章 韻, 萬(wàn)學(xué)儉, 王安東, 宋建龍

(1.陜西鐵路工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西 渭南 714000; 2.中鐵一局集團(tuán) 第二工程有限公司，河北 唐山 063004)

螞蟻河1號(hào)特大橋0號(hào)塊支架反力法預(yù)壓施工技術(shù)

章 韻1, 萬(wàn)學(xué)儉2, 王安東1, 宋建龍2

(1.陜西鐵路工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西 渭南 714000; 2.中鐵一局集團(tuán) 第二工程有限公司，河北 唐山 063004)

結(jié)合哈牡客運(yùn)專線螞蟻河1號(hào)特大橋施工實(shí)例，在澆筑混凝土前,對(duì)支架采用反支點(diǎn)預(yù)壓法，通過(guò)介紹支架預(yù)壓的方法和措施，同時(shí)分析了反力法施工過(guò)程中的鋼絞線受力計(jì)算、加載過(guò)程和卸載過(guò)程等技術(shù)要點(diǎn)，得出反力法具有安全可靠和方便快捷的優(yōu)點(diǎn)，對(duì)類似工程有一定的參考價(jià)值。

客運(yùn)專線；0號(hào)塊；支架；反支點(diǎn)；預(yù)壓；荷載

0 引 言

0號(hào)塊的預(yù)壓與否直接影響其施工質(zhì)量和結(jié)構(gòu)安全，為檢測(cè)支架整體穩(wěn)定性和安全性，消除支架的不均勻沉降[1]，準(zhǔn)確測(cè)出整個(gè)支架的變形量，為支架預(yù)拱度設(shè)置提供依據(jù)，在支架及臨時(shí)固結(jié)安裝完后，應(yīng)對(duì)支架進(jìn)行預(yù)壓試驗(yàn)。目前而言，0號(hào)塊預(yù)壓的方法有堆載法、水箱法和反力法。而反力法相比前兩種方法，具有模擬荷載效果好[2]、材料用量少、安全可靠、受力明確、施工方便、省工省力等優(yōu)點(diǎn)，結(jié)合哈牡客運(yùn)專線螞蟻河1號(hào)特大橋轉(zhuǎn)體連續(xù)梁0號(hào)塊預(yù)壓的實(shí)踐，介紹反支點(diǎn)預(yù)壓支架施工技術(shù)的應(yīng)用，以供其他工程參考。

1 支架反支點(diǎn)構(gòu)造

螞蟻河1號(hào)特大橋?yàn)楣悼蛯ｋp線鐵路轉(zhuǎn)體連續(xù)梁橋，轉(zhuǎn)體橋梁結(jié)構(gòu)長(zhǎng)68 m，0#塊長(zhǎng)度為10 m，鋼管柱反力支架搭設(shè)在主墩承臺(tái)上(圖1)，支架采用Φ630×10 mm(壁厚10 mm)鋼管支架，通過(guò)錨栓連接件與承臺(tái)固結(jié)。支墩頂部采用雙拼I45a工字鋼作為橫向分配梁，工字鋼通過(guò)鋼板焊接成整體，上部鋪設(shè)I32a工字鋼縱梁(圖2)，腹板下間距為0.4 m，底板下間距0.8 m。工字鋼縱梁上布置I18a工字鋼橫梁，腹板下間距為0.3 m，底板及翼緣下間距為0.9 m。工字鋼橫梁上布置10 cm×10 cm縱向方木，腹板下間距0.25 m，底板下間距0.35 m，上鋪15 mm厚竹膠板。鋼管柱支架安裝好后，然后采用千斤頂單端張拉鋼絞線的方式，做好0#塊支架進(jìn)行預(yù)壓準(zhǔn)備。

圖1 反力法BIM模型示意圖

圖2 0號(hào)塊鋼管柱支架側(cè)面布置示意圖

2 支架反支點(diǎn)預(yù)壓

2.1 反支點(diǎn)預(yù)壓的目的

為保證施工安全、提高現(xiàn)澆梁質(zhì)量，支架搭設(shè)完畢，底模和側(cè)模鋪設(shè)完成后，對(duì)支架進(jìn)行加載預(yù)壓。預(yù)壓的目的：一是消除支架及地基的非彈性變形；二是得到支架的彈性變形值作為施工預(yù)留拱度的依據(jù)；三是測(cè)出地基沉降；四是檢驗(yàn)托架是否安全可靠為采用同類型的橋梁施工提供經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

2.2 反支點(diǎn)預(yù)壓工藝流程

支架反支點(diǎn)法的工藝流程為：承臺(tái)鋼絞線預(yù)埋點(diǎn)放樣→預(yù)埋承臺(tái)鋼絞線→搭設(shè)鋼管腳手架→安裝橫梁→安裝縱梁→設(shè)置0號(hào)塊臨時(shí)固結(jié)→安裝橫向分配梁→安裝橫梁頂端錨具及夾片→分級(jí)對(duì)稱張拉鋼絞線→持荷→卸載→確定各斷面變形量→確定立模標(biāo)高(預(yù)拱度)。

2.3 反支點(diǎn)預(yù)壓的方法

反支點(diǎn)預(yù)壓法即將預(yù)應(yīng)力鋼絞線預(yù)埋承臺(tái)，通過(guò)設(shè)置工字鋼橫向分配梁，利用千斤頂將面荷載轉(zhuǎn)化為多點(diǎn)集中荷載，模擬0號(hào)塊在澆筑完混凝土后的真實(shí)受力情況，達(dá)到消除非彈性變形，測(cè)出彈性變形量，確定立模標(biāo)高。支架加載和卸載采用反支點(diǎn)預(yù)壓，即鋼鉸線上頭固定在支架上，下頭錨固于承臺(tái)混凝土中，通過(guò)千斤頂在上端張拉鋼鉸線，使最大預(yù)壓力達(dá)到0號(hào)塊兩側(cè)澆筑混凝土自重的120%，使支架體系達(dá)到受力要求。預(yù)壓載荷為：0→60%G(G為施工荷載)→100%G→120%G→穩(wěn)定監(jiān)測(cè)→卸載。支架加載和卸載應(yīng)按照對(duì)稱、分層、分級(jí)的原則進(jìn)行，嚴(yán)禁集中加載和卸載，卸載與加載順序相反。每級(jí)加載發(fā)現(xiàn)局部變形過(guò)大時(shí)立即停止加載，對(duì)體系進(jìn)行分析，查明原因且保證安全后方可繼續(xù)加載。

2.4 反支點(diǎn)預(yù)壓荷載計(jì)算

0號(hào)塊節(jié)段縱向總長(zhǎng)10 m，其中可分為中間段、過(guò)渡段和邊緣段(圖3、圖4)。由于0號(hào)塊中間3.6 m的長(zhǎng)度是作用在橋墩上的，故計(jì)算最大荷載僅考慮0號(hào)塊除去3.6 m的其余兩端荷載，即過(guò)渡段和邊緣段作用在反力架上的自重，單側(cè)計(jì)算方法為：先計(jì)算單側(cè)結(jié)構(gòu)物(過(guò)渡段+邊緣段)體積，然后乘以材料容重，即得到結(jié)構(gòu)單側(cè)的自重。單側(cè)結(jié)構(gòu)物體積按柱體體積計(jì)算(圖5)，具體計(jì)算如下：

圖3 0號(hào)塊圖平面圖

圖4 0號(hào)塊圖側(cè)視圖

圖5 支架斷面預(yù)壓方式示意圖

單側(cè)過(guò)渡段自重：G1=(1.119+5.166+1.364+2.385+1.115+10.787+1.583+2.385)×2÷2×1.472×2.8=106.77 t

單側(cè)邊緣段自重：G2=(1.119+5.166+1.364+2.385)×2×1.728×2.8=97.1 t

單側(cè)結(jié)構(gòu)物自重：G單重=G1+G2-106.77 t+97.1 t=203.87 t

單側(cè)結(jié)構(gòu)物預(yù)壓荷載：G單壓=1.2×G單重=244.64 t

雙側(cè)結(jié)構(gòu)物預(yù)壓荷載：G雙壓=2×G單壓=489.28 t

因此，確定反支點(diǎn)雙側(cè)預(yù)壓總重量為489.28 t(單個(gè)0#塊兩側(cè)重量乘以120%)，預(yù)壓荷載重應(yīng)分四級(jí)進(jìn)行，滿足“分級(jí)同步均勻”的加載原則，預(yù)壓加重順序?yàn)?→60%→100%→120%。根據(jù)0#塊混凝土特點(diǎn)，按每根鋼絞線受力21 t(鋼絞線采用Φ15.20的規(guī)格，強(qiáng)度1 860 MPa,截面積139～140 mm2，理論破斷力為(258.45～260.40 kN)考慮，兩側(cè)共24根鋼絞線，合計(jì)為504 t，大于489.28 t，實(shí)際預(yù)壓量大于理論值，故為安全。對(duì)比相關(guān)規(guī)范[3]，預(yù)壓荷載應(yīng)不小于最大施工荷載的1.1倍，滿足規(guī)范要求。

2.5 反支點(diǎn)預(yù)壓加載布置

本橋反力法支架加載斷面布置在支墩和縱梁跨中位置，下端錨固在承臺(tái)中(圖6)，上端錨具在橫梁上(圖7)。

圖6 反力法承臺(tái)鋼絞線現(xiàn)場(chǎng)示意圖

圖7 反力法橫梁錨具現(xiàn)場(chǎng)示意圖

橋墩反力支架設(shè)置4個(gè)加載斷面A、B、C、D，預(yù)壓區(qū)域的每個(gè)斷面設(shè)置六個(gè)預(yù)壓反力點(diǎn)(平面布置如圖8所示)，滿足分級(jí)同步對(duì)稱均勻[4]的要求。預(yù)壓值將混凝土的均布荷載轉(zhuǎn)化為多個(gè)集中力作用在支架上，按集中力產(chǎn)生的跨中及支點(diǎn)處的彎矩及剪力與實(shí)際混凝土荷載產(chǎn)生的相應(yīng)位置的彎矩和剪力一樣考慮。經(jīng)過(guò)理論計(jì)算后，每個(gè)斷面采用6臺(tái)YDC240Q型液壓千斤頂，在支架頂面進(jìn)行對(duì)稱單端張拉，兩個(gè)斷面對(duì)稱張拉，直到四個(gè)斷面張拉完畢。

圖8 支架反支點(diǎn)預(yù)壓平面圖

3 支架預(yù)壓變形監(jiān)測(cè)與分析

按照反支點(diǎn)法施工，一方面收集支架的變形數(shù)據(jù)，另一方面可減少或消除支架的構(gòu)造變形，以保證澆出的梁段不發(fā)生過(guò)大的撓度變形和開裂?？偝两盗?非彈性變形值+彈性變形值，非彈性變形值=加載前標(biāo)高-卸載后標(biāo)高，彈性變形值=卸載后標(biāo)高-卸載前標(biāo)高。

3.1 反支點(diǎn)預(yù)壓變形監(jiān)測(cè)

反力法支架預(yù)壓加載之前，對(duì)其應(yīng)進(jìn)行高程測(cè)量，支架預(yù)壓變形監(jiān)測(cè)采用全站儀進(jìn)行監(jiān)測(cè)[5]，監(jiān)測(cè)通過(guò)最后一次加載監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)和預(yù)壓前監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)比得出支架的總沉降量。與全部卸載完時(shí)的非彈性值進(jìn)行對(duì)比，可得出彈性變形值[6]。支架搭設(shè)和0號(hào)塊預(yù)壓過(guò)程中，設(shè)專職安全員值班，一是隨時(shí)檢查支架搭設(shè)和預(yù)壓時(shí)出現(xiàn)的變化，處理緊急情況并及時(shí)向作業(yè)人員發(fā)出停止或撤離信號(hào)；二是阻止非施工人員進(jìn)入支架預(yù)壓區(qū)域以防發(fā)生意外；三是在靠近鐵路側(cè)的支架上搭設(shè)密目網(wǎng)，并設(shè)置警示帶，專人指揮施工(鋼管柱支架、模板、鋼筋安裝、混凝土澆筑、壓漿等)操作，防越線施工。

螞蟻河1號(hào)特大橋反力法支架監(jiān)測(cè)采用梁柱式支架布置[3]，監(jiān)測(cè)斷面為4個(gè)斷面A、B、C、D，監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置如圖9所示。以A斷面為例，其監(jiān)測(cè)點(diǎn)變?yōu)锳1、A2、A中、A3、A4，監(jiān)測(cè)斷面和反力預(yù)壓斷面相同，但斷面監(jiān)測(cè)點(diǎn)較預(yù)壓點(diǎn)有所減少。每級(jí)加載完畢1 h后進(jìn)行支架的變形監(jiān)測(cè)，加載完畢后宜每6 h測(cè)量一次變形值，當(dāng)相鄰兩次監(jiān)測(cè)沉降量平均值之差不大于2 mm時(shí)，方可進(jìn)行后續(xù)加載。荷載的持荷(120%)時(shí)間應(yīng)不少于24 h，變形監(jiān)測(cè)穩(wěn)定后開始卸載。卸載順序與加載順序相反[7]，原則是后加先卸，先加后卸，分級(jí)分批卸載，反力支架卸載6 h后，方可監(jiān)測(cè)各斷面點(diǎn)的沉降量，以62號(hào)墩支架為例，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)如表1所列。

3.2 反支點(diǎn)預(yù)壓橫向數(shù)據(jù)分析

首先根據(jù)上述62號(hào)墩支架監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，繪制出各斷面預(yù)壓變化(荷載-沉降量)關(guān)系曲線，見圖10～圖14所示。根據(jù)圖示分析可知，在分級(jí)加載時(shí)，A、B、C、D四個(gè)斷面基本按沉降量逐漸增加的趨勢(shì)變化。整體而言，第一次加載到60%后，支架沉降變形最大，約占總沉降量的2/3；第二次加載到100%后，沉降變形的增量與第一次加載后相比驟然減小，整體沉降是繼續(xù)增大；而當(dāng)?shù)谌渭虞d到120%時(shí)，沉降變形增量與第二次加荷后相比更小，但四個(gè)斷面對(duì)應(yīng)的五個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)1、2、中、3、4都出現(xiàn)最大沉降量，而加載120%保持24 h后，沉降量反而減小，原因主要在于支架的螺帽和螺母、錨具和橫向分配梁、鋼絞線、夾片之間縫隙被壓密鋼絞線的預(yù)應(yīng)力損失等。

表1 62號(hào)墩支架加載各階段標(biāo)高監(jiān)測(cè)及沉降量計(jì)算表

圖10 橫向A1～A4斷面預(yù)壓沉降監(jiān)測(cè)(mm)

圖11 橫向B1～B4斷面預(yù)壓沉降監(jiān)測(cè)(mm)

圖12 橫向C1～C4斷面預(yù)壓沉降監(jiān)測(cè)(mm)

圖13 橫向D1～D4斷面預(yù)壓沉降監(jiān)測(cè)(mm)

圖14 A、B、C、D斷面非彈性變形、彈性變形、總變形變形監(jiān)測(cè)(mm)

進(jìn)一步分析上述圖示，通過(guò)對(duì)比相鄰斷面類似位置的沉降量，可以找出支架在反力預(yù)壓時(shí)的差異點(diǎn)，找出變化最頻繁的沉降值，然后剔除個(gè)體異常數(shù)據(jù)，其余點(diǎn)最大沉降量的平均值即為該斷面的最大變形量[8]，其余斷面以此類推。以A截面為例，從圖10中可以看出，A3監(jiān)測(cè)點(diǎn)在加載60%和加載100%時(shí)沉降量均為1 mm，對(duì)比分析A斷面在加載到60%和100%時(shí)的其余點(diǎn)沉降值可知，顯然A3加載到100%時(shí)應(yīng)增大，且沉降量與A斷面其余點(diǎn)相差不大，但該點(diǎn)沉降量保持不變，故該點(diǎn)數(shù)據(jù)為個(gè)體異常，應(yīng)該剔除。根據(jù)這種方法，可以確定每個(gè)斷面在不同荷載下的沉降量、非彈性變形值和彈性變形值。

3.3 反支點(diǎn)預(yù)壓縱向數(shù)據(jù)分析

反力法預(yù)壓加載后，支架體系在千斤頂反力荷載作用下產(chǎn)生了彈性變形和非彈性變形[9]，通過(guò)圖形，可以清楚地看到各點(diǎn)位的具體數(shù)值。整體而言，由于A、D斷面處于外側(cè)，彈性變形和總沉降均應(yīng)大于內(nèi)側(cè)斷面B、C，故圖15應(yīng)呈現(xiàn)內(nèi)高外低的現(xiàn)象，即八字形,但支架縱向A3、B3彈性變形偏差較大，不符合常理，應(yīng)引起注意。而非彈性變形無(wú)規(guī)律可循，如圖16所示，這是由于外側(cè)的總變形大，但外側(cè)彈性變形也大，故外側(cè)斷面的非彈性變形值(外總-外彈)不一定大于內(nèi)側(cè)斷面非彈性值(內(nèi)總-內(nèi)彈)。

圖15 縱向1～4軸線預(yù)壓彈性變形(mm)

圖16 縱向1～4軸線預(yù)壓非彈性變形(mm)

3.4 支架模板預(yù)拱度調(diào)整

由于在鋼管支架上澆筑混凝土過(guò)程中和支架卸落后，0號(hào)塊懸挑部分會(huì)產(chǎn)生一定的位移。所以，為使0號(hào)塊在支架拆除后，結(jié)構(gòu)變形滿足設(shè)計(jì)標(biāo)高和線型要求，就需要在施工時(shí)設(shè)置一定數(shù)值的預(yù)拱度[10]。本橋根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙及上述數(shù)據(jù)分析可知，在確定預(yù)拱度時(shí)，應(yīng)該考慮支架在預(yù)壓荷載作用下，按測(cè)得的支架變形量及設(shè)計(jì)標(biāo)高，調(diào)整撐桿及縱橫支承，調(diào)整梁底模板標(biāo)高，施工梁底標(biāo)高=設(shè)計(jì)梁底標(biāo)高+支架彈性變形值。

就本橋而言，首先，應(yīng)根據(jù)橫向斷面A、B、C、D的非彈性變形值調(diào)整支架，每個(gè)斷面卸載完畢有5個(gè)非彈性變形值，取變化頻繁的那個(gè)值作為代表值，最終橫向調(diào)整為一條水平線到梁底的設(shè)計(jì)標(biāo)高；然后，根據(jù)監(jiān)測(cè)計(jì)算得出鋼管支架各點(diǎn)的彈性變形數(shù)值，根據(jù)各點(diǎn)對(duì)應(yīng)的彈性變形數(shù)值及設(shè)計(jì)預(yù)拱度調(diào)整到立模標(biāo)高。

4 結(jié)束語(yǔ)

螞蟻河1號(hào)特大橋0號(hào)塊支架通過(guò)反支點(diǎn)預(yù)壓加載，消除了支架彈性變形和支架豎向各桿件的間隙即非彈性變形，并通過(guò)監(jiān)測(cè)得出支架在最大荷載加壓后的彈性變形值，從而確定施工合理的預(yù)拱度數(shù)值，為立模標(biāo)高提供可靠的依據(jù)，取得了很好的效果。與通常的預(yù)壓法相比，反支點(diǎn)預(yù)壓施工技術(shù)在加載模擬、材料用量、安全可靠、施工方便、節(jié)約成本、受力分析方面都有很大的優(yōu)越性。盡管如此，該技術(shù)仍存在變形突變量、預(yù)應(yīng)力損失等諸多不足，相信通過(guò)不斷探索和優(yōu)化完善，反支點(diǎn)預(yù)壓施工技術(shù)一定會(huì)在橋梁支架法施工中得到更加廣泛的應(yīng)用。

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2016-12-08；修改日期：2016-12-26

章 韻(1980-)，男，浙江嘉興人，碩士，陜西鐵路工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院講師．

U445.4

A

1673-5781(2016)06-0821-05