高墩连续刚构托架设计与反力架预压施工技术

张平武

(甘肃五环公路工程有限公司，甘肃 兰州 730050)

0 引 言

大跨度高墩连续刚构桥0#块施工是关键技术，设计的反力架对托架等效施加荷载预压方式，能有效解决采用传统物料堆载预压法托架预压成本过高、周期较长等缺陷，其中装配式托架、反力架所需构件均在加工厂加工焊接成型，现场安装时通过销轴连接，避免了施工现场焊接质量难以控制和高空焊接的风险。采用连续梁桥0#块墩顶反力架预压托架施工工法可以极大的压缩0#块现浇施工时间，为连续梁桥其他块段的施工奠定基础，从而缩短了连续梁桥全桥施工工期。通过油泵加压千斤顶顶升反力架预压，准确模拟并控制预压荷载，有效提升预压效果，施工空间较大，反力架可以周转利用，从而降低了施工成本，经济效益显著。

1 反力架预压托架施工工艺分析

1.1 工艺原理

将预压千斤顶装载托架和反力架之间，上部反力架为预压千斤顶提供反力支点，通过油泵加压为千斤顶提供动力，千斤顶活塞顶升对反力架产生向上的顶升力的同时，反力架也会对千斤顶等效产生向下的压力并通过千斤顶后座传递到托架，从而达到预压托架的目的，借以消除托架非弹性变形，获取托架弹性变性值，同时检验承重托架的稳定性和安全可靠程度。

在连续刚构0#块所在主墩墩身上部一定位置预埋托架剪力座套箱及穿心钢管。通过对拉钢棒，对拉锚固托架剪力座，从而在墩侧安装承重托架，承重托架安装完成后在其上铺设纵向分配梁，为0#块施工创造一个安全的作业平台。同时，采用墩顶预支精轧螺纹锚固钢棒，托架安装完成后即可墩顶设置反力架，并用反力架压杠，通过墩顶预植的精轧螺纹锚固钢棒、锚垫板、双拼锚固螺母锁紧抱死，锚固牢靠以上结构，反力架压杠、预植精轧螺纹钢棒及锚固螺母作为预压反力架的限位系统限制反力架发生位移；在承重托架分配梁上设置刚枕梁用千斤顶枕垫，在千斤顶、油泵安装完成后，即可通过油泵加压给千斤顶提供动力来顶升反力架，从而反向对托架等效施加荷载进行预压。同时在托架上设置变形观测点，及时量测预压加载前托架观测点标高。在预压过程中持续量测托架观测点标高至托架变形稳定(120%施工荷载预压24 h后每隔30 min观测一次，连续3次变形值在1 mm以内认为稳定)，分级卸载预压荷载(以避免突然回弹)后拆除油泵、千斤顶、反力架等。卸载完成后，非弹性变形已消除，再根据加载和卸载时托架观测点标高的观测记录绘制标高变化曲线，对比分析承重托架弹性变形和非弹性变形，并计算出施工时采用的预拱度。将弹性变形值与设计图纸中提出的预应力张拉等其他因素需要设置的预拱度叠加，计算出施工时采用的预设上拱度，并根据梁段底面标高设计值+预设上拱度来调整梁底模板标高。

2 反力架预压托架工艺结构设计

2.1 反力架、托架

首先根据墩跨结构及0#块梁段专项施工方案所确定的施工工艺及预压方式进行托架及反力架结构总体方案设计，而后采用迈达斯软件midas Civil托架及反力架杆件单元模型，分别建立托架及反力架整体钢结构整体力学模型，进行受力分析，根据传力路径逐个进行受力分析和计算，以验证托架纵梁、横梁、斜撑的强度、位移；以及斜撑托架的受压杆稳定性和精轧螺纹钢棒的对拉剪切强度，及反力架横梁的强度、位移，以及斜撑托架的受压杆稳定性和锚固钢棒的抗拉强度，并验算托架钢结构及反力架钢结构的整体稳定性，从而最终确定托架及反力架结构设计。承重托架设计荷载=1.2×静荷载+1.4×动荷载，其中静荷载包括0#块箱梁自重、支架及模板系统自重，动荷载包括施工人员及机具荷载等，施工人员及机具荷载按2.5 kN/m2考虑[1]。

2.2 墩身预埋构件

首先桥梁主墩墩身施工至顶部一定位置时，及时预埋承重托架上、下剪力座套箱和穿心钢管；在墩顶一定位置预埋反力架竖向锚固钢棒并在钢棒埋入端用锚垫板及锚固螺母进行锚固，埋置深度根据预压荷载并考虑安全系数计算确定。对于托架剪力座套箱及穿心钢管预埋，剪力座套箱预埋时要求其平面位置偏差不大于5 mm，底面高程偏差不大于10 mm，并垂直于墩身横轴线且保持水平放置。穿心钢管预埋位置要能满足其精度要求，预埋钢管时为了保证其不发生偏移，可以在墩身内部加焊定位钢筋以与墩身主筋连接牢靠。预埋套箱及穿心钢管在施工时，应尽量保证位置准确，预埋件的安装高程误差不得超过±10 mm，同组相对误差不超过±2 mm；预埋件安装时，应采取措施防止混凝土浆液渗入预埋套箱及钢管内，0#块施工完成后应及时对预留孔洞进行封堵；反力架竖向锚固钢棒预埋，则在薄壁墩墩身上一定位置预埋反力架竖向锚固钢棒，并在钢棒埋入端用锚垫板及锚固螺母进行锚固，埋置深度根据预压荷载并考虑安全系数计算确定。在对反力架进行锚固前，需提前对墩顶预植的精轧螺纹钢棒进行拉拔试验，以检验植筋强度是否达到反力架预压托架方案要求[2]。

2.3 承重托架安装

待混凝土强度达到90%后，自下而上安装承重托架、反力架及油泵、千斤顶等。首先在穿心钢管中插入对拉精轧螺纹钢棒，并将剪力座插销插入到预埋套箱后进行对拉锚固，再安装托架型钢组件，剪力座的插销承受竖向剪力作用，最后安装反力架及油泵、千斤顶等。其中，对拉钢棒选用Φ32 mm的精轧螺纹钢，安装时把剪力座插销插入预埋套箱中，穿入对拉钢棒，两端分别用2个锚固螺母拧紧锁死，防止剪力座的脱落和滑动。其中，剪力座插销主要承受剪力，对拉钢棒主要起对拉张紧固定剪力座的作用。剪力座直接通过精轧螺纹钢棒对拉锚固，每个剪力座由2根钢棒对拉。

2.4 反力架及其动力系统安装

0#块托架预压反力架装置是包括墩顶预植精轧螺纹钢、墩顶反力架、反力架压杠、锚垫板、锚固螺母以及油泵、千斤顶、0#块梁段底板上钢梁枕组成，其中预植精轧螺纹钢埋设在墩身顶端，墩顶反力架由带立柱横梁及斜撑销接而成，用墩顶预植精轧螺纹钢与反力架压杠、锚垫板、锚固螺母在墩顶锚固连接牢靠，布设在托架的正上方；底板上布设四根品字形钢枕梁，用以千斤顶枕垫；将千斤顶放入钢梁枕上，连接好千斤顶与油泵之间的油管，将与千斤顶配套标定的油表安装在油泵上，千斤顶通过油泵提供动力。以上结构中，预植精轧螺纹钢及反力架压杠、锚垫板、锚固螺母作为反力架的限位系统限制反力架发生位移[3]。

3 反力架预压施工技术

托架预压先在0#块底板上反力架正下方布设调平钢板，在调平钢板上横桥向设置钢梁枕，在其上放置液压千斤顶，液压千斤顶经油泵加压提供动力，千斤顶顶升活塞并与反力架接触后，即可以通过油表控制油泵压力分级加压顶升千斤顶。在加载过程中随时观察托架变形情况。加载完成时进行标高测量，托架回弹变形稳定后，进行高差对比，得出弹性变形值和非弹性变形值，为立模标高提供准确数据，根据实测数据对模板进行标高调整。

预压荷载以逐级加载方式，加载分别按照预压荷载的0%～120%进行每30%的增量进行，此时千斤顶必须同时工作，加载一般控制在2 h，观测点的高程需要在前三级加载过程中进行观察，最后一次加载结束后则需要进行6 h、12 h、24 h的3次高程观测。当预压高程观察数值变化经过24 h小于1 mm时，则可判断预压稳定。此时，可以开始进行卸载工作。托架随着卸载进行恢复回弹变形，需要进行标高的再次测定，托架非弹性变形值=加载前标高测定值-卸载完全后托架标高值，托架弹性变形值=卸载完全后托架标高值-预压完全后托架标高值，0#块预拱度的设置以弹性变形值作为主要依据，继而为模板安装高程提供数据支撑。卸载过程中，千斤顶及反力架装置拆除应自上而下进行，依次吊运锚固螺母及锚垫板、反力架、油泵、千斤顶、钢枕梁等至后场按要求存放备用。

4 小 结

该工法通过G345线玛久二级公路玛曲黄河特大桥、省道309线改造工程大河家黄河大桥、兰临高速公路改造工程西沟特大桥0#块施工过程中的成功实践，本连续梁桥0#块墩顶反力架预压托架施工工法能有效消除0#块托架的非弹性变形，快速得到0#块托架的弹性变形值，且该施工工艺能够为刚构桥梁建设提供操作简便、安全可靠、经济成本较低的应用优势。