剛構(gòu)橋裝配式預(yù)應(yīng)力牛腿支撐施工方法

摘要：裝配式預(yù)應(yīng)力牛腿支架較傳統(tǒng)的滿堂支架、預(yù)埋牛腿法適用性更廣，具有易周轉(zhuǎn)、標準化強的特點。文章介紹了裝配式預(yù)應(yīng)力牛腿支架在剛構(gòu)橋0#塊、1#塊現(xiàn)澆施工中的具體應(yīng)用方法，闡述了該施工方法的特點、適用范圍、工藝原理、施工流程及操作要點。

關(guān)鍵詞：裝配式預(yù)應(yīng)力牛腿;剛構(gòu)橋;施工方法

文獻標識碼：U443.16-A-40-137-4

0 引言

隨著公路基礎(chǔ)設(shè)施由平原地區(qū)或微丘地區(qū)逐漸向崇山峻嶺山區(qū)挺進，剛構(gòu)橋在公路所占的比例越來越大，同時剛構(gòu)橋在梁、墩（塔）結(jié)合的部位通常有著大體積的懸挑混凝土，這一部分混凝土的施工支架承重系統(tǒng)在滿足目前的常規(guī)施工基礎(chǔ)上，如何更進一步實現(xiàn)經(jīng)濟、高效、安全、環(huán)保，是個需要認真思考的問題。

目前，我國在剛構(gòu)橋的0#塊、1#塊施工時主要采用滿堂支架法和預(yù)埋牛腿法。由于混凝土的體積大、重量大，滿堂支架法對地基的要求非常高，早期沉降和后期的不均勻沉降都會給混凝土帶來不可估量的破壞。而預(yù)埋牛腿法需要進行大量的現(xiàn)場焊接作業(yè)，如果現(xiàn)場焊接條件并不是很好（如大風天氣的影響、高空施工的影響、立焊作業(yè)的不可預(yù)見性等），導(dǎo)致預(yù)埋件留下質(zhì)量隱患，從而導(dǎo)致牛腿的荷載承受能力下降、變形量增大，最終影響混凝土質(zhì)量和現(xiàn)場施工安全。

而在0#塊施工中采用預(yù)應(yīng)力牛腿支架施工工藝，有施工較為便捷、整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、施工安全、能實現(xiàn)標準化、較易周轉(zhuǎn)、降低施工成本、無污染等優(yōu)點。

1 方法特點

1.1 裝配化、標準化程度高

預(yù)應(yīng)力牛腿克服了傳統(tǒng)滿堂支架和預(yù)埋牛腿結(jié)構(gòu)存在的不足，能夠?qū)崿F(xiàn)標準化制造，施工時安裝方便，結(jié)構(gòu)牢固，提高施工效率。所使用的三角桁架結(jié)構(gòu)、橫聯(lián)結(jié)構(gòu)和剪力槽制作材料均采用型鋼，材料來源便捷，工廠里集中加工，加工條件好，加工尺寸精度高，焊接質(zhì)量能得到充分的保證，標準化程度高。

1.2 安裝簡單、受力明確

預(yù)應(yīng)力牛腿采用預(yù)應(yīng)力裝置的張拉來消除施工過程中三角桁架結(jié)構(gòu)的豎桿因承受懸臂荷載時產(chǎn)生的變形，系統(tǒng)整體穩(wěn)定性好，安全性高。使用預(yù)應(yīng)力牛腿施工時各部件安裝簡單，一目了然，現(xiàn)場不需要進行焊接作業(yè)，操作方便，不需要強體力勞動。

1.3 顯著優(yōu)勢

預(yù)應(yīng)力牛腿由三角桁架結(jié)構(gòu)、橫聯(lián)結(jié)構(gòu)、預(yù)應(yīng)力裝置組成。安裝時為裝配式安裝，操作簡單，施工便捷，整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，施工安全、能實現(xiàn)標準化，較易周轉(zhuǎn)、降低施工成本、無污染。

2 工藝原理及適用范圍

本工法適用于連續(xù)梁橋、剛構(gòu)橋等橋梁0#或1#塊懸澆大體積混凝土施工及其他類似大體積混凝土懸臂施工。

3 工藝原理

通過對牛腿施加預(yù)應(yīng)力從而減小實際施工時牛腿的變形，確保支架的穩(wěn)定性。同時，牛腿的安裝、拆除過程中無材料損耗，高裝配化保證了100%重復(fù)利用。

4 施工工藝流程及操作要點

4.1 施工工藝流程

施工工藝流程如圖1所示，分為以下幾個步驟：

（1）根據(jù)懸臂混凝土的重量計算，設(shè)計圖紙，加工部件，并運至施工現(xiàn)場。

（2）按設(shè)計位置在墩身混凝土體澆筑時預(yù)埋剪力槽及預(yù)應(yīng)力通道。

（3）待墩身混凝土體強度達到要求后，吊裝三角桁架結(jié)構(gòu)，將三角桁架結(jié)構(gòu)下弦桿插入剪力槽中，將預(yù)應(yīng)力裝置中精軋螺紋鋼依次穿過三角桁架結(jié)構(gòu)的豎桿、預(yù)應(yīng)力通道、對稱側(cè)上三角桁架結(jié)構(gòu)的豎桿，上緊兩端的螺母，使混凝土體相互對稱的兩榀三角桁架結(jié)構(gòu)上的豎桿都緊貼混凝土體。

（4）重復(fù)步驟完成同一豎桿上其他組由精軋螺紋鋼及其配套的螺母組成的預(yù)應(yīng)力裝置的安裝，如圖2所示。

（5）將所有豎桿上的精軋螺紋鋼按計算值進行張拉，完成張拉后上緊螺母。

（6）吊裝橫聯(lián)結(jié)構(gòu)連接混凝土體同側(cè)上兩兩相鄰的三角桁架結(jié)構(gòu)，采用焊接或者螺栓連接方式依次分別連接同側(cè)相鄰的三角桁架結(jié)構(gòu)的豎桿、上弦桿、斜撐桿。

4.2 操作要點

4.2.1 支架設(shè)計

支架設(shè)計考慮三個方面的內(nèi)容：

（1）支架的安全性，包括支架本身的強度、剛度、穩(wěn)定性，也包括施工作業(yè)人員和材料設(shè)備的安全。

（2）施工方便，可操作性強，各項施工內(nèi)容明了、直接，各項數(shù)值盡量采用易記的數(shù)字，材料采用市場能買到的通用材料。

（3）經(jīng)濟性，即盡量少買新材料，從公司已有材料中組合搭配，即使需要用到新材料，也要考慮材料可回收，實現(xiàn)重復(fù)利用。

牛腿下弦桿通過預(yù)留方盒子，伸入混凝土55 cm，結(jié)構(gòu)如圖3～4所示。

橫聯(lián)結(jié)構(gòu)的主要作用是防止牛腿左右擺動，在牛腿的立柱、水平弦桿、斜撐上各加一聯(lián)，材料用I10槽鋼。橫聯(lián)結(jié)構(gòu)與牛腿間用螺栓連接，如圖5所示。

牛腿下弦桿伸進混凝土的部分設(shè)計深度≥55 cm，從剪力槽平面往下（5+7.5+7.5）cm布設(shè)3層鋼筋網(wǎng)，網(wǎng)片用10 mm的螺紋鋼按7.5 cm×7.5 cm的網(wǎng)眼布置，下料長度為60 cm，每個牛腿下料48根。如圖6所示。

牛腿加工各焊點必須采用坡口焊，內(nèi)外熔透。工字鋼在貝雷梁支點處、張拉節(jié)點處、各桿件交叉處進行加勁。

4.2.2 預(yù)埋件設(shè)置

承臺施工時應(yīng)預(yù)埋反拉用的精軋螺紋鋼，布設(shè)位置應(yīng)根據(jù)計算墩頂懸臂澆筑混凝土重心來確定。精軋螺紋鋼埋入混凝土里的深度應(yīng)≥2 m，且底部利用螺栓、錨墊板加以錨固。

根據(jù)懸臂澆筑的混凝土底模標高確定牛腿預(yù)應(yīng)力管道和剪力槽標高，在對應(yīng)墩身節(jié)段澆筑前預(yù)埋牛腿預(yù)應(yīng)力管道和剪力槽盒子。為保證預(yù)應(yīng)力管道在混凝土澆筑過程中保持順直，可將角鋼布設(shè)于預(yù)應(yīng)管道下方，焊接固定于墩柱主筋上面。剪力槽盒子安裝前應(yīng)當應(yīng)檢查尺寸，精確到毫米，以保證牛腿能夠順利安裝上去。

4.2.3 支架安裝

1#塊施工托架搭設(shè)在牛腿上，牛腿安裝在薄壁墩順橋向兩側(cè)，兩組三角形桁架，通過JL32預(yù)應(yīng)力鋼筋固定在墩身上，同一面墻的兩個牛腿加橫聯(lián)結(jié)構(gòu)固定。

1#塊施工托架預(yù)埋件設(shè)在薄壁橋墩前后兩側(cè)，一個懸臂端設(shè)兩條牛腿。牛腿預(yù)埋件須用測量儀器跟蹤測量，保證牛腿頂面為同一水平面，誤差控制在1 cm以內(nèi)。

4.2.4 施加預(yù)應(yīng)力

這是預(yù)應(yīng)力牛腿施工的關(guān)鍵工序，也是確保質(zhì)量和安全的重點工序。

應(yīng)力大小既要滿足三角桁架產(chǎn)生的拉力，又要滿足精扎螺紋鋼的安全系數(shù)，通過計算，按JL32的屈服強度50%時能滿足兩者要求。

4.2.5 預(yù)應(yīng)力牛腿支架的拆除

懸澆混凝土澆筑完成后拆除順序大致與安裝的順序相反，依次拆除底模、橫向分配梁、橫聯(lián)結(jié)構(gòu)、預(yù)應(yīng)力裝置、三角桁架結(jié)構(gòu)。

拆除預(yù)應(yīng)力精軋螺紋鋼：先對桁架進行捆綁，防止墜落，然后從上到下依次用千斤頂對精軋螺紋鋼施加拉力，松開螺栓至消除其預(yù)應(yīng)力，最后逐根拆除精軋螺紋鋼。

拆除牛腿：用鋼絲繩從0#塊頂將牛腿掛住，再利用卷揚機鋼絲繩繞過轉(zhuǎn)向滑輪把牛腿底的牛腳從盒子里緩慢拉出，最后再利用塔吊將牛腿放下至墩底。

5 質(zhì)量控制

單邊兩副牛腿在受力不均勻時，容易出現(xiàn)沉降較大的情況，故在這兩副牛腿之間加設(shè)橫聯(lián)結(jié)構(gòu)，以加強兩副牛腿的整體受力效果和抗水平分力的能力。

預(yù)應(yīng)力牛腿支架的關(guān)鍵是施加預(yù)應(yīng)力：（1）張拉力一定要達到計算得到的數(shù)值;（2）要保證精扎螺紋鋼的螺帽要扭緊到位，為了保險起見一定要加雙螺帽。

6 安全措施

在牛腿支架向下投影的范圍下方地面區(qū)域設(shè)置安全防護警戒帶，加預(yù)應(yīng)力時要檢查好預(yù)應(yīng)力筋，不能用有損傷的預(yù)應(yīng)力筋。牛腿預(yù)壓過程中，人員不要在加載區(qū)逗留。牛腿預(yù)壓時設(shè)專人負責觀察是否出現(xiàn)異常，是否有異響。施工人員進入施工現(xiàn)場，必須戴好安全帽，登高作業(yè)人員必須系好安全帶，穿防滑軟底鞋。

7 結(jié)語

本文闡述了懸澆大體積混凝土施工用的預(yù)應(yīng)力錨固牛腿支架構(gòu)造及其施工方法，構(gòu)造包括三角桁架結(jié)構(gòu)、剪力槽、預(yù)應(yīng)力裝置和橫聯(lián)結(jié)構(gòu)。在混凝土體兩側(cè)根據(jù)設(shè)計需求預(yù)埋若干個相互對稱的剪力槽，在所述剪力槽上對應(yīng)固定安裝三角桁架結(jié)構(gòu);而兩兩對稱的三角桁架結(jié)構(gòu)之間通過預(yù)應(yīng)力裝置貫穿于混凝土體內(nèi)的預(yù)應(yīng)力通道連接固定;在同側(cè)彼此相鄰的兩個三角桁架結(jié)構(gòu)之間安裝有橫聯(lián)結(jié)構(gòu)，最終形成一個穩(wěn)定整體承擔上部大體積混凝土施工的荷載。本施工方法相對于傳統(tǒng)滿堂支架或常規(guī)預(yù)埋牛腿工藝具有施工較為便捷，整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，施工安全，能實現(xiàn)標準化，較易周轉(zhuǎn)，降低施工成本，無污染等特點。

參考文獻

[1]蔣昌盛.一種懸挑大體積混凝土施工用的預(yù)應(yīng)力錨固牛腿支架構(gòu)造[P].中國專利：ZL 2017 2 0620864.2，2017-05-31.

收稿日期：2021-03-08

作者簡介：

姚康力（1989—），工程師，主要從事道路、橋梁的施工管理研究與科技創(chuàng)新工作。