钢绞线在高墩悬浇刚构0#块托架预压中的应用

李丽

摘要：高墩连续刚构0#块采用堆载预压预压施工时间长，功效低，尤其大跨度刚构施工更为明显。凯羊高速公路摆捞河大桥悬浇刚构0#块施工托架体系采用液压千斤顶张拉钢绞线来模拟荷载，将面荷载模拟成等效的多点集中荷载来实现预压。通过采用液压千斤顶张拉钢绞线预压能够很好的解决高墩连续刚构0#块预压难题，为同类工程施工提供借鉴。

Abstract： High-pier continuous rigid frame 0# block adopts preloading and preloading construction time is long， and the efficiency is low， especially the construction of large-span rigid frame is more obvious. The construction bracket system of the pendant rigid frame 0# block of the Bailao River Bridge of Kaiyang Expressway adopts hydraulic jack tensioning steel strand to simulate the load， and the surface load is simulated as an equivalent multi-point concentrated load to achieve preload. By adopting hydraulic jack tensioning steel strand pre-compression， it can solve the pre-compression problem of high-pier continuous rigid frame 0# block， and provide reference for similar engineering construction.

關键词：悬浇刚构;钢绞线;张拉;托架预压

Key words： cantilevered rigid frame;steel strand;tension;bracket preload

中图分类号：U445                                        文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2020）14-0165-03

1  工程概况

摆捞河大桥为跨越摆捞河而设，主桥为65m+120m+65m一联三跨预应力混凝土连续刚构桥，全长250m，采用上下行分离的两幅桥，宽21.5m。12#、13#墩为主墩，由两片薄壁墩组成，薄壁墩为矩形空心截面，横桥向7.0m，顺桥向2.5m，两片墩间净距为5.0m，墩高分别为72m和77m。墩身上端与箱梁固结，下端与承台固结。根据桥梁结构形式，采用托架现浇0#块和挂篮施工普通块段的施工方案。主桥上部箱梁为变截面单箱单室断面，箱梁顶板宽10.5m，底板宽6.0m翼缘悬臂长2.25m;箱梁高度（梁高以裸箱梁低侧腹板处箱梁顶面到箱梁底面的距离计）在主墩与箱梁相接的根部断面梁高为7.2m，现浇段和合拢段梁高均为3.0m，其余梁底下缘按2.0次抛物线变化，0号梁段总长13m，在于墩身对应的10m范围内等梁高（为7.2m），两边各1.5m范围内位于抛物线上。

2  托架预压方案选择

由于墩身较高悬臂浇刚构0#块施工采用三角托架做为支撑结构。托架安装完毕后为确保该托架使用安全，必须进行预压，以检验托架的稳定性、安全性及变形等，消除自身非弹性变形，测定弹性变形关系曲线，从而确定立模标高，为预拱度的预留提供依据。现浇支架预压一般采用堆载预压，采用混凝土预制块堆载预压。本桥桥墩高达77m，0#块荷载比较大，预压混凝土块采用塔吊吊装速度慢，严重影响工期。经过充分考虑采用液压千斤顶张拉钢绞线来模拟荷载，将面荷载模拟成等效的多点集中荷载进行预压。由于千斤顶为后期箱梁张拉用千斤顶，不需要购买，不光大大节约工期费用也大大节约。因此选用液压千斤顶张拉钢绞线预压0#块方案。

3  预压重量的确定

根据设计图纸，摆捞河大桥0#块长为13m，墩顶中心段长度5m，单侧悬浇段有1.5m，按1.2的系数进行预压加载试验。

0#块总体积359.3m3，总重G1=359.3*2.6*9.8=9154kN

3.1 墩柱中间部分

混凝土载荷：G2=359.3/13*5*2.6*9.8=3521.14kN

模板载荷：G3=498/13*7.5=287kN

施工人员机具载荷G4=10.5*5*2.5=131.25kN

总载荷：G=G2+G3+G4=3939.39kN

预压载荷为1.2倍总载荷，G0=1.2G=4727.268kN

3.2 悬臂部分

混凝土载荷：G2=359.3/13*1.5*2.6*9.8=1056.34kN

模板载荷：G3=498/13*5.5=211kN

施工人员机具载荷G4=10.5*1.5*2.5=39.375kN

总载荷：G=G2+G3+G4=1306.7kN

预压载荷为1.2倍总载荷，G0=1.2G=1568.1kN

4  采用液压千斤顶张拉钢绞线的预压方法

4.1 预压前的准备工作

①在承台上预埋钢绞线，钢绞线采用轧花锚固，承台浇筑时伸出承台顶面1m，预埋深度为2m，预压时用连接器连接。由于墩身施工时间长，注意钢绞线防护。

②在0#块悬挑1.5m部分端头和根部横桥向各布设3个观测点，墩身中间部分支架两端和中间各布设3个观测点，测出各点的相对标高记录。

③因块段实际荷载分布不均匀，而现场是采用千斤顶张拉模拟集中荷载，为防止集中力过大造成悬臂侧托架过大的挠度，所以在张拉位置横桥向放置通长的挂篮底篮横梁作为横梁，横梁上布置30mm钢板，钢板上再布置张拉千斤顶，形成张拉端。然后进行分级加载预压。每端使用2台26t千斤顶，共计4台。

④钢绞线受力计算：

单根钢绞线可以承受拉力：1860*140*0.75=195.3kN

悬臂侧需要钢绞线：1568.1/195.3=9根

墩柱中间需要钢绞线：4727.268/195.3=25根。

考虑每排预埋三根，悬臂侧预埋钢绞线根数9根，预埋3排;墩柱中间预埋27根，预埋9排。根据以上计算可知，当采用单束9根钢绞线时，悬臂侧张拉力：1568.1/9=174.2kN;墩柱中间张拉力4727.268/27=175.084kN。

4.2 预压体系布置图

4.3 预压加载程序

预压采用分级对称加载，加载分级为0→25%→50%→75%→100%，每个阶段加载完成和卸载后均对测点进行沉降观测。采用4台千斤顶对称同步施加预应力，大小里程两端各布置2台。施加预应力时两端托架同步逐级进行加载。分级加载梯度及具体加载程序如下：

①预压加载之前，对所有测点进行测量并做好记录，作为托架变形初始值。

②施加预压力至25%荷载，即悬臂侧张拉点张拉至4.36T，墩柱中间侧张拉点张拉至4.38T，该级张拉完成后持荷30分钟，测量各相应测点的变形值，并作好记录，同时对数据作出分析比较，掌握托架变形、变位情况。

③施加预压力至50%荷载，即悬臂侧张拉点张拉至8.72T，墩柱中间侧张拉点张拉至8.76T，该级张拉完成后持荷30分钟，测量各相应测点的变形值，并作好记录，同时对数据作出分析比較，掌握托架变形、变位情况。

④施加预压力至75%荷载，即悬臂侧张拉点张拉至13.08T，墩柱中间侧张拉点张拉至13.14T，张拉力值达到后持荷30分钟，测量各相应测点的变形值，并作好记录，同时对数据作出分析比较，掌握托架变形、变位情况。

⑤施加预压力至100%荷载，即悬臂侧张拉点张拉至17.42T，墩柱中间侧张拉点张拉至17.51T，张拉力值达到后持荷48小时，48小时后卸载前测量各相应测点的变形值，并作好记录，同时对数据作出分析比较，掌握托架变形、变位情况。

⑥卸载时同样逐级进行卸载，卸载时也应对称同步进行。卸载完成后对所有观测点进行测量并做好相关记录。

4.4 沉降观测

4.4.1 沉降观测点的布置

在托架双拼I40a工字钢上，悬臂侧布置6个观测点，分别位于悬臂端部和根部的中心、左右侧边缘，共计6个点;墩柱中心部分布置9个点，分别位于墩柱之间端部和中间的中心、左右侧边缘。大小里程两侧共21个观测点。考察现场实际情况后综合考虑，在墩顶搭设观测操作平台，以满足各观测点均能通视的需要。观测点须做好测量标记。

4.4.2 观测要求

加载前应先测量工字钢横梁上观测点数据，并做好记录，作为预压沉降观测的初始数据值。加、卸载过程中测量人员应跟踪测量，每级预压完成后观测一次，做好沉降测量记录。

预压总重全部加载以后持荷48小时，观测应不少于三次，记录好观测数据。以连续48小时内沉降量不超过2mm为准，即预压试验合格。整理原始观测数据，根据观测结果，做出科学的分析比较，掌握支架变形、变位情况，并绘制各测点的沉降走势图。

根据观测记录，进行综合分析，对托架结构的稳定性和安全度综合评估，并确定托架的抛高值。

5  传统堆载的预压方法

传统的悬臂现浇连续梁0#块托架的预压经常使用堆载的方式进行预压，压重材料一般为砂袋或者混凝土预压块，若采用混凝土预制块，每块尺寸0.7m*0.7m*0.7m（或其他尺寸），即单块预制混凝土块重0.858T。本桥则需堆载（1568.1*2+4727.268）/10/0.858=2935块，数量比较大。

6  传统堆载的预压方法与液压千斤顶张拉钢绞线的预压方法比较

6.1 使用机械比较

传统堆载方法需提前预制好混凝土预制块，然后用塔吊将预制块吊至托架之上，经实践知，吊装2935块预压块需要12天时间，卸载同样需要12天，共计需要使用塔吊24天时间，严重影响工期。

采用液压千斤顶张拉钢绞线的预压方式，仅需要使用塔吊进行千斤顶的装、卸，各2小时，合计4小时即可。

6.2 工作时间比较

传统堆载方法加载时间12天，静载持荷时间2天，卸载时间12天，合计预压时间26天。

采用液压千斤顶张拉钢绞线的预压方法，安装千斤顶2小时，张拉过程12小时（考虑观测时间），静载持荷2天，卸载2小时，合计64小时，即2.67天。

若不考虑静载持荷两种方法同样需要的48小时，仅计算工作时间时间仅为传统方法的三十六分之一。

6.3 费用比较

传统堆载方法需预制混凝土预制块，每立方米混凝土400元/立方米，0.7*0.7*0.7*2935*400=402682元。预制块制作所用模板为竹胶板，假设每次制作150个，竹胶板费用为0.7*4*150*50=21000元，每天浇筑一模，2935个预制块需要浇筑20天完成，人工费用按4人计算，4*20*200=16000元，塔吊租赁费用4万/月，使用24天，40000/30*24=32000元。费用总计：402682+21000+16000+32000=471682元。

采用液压千斤顶张拉钢绞线的预压方法，因液压千斤顶及张拉设备为后续连续刚构横向预应力张拉张拉设备，无需单独购买，无额外机械设备费用。墩身最高高度77m，单根钢绞线按85m计算，钢绞线单价5000元/吨，钢绞线费用：85*45*4*1.101*5000/1000=84226.5元，塔吊费用：40000/30/24*4=222.2元。费用总计：84226.5+222.2=84449.2元。即采用液压千斤顶张拉钢绞线的预压方法所需费用仅为传统预制块堆载预压方法的18%。

7  结束语

当墩身高度较高或水中施工搭设支架较不方便时，悬臂浇筑混凝土0号块采用托架法施工，其施工方便性及经济效益将更加明显。结合托架特点，采用了液压千斤顶张拉钢绞线进行墩顶托架预压施工方案，成功完成了高墩连续刚构0号块托架的预压试验，节省了施工投入，加快了施工进度，创造了良好的经济效益，也为类似项目施工提供了借鉴经验。

参考文献：

[1]李栋国，张洪军编.道路桥梁工程施工技术[M].武汉大学出版社，2018年9月.

[2]周水兴编.路桥施工计算手册[M].人民交通出版社，2017.

[3]摆捞河特大桥刚构施工图.