浅谈山区高速公路悬臂梁菱形挂篮静载预压技术的应用

2018-03-21■马速

福建交通科技 2018年1期

■马速

（宁德沙埕湾跨海高速公路有限责任公司，宁德 355200）

近年来，随着福建高速公路的飞速发展，区域高速公路路网的不断完善，新建高速跨越既有国省道及深谷的现象越来越普遍，对于山岭重丘地区高海拔的高速公路施工建设提出了严峻的考验。为满足跨线桥的桥下净空及通行的特殊要求，高墩及悬臂梁桥设计屡见不鲜，悬臂挂篮施工技术难度也越来越大。对于悬臂挂篮预压工艺的创新提升更是刻不容缓。

1 工程概况

宁德福寿高速A3标段下马岭特大桥跨越省道301线及晓汾溪，全桥长752m，桥型布置为2×30m预应力砼连续T梁+（85m+155m+85m）预应力砼连续—刚构箱梁+3×30m预应力砼刚构T梁+4×30m预应力砼刚构T梁+5×30m预应力砼连续T梁，其中3#、4#为主墩，3#墩位于河道边，4#墩位于省道301线边坡上方。箱梁采用单箱单室变截面，墩中心处箱梁高9.5m。主跨中心梁高3.5m，箱梁中心高度按2次抛物线变化（9.5～3.5m）。左幅顶部设2%的单向横坡，右幅横坡从-0.38%～2%渐变，箱梁顶宽12.00m，底宽6.0m，0#块长12m。箱梁0#块设横、竖、纵三向预应力，其他悬浇段设竖、纵两向预应力。左右分离，两侧翼缘板宽度为3.0m，0#块箱梁高度为9.5m，墩身纵向各悬出3m长度。

变截面箱梁采用菱形挂篮悬臂浇筑施工，根据工期要求，4个主墩投入4套共8个挂篮同时施工，8个挂篮结构形式完全相同，结合现场施工的实际进度，挂篮预压选目前施工进度最快的左线4＃墩的挂篮。为确保桥下安全通行、快捷高效低成本完成挂篮预压工作，对传统的预压方法进行创新改进，采用静载预压技术，通过两片桁架对顶张拉精轧螺纹钢的方法，验证挂篮的安全可靠性。

2 挂篮设计

挂篮是悬臂浇筑施工的主要设备，挂篮委托专业厂家加工。菱形挂篮的特点：结构简单，杆件受力明确合理，承载能力强，弹性变形能力小，安装与拆卸方便，移动灵活，定位准确、调整立模方便，施工空间大，并可在弦杆上安装走行桁吊。

挂篮由菱形桁架、提吊系统、走行系统，内外模板和张拉操作平台组成。菱形挂篮构造详见图1“菱形挂篮示意图”。

图1 菱形挂篮示意图

3 静载预压的目的

挂篮设计为菱形挂篮，通过静载预压，检查菱形挂篮主桁架、前后吊及底模架的加工及安装质量，验证挂篮各主要受力部件承载力和结构安全可靠性；通过检验发现并解决有关问题。

同时，通过对挂篮进行预压，消除菱形挂篮桁架非弹性变形，测定弹性变形，为连续梁悬臂施工线形控制提供依据。为连续梁施工控制及模板体系起拱等提供试验数据；也为今后挂篮设计积累经验数据。

4 静载预压方案的实施

4.1 预压前准备

（1）设备材料

根据静载预压工作安排，需要投入的设备和材料有：16t汽车吊1台、YC100型千斤顶1台、10米钢尺2把，3m钢卷尺2把、Φ32mm精轧螺纹钢筋 L=2.5m 9根；L=3m 2根；吊带2根。辅助杆件：10m走形梁2根、3m轨道2根、后锚扁担13根、钢垫枕6根。

（2）现场布置

菱形挂篮各构件制做完毕后，在加工场地要进行试装配，以保证挂篮在施工现场能顺利组装。在箱梁1号段施工前进行试压,试压前要全面检查挂篮的拼装及焊接质量，各锚固部位的锚固情况，并做详细记录。

在施工现场平整一块静载预压场地，预压工作场地约为15m×15m。预压前先将挂篮主构架在平整好的场地内组装好，并按两个一对做好标记。

首先采用汽车吊将两根外模走行梁作为垫梁平铺在场地上，然后将两片挂篮主桁架平躺安装在两走行梁上，两片主桁架相对而放，后端A作为后锚点将两片主桁架固定到一起，通过钢扁担以及精轧螺纹钢进行对拉锚固，中部B节点放置一块钢垫板将两片主桁分开，前端C点为预压端，其中一侧设置锚固端，另一侧设置张拉端。

（3）荷载计算

预压荷载主要是根据挂篮在悬臂浇筑过程中实际荷载来取值的，悬臂端最重梁段为1#段，重量为176.2t，分配到每片主桁架上的重量为176.2÷2=88.1t，预压重量按照120%加载则千斤顶施加的最大力为88.1×9.8×1.2=1036kN。

图2 挂篮预压方案图

4.2 测点布置

主桁架预压测点布置在C点处，采用钢板尺测量C点处两片桁架的间距变化，初始及每加一级荷载测量一次。

每级加载完成并稳压30s后检查各杆件有无裂缝，若各杆件无异常，即可对其变形值进行量测并记录，然后进行下一级的加载；最后一级持荷时间为70min。变化稳定后则可进行卸载施工作业。每级加载完成仔细检查菱形桁架本身变形情况和精轧螺纹钢固定情况，如有问题要及时停止加载，并采取改正措施。

4.3 加载预压及观测

预压按照五级加载，即 20%、50%、80%、100%、120%，对应的千斤顶为 172.7kN、431.7kN、690.7kN、863.3kN、1036kN，每加载一级均需要进行独立观测。具体方法如下：

（1）加载前先对两桁架C点处的初始距离H0进行测量。

图3 现场预压图

（2）然后开始加载，先按四级进行加载，每级加载完成并持荷半个小时后测量两桁架间C点处距离H1～H4。

（3）加载至120%荷载时，测量出两桁架间C点处距离H5。

（4）当变形稳定后，即 120%加载完成持荷 30s、5min、10min、70min，分别测量距离，变化稳定后便可进行卸载，卸载后测量两桁架间C点处距离H6。

（5）根据测量出的各阶段两桁架间C点处距离，计算出菱形挂篮的弹性变形值及非弹性变形值，即弹性变形值f1=H6～H5，非弹性变形值 f2=H0～H6。单片挂篮桁架的变形值为f3=（f1-精轧钢拉伸变形值）/2。

4.4 预压数据及分析处理

预压数据见表1。

表1 静载预压测量记录表

根据测量记录表，可知累计变形为85mm，通过计算弹性变形值f1=6180-6113=67mm;非弹性变形值f2=6198-6180=18mm;单片挂篮桁架的变形值为f3=（67-7×0.336）/2=21.74mm。上述计算结果表明菱形挂篮变形情况符合相关规范要求。

根据每级荷载试验测出的变形值结果，绘制力与位移的关系曲线，采用线性内插计算出每个梁段的弹性变形值。

4.5 注意事项

（1）静载预压试验之前要对油表及千斤顶进行检验标定，根据预压试验荷载等级计算出油表读数。

（2）对菱形挂篮桁架前支点、加载点及后端锚固点必须进行加强，加垫厚钢板，扩大接触面积，防止在预压试验过程中这几个部位发生局部塑性变形。

（3）预压加载时，油泵必须平稳缓慢供油，基本做到匀速加载，遇到特殊情况应立即停止加载工作。

（4）预压加载时，操作人员严禁站在精扎螺纹钢筋正前方，要保持一定的安全距离确保人员安全。

（5）预压试验完成之后，同一组菱形挂篮桁架要摆放在一起，挂篮拼装时将同一组挂篮安装在T构同一端。

5 采用静载预压方法的优点

实践证明，本桥挂篮采用静载预压技术，通过两片桁架对顶张拉精轧螺纹钢的方法达到加载预压的目的，各级预压加载时间短，从加载到预压观测结束，仅为2～3h，可实现与0#块同步施工，具有可操作性，安全系数高，预压周期短，功效显著，能够有效减低施工成本等优势，同时，挂篮预压试验各项实测变形值和应力值均在理论控制值范围内，说明该挂篮主梁抗弯能力等均满足设计要求，加工质量较好，具有足够的应力和变形储备。

以往项目菱形挂篮预压通常采用传统的配重堆载预压方法（如砂袋预压、钢材预压、水箱预压、预制块预压等）和近年来呈现的张拉钢绞线预压方法及反力架预压方法等，虽然均能达到挂篮预压的目的，但上述预压方法与本文论述的静载预压方案对比均存在不同程度的不足，如配重堆载预压存在预压周期长，施工成本高，施工效率低，安全风险系数大，受天气影响较大等；钢绞线及反力架预压虽比传统方法来说有所提高，但仍存在需事先预埋受力预埋件、高空作业、安全风险系数大，周期长等不利因素。