其中的典型代表形式。

不同地質(zhì)條件、施工工況下的現(xiàn)澆連續(xù)箱梁施工，其沉降量是不同的，因此國家現(xiàn)行規(guī)范規(guī)定現(xiàn)澆連續(xù)箱梁施工前必須進行支架預壓，通過連續(xù)的沉降觀測，待穩(wěn)定后，消除沉降影響，確保施工精確和施工安全，同時為后續(xù)現(xiàn)澆連續(xù)箱梁的施工提供真實、可靠的數(shù)據(jù)。

目前行業(yè)中進行支架預壓多采用混凝土、鋼材等配重塊，或者砂袋等進行預壓。由于現(xiàn)澆連續(xù)箱梁自重較大，所需要的材料較多，因此實施起來需耗費大量人工、機械設(shè)備，況且一次性大批量的取得這些材料較為困難，因此，因地制宜地堆水預壓結(jié)合砂袋的高空組合堆載方式不失為高效節(jié)能、綠色環(huán)保的最佳方式。通過工程實踐，采用大塊防水布，利用輔助砂袋和支架體系，建造出一個大型的“空中游泳池”，達到了高空組合堆載的預期效果。

1 工程概況

1.1 概述

昆山中環(huán)快速化改造工程中環(huán)南線（G312）S-Ⅳ標段（MK9+219.00～MK11+560.00）位于江蘇省蘇州市昆山市，整個施工區(qū)域位于正在通行的 G312國道上，規(guī)劃范圍起點樁號 MK9+219.00，經(jīng)桃園路、郁金香路、玫瑰路至樁號 K11+560.00，全長約2.341 km。整個工區(qū)施工包括高架建設(shè)和地面輔道拓寬。圖1為工程地理位置平面示意圖。

圖1 工程地理位置平面示意圖

1.2 高架結(jié)構(gòu)概況

主線高架均采用混凝土現(xiàn)澆方式實現(xiàn)結(jié)構(gòu)施工，樁基采用大直徑混凝土鉆孔灌注樁、承臺、雙柱支墩及現(xiàn)澆混凝土箱梁，跨徑 30～75 m，路幅寬度為 25.5～43.5 m。箱梁底距離原 G312 地面7.5～8.5 m 范圍。圖2為 30 m 標準跨徑高架橋25.5 m 標準寬度橋梁斷面圖。

1.3 支架體系施工概況

支架基礎(chǔ)采用原老路或者綠化帶區(qū)域的加鋪40 cm 碎石+20 cmC20 混凝土；排架設(shè)計采用碗扣支架；模板體系為底模采取 12 mm 厚竹膠板，下設(shè)縱向 100 mm×100 mm 或 70 mm×140 mm 楞木格柵。支架頂部采用兩根φ48 厚 3.0 mm 鋼管雙拼作箱梁底模楞木格柵的支撐。表1為碗扣支架布置設(shè)計一覽表。

圖2 30 m 標準跨徑高架橋 25.5 m 標準寬度橋梁斷面圖（單位：cm）

表1 碗扣支架布置設(shè)計一覽表（單位：cm）

2 邊界條件概述

2.1 工況環(huán)境

整個工程以第 18 聯(lián)（首件工程）為例（見圖3），排架邊線北側(cè)為通行的新南中路（G312 國道），與排架之間用圍欄隔離；南側(cè)距離 110 kV 高壓線最窄處 2.7 m，最寬處 4.5 m，凈空高度 26.55 m。

圖3 第 18 聯(lián)工況環(huán)境示意圖

2.2 材料環(huán)境

經(jīng)過計算，每聯(lián)箱梁的自重大于 2 700 t。

對周邊料場排摸后，發(fā)現(xiàn)施工期間昆山水系正處于枯水期；大型沙船無法駛?cè)耄矣捎诶ド街协h(huán)的建設(shè)，造成砂石緊張。項目體既有的鋼材由于工程成本需要，不可能大量囤積，常備的量為 100 t左右。

配重租賃公司提供不出如此大規(guī)模的配重，需要自制。

2.3 設(shè)計工況

施工圖設(shè)計（修訂版 A）第三冊第一分冊橋涵設(shè)計說明 SIV-1 第 19 頁中 9.3 支架現(xiàn)澆箱梁中明確澆筑混凝土前應以 1∶1.1 重量預壓（箱梁自重），消除支架非彈性變形及部分低級沉降，支架預壓時間不得少于 7 d，且連續(xù) 3 d 累計沉降不大于3 mm 方可視為穩(wěn)定。排架立模時要預留支架變形量。

3 高空組合堆載設(shè)計

3.1 預壓目的

（1）測試支架的實際承載能力，確保使用安全。

（2）測試支架的彈性變形和非彈性變形值，根據(jù)測得的數(shù)據(jù)推算支架預拱度，為立模標高提供可靠的依據(jù)。

（3）通過模擬壓重檢驗結(jié)構(gòu)的強度、剛度和穩(wěn)定性，消除搭設(shè)非彈性變形。

3.2 預壓設(shè)計

因吊裝條件（南側(cè)高壓線）的限制，配重無法吊裝。如此大規(guī)模的配重也無法短時間內(nèi)制作完成。堆砂可行，但大面積的灌砂及吊裝將拖后工期，致使短期內(nèi)無法完成堆載。綜合各方面原因，決定采用高空組合堆載預壓的方法進行堆載試驗，既環(huán)保，也能大大降低風險。

設(shè)計總原則：翼緣板、中橫梁、端橫梁采用堆砂進行堆載，這樣可以大大降低堆水高度，減少風險；腹板、底板及底板的重量綜合計算，計算出堆水水線高度。

堆水分布設(shè)計概況：翼緣板處采用三排 1 m3的砂袋（砂袋體積下同，均為 1 m3）通長放置，兩側(cè)共計 470 個砂袋（單側(cè) 235 個），中橫梁 254 個（單個 127 個）；端橫梁 180 個（單個 90 個砂袋），共計904 個砂袋。水位高度控制在 1.6 m。

擋水設(shè)施設(shè)計概況：整個擋水采用高分子聚合擋水布進行擋水，通過中（端）橫梁的砂袋將整個 90 m 范圍隔成 3 個水倉，更加有利于安全風險的控制,見圖4。

圖4 高空組合堆載預壓擋水示意圖（單位：m）

排架加固措施概況：在翼緣板底部采用 6 m的鋼管進行水平加固，采用斜撐將荷載傳遞到排架底，在堆水區(qū)域的上下采用 16 mm 鋼絲繩@1.8 m縱橫向拉結(jié)從而將碗口支架綁成一個整體，見圖5。

圖5 排架加固措施示意圖

4 主要施工方法

4.1 施工工藝流程

施工安全警示→現(xiàn)場清理→排架加固→沉降觀測點設(shè)置→擋水布和砂袋放置→蓄水配載→沉降觀測→沉降穩(wěn)定后排水卸載。

4.2 操作要點

4.2.1 施工安全警示

在排架四周外側(cè) 4 m 區(qū)域拉藍白旗做警戒線，非作業(yè)人員嚴禁任意出入。在施工現(xiàn)場四周懸掛安全警示文字標牌。

4.2.2 現(xiàn)場清理

底板模板施工完畢后必須清理干凈，防止硬物刺傷防水布。

使用掃帚將預壓底模上的雜物清掃干凈（見圖6），對于不能清理的構(gòu)件使用軟布包裹（見圖7），在外面加上隔離墊層，如預壓面有過多的突出錐點，可使用竹膠板隔離；模板拼接口有洞或者縫隙要使用事先準備的沙袋或軟布塞嚴實。

圖6 模板清理

4.2.3 排架加固

圖7 防水布鋪設(shè)前的棱角保護

在翼緣板底部采用 6 m 的鋼管扣件@1.8 m進行水平加固，采用斜撐將荷載傳遞到排架底，在堆水區(qū)域的上下采用 16 mm 鋼絲繩@1.8 m 縱橫向拉結(jié)從而將碗口支架綁成一個整體。整個排架外緣一跨 900 mm×600 mm 區(qū)域搭高一步（1 200 mm），在端橫梁處砂袋外側(cè)采用竹夾固定,在抬高的區(qū)域分布荷載,見圖8。

圖8 橫向上下兩層鋼絲繩對拉加固措施

4.2.4 沉降觀測點設(shè)置

在每一跨箱梁的兩端端橫梁、跨中、1/4 跨位置的支架頂部，共 5 個斷面，每個斷面上下各設(shè)置9 個沉降觀測點，共 270 個觀測點。沉降觀測點采用紅油漆在鋼管上標示。沉降觀測采用水平儀進行觀測。下點位的沉降值代表地基沉降值，上點位與下點位之差反映排架非彈性變形值，見圖9。

圖9 沉降觀測點布置示意圖

4.2.5 擋水布和砂袋放置

擋水布滿布于模板之上，由箱梁底板低端向高端依次放置，并做好固定工作。翼緣板、端橫梁處翻高于翼緣板砂袋外側(cè)，用鋼絲繩與抬高的腳手桿箱梁；中橫梁處砂袋在擋水布之上，并用兩層土工布進行封水阻隔。

砂袋的吊裝采用棧板吊，將灌好的砂袋 2 個一組放置在棧板上進行吊裝，吊點位于東西的端部，水平駁運采用 2 t 的手控液壓鏟車進行，見圖10。

圖10 擋水布鋪設(shè)完成

4.2.6 蓄水配載

量具安裝與水源連接。在水管上安裝水表，仔細登記起始碼，以便計算噸位；將水泵、分水閥、分水表、水袋用水管連接起來，水泵至于河中，以方便抽水。將事先準備好的標桿垂直固定在底板上。

考慮 6 臺泵進行抽水并蓄水，在每跨最低點位置下方的南側(cè)開挖 3 m 寬見方、2 m 深的蓄水池，從河中抽水入蓄水池,再從蓄水池中抽水入高空的蓄水區(qū)域。先蓄水 50 cm，靜水觀察 1 h；再蓄水 50 cm，靜水觀察 1 h；最后直接蓄水至水位線1.6 m。（注水流量：60 m3/h，水源距離：約 30 m 的距離，水源揚程:約 11 m，預計加水時間:5 h）見圖11。

圖11 高空組合堆載預壓

4.2.7 沉降觀測

每天觀測一次；如 2 d 之間的沉降小于 1 mm，則加密觀測一次，作為判斷是否卸載的依據(jù)。

4.2.8 沉降穩(wěn)定后排水卸載

滿足設(shè)計條件后，用水泵直接將水抽出，直接排放在孔巷河內(nèi)。

5 控制要點及安全應急措施

5.1 控制要點

（1）試壓前認真按設(shè)計圖紙及標準驗收支架。

（2）認真檢查水袋是否有刮破和疑似漏水處，發(fā)現(xiàn)問題即時修補。

（3）水袋高度是否達到標高要求，水袋上口懸掛是否過緊，在保障高度的情況下適當放松，防止水袋拉裂。

（4）測量點的標記必須牢固不滑移。（5）做好支架和水面的位置測量。（6）均勻加載。

5.2 應急措施

如果在預壓過程中，出現(xiàn)鋼管樁沉降過大、支架局部失穩(wěn)現(xiàn)象，采取如下措施。

（1）立即停止加載，并開始卸載，因采用灌水預壓，卸載一般較快；如情況危急，直接將水袋側(cè)部割洞卸載，加快卸載速度。

（2）支架上部、下部人員趕緊撤離支架，避免因支架失穩(wěn)產(chǎn)生局部垮塌，造成人員傷亡。

（3）檢查沉降、失穩(wěn)現(xiàn)象產(chǎn)生原因，采取加固措施對支架薄弱部位進行處理。

5.3 預壓安全注意事項

（1）安全措施及注意事項。

（2）進入現(xiàn)場的人員必須按要求佩戴安全用品。

（3）現(xiàn)場統(tǒng)一指揮信號，分工負責。

（4）預壓所用機械專人負責。

（5）加載時遵循從中間向周邊進行原則，嚴禁偏壓加載造成失穩(wěn)。

（6）在預壓過程中，要求詳細對預壓結(jié)構(gòu)進行檢查，發(fā)現(xiàn)異常情況應及時停止加載，及時分析，采取相應措施。如果實測值與理論值相差太大，應分析原因后再確定下一步方案。

6 結(jié)語

高空組合堆載預壓所利用的水資源一般采用就近河流水，可以循環(huán)利用，綠色環(huán)保。

高空組合堆載預壓所使用的聚酯纖維擋水布以及鋼絲繩為攤銷性周轉(zhuǎn)材料，攤銷到單次的使用費用很低。

高空注水堆載其堆載比較均勻，效果比較理想，避免了其他固體配重堆載時，因工人吊裝放置集中，形成局部荷載過大，造成支架體系坍塌。

高空組合堆載預壓所使用的聚酯纖維擋水布、鋼絲繩，運輸便捷、操作方便，是橋梁等堆載預壓的理想選擇。

高空組合堆載預壓的預壓效果比較理想，可以推廣使用。