預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁支架、掛籃反力預(yù)壓施工技術(shù)

陳紅寶，吳紅波

（河南長城鐵路工程建設(shè)咨詢有限公司，甘肅 武威 733200）

0 引言

預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁施工中，0#塊、現(xiàn)澆段及掛籃施工時(shí)，對模板和支撐系統(tǒng)預(yù)壓是必不可少的一道重要工序。目前，預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁堆載預(yù)壓一般采用混凝土預(yù)制塊、水袋、土袋、鋼筋等進(jìn)行堆載預(yù)壓，傳統(tǒng)施工方法吊裝時(shí)間長、安全系數(shù)低、資源浪費(fèi)大，對工程整體施工工期有較大影響。因此，優(yōu)化連續(xù)梁預(yù)壓施工工藝，成為亟須解決的工程課題。富強(qiáng)堡特大橋跨G312 國道（60+100+60）m 連續(xù)梁，主跨100 m 連續(xù)梁梁體為單箱單室、變高度、變截面箱梁。箱梁頂寬12.6 m，箱梁底寬7 m；0#梁段長度14 m，一般梁段分成2.50、2.75、3.00、3.25、3.50、4.00 m，合龍段長2 m，邊跨現(xiàn)澆段長9.75 m；頂板厚度63.5～38.5 cm、38.5～63.5 cm，按折線變化，底板厚度80～120 cm、120～80 cm，按折線線性變化，腹板厚80～60～100、100～80～60 cm，按折線變化；全聯(lián)在端支點(diǎn)、中支點(diǎn)共設(shè)5個(gè)橫隔板，隔板設(shè)有孔洞，供檢查人員通過［1］。

1 連續(xù)梁傳統(tǒng)堆載預(yù)壓與反力預(yù)壓的區(qū)別

（1）傳統(tǒng)預(yù)壓方法一般采用配重材料對支架、掛籃進(jìn)行堆載，通過材料自重對支架、掛籃施加應(yīng)力，從而得出支架、掛籃的彈性變形量和消除非彈性變形。傳統(tǒng)的預(yù)壓施工需制作、倒運(yùn)大量的配重材料，吊裝至支架、掛籃平臺，預(yù)壓完成后材料吊裝、倒運(yùn)走。如按預(yù)壓質(zhì)量200 t 計(jì)算，每個(gè)預(yù)制混凝土塊1 t，兩側(cè)平衡預(yù)壓，則需要400個(gè)預(yù)制塊。安拆過程耗費(fèi)大量的人力物力，且運(yùn)輸不便，循環(huán)利用率低，周期長，材料浪費(fèi)嚴(yán)重，掛籃平臺面積有限，堆載越高危險(xiǎn)系數(shù)越大，同時(shí)預(yù)壓質(zhì)量精度難以控制。堆載施工過程中，極易造成觀測點(diǎn)被掩埋或破壞，導(dǎo)致變形量無法有效地進(jìn)行測量，不能真實(shí)反映預(yù)壓的真實(shí)情況，無法給模板預(yù)拱度提供真實(shí)的參考數(shù)據(jù)，導(dǎo)致連續(xù)梁底線形不平順，標(biāo)高不準(zhǔn)確。

（2）反力預(yù)壓是采用千斤頂、油表、分配梁進(jìn)行操作，施工工藝簡單，質(zhì)量精度易掌握，與傳統(tǒng)堆載相比，優(yōu)點(diǎn)有以下幾點(diǎn)。

1.1 施工速度快

連續(xù)梁反力預(yù)壓施工采用千斤頂、油表進(jìn)行操作施工，反向預(yù)壓速度在1～3 min 即能達(dá)到設(shè)計(jì)荷載的60%、100%、120%，比常規(guī)混凝土預(yù)制塊堆載、鋼筋、鋼絞線等材料吊裝堆載節(jié)省1～2 d。

1.2 降低施工安全風(fēng)險(xiǎn)

連續(xù)梁反力預(yù)壓施工，最大限度地減少了塔吊起重機(jī)、汽車起重機(jī)的吊裝施工作業(yè)，降低了施工人員在起重機(jī)大臂下的作業(yè)時(shí)間和勞動(dòng)強(qiáng)度，從而大大降低了人員及設(shè)備的施工安全。

1.3 降低工程造價(jià)

連續(xù)梁反力預(yù)壓施工，根據(jù)荷載大小進(jìn)行受力計(jì)算，僅需預(yù)埋幾根精軋螺紋鋼或φ15.2 mm鋼絞線，加工2道工字鋼梁，利用連續(xù)梁已有張拉設(shè)備即可完成預(yù)壓，施工完成后工字鋼也可以重復(fù)利用。而傳統(tǒng)堆載預(yù)壓需要提前預(yù)制混凝土塊，每塊按照1～2 m3混凝土計(jì)算，須浪費(fèi)150～200 m3混凝土。兩者相比，反向張拉減少了物資材料不必要浪費(fèi)，有效降低了工程造價(jià)成本。

1.4 預(yù)壓數(shù)據(jù)真實(shí)

連續(xù)梁反力預(yù)壓施工由千斤頂油缸頂進(jìn)分配梁，進(jìn)一步將力傳遞到吊桿，再由吊桿傳遞到上分配梁，分配梁均布于支架、掛籃上。在支架、掛籃頂面上無任何雜物，有效保證觀測點(diǎn)位置不會(huì)造成破壞，無障礙物阻擋監(jiān)測視線，確保數(shù)據(jù)及時(shí)連續(xù)施測。

1.5 標(biāo)準(zhǔn)化文明施工

連續(xù)梁反力預(yù)壓施工，除卻了混凝土預(yù)制塊、鋼筋、鋼絞線等材料的運(yùn)輸和現(xiàn)場存儲(chǔ)工序，降低了施工人員使用數(shù)量，減少了現(xiàn)場材料臨時(shí)堆放及人員管理，降低了對連續(xù)梁施工現(xiàn)場的管理難度，更有效地做到標(biāo)準(zhǔn)化文明施工。

2 連續(xù)梁反力預(yù)壓施工工藝

2.1 支架預(yù)壓

現(xiàn)場根據(jù)連續(xù)梁0#塊、直線（現(xiàn)澆）段長度以及堆載質(zhì)量，由設(shè)計(jì)院或有資質(zhì)第三方單位進(jìn)行驗(yàn)算，得出鋼絞線或精軋螺紋鋼預(yù)埋根數(shù)及間距，并形成設(shè)計(jì)圖。在承臺施工過程中，按照設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行布置預(yù)埋鋼絞線或精軋螺紋鋼，并對預(yù)埋件進(jìn)行加固，防止混凝土澆筑時(shí)出現(xiàn)移位。

當(dāng)支架搭設(shè)至調(diào)節(jié)架Ⅰ16 斜桿后，對支架進(jìn)行120%荷載預(yù)壓。其目的為消除支架加載后的非彈性變形，并測定支架的彈性變形值，為立模時(shí)提供依據(jù)［2-6］。

支架下部利用鋼管、分配梁，上部采用工字鋼三角架，組成組合式支架體系。鋼管柱采用鋼管φ630 mm×10，橫橋向布置4 根；縱橋向左右合計(jì)4 排；鋼管柱上部采用橫向分配梁雙拼HM588×300；分配梁雙拼HM588×300 上布置三角形調(diào)節(jié)架，采用I40 分配梁與I16組成的三角架，縱橋向分配梁采用I40，立桿和斜桿采用I16。三角架上部布置間距為15 cm 的方木10 cm×10 cm，模板采用1.8 cm竹膠板。主跨100 m連續(xù)梁在承臺施工時(shí)預(yù)埋好底部φ32 mm 精軋螺紋鋼（PSB830），預(yù)壓前將精軋螺紋鋼與工鋼和千斤頂臨時(shí)固定［3］。

計(jì)算連續(xù)梁0#塊單側(cè)作用在支架上的總預(yù)應(yīng)力值，采用下部加壓雙拼HM588×300 分配梁的方式，提高了操作的安全穩(wěn)定性。為防止支架上部在受力后型鋼之間出現(xiàn)滑動(dòng)，施工時(shí)型鋼之間接觸部位采取電焊連接，卸荷塊與鋼管、主梁與卸荷塊、分配梁與主梁之間施焊時(shí)滿焊、圍焊。各工序準(zhǔn)備就緒后，檢查張拉設(shè)備狀態(tài)是否正常，計(jì)算出每階段張拉應(yīng)力，通過回歸方程得出油表讀數(shù)，進(jìn)行施作反壓施工。以0#塊為例：千斤頂施加應(yīng)力通過吊桿直接作用在分配梁上，分配梁將應(yīng)力傳遞至連續(xù)梁支架縱向分配梁，在施加應(yīng)力過程中，通過力傳遞使縱向分配梁（I40）均勻受力，再由縱向分配梁傳遞至支架橫向主梁上，主梁將作用力傳遞至螺旋鋼（鋼管柱φ630 mm）上，螺旋鋼將力擴(kuò)散至基礎(chǔ)上；又因基礎(chǔ)的反作用力，從而得出鋼架、基礎(chǔ)的彈性變形和非彈性變形數(shù)據(jù)。預(yù)壓示意見圖1。

圖1 預(yù)壓示意圖

2.1.1 預(yù)壓前的準(zhǔn)備

預(yù)壓施工前必須全面檢查支架的搭設(shè)情況是否符合設(shè)計(jì)和規(guī)范的相關(guān)要求，要重點(diǎn)檢查支架連接焊接和腹板加強(qiáng)情況。

連續(xù)梁在承臺施工時(shí)預(yù)埋好底部φ32 mm 精軋螺紋鋼（PSB830），預(yù)壓前將精軋螺紋鋼（預(yù)應(yīng)力鋼絞線）與工鋼和千斤頂臨時(shí)固定。

2.1.2 支架的觀測

（1）支架預(yù)壓時(shí)要全程觀測支架的壓縮變形和沉降。

（2）觀測點(diǎn)的布置示意見圖2，每個(gè)0#塊支架布置12 個(gè)測點(diǎn)，每個(gè)斷面在箱梁底板中、兩側(cè)腹板設(shè)置觀測點(diǎn)3個(gè)。

圖2 主跨100 m連續(xù)梁0#塊支架預(yù)壓觀測點(diǎn)布置示意圖

（3）預(yù)壓總荷載為0#段箱梁自重的1.2 倍，預(yù)壓施工時(shí)采用三級加載，分別為0#段箱梁自重的60%、100%、120%，各級加載后靜停1 h 測量豎向變形，當(dāng)變形穩(wěn)定后，即加載120%后每1 h 測量一次每個(gè)測點(diǎn)變形值，加載后靜停24 h 后進(jìn)行卸載施工，開始分級卸載并逐級觀測彈性變形值［4］。

（4）卸載完后重新復(fù)測支架觀測點(diǎn)，整理數(shù)據(jù)，即完成支架預(yù)壓的施工。根據(jù)觀測數(shù)據(jù)，得出本跨支架的預(yù)拱度值。根據(jù)測量的數(shù)據(jù)重新調(diào)整底模標(biāo)高，開始立模綁扎鋼筋。

2.2 掛籃預(yù)壓

2.2.1 掛籃堆載反力支架預(yù)埋

在0#塊澆筑前，在0#塊腹板端部預(yù)埋三角反力支架鋼板，鋼板厚度、錨固筋規(guī)格、型號、長度、應(yīng)按照設(shè)計(jì)圖進(jìn)行施工，埋設(shè)位置要求準(zhǔn)確、固定牢固?；炷翝仓┕r(shí)，重點(diǎn)觀察預(yù)埋鋼板，防止出現(xiàn)移位現(xiàn)象。

2.2.2 掛籃拼裝

（1）連續(xù)梁掛籃采用菱形掛籃，（60+100+60）m連續(xù)梁0#塊長度為14 m，在0#塊上拼裝掛籃時(shí)采用連體掛籃，確保掛籃操作空間。掛籃拼裝布置示意見圖3。

圖3 掛籃拼裝布置示意圖

（2）掛籃圍護(hù)設(shè)有主桁通道、底籃側(cè)向通道、前上橫梁側(cè)面圍欄、后下橫梁修飾平臺。

（3）掛籃拼裝流程：軌道安裝→主桁架前支點(diǎn)、后錨點(diǎn)安裝→主桁架安裝→前橫梁安裝→吊桿安裝→底模安裝→側(cè)模安裝→內(nèi)頂模安裝。

（4）掛籃模板安裝在掛籃安裝的過程中同時(shí)進(jìn)行，該連續(xù)梁掛籃模板全部采用鋼模板，掛籃模板加工節(jié)段長度為4.3 m。

（5）掛籃模板面板6 mm 鋼板，邊框及肋板12 mm鋼板，橫楞采用［8#槽鋼，掛籃桁架采用［8#槽鋼組焊。拉桿采用φ25 mm 精軋螺紋鋼，水平間距120 cm，豎向間距150 cm。

（6）掛籃模板具體安裝步驟：底模分配梁安裝→外側(cè)模安裝→底模安裝→內(nèi)側(cè)面安裝→內(nèi)頂模安裝。

（7）模板安裝設(shè)備主要采用汽車吊進(jìn)行吊裝，人工配合進(jìn)行施工。

2.2.3 掛籃反力預(yù)壓

在掛籃底模調(diào)節(jié)桿安裝完成后，進(jìn)行荷載試驗(yàn)以測定掛籃的實(shí)際承載能力和梁段荷載作用下的變形情況，測取掛籃自身的彈性變形和非彈性變形值，作為懸臂梁段立模時(shí)的參考數(shù)據(jù)。掛籃荷載試驗(yàn)取值為施工中掛籃受力最大的梁段荷載1.2 倍進(jìn)行等效加載，測定荷載作用下掛籃產(chǎn)生的撓度，為懸臂施工的線形控制提供可靠的依據(jù)。

（1）預(yù)壓方法。加載預(yù)壓采取反壓法，該連續(xù)梁掛籃施工混凝土最重節(jié)段為4#塊，質(zhì)量為159.4 t。千斤頂下放雙拼HM588×300 橫向分配梁，通過雙拼HM588×300 橫向分配梁作用于下部14 根縱向分配梁，再將力傳遞至上下橫梁、后橫梁，使梁底面全面進(jìn)行預(yù)壓受力（見圖4）。

圖4 反壓法預(yù)壓斷面示意圖

掛籃預(yù)壓按60%、100%、120%分級加載預(yù)壓，換算為千斤頂推力為956.4、1 594.0、2 222.2 kN，對應(yīng)每級加載完畢1 h 后，測量掛籃變形值，測點(diǎn)布置在前后支點(diǎn)、上下橫梁、后橫梁等部位的兩側(cè)及中部相應(yīng)位置，全部加載完畢后，每隔1 h 測量1 次測點(diǎn)變形值，連續(xù)預(yù)壓4 h，當(dāng)最后測量時(shí)間段的2 次變形量之差小于2 mm時(shí)即可結(jié)束［4］。卸載時(shí)也應(yīng)分級卸載，并測量變形。根據(jù)加、卸載實(shí)測數(shù)據(jù)，繪制各測量點(diǎn)位的加、卸載過程變形曲線，通過分析計(jì)算掛籃在各階段荷載作用下的變形值。

（2）測點(diǎn)布置。測點(diǎn)布置在前后支點(diǎn)、上下橫梁、后橫梁等部位的兩側(cè)及中部相應(yīng)位置，具體見圖5。

圖5 反壓法預(yù)壓測點(diǎn)布設(shè)示意圖

3 反力預(yù)壓質(zhì)量安全控制要點(diǎn)

3.1 支架反力預(yù)壓質(zhì)量安全控制要點(diǎn)

（1）連續(xù)梁施工前，應(yīng)按照規(guī)定編制《連續(xù)梁專項(xiàng)施工方案》，專項(xiàng)施工方案應(yīng)當(dāng)由施工單位技術(shù)負(fù)責(zé)人審核簽字、加蓋單位公章，組織召開專家論證會(huì)，進(jìn)行專家論證時(shí)，須對反向張拉計(jì)算書及安全措施進(jìn)行論證。專項(xiàng)施工方案經(jīng)論證后通過，施工單位應(yīng)當(dāng)根據(jù)論證報(bào)告修改完善，并經(jīng)相關(guān)單位負(fù)責(zé)人簽字審批后方可實(shí)施。

（2）預(yù)埋精軋螺紋鋼（鋼絞線）時(shí)，要認(rèn)真按照設(shè)計(jì)圖檢查預(yù)埋件加強(qiáng)鋼筋布置情況，檢查預(yù)埋件垂直度、間距等情況，防止精軋螺紋鋼因受力不垂直而導(dǎo)致剪切破壞。

（3）預(yù)壓前，要認(rèn)真全面的檢查支架搭設(shè)情況，對未按規(guī)定搭設(shè)的要及時(shí)更正。支架檢查時(shí)要重點(diǎn)檢查鋼構(gòu)件的焊縫情況。

（4）預(yù)壓前，檢查千斤頂、油表對應(yīng)情況及設(shè)備性能情況，保證施工正常開展。重點(diǎn)檢查千斤頂安裝情況，千斤頂嚴(yán)格按照圖紙要求進(jìn)行布置。千斤頂不居中，分配梁會(huì)產(chǎn)生不平衡彎矩，從而使精軋螺紋鋼受剪切力，導(dǎo)致精軋螺紋鋼出現(xiàn)折斷。

（5）檢查上分配梁與支架的密貼情況。因分配梁與三角支架直接進(jìn)行接觸，有一定的傾斜角度，導(dǎo)致分配梁底須加設(shè)楔形塊進(jìn)行支墊。楔形塊與三角支架、分配梁要求密貼，焊接牢固。確保張拉過程中，分配梁、支架的穩(wěn)定。檢查吊桿的規(guī)格、垂直度、間距、螺母連接情況，防止出現(xiàn)斷裂、脫落等現(xiàn)象。

（6）預(yù)壓荷載嚴(yán)格控制分級加載，不能使支架偏心受壓或受較大的集中荷載。

（7）預(yù)壓時(shí)對沉降進(jìn)行連續(xù)觀測，支架由專人看守，如有異常，立即報(bào)告現(xiàn)場負(fù)責(zé)人并停止加載。

（8）在施工過程中，嚴(yán)禁非施工人員進(jìn)入施工現(xiàn)場，在持荷預(yù)壓過程中，嚴(yán)禁人員進(jìn)入危險(xiǎn)區(qū)域。

（9）測點(diǎn)要固定，用紅油漆提前做好標(biāo)識，專人負(fù)責(zé)對水準(zhǔn)點(diǎn)位置進(jìn)行保護(hù)，沉降觀測儀器為專用精密儀器，要專職測量人員負(fù)責(zé)，不能隨意更換測量人員，防止出現(xiàn)人為誤差，測量數(shù)據(jù)要求真實(shí)、記錄及時(shí)。

（10）高空作業(yè)，施工人員進(jìn)入現(xiàn)場一律戴好安全帽，嚴(yán)禁施工人員高空拋物，支架四周用欄桿做好臨邊防護(hù)。

（11）支架四周要有明顯的警示標(biāo)志，尤其是旁邊有車輛通過，要防止車輛對支架的撞擊。

（12）各預(yù)壓點(diǎn)同時(shí)張拉。

3.2 掛籃反力預(yù)壓質(zhì)量安全控制要點(diǎn)

（1）控制0#塊鋼板預(yù)埋施工質(zhì)量，確保位置準(zhǔn)確、寬度、厚度滿足設(shè)計(jì)要求，三角支架與之焊接質(zhì)量，焊縫應(yīng)飽滿，嚴(yán)禁出現(xiàn)燒傷、焊瘤、咬邊、夾渣等現(xiàn)象發(fā)生。

（2）分配梁（雙拼HM588）與掛籃底模板要求密貼，嚴(yán)禁出現(xiàn)變形，保證受力均勻，保證其穩(wěn)定。

（3）張拉設(shè)備使用前進(jìn)行檢查，確保使用性能良好，且須經(jīng)相關(guān)部門（有資質(zhì)單位）檢定并出具檢定報(bào)告，保證張拉數(shù)據(jù)真實(shí)有效。

（4）反力預(yù)壓前，檢查掛籃桿件連接情況，螺母按照規(guī)范要求設(shè)置雙螺母并緊固，吊桿連接套筒要居中設(shè)置，吊桿（吊帶）要求垂直，嚴(yán)禁傾斜、變形，吊桿（吊帶）嚴(yán)禁出現(xiàn)破損、開裂。

（5）反力預(yù)壓前，檢查千斤頂位置布置情況，千斤頂應(yīng)位于三角反向支架焊接支點(diǎn)處，位置要求居中，防止因偏壓導(dǎo)致千斤頂失穩(wěn)。底分配梁與模板要求密貼，確保掛籃能均布受力。

（6）張拉前，采用水準(zhǔn)儀對各個(gè)觀測點(diǎn)進(jìn)行初始數(shù)據(jù)測量，并形成記錄，數(shù)據(jù)要求實(shí)測實(shí)量。

（7）預(yù)壓荷載嚴(yán)格控制分級加載，不能使掛籃偏心受壓或受較大的集中荷載。

（8）預(yù)壓時(shí)對沉降進(jìn)行連續(xù)觀測，并及時(shí)形成記錄。支架由專人看守，如有異?，F(xiàn)象，立即報(bào)告現(xiàn)場負(fù)責(zé)人并停止加載，進(jìn)行檢查，消除隱患。

（9）在施工過程中，嚴(yán)禁非施工人員進(jìn)入施工現(xiàn)場，在持荷預(yù)壓過程中，嚴(yán)禁人員進(jìn)入危險(xiǎn)區(qū)域。加載嚴(yán)格按照規(guī)范要求進(jìn)行靜停，靜停期間對反壓張拉數(shù)據(jù)進(jìn)行觀測，出現(xiàn)掉壓現(xiàn)象，及時(shí)進(jìn)行補(bǔ)壓，保證荷載滿足要求。

（10）反壓完成后，按照規(guī)范要求進(jìn)行靜停，滿足要求后進(jìn)行卸載施工，卸載按照張拉順序進(jìn)行卸荷施工，每級卸荷完成后，對掛籃觀測點(diǎn)進(jìn)行測量，讀取數(shù)據(jù)，方便計(jì)算彈性變形量。

4 結(jié)束語

新建蘭州—張掖三四線鐵路中川機(jī)場—武威段（不含新烏鞘嶺隧道）站前工程富強(qiáng)堡特大橋跨G312國道（60+100+60）m 連續(xù)梁通過反向?qū)χЪ?、掛籃預(yù)壓施工，驗(yàn)證了連續(xù)梁堆載預(yù)壓的可操作性、可實(shí)施性。為連續(xù)梁支架、掛籃預(yù)壓施工工藝改進(jìn)提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。通過反向預(yù)壓施工，同時(shí)也發(fā)現(xiàn)了不足情況：

（1）反向預(yù)壓未能對掛籃翼板荷載進(jìn)行有效的加持；

（2）未能嚴(yán)格的計(jì)算鋼絞線（精軋螺紋鋼）自身長度在張拉施工中因張拉力而產(chǎn)生的伸長值及力損失；

（3）未能嚴(yán)格的計(jì)算出分配梁（HM588）在張拉力傳遞過程中的自身彈性變形量。