掛籃反力架預(yù)壓施工技術(shù)在高墩大跨連續(xù)剛構(gòu)橋工程中的應(yīng)用

龍剛

（四川公路橋梁建設(shè)集團(tuán)有限公司，四川成都 610041）

剛構(gòu)橋施工考慮到墩高度和跨度均較大的特點(diǎn)，通常采用的是掛籃施工工藝。掛籃為關(guān)鍵裝置，其需承受包含施工荷載、結(jié)構(gòu)自重在內(nèi)的多重作用，需在結(jié)束掛籃拼裝工作后，再對其采取預(yù)壓處理措施，通過此途徑檢驗(yàn)在等效荷載的施工條件下掛籃的受力特性以及穩(wěn)定狀態(tài)，同時(shí)消除非彈性變形，較為準(zhǔn)確地測定彈性變形量，供后續(xù)施工參考。

1 工程概況

某特大橋全長1072m，上部結(jié)構(gòu)為（88+4×160+88）m 六孔預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)，箱梁根部高度9.5m，梁底按1.8 次拋物線變化。單個(gè)T 構(gòu)共包含19 對梁塊，墩頂塊長14m，邊跨、次邊跨及中跨合攏段三部分的長度分別為2.0m，邊跨現(xiàn)澆直線段長6.87m。主橋懸臂澆筑施工環(huán)節(jié)采用的是業(yè)內(nèi)較為主流的菱形掛籃施工技術(shù)，按要求制作掛籃并將其拼裝到位，予以預(yù)壓處理。

2 預(yù)壓荷載的分析與確定

混凝土澆筑施工過程中，2#梁段的受力達(dá)到最大狀態(tài)，出于安全層面的考慮，將2#梁段作為控制梁段。

關(guān)于各部分重量的確定，主要有如下幾方面：

掛籃懸吊重20.3t。

掛籃模板重17.5t。

鋼筋混凝土自重：68.03×2.6=176.8t。

作業(yè)人員及機(jī)具的總重：2.0kN/m2，計(jì)5t。

澆筑及振搗的荷載：4.0kN/m2，計(jì)10t。

計(jì)算后確定荷載的總量，即229.6t，預(yù)壓加載系數(shù)取1.2，為便于分析預(yù)壓取280t。

3 掛籃預(yù)壓方法的對比分析與選擇

（1）張拉鋼絞線預(yù)壓法?；咎攸c(diǎn)在于施工時(shí)間較短，作業(yè)較為便捷，受力可以得到有效的控制，全過程中的靈活性較強(qiáng)；但局限之處在于承臺(tái)施工受工序的限制性作用較強(qiáng)，即必須將反力承力預(yù)埋件設(shè)置到位后，才可以施工承臺(tái)；此外在高墩施工中，對鋼絞線的需求量較大，易影響項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)效益。

（2）水箱預(yù)壓法。水箱為關(guān)鍵的作業(yè)裝置，應(yīng)當(dāng)根據(jù)設(shè)計(jì)要求精準(zhǔn)制作水箱，此時(shí)施工難度有所增加，但可以較為直觀且準(zhǔn)確地呈現(xiàn)出混凝土的分布特點(diǎn)。

（3）砂袋預(yù)壓法。在高墩施工環(huán)境中，操作的復(fù)雜度較高，對作業(yè)人員的技術(shù)水平提出較高的要求，同時(shí)天氣條件所帶來的影響較為明顯，即在惡劣天氣下預(yù)壓作業(yè)將被迫受阻，因此可行性欠佳[1]。

經(jīng)前述分析后，發(fā)現(xiàn)所提的三種方法均存在不同層面的局限性，并非高墩掛籃預(yù)壓施工的首選方法。對此從技術(shù)可行性、施工安全性、經(jīng)濟(jì)效益性等方面展開對比分析，認(rèn)為反力架預(yù)壓的方法具有可行性，可以將其應(yīng)用于高墩掛籃預(yù)壓施工中。在反力架預(yù)壓法的應(yīng)用過程中，制作結(jié)構(gòu)合理、受力穩(wěn)定的反力架，將其錨固至已澆筑的混凝土中，適配液壓千斤頂，利用該裝置將反力架連接至底籃受力縱梁分配梁處，在該配置關(guān)系下施加反力，從而實(shí)現(xiàn)對掛籃的預(yù)壓作業(yè)。全過程的操作較為便捷，加載力可控性較好，也無須在材料、人工等方面投入過多的成本。

4 反力架預(yù)壓技術(shù)的應(yīng)用要點(diǎn)分析

4.1 反力架預(yù)壓設(shè)計(jì)

反力架預(yù)壓結(jié)構(gòu)，如圖1 所示。其中水平梁和托梁兩部分均選用的是雙拼I40 工字鋼，于工字鋼正上方1.2m 的位置設(shè)3cm厚的鋼板，適配4 根U 型螺栓，用于鋼板的連接作業(yè)。為切實(shí)加大摩阻力，在鋼板上方設(shè)長為40cm 的I20 工字鋼。在正式開展掛籃預(yù)壓作業(yè)前，先連接水平桿件和鋼板，將各類構(gòu)件組合，構(gòu)成完整、穩(wěn)定的三角反力支架；左、右側(cè)腹板處分別設(shè)1 個(gè)牛腿；各掛籃分別設(shè)3 個(gè)液壓點(diǎn)，各墩柱的2 個(gè)掛籃預(yù)壓遵循同步的原則。

圖1 反力架預(yù)壓構(gòu)造

4.2 預(yù)壓施工工藝

根據(jù)混凝土荷載換算，確定在1.2 的掛籃預(yù)壓系數(shù)下的各預(yù)壓點(diǎn)荷載值，即95t、90t、95t。在千斤頂?shù)淖饔孟?，荷載沿“底籃縱向分配梁→前下橫梁、吊帶→掛籃前后錨點(diǎn)”的路徑發(fā)生傳遞。預(yù)壓遵循的是分級的原則，掛籃壓重取280t，在兩側(cè)共布設(shè)6 臺(tái)千斤頂，由專員協(xié)調(diào)，協(xié)同操作千斤頂，同步加載預(yù)壓[2]。

掛籃施工具有一定的復(fù)雜性，為準(zhǔn)確掌握掛籃的實(shí)際情況，在各掛籃處布設(shè)10 個(gè)變形觀測點(diǎn)，具體分布方案為：前上橫梁和前下橫梁分別為3 個(gè)，前支座和后錨處分別為2 個(gè)。通過監(jiān)測點(diǎn)的應(yīng)用，可以持續(xù)開展監(jiān)測工作，根據(jù)監(jiān)測結(jié)果對掛籃預(yù)壓情況做出準(zhǔn)確的判斷。

5 有限元模擬分析

5.1 反力架預(yù)壓設(shè)計(jì)

反力架錨固至混凝土中，該部分采用的是鉸接連接的方式，取最不利工況的1.2 倍荷載，由此確定該條件下的應(yīng)力和位移。根據(jù)所掌握的有關(guān)于反力架和掛籃的信息，創(chuàng)建有限元模型，經(jīng)模擬加載驗(yàn)證后，判斷預(yù)壓方法的可行性。

荷載位移變化分析：加載點(diǎn)的位移最大為1.9mm，無明顯的位移變化現(xiàn)象；桿件各位置的位移也相對較小，得到有效的控制。

荷載應(yīng)力變化分析：錨固點(diǎn)、壓桿的最大應(yīng)力分別為145MPa、99MPa，較之于承載力極限而言，均較小，意味著應(yīng)力得到有效的控制，反力架結(jié)構(gòu)具有穩(wěn)定性。

5.2 掛籃整體分析

根據(jù)掛籃的相關(guān)信息建立整體有限元模型，進(jìn)一步考慮掛籃錨固情況，由此設(shè)定固定和鉸接約束。經(jīng)換算后，依據(jù)所得結(jié)果組織加載作業(yè)，期間按照所掌握的信息確定掛籃反力架預(yù)壓位移分析：荷載加載分配梁的受力較大，有較大幅度的下彎和位移現(xiàn)象；對于前下橫梁前吊帶和前上橫梁而言，其均存在較明顯的變形，最大達(dá)1.8cm。將此類結(jié)果與實(shí)測數(shù)據(jù)展開對比分析，發(fā)現(xiàn)前者相對較小，此現(xiàn)象的出現(xiàn)與掛籃安裝有關(guān)，具體體現(xiàn)在初始安裝缺陷、非彈性變形等方面。

應(yīng)力云圖分析：集中荷載具有較明顯的集中分布特點(diǎn)，最大為205MPa，為確保穩(wěn)定性，應(yīng)當(dāng)對局部采取加強(qiáng)措施，此時(shí)荷載應(yīng)力沿縱向傳遞，在該受力條件下，掛籃各部位均有較大的應(yīng)力。由此則可以達(dá)到掛籃預(yù)壓的目的，并且能夠有效消除非彈性變形。

5.3 局部加強(qiáng)處理

根據(jù)有限元驗(yàn)算結(jié)果可知，在預(yù)壓后結(jié)構(gòu)的受力仍能夠維持良好的狀態(tài)，在許可范圍內(nèi)。但需注意的是，受集中力的影響局部受力條件錯(cuò)綜復(fù)雜，易發(fā)生局部失衡的狀況，對此應(yīng)當(dāng)針對局部采取針對性的加強(qiáng)處理措施，具體考慮的是雙拼工字鋼分配梁和反力架支點(diǎn)受力處，于該區(qū)域按照15cm 的間距依次布設(shè)加勁肋；此外，還針對雙拼工字鋼分配梁采取針對性的限位措施，以焊接的方式設(shè)置擋塊，通過此途徑避免在加載期間出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)以及水平位移現(xiàn)象[3]。

6 監(jiān)控量測的方法及結(jié)果分析

（1）掛籃預(yù)壓測點(diǎn)的布置。為準(zhǔn)確掌握掛籃預(yù)壓的實(shí)際情況，決定在受力較大的區(qū)域設(shè)置應(yīng)變（撓度）觀測點(diǎn)，通過此途徑確定各工況下掛籃的變形量，根據(jù)此方面的數(shù)據(jù)對掛籃的安全性能做出準(zhǔn)確的判斷。各掛籃測點(diǎn)數(shù)量為10 個(gè)，具體布置方法如前文所述，此處不再贅述。

（2）預(yù)壓數(shù)據(jù)分析。設(shè)定多種加載級，由此展開監(jiān)測與記錄工作，以確定各觀測點(diǎn)在各條件下的高程特點(diǎn)，全面采集數(shù)據(jù)并整理，基于所得的數(shù)據(jù)展開分析，由此對反力架的實(shí)際情況形成準(zhǔn)確的認(rèn)識(shí)，即預(yù)壓彈性變形及非彈性變形變化量。在應(yīng)用預(yù)壓的方法后，能夠消除掛籃的非彈性變形，有利于維持掛籃的穩(wěn)定性；通過對預(yù)壓數(shù)據(jù)的分析，設(shè)定具有可行性的掛籃彈性變形值，即20mm。

7 結(jié)語

綜上所述，本文以高墩大跨連續(xù)剛構(gòu)橋工程為背景，對多種預(yù)壓方法展開對比分析，最終選擇的是反力架預(yù)壓的方法；經(jīng)換算荷載后，制定一套具有可行性的施工方案，并進(jìn)一步探討反力架的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)；引入有限元分析的方法，分析掛籃的實(shí)際情況，驗(yàn)證預(yù)壓方法的可行性。實(shí)踐表明，計(jì)算結(jié)果具有準(zhǔn)確性，掛籃預(yù)壓工作順利落實(shí)到位，可以消除非彈性變形，有利于后續(xù)立模標(biāo)高控制工作的順利開展，兼顧安全、質(zhì)量、效率、效益多重要求。