后支點(diǎn)三角形掛籃預(yù)壓施工技術(shù)

王連彬 宋 均

（中交二航局二公司，重慶 400042）

1、概述

1.1 工程概況

合川嘉陵江南屏大橋主橋?yàn)榭缭郊瘟杲奶卮髽?，采用雙塔雙索面矮塔斜拉橋，跨徑布置為112+190+92m。引橋?yàn)檫B續(xù)梁+連續(xù)剛構(gòu)組合形式，跨徑布置為82+82+82+82m，橋梁全長(zhǎng)為722m。主橋結(jié)構(gòu)支撐體系采用塔梁固結(jié)方式，全橋箱梁統(tǒng)一采用單幅單箱單室大懸臂斜腹式混凝土箱梁，主橋箱梁從懸臂根部高7m漸變到標(biāo)準(zhǔn)梁高4.5m，引橋箱梁從墩頂段梁高5m漸變到標(biāo)準(zhǔn)梁高4.5m。主橋橋?qū)?7.5m，引橋橋?qū)?4.5m，雙向四車(chē)道。

懸臂梁從第三節(jié)段開(kāi)始采用逐段平衡懸澆的施工方法，節(jié)段長(zhǎng)5m，主橋懸臂施工梁段最重為499.5T。

1.2 掛籃概況

南屏大橋引橋分A0現(xiàn)澆梁、P1～P3掛籃懸臂梁、P4現(xiàn)澆梁，主橋分P4現(xiàn)澆梁、P5懸臂梁、P6懸臂梁、A7現(xiàn)澆梁。全橋設(shè)計(jì)有五副掛籃施工懸臂梁，懸臂梁?jiǎn)喂?jié)段長(zhǎng)度均為5m。為簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，本掛籃按照主橋主梁懸臂梁最重節(jié)段（500T）的施工要求進(jìn)行設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)采用后錨三角型式，按結(jié)構(gòu)功能分為：主桁系、模架系、懸吊系、錨固系、行走系、操作平臺(tái)及預(yù)埋件等系統(tǒng)。掛籃主桁長(zhǎng)13.5m，寬25.9m，各構(gòu)件由型鋼和鋼板焊接而成后通過(guò)銷(xiāo)子連接。單個(gè)掛籃含模板總重約185T。掛籃結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1、圖2。

圖1 掛籃側(cè)視圖

掛籃構(gòu)件由專(zhuān)業(yè)加工廠精加工及試拼，掛籃使用前應(yīng)進(jìn)行壓載試驗(yàn)，消除非彈性變形并測(cè)定彈性變形量，為監(jiān)控立模提供參考依據(jù)，并檢驗(yàn)掛籃安全性。

1.3 掛籃預(yù)壓施工特點(diǎn)

1.3.1 工程前期受搶水施工影響，掛籃加工開(kāi)始不及時(shí)，很大程度上壓縮了掛籃試拼及預(yù)壓等準(zhǔn)備時(shí)間；

1.3.2 掛籃共五副，總量達(dá)1850T，而各墩掛籃懸澆施工開(kāi)始的時(shí)間間隔不長(zhǎng)，掛籃加工、堆放、試拼所需場(chǎng)地相當(dāng)大；

1.3.3 掛籃主桁構(gòu)件單重大，受塔吊吊重限制，掛籃安裝須通過(guò)專(zhuān)用吊架完成，安裝周期較長(zhǎng)；

1.3.4 受上述因素影響，為盡量縮短掛籃安裝到投入使用的時(shí)間間隔，本工程掛籃預(yù)壓不在掛籃安裝到位后進(jìn)行；

1.3.5 懸臂梁段單節(jié)段重量大，預(yù)壓所需荷載大。

2、施工工藝簡(jiǎn)述

2.1 掛籃預(yù)壓工藝確定

南屏大橋除A0橋臺(tái)、P1墩、A7橋臺(tái)在陸上外其余各墩均為水中墩，前期未搭設(shè)施工棧橋，水中墩按進(jìn)度計(jì)劃掛籃安裝時(shí)期為洪水期，掛籃運(yùn)輸、吊裝唯有依靠船舶和施工塔吊完成，施工難度較大。P1墩開(kāi)工時(shí)間比較靠后，掛籃加工過(guò)程中已將承臺(tái)施工完成，承臺(tái)尺寸為12m×9m×5m，掛籃主桁兩主梁間橫橋向間距為12.53m，與承臺(tái)橫橋向?qū)挾?2m比較接近。因此，結(jié)合P1墩施工進(jìn)度、施工場(chǎng)地及承臺(tái)結(jié)構(gòu)尺寸，掛籃預(yù)壓通過(guò)在P1墩承臺(tái)上埋設(shè)預(yù)埋件設(shè)置掛籃支承牛腿，在承臺(tái)及支承牛腿上拼裝掛籃，再在掛籃上用鋼筋、鋼絞線等加載的方式進(jìn)行預(yù)壓。

2.2 預(yù)壓準(zhǔn)備

掛籃預(yù)壓施工工序包括預(yù)壓預(yù)埋件埋設(shè)、牛腿焊接安裝、掛籃拼裝、加載及過(guò)程監(jiān)測(cè)、持荷、卸荷及觀測(cè)、掛籃拆除。預(yù)壓施工準(zhǔn)備包括預(yù)埋件加工制作、掛籃加工檢測(cè)編號(hào)、掛籃拼裝、加載材料及加載吊裝設(shè)備準(zhǔn)備。

2.2.1 掛籃預(yù)埋件、支撐牛腿

后支點(diǎn)三角形掛籃受力點(diǎn)主要包括后錨桿、中支點(diǎn)、前吊桿。由于承臺(tái)寬度為12m，而掛籃主桁兩主梁間間距為12.53m，不能直接滿(mǎn)足掛籃拼裝寬度要求，單側(cè)兩根軌道梁只有一根能直接安裝在承臺(tái)頂面，另一根通過(guò)預(yù)埋2I56a作為軌道梁支撐牛腿，牛腿頂面必須安裝水平，且在安裝軌道梁處通過(guò)承臺(tái)側(cè)面埋設(shè)預(yù)埋件為牛腿設(shè)置斜撐以加強(qiáng)牛腿剛度，抵抗受壓變形。后錨桿單側(cè)共8根，靠橋軸線內(nèi)側(cè)4根能直接埋設(shè)到承臺(tái)混凝土內(nèi)預(yù)埋φ32精軋螺紋鋼設(shè)置，靠橋軸線外側(cè)4根須通過(guò)埋設(shè)4組2[20a反拉牛腿設(shè)置，反拉牛腿須通過(guò)承臺(tái)側(cè)面埋設(shè)預(yù)埋件設(shè)置斜撐到承臺(tái)以抵抗受力變形。

2.2.2 預(yù)壓設(shè)備

掛籃預(yù)壓所需設(shè)備主要為掛籃拼裝設(shè)備及加載設(shè)備。

P1墩位于原防洪堤處，承臺(tái)邊離防洪堤邊約12m，承臺(tái)外側(cè)到防洪堤邊為一平臺(tái)，且有施工便道可通行到此平臺(tái)，地勢(shì)條件比較優(yōu)越。掛籃拼裝過(guò)程中大型構(gòu)件（最重達(dá)7T）通過(guò)25T吊車(chē)起吊安裝就位，小型構(gòu)件通過(guò)塔吊起吊安裝就位，通過(guò)利用25T吊車(chē)的起吊能力和塔吊的靈活性相結(jié)合，掛籃拼裝顯得較為便捷。

加載利用塔吊完成，塔吊靈活性好、視野廣、吊裝快，另外加載材料單件荷載也滿(mǎn)足塔吊吊裝能力的要求。

掛籃拆除按掛籃拼裝的相反順序進(jìn)行，設(shè)備同樣利用25T吊車(chē)和塔吊相結(jié)合進(jìn)行。

2.2.3 掛籃拼裝

掛籃拼裝前首先由測(cè)量放出兩主梁中心線、兩側(cè)軌道梁中心線。對(duì)承臺(tái)頂面放置軌道梁處利用高標(biāo)號(hào)砂漿找平，同時(shí)測(cè)量標(biāo)高，在支撐牛腿上通過(guò)支墊鋼板以調(diào)整兩軌道梁間相對(duì)高差。掛籃拼裝順序?yàn)檐壍懒骸髁海ê箦^）→立柱→拉桿→后上橫梁→前上橫梁→上下平聯(lián)→底籃→外模架平臺(tái)。

軌道梁安裝必須控制好4根軌道相對(duì)高差，以保證主梁平整；主梁安裝必須保證兩側(cè)對(duì)應(yīng)的后錨點(diǎn)、中支點(diǎn)、前吊點(diǎn)相對(duì)平整，后錨桿必須受力均勻；立柱安裝必須豎直；前后橫梁、上下平聯(lián)安裝需焊接，必須嚴(yán)格控制焊縫質(zhì)量；底籃、外模架平臺(tái)吊桿必須受力均勻。為符合掛籃懸臂施工實(shí)際工況，掛籃底籃、外模架平臺(tái)預(yù)壓受力與實(shí)際施工受力情況相符，不采用在承臺(tái)上預(yù)埋反壓牛腿通過(guò)千斤頂頂壓的方式進(jìn)行預(yù)壓。由于掛籃底籃、外模架后錨桿無(wú)法按實(shí)際施工工況通過(guò)精軋螺紋鋼設(shè)置錨桿，預(yù)壓時(shí)通過(guò)在承臺(tái)上用型鋼埋設(shè)牛腿采用簡(jiǎn)支的方式，前吊桿按實(shí)際施工工況采用φ32精軋螺紋鋼。

掛籃預(yù)壓拼裝側(cè)視圖見(jiàn)圖3。

圖3 掛籃預(yù)壓拼裝側(cè)視圖

2.2.4 加載材料

掛籃施加混凝土荷載考慮全橋最重主梁P5、P6墩2#梁段重500T，模板荷載按已加工好模板安裝到位施加荷載，人群及施工荷載5T，預(yù)壓超載系數(shù)按1.2考慮，實(shí)際預(yù)壓重量總計(jì)為606T。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，鋼筋現(xiàn)場(chǎng)庫(kù)存約400T，鋼絞線現(xiàn)場(chǎng)庫(kù)存約80T，無(wú)法滿(mǎn)足壓載荷載的需要。因此，考慮加載平臺(tái)I25a長(zhǎng)度為9m，順橋向鋪設(shè)。鋼筋長(zhǎng)度為9m，翼緣板部分順橋向堆載，底籃部分堆載范圍也控制在9m范圍，這樣堆載重心比實(shí)際施工工況靠前，堆載重量可由理論計(jì)算量的606T縮小到410T?，F(xiàn)場(chǎng)庫(kù)存鋼筋和鋼絞線重量能滿(mǎn)足加載需要。

2.3 預(yù)壓加載

掛籃預(yù)壓加載平臺(tái)采用支架型鋼I25a鋪設(shè)，其重量按掛籃結(jié)構(gòu)重量和模板重量的總量控制。加載平臺(tái)鋪設(shè)完成后測(cè)量記錄監(jiān)控點(diǎn)初始數(shù)據(jù)，再分級(jí)加載預(yù)壓。

加載分三級(jí)，第一級(jí)加載到80%(模擬404T實(shí)際加載275T)，第二級(jí)加載到100%(模擬 505t，實(shí)際 342T)，第三級(jí)加載到 120%(模擬加載606T，實(shí)際加載410T)，加載過(guò)程中對(duì)加載重量詳細(xì)清點(diǎn)計(jì)算，控制準(zhǔn)確。中間每級(jí)加載完成后持荷60分鐘，測(cè)量各監(jiān)控點(diǎn)變形數(shù)據(jù)，并對(duì)掛籃結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)檢查，如無(wú)異常情況方可繼續(xù)加載。加載到120%后持荷24小時(shí)，在此過(guò)程中作好掛籃變形監(jiān)測(cè)及掛籃結(jié)構(gòu)檢查。掛籃預(yù)壓加載過(guò)程見(jiàn)圖4、圖5。

圖4 掛籃預(yù)壓加載

圖5 掛籃預(yù)壓加載

2.4 變形監(jiān)測(cè)

掛籃預(yù)壓最重要的兩個(gè)目的為：檢驗(yàn)掛籃結(jié)構(gòu)安全性；消除非彈性變形，測(cè)量監(jiān)測(cè)掛籃彈性變形量。變形監(jiān)測(cè)主要分三個(gè)階段，首先在掛籃加載前測(cè)量記錄初始數(shù)據(jù)，其次在掛籃分級(jí)加載過(guò)程中單獨(dú)測(cè)量記錄，最后掛籃預(yù)壓卸荷完成后測(cè)量記錄最終數(shù)據(jù)，此數(shù)據(jù)為計(jì)算掛籃消除非彈性變形后的彈性變形量提供依據(jù)。掛籃預(yù)壓加載變形監(jiān)測(cè)測(cè)點(diǎn)見(jiàn)圖 6、圖 7。

圖6 掛籃預(yù)壓變形測(cè)點(diǎn)圖一

2.5 數(shù)據(jù)分析整理

掛籃預(yù)壓以加載前、加載100%、卸荷完畢這三個(gè)階段監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)作為掛籃彈性變形的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。在荷載作用下主梁中支點(diǎn)下降，后錨點(diǎn)上升，主梁前端下降，主梁整體前傾。

圖7 掛籃預(yù)壓變形測(cè)點(diǎn)圖二

考慮現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量誤差，100%荷載條件下前吊點(diǎn)、中支點(diǎn)、后錨點(diǎn)的平均變形或沉降量如下：

序號(hào)100%荷載條件各測(cè)點(diǎn)變形量(單位：mm)1工程部位 主梁后錨點(diǎn)上升量 主梁中支點(diǎn)壓縮沉降量 主梁前支點(diǎn)沉降量2上游主梁 9 12 68 3下游主梁 5 14 67 4上游主梁 9 12 69 5下游主梁 5 14 68 6平均值 7 13 68

主梁自身?yè)隙葹椋?8mm+7mm－（13mm+7mm）*2=35mm

卸載完成時(shí)掛籃各測(cè)點(diǎn)的變形量如下：

序號(hào) 卸載完成條件各測(cè)點(diǎn)變形量(單位：mm)1工程部位 主梁后錨點(diǎn)上升量 主梁中支點(diǎn)壓縮沉降量 主梁前支點(diǎn)沉降量2上游主梁 4 15 38 3下游主梁 4 18 36 4平均值 4 16.5 37

主梁非彈性變形量：37mm－4mm－（16.5mm－4mm）*2=8mm。主梁彈性變形量：35mm-8mm=27mm<13500/400=33.75mm。

預(yù)壓過(guò)程中，掛籃各構(gòu)件及拼裝焊縫經(jīng)檢查無(wú)明顯異常變形情況，加載過(guò)程中各連接銷(xiāo)栓銷(xiāo)孔未發(fā)現(xiàn)明顯變形。掛籃主梁整體變形量小于1/400，滿(mǎn)足規(guī)范要求。

3、試驗(yàn)效果及注意事項(xiàng)

3.1 試驗(yàn)效果

借承臺(tái)作為掛籃拼裝、預(yù)壓平臺(tái)，主梁懸臂澆筑施工開(kāi)始前即完成掛籃試拼和預(yù)壓。這不僅能提前熟悉掛籃拼裝施工工藝，解決掛籃拼裝過(guò)程中可能出現(xiàn)的一系列問(wèn)題，還能在主梁墩頂現(xiàn)澆梁段施工的同時(shí)進(jìn)行，這也能節(jié)省工期。本橋掛籃預(yù)壓在P1墩承臺(tái)進(jìn)行，實(shí)際只花費(fèi)半個(gè)月時(shí)間。通過(guò)實(shí)踐證明，這種預(yù)壓方式是可行的，預(yù)壓平臺(tái)位置的優(yōu)越性也避免了過(guò)多的高空作業(yè)，對(duì)掛籃在預(yù)壓過(guò)程中的結(jié)構(gòu)安全性檢查也提供了更多的便利。當(dāng)然，這種預(yù)壓方式是能夠使掛籃消除非彈性變形、測(cè)量監(jiān)控彈性變形為監(jiān)控立模提供參考依據(jù)的。

3.2 注意事項(xiàng)

3.2.1 掛籃拼裝時(shí)必須保證主桁平整，軌道梁與承臺(tái)及預(yù)埋牛腿結(jié)合必須緊密。

3.2.2 掛籃拼裝過(guò)程中應(yīng)按設(shè)計(jì)要求拼裝、焊接各構(gòu)件，按設(shè)計(jì)要求安裝錨桿、吊桿，且必須保證其受力均勻。

3.2.3 預(yù)壓加載前必須準(zhǔn)確測(cè)量記錄各監(jiān)測(cè)點(diǎn)初始數(shù)據(jù)并作好記錄，以作為計(jì)算掛籃非彈性變形的依據(jù)。

3.2.4 預(yù)壓加載應(yīng)對(duì)稱(chēng)均勻進(jìn)行，作好加載記錄及加載重量控制，加載過(guò)程中對(duì)掛籃結(jié)構(gòu)安全性作好觀察。

3.2.5 加載過(guò)程中吊裝應(yīng)由專(zhuān)業(yè)人員指揮，杜絕碰撞掛籃結(jié)構(gòu)構(gòu)件。

3.2.6 預(yù)壓完成后卸荷也必須對(duì)稱(chēng)進(jìn)行，掛籃應(yīng)規(guī)范拆除，不能損傷焊縫，保證能繼續(xù)投入使用。

3.2.7 掛籃預(yù)壓重點(diǎn)為檢驗(yàn)結(jié)構(gòu)安全和監(jiān)測(cè)預(yù)壓加載過(guò)程中的變形量，監(jiān)控立模時(shí)應(yīng)根據(jù)各梁段的實(shí)際重量折算對(duì)應(yīng)的預(yù)拱度。

結(jié)束語(yǔ)

掛籃預(yù)壓是其投入懸臂施工前用作檢驗(yàn)掛籃結(jié)構(gòu)安全的重要手段。當(dāng)然，掛籃預(yù)壓根據(jù)各種掛籃結(jié)構(gòu)形式、施工條件可采取多種方式。南屏大橋掛籃預(yù)壓正是避免了山區(qū)地理?xiàng)l件、起重設(shè)備的局限性的影響，較好的利用了承臺(tái)位置吊裝方便的優(yōu)越條件，順利地完成了掛籃預(yù)壓。實(shí)踐證明，通過(guò)在承臺(tái)上模擬施工工況進(jìn)行大型后支點(diǎn)三角形掛籃預(yù)壓是可行的。

[1]張謝東，郭俊峰，余建宜，易勝.山區(qū)高墩大跨橋梁施工過(guò)程中的風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別.《橋梁建設(shè)》,2008年6期.