四立柱高墩連續(xù)剛構(gòu)托架與掛籃預(yù)壓技術(shù)研究

徐敦敏

(中鐵二十五局集團(tuán)第二工程有限公司 江蘇南京 210046)

1 引言

跨河、路、谷等受場地環(huán)境影響，越來越多的大跨度連續(xù)梁施工采用掛籃法施工。0＃塊常采用鋼管型鋼支架[1]、托架法施工，其中托架預(yù)壓、掛籃預(yù)壓是施工中的一項(xiàng)重要工序，安全風(fēng)險(xiǎn)大、實(shí)施過程長。常規(guī)的預(yù)壓方法一般為堆載預(yù)壓，用來檢驗(yàn)支架模板系統(tǒng)、掛籃模板系統(tǒng)的受力能力和安全情況，消除支撐體系的非彈性變形、測量出彈性變形量，為后續(xù)施工提供參考數(shù)據(jù)。連續(xù)梁常用預(yù)壓方式有砂袋、水袋、預(yù)壓塊堆載預(yù)壓等。但遇到橋墩較高或者作業(yè)面比較狹窄的情況下，堆載預(yù)壓這種方法工作量大、周期長、安全風(fēng)險(xiǎn)高、成本大，為節(jié)省工期，降低成本，保障施工安全，下面結(jié)合馬蹄河大橋施工現(xiàn)場實(shí)際狀況，采取施加反力對托架模板系統(tǒng)、掛籃模板系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)壓，達(dá)到預(yù)壓目的。

2 工程概況

云南三清高速公路馬蹄河大橋位于云南省宜良縣，跨越馬蹄河，橋梁全長617 m，橋?qū)?3.1 m，全橋共5聯(lián)，最大橋高57.15 m，最大墩高51.65 m，主墩為四立柱分離式墩身。連續(xù)梁跨采用(50＋90＋50)m連續(xù)剛構(gòu)，為整體式雙幅橋，采用單箱室箱式懸澆，連續(xù)剛構(gòu)主梁采用C55砼，采用高強(qiáng)度鋼絞線和群錨作為縱向預(yù)應(yīng)力體系，采用掛籃懸澆法施工。馬蹄河河谷呈V字型，自然坡度30°～50°，谷深約30 m無道路通行，前后主墩需要繞行到達(dá)墩位置。0＃塊段長12 m，橋面寬16.55 m，底面寬8.5 m，翼緣板寬4.025 m，箱梁主墩頂梁高5.5 m，跨中處梁高3.0 m，面板厚度30 cm。底板厚度80 cm→32 cm漸變，箱梁腹板厚度55 cm→80 cm→100 cm三個級別變化。

3 預(yù)壓方案選取

連續(xù)梁工程常用預(yù)壓方式有堆載預(yù)壓、水箱法預(yù)壓、預(yù)埋預(yù)應(yīng)力束反壓形式，在連續(xù)梁承臺施工前必須確定采用何種預(yù)壓方式、0＃塊臨時支撐方式，避免漏埋預(yù)埋件影響實(shí)施安全質(zhì)量[2]。針對本橋在此工程的重要性，工期是必要考慮環(huán)節(jié)，如何縮短必要施工環(huán)節(jié)的工期要重點(diǎn)研究。0＃塊總重928.2 t，其中單端懸臂重172 t，1號段為全梁最大節(jié)段梁重192.6 t。0＃塊墩身上部梁體不參與托架受力(外側(cè)2.5 m位于墩身外)，把墩身頂部梁體重量除外，包括底板。外側(cè)梁體重按照1 720.75 kN，預(yù)壓荷載取1.2倍梁體自重為2 064.9 kN，且不小于托架所承受的最大施工荷載120%重量2 537.3 kN；線路方向兩排墩頂間部分梁體按照1 603.94 kN，預(yù)壓荷載取1.2倍梁體自重為1 924.68 kN，且不小于托架所承受的最大施工荷載120%重量2 887.59 kN；0＃塊預(yù)壓總重量6 329.09 kN。連續(xù)梁體積最大的梁段為1＃(1′＃)塊，體積為72.7 m3，重量為192.6 t，荷載值為1 926 kN，預(yù)壓時取1.2安全系數(shù)，預(yù)壓荷載2 311.2 kN[3]。

3.1 堆載預(yù)壓

0＃塊底?；驋旎@模板安裝完成后，使用砂袋、預(yù)壓塊進(jìn)行分級加載進(jìn)行預(yù)壓，使用汽車吊或塔吊吊裝預(yù)壓材料進(jìn)行分級堆載。

3.2 反壓預(yù)壓

利用預(yù)埋鋼束在反力裝置施加張拉力到達(dá)預(yù)壓重力實(shí)現(xiàn)預(yù)壓效果，反力架可重復(fù)使用。

3.3 方案比選

兩種預(yù)壓方式在成本和工期方面進(jìn)行對比，4個0＃塊預(yù)壓對比情況見表1。對比方案中砂破損等污染考慮回收一半，反壓使用鋼材約24 t，使用預(yù)壓塊全橋0＃塊、1＃段整體時間僅考慮90 d。沙袋或預(yù)壓塊預(yù)壓費(fèi)用、操作性及工期相比預(yù)應(yīng)力反壓都相對劣勢，綜合考慮決定采用預(yù)應(yīng)力反壓方式。

表1 兩種方案對比分析

4 反壓實(shí)施方案

連續(xù)梁0＃反壓有承臺預(yù)埋反力束施加應(yīng)力反壓托架形式[4]，有墩頂預(yù)埋反力束橫梁持力反壓形式，考慮墩身高度較大，承臺作業(yè)空間受限選擇了墩頂預(yù)埋反力束裝置形式。

4.1 0＃塊支架模板方案

0＃塊段施工平臺采用三角托架，托架主要由上下部鉸座、橫桿、斜撐組成，構(gòu)造簡便，受力明確，體量較輕，強(qiáng)度高，操作便捷[5]。在主墩上的設(shè)計(jì)位置安裝預(yù)埋構(gòu)件，托架與預(yù)埋的構(gòu)件連接，托架安裝完成后，在橫梁上安裝分布梁[6]。同排托架間設(shè)置剪刀撐，增強(qiáng)支撐體系受力穩(wěn)定性。每個墩柱橫橋向各設(shè)置2排托架，間距1.8 m，托架主梁插入墩身預(yù)留槽通過?32圓鋼進(jìn)行對拉[7]。模板使用定型鋼模，側(cè)模自帶支撐托架，底模拆除使用砂箱形式落模拆除。0＃支架模板方案如圖1、圖2所示。

圖1 0＃塊支撐模板體系橫斷面圖

圖2 0＃塊支撐模板體系縱斷面圖

4.2 托架預(yù)壓方法

通過在主墩墩頂門字梁預(yù)埋?32精軋螺紋鋼作為反拉受力鋼筋，型鋼制作承壓梁、反力梁。托架上安裝橫向分布梁、千斤頂、上分壓梁，安裝反力梁對支撐系統(tǒng)施加荷載，荷載為0＃塊段砼重量及其他荷載總和的1.2倍，反力梁、千斤頂、預(yù)埋鋼束及分布梁等組成支撐系統(tǒng)預(yù)壓的施力裝置。

4.3 托架預(yù)壓實(shí)施

4.3.1 預(yù)壓前的準(zhǔn)備

(1)反壓構(gòu)件加工:反力裝置主要材料為型鋼，根據(jù)構(gòu)件的受力要求，結(jié)合工程自有材料，選擇適宜的工字鋼制作反壓構(gòu)件。

(2)在墩身門字梁預(yù)埋?32精軋螺紋鋼作為反壓受力鋼筋，見圖3。

圖3 精軋螺紋鋼現(xiàn)場預(yù)埋

(3)托架安裝完成后檢查驗(yàn)收。

(4)預(yù)壓千斤頂、油泵、油表送檢校驗(yàn)。

4.3.2 反壓系統(tǒng)安裝

(1)下承壓梁安裝:在已經(jīng)安裝完成的托架上安裝第一道下承壓梁，托架外側(cè)懸挑部分為2 36b，托架中間部分為2 40b。

(2)安放千斤頂:將已標(biāo)定好的千斤頂安放在下承壓梁上面。

(3)安裝上承壓梁、反力梁:在千斤頂上方橫橋向安裝雙拼 40b(外側(cè)部分)及雙拼 36b(中間部分)的上承壓梁，在上承壓梁頂順橋向安裝三拼 40b型鋼反力梁。

(4)將穿過反壓梁的精軋螺紋鋼上安裝2 cm厚鋼板、精軋墊板及精軋螺母，預(yù)埋的精軋螺紋鋼和反力梁錨固牢固，作為反力裝置墩身受力點(diǎn)。

(5)將油泵與配套的千斤頂相連接，反壓系統(tǒng)如圖4所示。

圖4 0＃塊反壓系統(tǒng)

4.3.3 施壓

計(jì)算得出，托架外側(cè)承受支反力分別為700 kN、450 kN，托架中間承受支反力為1 100 kN，根據(jù)計(jì)算數(shù)據(jù)和現(xiàn)場設(shè)備，采用12套400 t液壓千斤頂對托架進(jìn)行預(yù)壓。預(yù)壓分三級加載完成，首先對稱預(yù)壓外側(cè)兩排托架，第一次加載到60%，加載完成1 h后對托架沉降量進(jìn)行一次監(jiān)測，之后每間隔6 h測量一次各監(jiān)測點(diǎn)變形情況[8]。當(dāng)相鄰兩次沉降量觀測平均值之差≤2 mm時，繼續(xù)加載至100%，加載完成1 h后對托架沉降量進(jìn)行一次監(jiān)測，以后每間隔6 h測量一次各監(jiān)測點(diǎn)變化情況。當(dāng)相鄰兩次沉降量觀測平均值之差≤2 mm時，繼續(xù)加載至120%，預(yù)壓荷載達(dá)到要求后，繼續(xù)檢測變形情況；同時對托架變形、錨固及焊縫等進(jìn)行檢查。

當(dāng)加載至120%并觀測24 h后，預(yù)壓沉降量觀測平均值相差不大于1 mm時，支架系統(tǒng)符合要求。托架卸載6 h后，監(jiān)測記錄各監(jiān)測點(diǎn)的位移量。按照施工托架設(shè)計(jì)圖安裝完成托架之后，根據(jù)0＃塊的受力特點(diǎn)布設(shè)沉降觀測點(diǎn)。0＃塊共設(shè)24個觀測點(diǎn)，即24個砂箱位置處，本橋0＃反壓每次壓順橋向兩排托架，分別為外側(cè)兩排和內(nèi)側(cè)兩排。也可以單排預(yù)壓，因預(yù)壓1＃段需要兩組反力裝置故選擇預(yù)壓兩排。千斤頂或砂箱位置布置頂力如圖5所示。

圖5 千斤頂頂力布置示意

4.4 掛籃預(yù)壓

根據(jù)懸臂澆筑連續(xù)剛構(gòu)設(shè)計(jì)分段長度、梁段自重、結(jié)構(gòu)尺寸、斷面形式等情況，同時考慮其他荷載和設(shè)施通用性，采用菱形掛籃結(jié)構(gòu)。完成掛籃安裝后應(yīng)進(jìn)行荷載試驗(yàn)，檢測掛籃的受力能力，測出不同荷載各種情況下模板體系的變化情況，在施工中確保對相應(yīng)荷載可承受[9]。1＃段為本橋最重梁段1 926 kN，在0＃塊端頭兩腹板位置上下分別預(yù)埋反力梁連接預(yù)埋件，底層連接反力橫梁，0＃塊反力梁、分布梁加工而成的三腳架作為反力預(yù)壓的受力系統(tǒng)，并將三腳架與預(yù)埋在梁體上的預(yù)埋件連接好，與箱梁一起形成一個受力整體[10-11]，使得反力系統(tǒng)穩(wěn)定，如圖6所示。掛籃安裝完成后，底模鋪設(shè)兩排受力分布梁，分布梁使用本工程0＃塊預(yù)壓材料，預(yù)壓結(jié)束后回收他用。即1＃段預(yù)壓不再增加任何材料及千斤頂?shù)?，預(yù)壓周期、成本投入大大降低。千斤頂加載利用分布梁盡量對應(yīng)掛籃模板體系實(shí)際受力情況，主要設(shè)備是反力架、分布梁和千斤頂。利用液壓油頂壓力，對反力架、分布梁施壓，達(dá)到預(yù)壓重量值，測得掛籃在預(yù)壓荷載作用下各部位的變形數(shù)據(jù)及變化情況，達(dá)到預(yù)壓目的[12]。

5 結(jié)語

常規(guī)預(yù)壓工藝吊裝過程安全風(fēng)險(xiǎn)高，操作周期長，0＃塊托架預(yù)壓采用在墩頂預(yù)埋精軋螺紋鋼設(shè)置反力架、掛籃預(yù)壓在0＃段設(shè)置預(yù)埋件安裝反力裝置，進(jìn)行反壓技術(shù)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的堆載預(yù)壓，通過對工藝技術(shù)、施工方案的精心組織，檢驗(yàn)了托架的安全質(zhì)量，達(dá)到了預(yù)壓效果。掛籃預(yù)壓反壓全部采用0＃塊既有裝置，不再另行投入，圓滿完成了托架、掛籃預(yù)壓施工，取得了良好的效果，同時節(jié)約了施工成本和工期。本文簡單地闡述了通過墩頂埋設(shè)精軋螺紋鋼設(shè)置反力架進(jìn)行反壓技術(shù)的施工方法及要點(diǎn)，解決連續(xù)梁預(yù)壓施工環(huán)境受限、工期緊張、成本高難題，積攢了一定的施工經(jīng)驗(yàn)，為今后相似工程的施工提供借鑒。