反支點預(yù)壓法在高墩大跨橋梁施工中的應(yīng)用

1、反支點預(yù)壓法在高墩大跨橋梁施工中的應(yīng)用反支點預(yù)壓法在高墩大跨橋梁施工中的應(yīng)用劉柏平,何占忠,王勝利(1.湖北省公路管理局科研所,武漢430030;2.中鐵一局集團第二工程,河北唐山063004)摘要:反支點預(yù)壓法是一種較新穎的高墩大跨橋梁施工預(yù)壓方法,可廣泛應(yīng)用于各種大噸位的支架預(yù)壓,托架預(yù)壓,掛籃預(yù)壓等.結(jié)合湖北滬蓉西高速公路鐵羅坪特大橋主塔下橫梁支架預(yù)壓的實踐,介紹反支點預(yù)壓法在高墩大跨橋梁施工中的應(yīng)用.在預(yù)壓工藝,模擬混凝土荷載效果,預(yù)壓成本,預(yù)壓安全性方面將其與傳統(tǒng)的堆載預(yù)壓法進行對比,說明反支點預(yù)壓法的優(yōu)越性.關(guān)鍵詞:預(yù)壓;鋼絞線;模擬混凝土荷載;反支點預(yù)壓法;高墩大跨橋梁文章編號:

2、10096477(200803008004中圖分類號:U445.4文獻標識碼:BApplicationofReversePivotPreloadingMethodinConstructionofHighrisePierLongspanBridges預(yù)壓是高墩大跨橋梁施工中的一項重要工序,但由于高墩大跨橋梁的支架,托架,掛籃等要求的預(yù)壓荷載較大,位置較高,故預(yù)壓操作難度很大,需投入大量人力,物力和時間.工程實踐表明,設(shè)計選擇預(yù)壓方案在高墩大跨橋梁施工中是一項重要工作,它將直接影響施工進度,成本等.反支點預(yù)壓法就是采用張拉鋼絞線(或精軋螺紋鋼等)的方法對支架施加反力,使其所受反力等于預(yù)壓荷載,以消

3、除整個支架的非彈性變形,得出彈性鐵羅坪特大橋主塔下橫梁支架預(yù)壓的實踐,介紹反工藝,模擬混凝土荷載效果,預(yù)壓成本,預(yù)壓安全性方面與傳統(tǒng)的堆載預(yù)壓法將其進行對比,說明反支點預(yù)壓法的優(yōu)越性.1工程概況鐵羅坪大橋是湖北滬蓉西高速公路上的一座特大型橋梁(圖1),橋孔布置為6X30m+140m+3221TI+1401TI+3X301TI,其中主橋(140m+3221TI+140m)為3跨1聯(lián)雙塔雙索面預(yù)應(yīng)力混凝土邊主梁斜拉橋,兩岸引橋采用301TI預(yù)應(yīng)力混凝土T梁,先簡支后剛構(gòu).索塔為H型,高190.397m,由塔座,塔柱,跨3221TI,在世界塔梁固結(jié)的同類橋梁中位居前列.1TI,寬6.1m,高66.2

4、75m;兩端3.51TI為實心段,中間20.51TI為空心段,空心段底板,頂板,腹板厚度均為0.8m;下橫梁頂面設(shè)雙向2%橫坡.圖l鐵羅坪大橋主橋布置收稿日期:20070628作者簡介:劉柏平(1976一),男,湖北省孝感市人,工程碩士,工程師2008年第3期劉柏平,等:反支點預(yù)壓法在高墩大跨橋梁施工中的應(yīng)用8l主塔下橫梁采用支架法現(xiàn)澆施工(即剛性牛腿與塔身鉸接,上面鋪貝雷梁).下橫梁C50混凝土共計634m3,分2次澆筑:第1次澆筑3m高,混凝土312.6m3;第2次澆筑剩余部分,混凝土321.4m3.由于下橫梁混凝土自重超過1500t,跨徑又大,必須對支架進行預(yù)壓,以消除整個支架的非彈性變

5、形,得出彈性變形,確定預(yù)拱度.2比選預(yù)壓方案及中間部分應(yīng)分別模擬混凝土荷載,如果按下橫梁混凝土總重等載預(yù)壓,則下橫梁支架預(yù)壓重量必須點預(yù)壓法,選出合理的預(yù)壓方案.采用傳統(tǒng)的堆載預(yù)壓,若用砂袋預(yù)壓,則需1000nl3砂子和2萬多個編織袋;若采用混凝土塊預(yù)壓,則需要約634m3的模筑混凝土,并設(shè)置專門的吊環(huán);若采用鋼材預(yù)壓,則需提前儲備1500t鋼材;若采用水箱預(yù)壓,則需要1500t水和相應(yīng)結(jié)構(gòu)的水箱.因此,采用堆載預(yù)壓時必須提前準備大量堆載物,并做好相應(yīng)的準備工作.2.1.2堆載費工費時,且成本較高因項目工期較緊,資金壓力大,若預(yù)壓方案選擇工作采用塔吊進行,在超過100m高空處,每吊一次時,為方

6、便施工一般吊重為1t,吊裝,持荷和卸載全過程需要750h以上;預(yù)壓采用鋼筋,一捆鋼筋一般為3t,吊裝,持荷和卸載全過程需要250h以上;預(yù)壓采用水箱,從吊裝水箱,抽水,持荷和卸載全過程需要350h以上.因此,采用傳統(tǒng)的堆載預(yù)壓,一個下橫梁堆載一般最少都需要1530d;采用儲備鋼材堆載預(yù)壓,則積壓資金達到550萬元;采用砂袋,混凝土塊預(yù)壓,材料費也不少.鐵羅坪特大橋下橫梁高為6m,底寬6.1m,支架頂寬6.5m,混凝土容重為26kN/m3,砂容重為15kN/m,鋼材容重為78.5kN/m3,水容重為10kN/m32j.采用砂袋預(yù)壓,實心段換算砂袋高h=26××6/(15

7、15;6.5)=9.76m;采用混凝土塊預(yù)壓,實心段換算混凝土高為6m;采用鋼材預(yù)壓,實心段換算鋼材高h=26×××6.5)=1.9m;采用水箱預(yù)壓,實心段換算水柱高h=26××6/(1"o×6.5)=14.64m.模擬混凝土荷載采用如此高的堆載在現(xiàn)場很難實現(xiàn),且一般情況下都是勻布堆載,而實際結(jié)構(gòu)混凝土荷載分布往往是不均勻的,所以堆載預(yù)壓模擬混凝土荷載效果較差.采用水箱預(yù)壓,由于水壓相當(dāng)大,水箱必須有足夠的強度和剛度,否則容易產(chǎn)生坍塌;用砂袋或混凝土塊預(yù)壓,必須考慮吊框及吊環(huán)設(shè)計,堆放時還須考慮放坡,必要時還得立模并設(shè)拉桿,

8、安全隱患較多.另外支架頂寬相對較窄,在100多m的高空中,堆載614.64m高,需要加大安全保護措施投入,且安全性較差.要想解決堆載預(yù)壓法存在的問題,就必須因地制宜想辦法.經(jīng)仔細研究分析支架的受力特點,提出了反支點預(yù)壓法,利用拉桿,將預(yù)壓荷載轉(zhuǎn)移到承臺上.在制定反支點預(yù)壓方案時還必須重視以下幾點:(1)施工方案要簡潔,投入小,安全性高;(2)上錨固點布置必須與混凝土實際荷載分布一致,以能真實模擬混凝土荷載;(3)上錨固點產(chǎn)生的局部壓應(yīng)力不能大于支架的局部承載能力;(4)下錨固點錨固應(yīng)牢靠,確保有足夠的錨固力;(5)加載過程應(yīng)盡可能模擬混凝土的分層澆筑狀態(tài),確保分級對稱加載,避免支架受較大的不對

9、稱外力,并確保支架安全.根據(jù)現(xiàn)場實際情況,對以下3種材料的反支點預(yù)壓方案進行比較:(1)張拉鋼筋預(yù)壓張拉鋼筋預(yù)壓,即采用主塔使用的q532Innl鋼用此方案,鋼筋的安裝及連接環(huán)節(jié)很多,接頭連接必筋在承臺上的錨固可以解決,但在支架上的錨固位置不好固定;另外,鋼筋的允許應(yīng)力較低,所需數(shù)量較大.公路交通技術(shù)2008年(2)張拉精軋螺紋鋼預(yù)壓張拉精軋螺紋鋼預(yù)壓,即采用主梁中使用的32r/ira精軋螺紋鋼,每9m用連接器連接,需要連接11根.采用此方案,精軋螺紋鋼的安裝,錨固較較大,但若采用較大的拉應(yīng)力,則上錨固點壓應(yīng)力太大,支架局部承載能力將有問題,下錨固點抗拔力也相應(yīng)較大,且提前購買精軋螺紋鋼要占用

10、將近100萬元的資金,增加了資金壓力.(3)鋼絞線反支點預(yù)壓r/ira鋼絞線,按下橫梁需要長度的3倍下料,即108m長,能夠滿足下橫梁支架預(yù)壓要求,預(yù)壓完后,截成3段用于下橫梁中,不會浪費材料;鋼鉸線張拉力按15t控制,并能保證分級加載;鋼絞線下端直接錨于承臺及塔座中,上端采用現(xiàn)成的夾片和錨具錨在分配梁上,錨固點設(shè)置簡便,牢靠.此方法不會增加成本,也不會占用資金,且操作過多方面比較,最終決定采用鋼絞線反支點預(yù)壓法.3反支點預(yù)壓法預(yù)壓工藝鋼絞線反支點預(yù)壓法預(yù)壓工藝流程:預(yù)壓荷載布點一安裝分配梁一安裝鋼絞線一錨固鋼絞線下端一分級張拉鋼絞線一持荷一卸載一確定預(yù)拱度.根據(jù)下橫梁混凝土荷載的特點,按每根

11、鋼絞線張拉力15t考慮,將混凝土不同部位的勻布荷載轉(zhuǎn)化為多個集中力作用在支架上,同時按多個集中力產(chǎn)生的跨中及支點處的彎矩及剪力與實際混凝土荷載產(chǎn)生的相應(yīng)位置的彎矩和剪力一樣為原則進行布載.經(jīng)過荷載計算,鋼絞線上端錨固點布置100個點位(圖2);下端錨固在承臺,塔座及系梁上,共100個點位(圖3).兩端承臺,塔座上的錨固點與支架由于下橫梁底面離承臺頂面很高(104.305m),鋼絞線錨固張拉后水平分力很小,垂直預(yù)壓荷載的偏差值為0.15%,故可以不考慮鋼絞線垂直度的影響.為了使張拉的鋼絞線集中力分散作用在貝雷片上,以更有效地模擬實際混凝土的荷載分布,故結(jié)合現(xiàn)場材料,采用2根40c槽鋼作為分配梁,

12、在錨固點處設(shè)連接鋼板,用塔吊將分配梁按設(shè)計吊裝到位.按計算長度對鋼絞線下料盤束后,用塔吊吊裝到支架上.單根鋼絞線重量只有119kg,故采用人工將其順著分配梁上的錨固點放到承臺上,留出下端的錨固長度;上錨固點則用預(yù)應(yīng)力錨具和夾片臨時固定在分配梁上.Z味計茸卯9樓粱止線:I140,槽鋼56:一If【10一+錨字一粱g-_鋼/塔.c重-一譬一一譽塔.一l酋-萋一3m一量.l一l9一E對'一rI'一m一翕1_t一02(W柱善.I口,柱,c1d謄.L卜-=_一,星g.Hf=I囊rll置_5石丁145(IPj450J4堿IJ450l45QIl45QI1450l冊ltLdHl2_】55旺譬l

13、trI1-n20il1一l一一一一I36鈾9舶J5虬202=:jSll:_f單位:lllnl圖2鋼絞線上端錨固點布置/:參:/r柱I毽/;一/./:巷染:/糸符嫩符圖3鋼絞線下端錨固點布置2008年第3期劉柏平,等:反支點預(yù)壓法在高墩大跨橋梁施工中的應(yīng)用83通過查閱資料,并結(jié)合當(dāng)前國內(nèi)外先進的植筋技術(shù),盡可能利用工地上現(xiàn)有材料,采用沖擊鉆在承保鋼絞線錨固牢靠,將鋼絞線下端頭擠壓索頭體后插入孔中,用錨固劑填充密實,3d后即可使用.采用4臺25t液壓千斤頂,在支架頂面從中間向兩側(cè)分3級對稱張拉,即每級每根鋼絞線張拉5t,3級累計達到15t.選取支架端部,支點,跨中,1/4跨處等共7個截面設(shè)置觀測點

14、,每個截面分別設(shè)置3個觀測點,共計測,且加載過程中每級觀測.鋼絞線按設(shè)計張拉到位后,持荷48h,每12h測量1次支架變形量.樣采用4臺液壓千斤頂在支架頂面從兩側(cè)向中間分3級對稱卸載,即每級每根鋼絞線放張5t,3級累計達到15t.卸載過程中每級都要進行變形觀測.鋼絞線張拉過程中,要比較分析每級張拉實測支架變形量與理論變形量的偏差情況,以確保預(yù)壓的安全性;同時通過對觀測數(shù)據(jù)的分析處理,最終確彈性變形量為19.4n1m(理論彈性變形量為19n1m),計算值比較吻合.貝雷梁預(yù)拱度沿跨度方向的變化按二次拋物線處理,取左支點(圖4中的0點)為坐標原點,跨長圖4預(yù)拱曲線為,跨中預(yù)拱度為,則貝雷梁預(yù)拱度曲線方程腿支架的彈性變形量就是下橫梁最終的預(yù)拱度.(1)遵守常規(guī)的鋼絞線張拉安全操作規(guī)程;(2)鋼絞線下端錨固施工結(jié)束后統(tǒng)一進行張拉,不得邊錨固邊張拉;(3)張拉時承臺周圍應(yīng)設(shè)置警戒線,禁止人員進入;(4)張拉及卸載均要分級進行.4結(jié)語反支點預(yù)壓法是一種較新穎的高墩大跨橋梁施工預(yù)壓方法,可廣泛應(yīng)用于各種大噸位的支架預(yù)壓,度,加快材料的周轉(zhuǎn)速度,節(jié)約施工成本,產(chǎn)生明顯的經(jīng)濟效益和社會效益.與傳統(tǒng)堆載預(yù)壓法相比,反支點預(yù)壓法在預(yù)壓工藝,模擬混凝土荷載效果,節(jié)信,通過不斷的摸索,優(yōu)化和完善,反支點預(yù)壓法一定會在高墩大跨橋梁施工中得到廣泛應(yīng)用.參考文