廖偉、楊青陽(yáng)、羅元元、李斌

（1.廣安交通文化旅游投資建設(shè)開發(fā)集團(tuán)有限責(zé)任公司，四川 廣安 638500；2.中建橋梁有限公司，重慶 402200）

0 引言

隨著公路橋梁事業(yè)的發(fā)展，跨越江河和既有公路、鐵路、高速的公路橋梁越來(lái)越普遍，連續(xù)（梁）剛構(gòu)以其超越普通橋梁的跨越能力和造價(jià)低廉的特點(diǎn)被越來(lái)越多的使用。連續(xù)（梁）剛構(gòu)橋在懸臂現(xiàn)澆施工中常用到施工掛籃，常見的掛籃多為由型鋼制作的三角結(jié)構(gòu)和菱形結(jié)構(gòu)，由于掛籃結(jié)構(gòu)構(gòu)件較多，且由于懸臂現(xiàn)澆施工危險(xiǎn)性較高，因此對(duì)于掛籃的安全性要求也較一般臨時(shí)結(jié)構(gòu)高。但施工單位為了節(jié)省成本，掛籃經(jīng)常要進(jìn)行多次周轉(zhuǎn)使用。因此，為了驗(yàn)證掛籃的安全性并準(zhǔn)確識(shí)別掛籃的彈性變形，為模板預(yù)拱度、預(yù)抬和模板頂標(biāo)高提供依據(jù)，掛籃的預(yù)壓就顯得尤為重要。常規(guī)的掛籃預(yù)壓多采用重物堆載預(yù)壓法。但由于羅渡渠江大橋項(xiàng)目墩柱高度較高，采用堆載預(yù)壓發(fā)生安全事故的風(fēng)險(xiǎn)較高，因此項(xiàng)目技術(shù)團(tuán)隊(duì)研發(fā)了反力預(yù)壓技術(shù)，在羅渡渠江大橋的5 套掛籃應(yīng)用了液壓千斤頂配合反力支架的反力架預(yù)壓法。

1 工程概況及存在問題

羅渡渠江大橋位于四川省廣安市岳池縣羅渡鎮(zhèn)，為渠江富流灘船閘、航道改擴(kuò)建工程的一部分，設(shè)計(jì)采用雙向四車道二級(jí)公路標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)車速60km/h，橋面寬度20m，里程樁號(hào)為K1+603.15—K2+366.15，橋梁全長(zhǎng)763m，橋跨組合為33m+90m+170m+90m+65m+2×120m+65m。

大橋設(shè)計(jì)采用單箱雙室結(jié)構(gòu)，橋面寬度20m，為雙向4 車道設(shè)計(jì)。大橋懸臂澆筑主梁最大節(jié)段混凝土方量121m，5 個(gè)主墩墩柱高度在38～42m 之間。根據(jù)規(guī)范要求掛籃的預(yù)壓重量為317t。如果采用重物法預(yù)壓存在如下問題：

1.1 預(yù)壓材料量大

常規(guī)重物預(yù)壓多采用砂袋、土袋、水袋或預(yù)制混凝土塊。常規(guī)噸袋或混凝土塊重量在1～2t 之間，由于預(yù)壓需同步進(jìn)行，預(yù)壓總重量為634t。因此需要準(zhǔn)備大量的預(yù)壓材料。

1.2 事故發(fā)生概率高

由于采用重物預(yù)壓需利用塔吊將預(yù)壓材料吊裝到掛籃上，塔吊的重復(fù)高強(qiáng)度運(yùn)作，極易發(fā)生機(jī)械故障引發(fā)高墜安全事故。同時(shí)，在擺放預(yù)壓材料時(shí)由于堆載高度較高，易發(fā)生滑落造成人員傷亡。

1.3 受天氣影響大

大橋0塊施工期間為主橋汛期，天氣變化較快，采用重物預(yù)壓法施工容易因降水導(dǎo)致重量突變，從而影響施工安全。

1.4 工序時(shí)間長(zhǎng)

采用堆載預(yù)壓時(shí)間基本都花費(fèi)在堆載和卸載過(guò)程，常常要持續(xù)一周以上的時(shí)間，項(xiàng)目5 套掛籃如果都采用重物預(yù)壓將浪費(fèi)大量施工時(shí)間。

因此項(xiàng)目技術(shù)團(tuán)隊(duì)針對(duì)以上重物預(yù)壓存在的問題開展了反力預(yù)壓施工技術(shù)研究。

2 工藝原理介紹

反力預(yù)壓掛籃施工技術(shù)是利用在已施工梁段（0塊）的腹板位置預(yù)埋反力牛腿，使用液壓千斤頂在牛腿和掛籃底平臺(tái)之間施加壓力的反力預(yù)壓法。其工作原理為在臨時(shí)結(jié)構(gòu)體系外施加與永久結(jié)構(gòu)和施工荷載在臨時(shí)結(jié)構(gòu)上產(chǎn)生相同或相似作用的彎矩、剪力作用。臨時(shí)工程在受到相同（似）的彎矩、剪力情況下，產(chǎn)生相同（似）的變形和應(yīng)力。以此來(lái)驗(yàn)證結(jié)構(gòu)的安全性和彈性變形量，并消除臨時(shí)結(jié)構(gòu)的非彈性變形。

在掛籃設(shè)計(jì)中一般主要受力桁架數(shù)量由箱梁腹板的數(shù)量決定。受力主桁架與箱梁腹板一一對(duì)應(yīng)。在0塊施工時(shí)把反力架預(yù)埋件埋入腹板混凝土內(nèi)，使腹板反力支架與主桁一一對(duì)應(yīng)，并在反力架與底板之間安放液壓千斤頂用于施加荷載反力。

3 反力預(yù)壓施工要點(diǎn)

3.1 反力預(yù)壓施工流程

反力預(yù)壓的施工流程，如圖1 所示。

圖1 反力支架預(yù)壓法施工流程

3.2 反力結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.2.1 反力大小及位置確定

傳統(tǒng)的掛籃預(yù)壓方式為重物預(yù)壓，通過(guò)把重物加載到掛籃平臺(tái)上，模擬混凝土澆筑工況。雖然箱型梁截面腹板位置永久荷載較為集中，但反力架預(yù)壓依然無(wú)法完全模擬混凝土澆筑完成后工況掛籃的實(shí)際受力狀態(tài)，因此需要首先分析掛籃變形的主要影響因素，再進(jìn)行反力預(yù)壓設(shè)計(jì)。

掛籃的變形包括以下幾個(gè)方面：主桁架受力引起的彈性變形、吊帶受力引起的彈性變形、結(jié)構(gòu)在荷載作用下由于加工精度等原因產(chǎn)生的非彈性變形。

同時(shí)利用有限元模型對(duì)掛籃結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算，發(fā)現(xiàn)主桁架受力作用下的彈性變形對(duì)掛籃結(jié)構(gòu)整體彈性變形影響較大。通過(guò)吊帶、吊桿共同作用的措施后，基本可以忽略吊帶變形對(duì)掛籃整體彈性變形的影響。

而根據(jù)施工經(jīng)驗(yàn)，結(jié)構(gòu)的非彈性變形量受荷載大小影響較小。因此，為了準(zhǔn)確測(cè)量掛籃的變形量，必須保證掛籃主桁的受力情況與實(shí)際施工一致。因?yàn)榉戳χЪ苄璋惭b到主桁架正下方，確保荷載可以直接傳遞到主桁架上。

利用有限元軟件計(jì)算出掛籃在1梁段鋼筋混凝土及施工臨時(shí)荷載作用下的各個(gè)主桁橫梁端頭所受的荷載大小，再通過(guò)反力預(yù)壓計(jì)算模型對(duì)反力大小和位置進(jìn)行反算，準(zhǔn)確計(jì)算出千斤頂?shù)陌卜盼恢煤兔總€(gè)千斤頂應(yīng)施加的反力大小。

3.2.2 反力支架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

反力支架是利用型鋼制作三角牛腿，在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)要特別注意對(duì)橫梁和斜桿之間焊縫、預(yù)埋鋼板與牛腿之間焊縫的計(jì)算，同時(shí)要根據(jù)預(yù)埋鋼板的實(shí)際受力情況，對(duì)錨固鋼板后的錨筋焊縫長(zhǎng)度和錨筋數(shù)量進(jìn)行計(jì)算。

其中錨筋與錨板間的焊縫可利用理正結(jié)構(gòu)工具箱進(jìn)行計(jì)算。錨筋與預(yù)埋鋼板之間的焊縫長(zhǎng)度計(jì)算不應(yīng)只計(jì)算剪力，還應(yīng)通過(guò)錨板局部計(jì)算對(duì)錨板與錨筋之間的拉力和彎矩進(jìn)行計(jì)算，避免在三種應(yīng)力作用下產(chǎn)生的組合應(yīng)力使錨板被破壞。

3.2.3 底部受力平臺(tái)設(shè)計(jì)

掛籃由整體受力轉(zhuǎn)換為點(diǎn)受力后，為了確保底部平臺(tái)不因局部荷載過(guò)大產(chǎn)生較大變形，應(yīng)把底部平臺(tái)工字鋼進(jìn)行集中，根據(jù)計(jì)算如需必要對(duì)底平臺(tái)工字鋼進(jìn)行局部加強(qiáng)（見圖2）。

圖2 掛籃反力預(yù)壓結(jié)構(gòu)位置示意圖

反力架由三個(gè)牛腿組成，分別安裝在三個(gè)腹板上，整個(gè)反力支架自上而下依次為倒三角牛腿、500t千斤頂，楔形塊、底橫向分配梁（三拼I56 工字鋼），底縱梁（I56 工字鋼），掛籃底籃（見圖3）。

圖3 掛籃反力預(yù)壓結(jié)構(gòu)示意圖

3.3 支架制作與安裝

在進(jìn)行支架制作時(shí)應(yīng)按照結(jié)構(gòu)計(jì)算時(shí)的具體尺寸進(jìn)行下料，同時(shí)要在反力支架焊接前首先測(cè)量預(yù)埋鋼板的具體位置，根據(jù)鋼板預(yù)埋的偏差調(diào)整三角支架的尺寸和角度。由于現(xiàn)場(chǎng)焊接質(zhì)量較差，難以保證支架結(jié)構(gòu)的安全性，為此在進(jìn)行支架焊接時(shí)通常在連接點(diǎn)位置以增加加勁板的形式提高焊縫長(zhǎng)度，避免應(yīng)力集中導(dǎo)致結(jié)構(gòu)被破壞。

預(yù)埋件在0塊施工期間安裝完成后，為加快工序轉(zhuǎn)換速度，應(yīng)在混凝土強(qiáng)度達(dá)到15MPa 以后，進(jìn)行支架焊接，提前做好預(yù)壓前的準(zhǔn)備工作。

支架焊接前首先鑿出0塊上預(yù)埋的鋼板。安裝過(guò)程中用線錘校正，保證其安裝豎直度及位置的準(zhǔn)確性。位置固定后進(jìn)行焊接，焊縫寬度不小于1cm，同時(shí)支架牛腿焊接完成后，增加加勁板進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)，牛腿橫梁腹板兩側(cè)各焊接長(zhǎng)度20cm 鋼板，上翼緣板及下翼緣板加裝20cm 長(zhǎng)度鋼板。左右各3 塊進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)。牛腿斜撐在腹板兩側(cè)各加裝2 塊長(zhǎng)20cm 的鋼板進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)。

牛腿安裝時(shí)首先要保證橫梁的水平度，安裝時(shí)可利用水平尺，時(shí)刻注意安裝質(zhì)量。安裝掛籃反力架底縱梁，底縱梁采用I56 工字鋼，底縱梁直接安放在底平臺(tái)橫梁上，用于傳遞反力荷載。

3.4 反力千斤頂安裝

反力千斤頂?shù)陌惭b（見圖4），具體步驟如下：

圖4 反力預(yù)壓現(xiàn)場(chǎng)示意圖

首先，在反力底縱梁上安裝楔形塊，楔形塊采用16mm 厚鋼板在后場(chǎng)制作。由于掛籃底平臺(tái)多為斜面，因此楔形塊主要是為了使千斤頂可以垂直向下施壓。其次，通過(guò)掛籃前懸吊系統(tǒng)調(diào)整掛籃底籃，使楔形塊與倒反力牛腿內(nèi)能放入千斤頂?shù)木嚯x適宜。再次，安裝千斤頂及油泵，若千斤頂內(nèi)存在縫隙，則填塞鋼板找補(bǔ)。掛籃預(yù)壓期間，作業(yè)人員均應(yīng)站在梁段箱室內(nèi)，以保證預(yù)壓期間的施工安全。最后，千斤頂接好油泵，按照檢定證書仔細(xì)核對(duì)油表和油泵，并根據(jù)預(yù)壓荷載大小計(jì)算分級(jí)預(yù)壓時(shí)油表讀數(shù)。

4 沉降觀測(cè)點(diǎn)布置及預(yù)壓

掛籃預(yù)壓的沉降觀測(cè)點(diǎn)布置在掛籃底平臺(tái)前后下橫梁上，并靠近掛籃主桁投影在橫梁上的位置（見圖5）。

圖5 沉降觀測(cè)點(diǎn)布置圖

掛籃觀測(cè)點(diǎn)布置后，利用水準(zhǔn)儀測(cè)量觀測(cè)點(diǎn)的初始標(biāo)高H1，然后按照60%、80%、100%對(duì)掛籃進(jìn)行分級(jí)加載并記錄各級(jí)加載后沉降觀測(cè)點(diǎn)的標(biāo)高Hn，并在后場(chǎng)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，準(zhǔn)確識(shí)別掛籃彈性變形和非彈性變形。

5 效益分析

5.1 減少材料浪費(fèi)

傳統(tǒng)的重物預(yù)壓多采用砂袋、預(yù)制塊和水袋，需要專門的儲(chǔ)存場(chǎng)地，而采用反力預(yù)壓不僅減少了預(yù)壓材料的用量，減少了資源的浪費(fèi)，同時(shí)由于無(wú)需進(jìn)場(chǎng)大量的預(yù)壓材料，減少了臨時(shí)占地。也無(wú)需使用裝載機(jī)等機(jī)械設(shè)備，有效地減少了化石燃料的使用，避免了有害氣體的排放，具有非常好的環(huán)保效益。

5.2 節(jié)省人工機(jī)械費(fèi)用成本

反力預(yù)壓法施工完成全過(guò)程預(yù)壓僅需2～3d，較傳統(tǒng)重物預(yù)壓時(shí)間縮短了一半以上。同時(shí)所需要的人工工日總量可減少了80%以上，節(jié)省的機(jī)械費(fèi)用和購(gòu)置預(yù)壓材料的費(fèi)用也是非?？捎^，預(yù)壓使用的鋼結(jié)構(gòu)件可以周轉(zhuǎn)使用，綜合成本大幅度降低。

5.3 安全性高

反力預(yù)壓法施工受天氣條件影響小，不會(huì)因氣候條件變化造成預(yù)壓重量的突變，避免了因預(yù)壓重量突變導(dǎo)致的支架坍塌等重大事故的發(fā)生，同時(shí)也可以避免長(zhǎng)時(shí)間利用塔吊進(jìn)行重物吊裝發(fā)生的高墜事故和機(jī)械故障事故。

6 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，采用反力預(yù)壓的掛籃預(yù)壓方法較常規(guī)重物預(yù)壓具有非常明顯的優(yōu)勢(shì)。同時(shí)反力預(yù)壓技術(shù)也不局限于掛籃預(yù)壓施工，以千斤頂反力預(yù)壓技術(shù)為基礎(chǔ)可將反力預(yù)壓技術(shù)廣泛應(yīng)用于各類型臨時(shí)結(jié)構(gòu)如0塊托架、橫梁支架等的施工中，因此反力施工技術(shù)具有非常廣闊的應(yīng)用前景。