覃捷 王显张

摘要：文章结合柳州至南宁高速公路改扩建工程新建洛维大桥工程实例，从预压工艺、模拟荷载分布、钢绞线布设与张拉、沉降监测等方面，介绍钢绞线反拉预压技术在该桥0#、1#块现浇箱梁施工中的应用，为高墩连续刚构桥主梁施工提供理论依据。

关键词：反拉预压;现浇支架;模拟荷载分布;沉降监控

中图分类号：U445.4A341224

0 引言

在预应力混凝土连续刚构桥施工中，支架预压是施工的关键工序之一，常用方法是堆载预压，即通过堆载沙袋、钢材、预制混凝土块或者注水水箱等重物进行预压来消除支架非弹性变形，但此类方法都存在各自的局限性。因此，在改扩建高速公路桥梁施工中，寻找一种快捷有效、安全风险小的预压方法意义重大。新建洛维大桥主墩0#、1#块现浇箱梁支架采用钢绞线反拉预压技术，成功解决了传统方法存在的缺点，为同类桥梁施工提供经验借鉴。

1 工程概况

新建洛维大桥全桥采用单幅整体式，主桥为（80+2×125+75）m预应力混凝土连续刚构形式，主梁采用直腹板的单箱双室箱梁。其中9#、11#主墩墩高17.257 m，设计为支座形式，采用临时支座固结体系施工;10#墩墩高18.416 m，采用墩梁固结形式。根据设计要求0#、1#块同时浇筑，0#、1#块顺桥向长11 m（0#块长7 m），横桥向顶板宽22.5 m，底板宽14.5 m，最大梁高7.5 m，0#、1#块最大合计浇筑混凝土398.9 m3。

2 支架预压方法的确定

传统支架堆载预压方法主要有以下两种：（1）采用沙袋、钢材或者预制混凝土块重力作为荷载进行预压;（2）采用水箱注水作为荷载进行预压。传统预压方法在深水、高墩作业环境下受到很大的限制，操作难度较大，而且效费比低。反拉预压技术是近来广泛应用于大跨桥梁的支架及挂篮预压的创新技术，该预压技术人员机具材料需用量少、工艺简洁、工期短、成本低、安全性高，并且可以调整钢绞线点位布置及张拉力，解决了传统堆载预压方法模拟实际荷载分布不均匀的问题，因此根据本项目总体施工要求，决定对0#、1#块现浇箱梁支架采用钢绞线反拉预压技术施工。

3 钢绞线反拉预压法的应用分析

3.1 预压技术原理与工艺流程

钢绞线反拉预压技术原理是根据实际箱梁及模板自重、施工过程产生的荷载等分布情况划分预压区间并确定各区间荷载情况，通过计算确定钢绞线点位布置及张拉力，施工时将钢绞线两端分别锚固在承台与支架上，对钢铰线进行张拉，形成张拉力反作用于支架上，实现对支架的预压。

预压工艺流程：模拟荷载分布→钢绞线数量及长度的确定→承台锚固端设置与錨固深度验算→预压分配梁安装→钢绞线安装→分级张拉、持荷、卸载。

3.2 模拟荷载分布

3.2.1预压点位确定

根据洛维大桥主墩0#、1#块箱梁实体轮廓荷载布置，将其结构（顶板及底板、腹板、翼缘板）的均布荷载转化为多个集中荷载作用于支架上。洛维大桥主墩0#、1#块支架结构设计为大小里程每侧共5根钢管桩，横向共4组主梁（每组由3片贝雷组成），每侧2组主梁，具体结构见图1：

洛维大桥主墩0#、1#号块水平投影尺寸为22.5×11 m，支架顶面平面尺寸为24×12.5 m。根据施工图计算出主墩0#、1#块单侧最大悬臂重量约为356.6 t，因此需模拟的预压箱梁自重为2×356.6 t，即6 989.36 kN。考虑将预压荷载转化为28个集中荷载分布于支架上，以墩身为中心，在大小里程两侧0#、1#块底板平面内各布设10个预压点位，上下游方向翼板平面内各布置4个预压点位。反拉预压点位编号及分布见图2。

3.2.2 预压区间划分

根据顶板及底板、腹板、翼缘板的结构投影划分预压区间，以墩身为中心，大小里程两侧各划分为7个预压区间，中部翼缘板上下游侧各划分1个预压区间，预压区间总面积为189.5 m2，预压区间划分具体见图3。

3.2.3 荷载转换计算

实际施工过程中，支架预压荷载还需考虑各类荷载情况，根据《公路桥涵施工技术规范》（JTG/T F50-2011）规范要求，通过计算确定各预压点的张拉力，如式（1）：

F=1.3×（G+S×g1+S×g2+S×g3）（1）

式中：1.3——抗倾覆稳定系数;

S——预压区间总面积;

G——浇筑箱梁钢筋混凝土自重（0#、1#块单侧最大悬臂重量为356.6 t）;

g1——其中模板自重2.5 kPa（根据洛维大桥0#、1#块箱梁专项施工方案中现浇支架计算书）;

g2——施工人员和施工材料、机具等行走运输或堆放荷载标准值，均布荷载取2.5 kPa;

g3——振捣混凝土时产生的振动荷载，取2.0 kPa。

3.3 钢绞线数量及长度的确定

在每个预压点布设一束钢绞线，以钢绞线理论张拉力的70%作为受力控制上限，根据计算出的各预压点的张拉力，确定每束钢绞线的根数。本项目采用低松弛高强度钢绞线，单根钢绞线公称直径s=15.2 mm，截面积A=139 m2，抗拉强度标准值fpk=1 860 MPa，因此得出单根钢绞线张拉力控制上限为180.98 kN。同时根据表1可知中腹板区间内点位张拉力最大为582.04 kN，按加载110%为640.24 kN，通过计算，每个张拉点每束采用4根钢绞线即可满足要求。

钢绞线分两段下料，承台锚固段下料长度为锚固深度及外露长度之和，长度为1.8 m（详见图4反拉支点承台锚固端示意图）;另一段下料长度为支架总高度及张拉端工作长度之和，张拉端工作长度取0.65 m，支架高度主要根据主墩墩身高度及分配梁槽钢高度等确定，计算得出另一段下料长度9#、11#墩为18.29 m，10#墩为19.45 m。

3.4 承台锚固端设置与锚固深度验算

主墩承台混凝土浇筑前，根据反拉预压点位分布图对承台钢绞线锚固端进行预埋及编号。锚固在承台内的钢绞线下端安装配套锚具、夹片，锚固端锚具埋置深度为80 cm，外露钢绞线长度为80 cm，同时用防水胶布对外露钢绞线进行包裹保护。锚具上部设置三层1 m×1 m的12 mm钢筋网片（10 cm×10 cm），层间距为20 cm。详见图4。

承台锚固端锚固深度验算：主墩承台C30混凝土抗拉强度设计值按1.43 MPa考虑，锚固端锚具直径为10 cm，考虑到设置有三层钢筋网片而且承台内设计有的钢筋结构，单个锚固端抗拔面积直径可按20 cm计算，锚固段混凝土抗拉面积S=3.14×20 cm×80 cm=502 400 mm2，故单个锚固点最大抗拔力F=502 400 mm2×1.43 MPa×10-3=718.43 kN，其值大于预压点的张拉力最大值582.04×110%=640.24 kN，满足钢绞线张拉力要求。

3.5 预压分配梁安装

为使钢绞线张拉力有效、均匀地传给支架并更好地模拟荷载分布，采用2[36 b双拼槽钢作为预压分配梁。根据反拉预压点位分布图在支架上布设分配梁，纵向分配梁长度为3.5 m，间隔1.5 m在横向主梁上布设，大小里程桩号两侧各布设10根;横向分配梁长度为2.5 m，上下游两侧各布设4根（详见图2）。每根分配梁每间隔50 cm使用δ10钢板进行焊接连接，防止张拉过程中失稳。

3.6 钢绞线安装

分配梁搭设完成后，根据预压点位编号下料另一段钢绞线，将这段钢绞线端头用连接器连接到承台锚固段外露的钢绞线上;钢绞线另一端头采用机械配合人工方式牵引至分配梁对应锚固点位上，锚固点位置分配梁上支垫200 mm×200 mm×20 mm的钢板并与分配梁焊接牢固，钢绞线需穿过支垫钢板预留孔，然后使用预应力锚具及夹片予以固定。

3.7 分级张拉、持荷、卸载

钢绞线安装完成后开始使用千斤顶进行张拉预压，以墩身中线为中心，张拉顺序由中心向外侧对称进行，分四级张拉，按表1各预压编号点位的张拉力的0%、60%、100%、110%进行分级加载。每级加载后须持荷，支架标高测量完成后才能进行下一级加载，加载要平稳、不宜过快。加载到最后一级后持荷24 h，支架达到稳定不再出现形变后，从外向内对称分级卸载，同时进行变形观测。

4 支架沉降观测及数据分析

沉降观测点位布置在支架主梁的贝雷顶部，每片支架主梁上布置3点，水平位置位于支架中部的3排管樁顶口垂直位置，详见图5。

钢绞线张拉前、张拉中、卸载后，分别对支架观测点高程进行测量并填写《支架预压沉降观测记录表》，如表2所示，加载到最后一级后持荷24 h，期间根据设置的沉降观测点安排专人在现场观测支架变形情况，每6 h测量1次。根据加载预压后的挠度变化情况，通过对观测数据进行分析处理，确定支架的弹性变形量及非弹性变形量（弹性变形量为卸载后与加载100%高程之差、非弹性变形量为空载高程与卸载后高程之差）。通过加载预压消除支架非弹性变形，而计算得出的弹性变形量为最终0#、1#块箱梁底模板标高调整及梁体线型控制提供理论依据。

5 结语

钢绞线反拉预压技术在新建洛维大桥的应用使得3个主墩支架预压施工均在3 d内全部完成，实践证明该预压技术简洁、快速、有效，不但降低了施工作业安全风险，还加快了施工进度，节约了施工成本，而且使洛维大桥主桥箱梁线形得到良好控制，具有明显的经济效益和社会效益。

参考文献：

[1]泉州至南宁高速公路柳州（鹿寨）至南宁段改扩建工程洛维大桥两阶段施工图设计[R].广西壮族自治区交通规划勘察设计研究院，2016.

[2]JTGTF50-2011，公路桥涵施工技术规范[S].

[3]张清川.连续梁桥挂篮反力预压设计与结构受力分析[J].铁道建筑，2019（10）：45-49.

[4]刘柏平，何占忠，王胜利.反支点预压法在高墩大跨桥梁施工中的应用[J].公路交通技术，2008（3）：80-83.

收稿日期：2020-05-08