一种高墩大跨连续刚构预压技术

路 俊

（中铁二十一局集团第四工程有限公司，陕西西安）

1 工程概况

银昆高速K222+637 任湾茹河特大桥,起点桩号为K222+377，终点桩号为K223+097，主桥全长720 m。主桥桥跨组成为（65+5×118+65）m，为变截面预应力混凝土连续刚构。主梁采用单箱单室箱形截面，箱梁根部梁高7.0 m，跨中梁高2.7 m，箱梁高度按1.8 次抛物线变化。箱梁顶板宽12.75 m，底板宽6.75 m，翼缘板悬臂长为3 m。箱梁顶板设横坡，底板横桥向为水平。9#、14#墩位置处箱梁0 号块长度为8 m，10～13 #墩位置处箱梁0#块长度为9 m，顶、底板厚度分别为0.5 m 和1.0 m，腹板厚度为0.7 m；距墩中心6.0 m处至跨中箱梁顶板厚均为0.32 m，底板厚度从1.0 m至0.32 m 按1.8 次抛物线变化，腹板厚度10 #块前为0.7 m，11～12# 块由0.7 m 按直线变化至0.5 m，13#块以后为0.5 m。任湾茹河特大桥主桥平面布置如图1 所示。

图1 任湾茹河特大桥主桥平面布置图（本图尺寸以米计）

2 预压装置预埋及安装

2.1 承台反拉盒预埋

以任湾茹河特大桥11#墩为例在承台上预埋反拉盒，11#墩承台尺寸为25.6 m*14.6 m*5 m,墩身形式为双支矩形空心薄壁墩，墩高80 m。分左右幅。双支矩形空心薄壁墩承台预埋反拉盒所需材料数量详见表1。

表1 双肢矩形空心薄壁墩承台预埋钢筋数量

2.2 牛腿托架安装

2.2.1 连续钢构0-1#块材料准备

(1) 锚固钢板：连接钢板与预埋锚筋通过连接丝杆连接，分为上锚板和下锚板,预埋钢筋采用Φ32 精轧螺纹钢。

(2) 三角托架：三角牛腿水平杆采用双拼[40 槽钢；墩身外侧长3 m；墩身内侧长1.45 m。斜长杆采用Φ273×14 mm 钢管，三角支架材质均为Q345 钢材。

(3) 卸荷块：卸荷块采用壁厚8 mm 的直径为32.5 cm 的钢管加工而成，用于调节标高与拆卸时使用。

(4) 主横梁：主横梁采用双拼I45a 工字钢。

(5) 主纵梁：纵梁采用I32 工字钢，翼缘下方设3 道纵向分配梁、腹板下方设2 道纵向分配梁，底板下方设8 道纵向分配梁，共计18 道纵向分配梁。

(6) 桁架模板：底模板下铺15 cm 间距10*10 cm方木，方木上铺设1.5 cm 厚竹胶板[1]。

2.2.2 连续钢构0-1#块及边跨牛腿托架搭设

在施工墩身时提前在三角托架下方预埋模板平台连接爬锥，利用墩身模板主平台及塔吊配合安装。第一步先安装牛腿上下锚固系统采用Φ32 mm 精轧螺纹钢进行固定；第二步安装螺旋伸缩器、加长节、牛腿斜杆与水平杆采用销接，销轴直径100 mm；第三步安装钢垫块采用高强螺栓连接每个0#块12 个；第四步安装纵横梁先安装双拼I45 工字钢横梁共6 道，再安装I32 工字钢为纵梁共18 道，间距500 mm、600 mm、650 mm、850 mm 进行纵梁安装；第五步安装预压横梁进行预压；第六步预压完成进行底外模安装[2]。

2.3 预压横梁安装

预压横梁打孔前，应首先确认承台预埋钢筋位置及间距与设计图是否一致。预压横梁采用I45 工字钢制作，两根为一组，通过螺栓与上预压锚固装置连接。预压横梁布置图如图2 所示。

图2 预压横梁布置图（单位：mm）

预压横梁所用材料见表2。

表2 横梁材料数量表

3 牛腿托架预压

3.1 预压目的

堆载预压的目的就是为了检验模板、托架的稳定性和消除非弹性变形。为保证预压效果，采用预应力反向张拉预压，安全性相对较好。

3.2 预压施工工艺

底模铺设前，进行一次性预压完成。托架预压采用预应力反向张拉预压，预压重量为梁体自重和施工荷载的1.2（安全系数）倍。张拉施工分三级进行加载，第一级施加到设计力的60%，第二级施加到设计力的100%，第三级施加到设计力的120%。每级荷载施加完毕后并仔细观察托架受力牛腿、反力牛腿、受力纵梁、受力横梁和反压梁的受力情况，有无异常变形出现，并测量记录了支架挠度。支架加载前应监测记录各测点的初始值。每级加载完成2 h 后进行托架的变形观测，记录各监测点的位移量，当相邻两次监测位移平均值之差不大于2 mm 时，方可进行后续的加载。全部预压荷载施加完成后，应间隔12 h 监测记录各监测点的位移量，当连续12 h 监测位移平均值之差不大于2 mm 时，方可卸除预压荷载。支架卸载6 h 后，应监测记录各监测点的位移量[3]。测点的布置见图3。

图3 测点及张拉钢绞线布置图

钢绞线编号见图3 所示，其中W 表示位于双肢墩外侧的预压装置，N 表示位于双肢墩内侧的预压装置。张拉顺序为：施工时每级荷载均按照 W1、N1→W2、N2→W3、N3→W4、N4→W5、N5→W6、N6的顺序严格进行张拉。张拉力见表3。

表3 张拉力转化表

加载过程中，左右两侧进行平衡加载，同时每侧钢绞线数量为12 根，张拉时根据分级加载重量对每根钢绞线张拉吨位进行均分。

总之，高墩大跨连续刚构施工托架预压是化面荷载为多点等效集中荷载方法，利用在墩身预埋牛腿和在承台预埋精轧螺纹钢作为施加预应力的锚固点通过张拉预应力筋的施力方法对0-1#块托架进行预压[4]。

3.3 预压注意事项

（1） 安装预压下锚固装置。

（2） 在施工场地组装预压横梁及预压上锚固装置，注意预压上锚固装置的横向间距应与承台预埋的预压下锚固装置横向间距实测值保持严格一致。

（3） 整体吊装预压横梁，放置于纵梁之上，进行固定并与下锚盒位置垂直固定。

（4） 利用防倾覆钢筋将预压横梁与纵向分配梁进行焊接，防倾覆钢筋每根预压横梁5 组。

（5） 带挤压锚的钢绞线穿过下预压锚固装置的转轴孔并使挤压锚与转轴密贴，将转轴放入卡槽内，并将外侧夹板采用螺杆锚紧。

（6） 钢绞线另一端穿过上预压锚固装置的转轴孔以及锚垫板，并打入夹片，将转轴放入上预压锚固装置的卡槽内[5]。

3.4 预压后安装底模

底模：螺旋牛腿的倾角应与底部坡度一致, 底模标高根据设计图纸考虑预拱度进行控制校准。底模板下铺10*10 cm 方木间距15 cm，方木上铺设15 mm 厚竹胶板进行铺设。

外侧模：采用大块钢模板，当内外侧模板拼装后用Φ25 mm 精轧螺纹钢作为拉杆对拉，拉杆间距按水平0.825 m，竖向0.875 m布置。

结束语

高墩大跨连续刚构桥施工的其中之一就是牛腿托架预压技术，通过张拉钢绞线的反作用力对支架及挂篮结构进行预压，解决了传统堆载预压施工吊装耗时长、费用高、安全风险高、预压荷载难以精确控制的问题。在此基础上通过对钢绞线锚固装置、钢绞线预埋方式、预压梁构造的创新性改进，实现了钢绞线角度的任意调整，能够在不改变预压装置的情况下同时满足支架及挂篮预压的需求，突破了传统钢绞线预压方式受承台及结构尺寸限制的问题，且模块化的结构可根据预压力需求进行灵活组合和重复利用，进一步节省了施工成本。