高墩桥梁0#块托架反力预压技术的研究

高墩桥梁 0# 块托架反力预压技术的研究

孙志远

北京铁城建设监理有限责任公司

摘 要 本文以两河口双线大桥工程为例，对6#墩悬浇梁0#块托架采用的反力预压工艺进行了研究，经过现场实践以及后期数据分析，证明该技术安全可靠、操作性强，不仅解决了常规的堆载预压在高墩施工中的高风险和高成本，同时有效缩短预压周期，加速施工进度，带来经济效益的同时也降低了施工风险，具有很广的应用前景。

关键词 0#块 托架 千斤顶 反力预压

1 工程概述

两河口双线大桥是新建郑州至万州铁路湖北段7标内一项主要工程，该桥梁横跨两河口及省道S307，中心里程DK525+140，起点里程DK524+810.02，终点里程DK525+478.38，全长668.36m。全桥梁体由简支梁+连续梁构成，主桥平面位于曲线上，曲线半径为6km，线路纵向坡度为3%。

桥梁主墩（6#墩）墩高111m，梁体设计为(56+3×96+56)m连续梁-钢构组合，为单箱单室、变高度、变截面箱梁，采用悬臂浇筑施工。其中0#块梁体高度为7.7m，长度12m，顶板宽12.6m，底宽6.7m，总体积382.2m³，总重1012.83t

0#块设计要求采用一次性浇筑法，为保证施工安全，采用墩顶安装三角托架现浇法浇筑施工。考虑到墩身较高，位于公路边，车流量较大，且0#块体积大，预压荷载要求高，采用常规的堆载预压方式不仅成本及风险较大，且预压周期长。为能安全便捷的完成对0#块件现浇托架的预压，缩短预压周期，降低施工成本，完善施工工艺，对预压方式进行了调整和改进，采用千斤顶施加反力的预压方法模拟施工时的荷载，检验托架的安全稳定性及测算变形值。

2 托架设计

0#块采用稳定性较好的三角形牛腿式托架方案，为了使受力均匀，提高托架的安全稳定性，在墩身施工时设置墩外牛腿预埋件，并根据托架尺寸要求预埋对拉精轧螺纹钢管道，因预压需要在墩顶预埋Ф32mm精轧螺纹钢。

托架采用40b双拼工字钢制作，腹板下各设置两道，底板下设置一道，托架横梁采用Ф32mm精轧螺纹钢穿过墩身使两侧托架对拉，托架斜撑焊接于墩身预埋钢板上。托架上部横桥向铺设40b双拼工字钢分配梁，分配梁下方设置楔形卸架块，分配梁上顺桥向铺设楔形桁架，楔形桁架上铺设钢模做底模。

3 托架预压

3.1 托架预压目的

（1）消除支架非弹性变形，减小支架在混凝土荷载下的变形，并通过实测其弹性变形值，为模板预抬值提供参考。

（2）检验支架结构的稳定性，确保施工安全。

3.2 托架预压施做方案

千斤顶反压法在墩身施工时在墩身内预埋Ф32mm精轧螺纹钢，托架安装完成后沿腹板方向安放40#双拼工字钢，双拼工字钢上部放置千斤顶，千斤顶上部安装反力梁，并锚固在精轧螺纹钢上，安装完成检查各个部件的连接，然后采用千斤顶施加压力，如图1所示。

0#块悬臂段预压采用6台750kN以上的千斤顶，两侧各3台，对0#段托架进行预压。

根据各级荷载下托架的变形观测值，消除非弹性变形测出弹性变形，从而确定立模标高。

0#块托架预压设计图

3.3 托架预压程序

托架搭设完毕进行预压，托架预压前须组织安全、质量、技术及现场负责人对托架拼装质量进行检查，检查合格后方可进行托架预压。预压按设计重量的120%控制，使用千斤顶对托架分三级（0、60%、100%、120%倍施工荷载）进行预压。

（1）观测方法：空载时对各观测点初始状态进行观测，采集基准数据，加载顺序按照荷载值的60％、100%、120%逐级加载预压，每级加载完成1h后进行支架的变形观测记录，并在持荷6h时再次监测记录各监测点的标高，观察托架变形情况，做好记录，取两次观测值平均值，当相邻两次监测平均值之差不大于2mm时，方可进行后续加载。全部预压荷载施加完成后，需持荷12小时，根据设置的高程观测点，专人在现场观测托架变形情况，每4小时测量一次变形量。当测得托架达到稳定不再出现形变后，从外向内对称卸载，卸载时也采用分级卸载，其程序为120%→100%→60%→0。每级卸载完成1h时进行变形观测并记录数据，以此确定底模敷设的预拱度；

（2）预压监测应包括下列内容：加载之前监测点标高，每级加载完成后1h及6h时监测点标高，加载至120%后每间隔4h监测点标高， 每级卸载完成1h时时监测点标高。

（3）预压过程中进行精确的测量，计算沉降量、弹性变形量、非弹性变形量，其中沉降量主要为预压验收提供依据，弹性变形量、非弹性变形量主要为后续现浇混凝土结构支架确定施工预拱度值提供依据，按算出的预拱度调整底模标高。

（4）待消除支架非弹性变形量及压缩稳定后测出弹性变形量，即完成支架压重施工。卸载时可采用一次性卸载，全部卸完后6小时测量底模和地基的标高，计算出支架和地基的弹性变形量。画出弹性变形曲线，作为调整模板预拱度的依据。在预压结束、模板调整完成后，技术、测量、安质人员需再次检查托架变形情况。

3.4 托架预压荷载

（1）梁体自重

0#块梁体正立面图如下，其重量主要考虑其悬臂端在托架上施加的荷载。

0#块最大截面单侧悬臂段重量计算：29.78㎡×2m×26.5kN/ m³=1578.34kN≈158t

（2）模板重量

①外模：0#段单侧外模悬挑段重量设计值为：54.5㎡×160kg/ ㎡=8.72t。

②内模：0#段单侧内膜悬挑段重量设计值为：37.1㎡ ×55kg/㎡=2.04t

③考虑倾倒混凝土荷载为2kN/m2，振捣混凝土荷载2kN/m2，施工人员、施工料具、堆放荷载2kN/m2，荷载为：（2+2+2）×2×12.6/10=15.12t

总荷载为：158+8.72+2.04+15.12=183.88t=1838.8kN。

本梁段按1.2倍等效荷载预压，单侧预压重量为1838.8×1.2=2206.56kN。

预压荷载见表1。

0#块托架预压荷载

3.5 观测点布置

墩外悬臂部分，单侧托架布置1个观测断面共3个点，观测断面距墩身2.1m，横向分别位于腹板中心线、底板托架顶面位置。梁体左右两侧托架布置2个观测断面共6个点，顺桥向分别位于托架1/3及2/3位置。观测时在墩顶一侧设置基准点，水准仪立于墩顶另一侧进行观测.

4 方案实施及数据处理

4.1 加载卸载过程

两河口双线大桥6#墩0#块托架于2019年3月21日6时00分开始加载，3月21日6时20分加载至60%，静置1h后进行一次支架变形测量，静置6小时后进行第二次测量，二次测量平均值不大于2mm后继续加载：3月21日13时30分加载至100%，加载完毕后1h进行一次支架变形测量，静置6小时后进行第二次测量，二次测量平均值不大于2mm后继续加载： 3月21日20时40分加载至120%，静置13h，期间进行三次支架变形测量，变形稳定后开始卸载：3月22日9时10分开始卸载，3月22日9时15分卸载至100%，静置1小时后进行一次拱架变形测量，3月22日10时50分卸载至60%，静置1小时后进行一次支架变形测量，后继续卸载：3月22日12时10分卸载完毕，静置1小时后进行一次支架变形测量，静置6小时后进行一次拱架变形测量。

4.2 数据分析

本预压测定托架最大非弹性变形量5.9mm,弹性变形量最大值2.6mm。

观测过程中，未发现异常现象，预压结果满足现浇梁施工要求。

本预压已基本消除托架非弹性变形量，调整托架模板时需考虑弹性变形量。根据托架变形测量数据，底板立模标高=底板设计标高+托架弹性变形量

底板立模标高调整表

5 托架预压方案对比分析

常见的托架预压方法有堆载预压法和钢绞线反拉预压法，本方案采用的是墩顶预埋精轧螺纹钢反力预压法，下面从成本、质量、工期、安全性方面对方案进行综合比较。

5.1 堆载预压法

(1)成本：根据计算单侧预压荷载约220t(详细计算过程见3.4托架预压荷载)，若采用沙袋预压，受天气影响大，且堆载过高易斜塌，故不予考虑。按采用边长1m方形混凝土预制块预压，每块重2.5t计算，两侧对称预压共需176块，需要提前预制176块混凝土预压试块，考虑材料费、人工费、机械转运费以及防护费，按此方法预压需投入资金约10万元。

(2)质量：堆载预压过程中荷载逐级增加，托架均衡受压，预压质量整体较好。

(3)工期：需要提前制作混凝土预制块，在配重堆载过程中，根据高空塔吊作业情况考虑，按每次吊装一块预制块平均时间10min计算,每天工作9小时（未考虑其他因素影响），堆载卸载过程共需8天时间，考虑预压监测时间整体周期共计10天。

(4)安全性： 2#墩位于公路边，且墩身较高，因此对安全性要求很高。因托架面积有限，单侧约30㎡，摆放88块混凝土预制块需堆码3层，高度3m，人员操作安全风险较大，四周需要做好充分的防护工作，且在摆放过程中要保证预制块整齐和水平，否则容易滑落。

5.2 钢绞线反拉预压法

(1)成本：因墩高82.5m，若采用钢绞线反拉，需在承台施工时预埋钢绞线，单根钢绞线长度按85m算，单侧预埋3组，每组4根钢绞线，同时因高墩墩身施工期长，在此期间需对钢绞线做好充分防护以免锈蚀损坏，后期张拉用千斤顶等材料可重复利用故不计成本，按此方法预压需投入资金约1.5万元。

(2)质量：按单侧最大预压荷载220t计算，每根钢绞线所受最大拉力180kN，张拉伸长量56cm，在张拉过程中，因单项顶最大张拉行程为20cm，则需要回顶3次，同时因墩身太高，很难保证钢绞线垂直受力，一定程度上影响预压效果。

(3)工期：钢绞线预埋防护需1天时间，反力预压过程需3天时间，共需4天时间.

(4)安全性：采用钢绞线反拉预压，因墩身较高钢绞线较长，在施做过程中需对道路及墩底周围进行防护，预防钢绞线在张拉过程中脱落或者断裂对车辆人员产生危害。

5.3 墩顶预埋精轧螺纹钢反力预压法

(1)成本：墩顶预埋φ32精轧螺纹钢，每根长度2.5m,分3组，每组12根，共计36根90m，预压的主梁采用的双拼40工字钢及使用的千斤顶在后期施工中可重复利用，故费用可忽落不计，按此方法预压需投入资金约5000元。

(2)质量：通过预压试验可以看出该反力预压的效果较好。

(3)工期：预压设备安装及预压过程监测共需3天时间。

(4)安全性：该方案操作过程简单方便，基本不会有危险情况发生，安全性有保障。

表5 方案对比

6 结语

通过对现场实践数据分析结果表明，高墩0#块托架反力预压的施工技术具有可行性。经过方案对比显示，本方法与堆载预压及钢绞线反拉预压相比，可操作性强，在具有较好的预压质量同时更具有安全性，并且能有效缩短预压周期，加速施工进度，适用于高墩0#块托架预压施工。

参考文献

[1] 吴彩流. 0#块托架反拉式预压技术研究[J]. 西部交通科技，2018（1）：115-117.

[2] 陈勇. 高墩0#块托架反力架法预压的设计及应用[J]. 中国新技术新产品，2016（11）：89-90.

[3] 曲任权，伊玉林，王姚娣. 大跨连续梁0号块支架方案及预压施工方法[J]. 公路，2010（10）:69-73.

4