沈海复线高速公路福建莆田段湖洋1#大桥挂篮反力三角架预压技术

刘柏生

(福建省交通建设工程监理咨询公司)

1 工程概况及试验目的

湖洋1#大桥位于沈海复线高速公路福建省莆田市仙游县社硎乡九仙溪处，大桥横跨双溪口水库。主桥左幅起止桩号ZK89+891～ZK90+119，墩身为矩形薄壁空心箱墩，最大墩高66.732 m;主桥6#～9#墩上部结构为59 m+110 m+59 m PC连续—刚构箱梁体系，箱梁段一端14个节段，节段长度分别为3 m(1#～6#节段)、3.5 m(7#～10#节段)、4 m(11#～14#节段)，节段箱梁顶宽度16 m，梁底宽度8 m，梁高2.8～6.5 m。梁段最大重量为1#梁段，混凝土方量为68.288 m2重1 775.5 kN。主桥上部采用挂篮悬臂浇筑施工，工程为在建的高速公路沈海复线莆田段的控制性工程。

挂篮预压试验的目的(1)通过超载预压(120%超载)检验整套挂篮各系统的强度、刚度、稳定性能是否满足施工要求;(2)通过观测挂篮在等载预压下，发生的弹性变形量和非弹性度形量，来对悬浇箱梁施工预拱度进行修正。

2 挂篮构造

挂篮选用自锚平衡式菱形挂篮，该形式具有节点少，变形小，质量轻，结构完善，施工方便和适应性强等优点。菱形挂篮主要由主桁架系统、行走及锚固系统、起吊系统、底篮系统、模板系数五大部分组成。

挂篮设计主要技术参数:

(1)钢筋混凝土比重取26 kN/m3;

(2)动力系数取1.2;

(3)施工人员及机具荷载取2.5 kN/m2;

(4)混凝土超载系数取1.05;

(5)挂篮自重:520 kN;

(6)挂篮工作锚固安全系数大于2.0;

(7)挂篮空载走行倾覆安全系数大于2.0;

(8)挂篮空载方式走行:无平衡重由千斤顶顶堆前移。

3 挂篮预压

采用在0#块箱梁混凝土腹板两端头位置预埋钢结构反力三角架进行预压。反力三角架一个边锚固在0#块箱梁腹板上，另一边悬挑在挂篮底板的上方。在反力三角架的悬挑边与挂篮底板之间，按施工荷载的分布情况设置活塞式千斤顶，通过千斤顶顶推三角架加载反压挂篮底板来达到模拟施工荷载的作用。

4 反力三角架构造

三角反力架由水平横梁、上斜撑杆及斜腹杆组成。反力架结构是由2I36b工字钢拼焊成。水平横梁一端预埋在0#块腹板端头下部，外露悬挑部分充担三角架的反力点;上斜撑杆一端与0#块腹板上部的预埋钢板斜向焊接，另一端与水平横梁外端部斜向焊接;斜腹杆将水平横梁及上斜撑杆斜向焊接。

考虑前梁主要荷载集中在腹板位置，所以在挂篮底模的两侧箱梁腹板位置采用I20工字钢按50 cm间距进行加密横向排布，在横布的I20工字钢上两侧腹板纵向位置分别放置并焊的2组2I36工字钢，在左右两侧2组2I36工字钢与各布置2台600 kN千斤顶，采用垫方木及钢板调整千斤顶的高度，千斤顶上端与反力三角架水平横梁的反力点工作面保持水平密贴。同时要确保千斤顶的有效行程能满足挂篮在超载预压下的最大变形量要求，见图1。

图1 反力三角架构造

5 反力架结构计算

由于千斤顶下2组2I36工字钢及横向50 cm间距加密排布的I20工字钢刚度考虑到足够大，均可当作刚性体，即通过2台千斤顶平均施加压力，反应在挂篮上相当于均布荷载。在挂篮结构计算中得出，挂篮底篮前、后横梁所承受的荷载分别占总荷载的39%和61%，经推算，当2台千斤顶间距180 cm及第1台千斤顶离0#块端部混凝土40 cm时可充分模拟出挂篮底篮前、后横梁受力比为39%∶61%的受力状态，即通过反力架预压可达到模拟挂篮在实际悬浇过程中的受力状态。

三角反力架按试验最大吨位超载120%即2 130 kN进行设计计算。预压试验单端采用了4台600 kN千斤顶预压，即左右侧腹板每边各2台。单台千斤顶控制反力为532.5 kN。

经计算，反力三角架满足受力要求。

6 反力加载预压试验

6.1 加载预压准备工作

在左8#墩浇筑0#块混凝土，同时预埋反力三角架预埋件，待混凝土强度达到100%张拉压浆完成后，采用塔吊配合在0#块两端按照施工方案要求，同步对称安装挂篮及反力三角架，0#块两端同步加载。

6.2 加载预压试验的观测

(1)观测点位位置及观测项目及仪器

监测挂篮上横梁及下横梁顶面高程的沉降值。在横梁两端及梁中采用红油漆标上沉降观测控制点的标记，每道横梁共设3个标记，共8个横梁24个标记。沉降观测仪器采用苏光DSZ2型自动安平水准仪一台，5 m塔尺一副。

(2)试验观测频率

当预压准备工作完成后，对左右端对称的两副挂篮同时进行预压。观测次数为加载前、加载20%、加载50%、加载80%、加载100%，每级加载时持荷2 h，最后加载120%并持荷24 h，最后卸载50%及卸载100%，共8次。

6.3 加载、卸载的方法

进行加载时，按照梁端一台油泵控制2台千斤顶进行加载预压，两端同步进行、分级逐步进行加载，按照总荷载梁端2 130 kN的20%、50%、80%、100%、120%进行。当每次达到等级设计要求时，停止加载至稳定后，观测底模下横梁及上横梁各观测点沉降值后，进行下级加载观测至最后一组荷载。

在加载过程中要准确控制荷载总重量，严格按设计总重量加载，每级加载应对称均匀加载，同时两端务必要同步，防止和避免出现偏压和不平衡加载。在每级荷载加压前及加载过程，都要注意观察挂篮各系统工作状况及反力三角架各部位情况是否正常，若发现异常情况，应立即暂停预压，查明原因并采取可靠应对措施后，方可持续预压。

加载预压试验持续时间掌握在2 h时间，通过观测的沉降值及现场观察挂篮各系统的工作状况达到正常后，即可卸载。卸载同样必须做到对称均匀，同步逐级，并观测挂篮各系统变化情况。

7 试验观测结果

挂篮的非弹性变形量(沉降量，100%荷载)平均为6 mm。挂篮的弹性变性量(100%荷载)(1)前上横梁平均为14 mm，后上横梁平均为1 mm;

(2)前下横梁平均为20 mm，后下横梁平均为5 mm。

8 试验结论

(1)在试验整个观测过程中，挂篮的变形、沉降无异常情况，整体受力均匀，符合挂篮设计及规范要求。

(2)挂篮的非弹性变形量平均为6 mm。

(3)挂篮承受全部荷载时的最大弹性变形量实测值为20 mm。

(4)施工预拱度设置为31 mm。

9 挂篮预压试验的几种方案比较

(1)堆载预压:堆压材料利用钢材、砂包、预制块水箱等，加载卸载时间长，特别是高墩情况，费用较大，受空间位置制约，但模拟实际荷载效果好。

(2)承台锚固，反拉预压:

在承台上锚固，使用钢绞线、千斤顶反拉挂篮下横梁的方案。加载卸载时间较短，模拟实际荷载效果一般。由于受千斤顶行程限制，对高墩情况不便操作。同时还存在竖向钢绞线反拉、承台垂直方向锚固位置禁边不足问题。

(3)反力三角架方案

加载时间短，结构简单，费用较省，不受高墩影响，工作面集中，便于统一指挥和控制，模拟实际荷载效果较好。但需把握千斤顶加载的速率，尽可能放慢速率，以便尽可能消除材料非弹性变形，内部应力再平衡分配。

10 结束语

湖洋1#大桥反力三角架预压方案适用于高墩悬浇挂蓝，现场操作方便、预压时间短、效果较好。采用在反力三角架预埋腹板全断面范围内设置钢筋网片，防止腹板混凝土在加载过程中开裂，使钢结构与混凝土结构受力状况很好地过渡结合。