高墩环向大悬臂0#段托架预压技术研究.docx

    高墩环向大悬臂0#段托架预压技术研究    王镜策Summary 传统的0#段托架预压方法通常有堆载法、水箱加载法和墩身预埋反力牛腿法，在0#段梁高较高，悬臂较大，加载面积有限的工况下，采用传统方法进行高墩0#段托架预压施工存在施工成本高、工期长、安全风险高及可行性低等问题文章主要介绍了钢绞线张拉反力法与堆载法联合预压高墩环向大悬臂0#段托架的施工技术原理、预压加载结构和作业方法，解决了高墩环向大悬臂0#段托架预压施工技术难题Key 反力法; 堆载法;钢绞线; 预压; 托架U445.4 A 2096-8949（2022）10-0110-030 引言0#段作为桥梁悬臂浇筑施工挂篮安装的载体，通常采用落地支架和墩旁托架进行施工，故0#段施工墩旁托架结构的强度、刚度及稳定性尤为重要钢绞线张拉反力法、反力架（牛腿）法及堆载法作为检验0#段墩旁托架结构安全，指导0#段施工立模标高的重要手段，根据桥梁结构的特点，选择最优的0#段托架预压方案则成为实现安全、质量、工期及经济目标的关键1 工程概况中铁大道干沟大桥为[（97.5+97.5）m+3×30 m）]的矮塔斜拉桥，主桥箱梁截面形式为单箱三室斜腹板变截面梁，0#段箱梁长14 m，高9 m，墩顶底板宽10 m，顶板宽25 m，翼缘板宽3.5 m，混凝土设计方量1 060.3 m³（其中墩顶外悬空混凝土719.6 m³）。

主塔墩高87 m，主塔墩顶尺寸为6.6 m（横）×7.8 m（纵）0#段箱梁纵向悬臂3.1 m，横向悬臂9.2 m，呈环向大悬臂状态，采用墩旁托架施工2 托架预压方案比选根据桥梁工程结构的特点，对堆载法、水箱加载法、钢绞线张拉反力法、墩身预埋反力牛腿法[1]及钢绞线张拉反力法与堆载法联合预压托架方案进行分析堆载法和水箱加载法能较为准确地模拟0#段箱梁结构施工荷载，施工作业简便，但在高墩且箱梁较高、加载面积较小的情况下，存在施工成本高、工期长、安全风险高及方案可行性低等问题墩身预埋反力牛腿法预压托架虽成本较低、工期短、操作简便，载荷易控制，但不适用于0#段大悬臂工况钢绞线张拉反力法具有载荷易控制、经济、安全、工期短、受天气影响较小等优势，但托架預压加载施工的作业人员和设备较多，钢材耗费较大钢绞线张拉反力法与堆载法联合法预压托架，具有堆载法和钢绞线张拉反力法优点的同时，又能减少同步作业人员和作业设备，节省托架预压所需材料，可有效实现托架预压安全施工、成本节约、缩短工期等目标从可行性、安全性、工期及成本的角度对以上几种托架预压方法进行综合分析比较，最终采用钢绞线张拉反力法与堆载法联合对托架进行预压。

3 方案概述3.1 0#段托架设计概述根据0#段环向大悬臂的特点，将0#段托架布置成多层井字形辐射状组合形式，在层数上分3层布置[2]0#段托架一共设计34个三角形托架，由56a～63c（q235c级）工字钢加工而成托架上安装贝雷梁、工字钢、方木和竹胶板形成0#段支架搭设平台托架平面布置如图1所示3.2 托架预压方案概述0#段托架采用预应力钢绞线张拉反力法与堆载法联合预压加载，托架预压荷载按0#段悬空混凝土最大施工荷载的1.2倍考虑，将箱梁翼缘板范围、横桥向腹板至主塔墩边范围及纵桥向悬臂范围分为三个预压加载区，其中翼缘板范围采用钢筋进行堆载，其余位置采用千斤顶张拉钢绞线反力法进行加载通过计算将箱梁结构荷载转化为22个集中荷载布设于托架平台上，横桥向单侧设置8个预压点位，纵桥向单侧布置3个预压点位，如图2所示4 0#段托架预压的目的0#段混凝土浇筑施工前，必须对托架进行预压，以检验托架的承载能力和整体稳定性，消除托架的非弹性变形，并观测托架的弹性变形量，指导0#段箱梁施工立模标高，确保桥梁结构施工线形符合设计5 0#段托架预压荷载计算5.1 参数取值（1）钢筋混凝土容重：26 kN/m³。

2）安全系数：1.23）模板及支架自重：185 t，可换算为：185 t/（14 m×25 m）=5.29 kN/m4）施工人员和施工机具荷载：1 kN/m5）振捣混凝土时产生的荷载：2 kN/m5.2 预压点位荷载计算根据预压点对应荷载范围区间，可通箱梁横断面划分及纵桥向分段计算出每个预压点位处千斤顶的张拉力F，按公式（1）进行计算F=1.2×V×Υ+（5.29×S   +（1+2）×S） （1）式中 ，1.2——预压安全系数;V——张拉点位所对应预压荷载范围混凝土结构的体积;Υ混凝土——钢筋混凝土容重，取26 kN/m³;S ——张拉点位所对应预压荷载范围混凝土结构的面积根据公式（1）可计算出各预压点位荷载值，见表15.3 翼缘板范围预压荷载计算翼缘板横截面积为1.31 m，0#段翼缘板混凝土方量为36.68 m³，预压荷载总和F=1 956.84 kN，每平方米预压加载重量为19.96 kN6 0#段托架预压6.1 0#段托架预压计算钢绞线张拉反力法与堆载法联合预压0#段托架，钢绞线采用Φs15.2 mm高强度低松弛钢绞线锚固端采用承台预埋Φ32 mm（PSB930）精轧螺纹钢筋。

钢绞线根数计算时，以钢绞线标准强度的70%（1 302 MPa）作为钢绞线计算的上限，即单根钢绞线张拉力F≤182.28 kN;承台锚固精轧螺纹钢计算时，以精轧螺纹钢标准强度的90%为受力上限，即单根精轧螺纹钢筋张拉力F≤672.8 kN0#段托架預压按50%、80%、100%、120%分四级进行加载，各预压点位预压加载分级荷载、各预压点位钢绞线根数及锚固精轧螺纹钢筋根数详见表16.2 钢绞线张拉反力法预压0#段托架锚固端及张拉端设置6.2.1 锚固端精轧螺纹钢筋预埋承台混凝土浇筑前，根据0#段托架预压点位的投影位置，对钢绞线下端锚固精轧螺纹钢筋进行预埋及编号6.2.2 锚固端及张拉端设置托架预压张拉钢绞线锚固端采用双拼I32c工字钢与各组预埋精轧螺纹钢筋安装锚固，张拉钢绞线与工字钢之间通过工作锚具进行锚固，如图3所示托架预压钢绞线张拉端采用工作锚具锚固于双拼I45a工字钢分配梁上，如图4所示6.3 0#段托架预压过程中铁大道干沟大桥工程0#段为环向大悬臂状态，托架设计为错层辐射状考虑0#段托架预压施工的安全及经济因素，将0#段托架预压分为横桥向和纵桥向两次进行第一次对主塔墩纵桥向托架进行预压;第二次对主塔墩横桥向托架进行预压。

6.3.1 0#段托架预压加载0#段托架预压按施工荷载的50%、80%、100%和120%四级进行加载[3]托架预压加载时，为保证各千斤顶加载分级的同步进行，采取每10%的预压荷载作为每次加载控制荷载，避免因工人操作油泵的快慢及千斤顶规格不同导致预压加载的不同步，造成托架预压加载偏载超过设计限值，从而引发安全事故每级加载完成后，持荷的时间不少于1 h，待测量监测结果显示托架变形稳定后方可进行下一级加载第四级加载完成后持荷不少于24 h，派专职测量人员在现场观测托架变形情况，每4 h测量一次变形量，当累计变形量不大于1 mm后即可分级进行卸载，并逐级观测托架的弹性变形值6.3.2 0#段托架预压卸载采用预应力钢绞线双顶退锚的方式实现0#段托架预压分级卸载[4]利用前卡式千斤顶重复张拉锚固退锚钢绞线，穿心式千斤顶增长钢绞线退锚卸载长度，安全、高效地实现0#段托架预压分级卸载，如图5所示6.3.3 0#段托架预压监测0#段托架预压标高及位移监测点共布置32个监测点，纵桥向单侧布置4个监测点，横桥向单侧布置12监测点通过托架预压施工，可以消除非弹性变形量的影响，获得弹性变形量数据，指导0#段立模的预拱度设置。

通过相邻两级预压加载与卸载监测数据，计算相邻两级的高程差，绘制0#段托架预压荷载—变形关系曲线图，并编写0#段托架预压施工报告7 结语高墩环向大悬臂0#段托架预压施工中采用钢绞线张拉反力法与堆载法联合预压施工技术，规避了传统方法预压托架的风险，既经济又高效，在中铁大道干沟大桥0#段托架预压施工中得到成功运用通过托架预压静载试验所获得的弹性变形量，与0#段混凝土浇筑后托架系统的变形量基本相同，表明预应力钢绞线张拉反力法与堆载法预压施工结果准确，可推广运用于类似桥梁工程施工Reference[1]庞博新， 蒙立和， 肖荣. 连续刚构高墩施工托架预压技术[J]. 西部交通科技， 2009（3）： 80-84+123.[2]黄万龙. 中铁龙里生态城干沟大桥0#段托架方案与受力计算[J]. 城市道桥与防洪， 2015（3）： 112-115+13.[3]铁路预应力混凝土连续梁（刚构）悬臂浇筑施工技术指南： TZ324—2010[S]. 北京：中国铁道出版社， 2010.[4]中铁五局集团有限公司， 中铁五局集团建筑工程有限责任公司. 一种预应力钢绞线双顶退锚装置及方法： CN201710873237. 4[P]. 2017-12-01.  -全文完-。