蚂蚁河1号特大桥0号块支架反力法预压施工技术

章 韵, 万学俭, 王安东, 宋建龙

(1.陕西铁路工程职业技术学院，陕西 渭南 714000; 2.中铁一局集团 第二工程有限公司，河北 唐山 063004)

蚂蚁河1号特大桥0号块支架反力法预压施工技术

章 韵1, 万学俭2, 王安东1, 宋建龙2

(1.陕西铁路工程职业技术学院，陕西 渭南 714000; 2.中铁一局集团 第二工程有限公司，河北 唐山 063004)

结合哈牡客运专线蚂蚁河1号特大桥施工实例，在浇筑混凝土前,对支架采用反支点预压法，通过介绍支架预压的方法和措施，同时分析了反力法施工过程中的钢绞线受力计算、加载过程和卸载过程等技术要点，得出反力法具有安全可靠和方便快捷的优点，对类似工程有一定的参考价值。

客运专线；0号块；支架；反支点；预压；荷载

0 引 言

0号块的预压与否直接影响其施工质量和结构安全，为检测支架整体稳定性和安全性，消除支架的不均匀沉降[1]，准确测出整个支架的变形量，为支架预拱度设置提供依据，在支架及临时固结安装完后，应对支架进行预压试验。目前而言，0号块预压的方法有堆载法、水箱法和反力法。而反力法相比前两种方法，具有模拟荷载效果好[2]、材料用量少、安全可靠、受力明确、施工方便、省工省力等优点，结合哈牡客运专线蚂蚁河1号特大桥转体连续梁0号块预压的实践，介绍反支点预压支架施工技术的应用，以供其他工程参考。

1 支架反支点构造

蚂蚁河1号特大桥为哈牡客专双线铁路转体连续梁桥，转体桥梁结构长68 m，0#块长度为10 m，钢管柱反力支架搭设在主墩承台上(图1)，支架采用Φ630×10 mm(壁厚10 mm)钢管支架，通过锚栓连接件与承台固结。支墩顶部采用双拼I45a工字钢作为横向分配梁，工字钢通过钢板焊接成整体，上部铺设I32a工字钢纵梁(图2)，腹板下间距为0.4 m，底板下间距0.8 m。工字钢纵梁上布置I18a工字钢横梁，腹板下间距为0.3 m，底板及翼缘下间距为0.9 m。工字钢横梁上布置10 cm×10 cm纵向方木，腹板下间距0.25 m，底板下间距0.35 m，上铺15 mm厚竹胶板。钢管柱支架安装好后，然后采用千斤顶单端张拉钢绞线的方式，做好0#块支架进行预压准备。

图1 反力法BIM模型示意图

图2 0号块钢管柱支架侧面布置示意图

2 支架反支点预压

2.1 反支点预压的目的

为保证施工安全、提高现浇梁质量，支架搭设完毕，底模和侧模铺设完成后，对支架进行加载预压。预压的目的：一是消除支架及地基的非弹性变形；二是得到支架的弹性变形值作为施工预留拱度的依据；三是测出地基沉降；四是检验托架是否安全可靠为采用同类型的桥梁施工提供经验数据。

2.2 反支点预压工艺流程

支架反支点法的工艺流程为：承台钢绞线预埋点放样→预埋承台钢绞线→搭设钢管脚手架→安装横梁→安装纵梁→设置0号块临时固结→安装横向分配梁→安装横梁顶端锚具及夹片→分级对称张拉钢绞线→持荷→卸载→确定各断面变形量→确定立模标高(预拱度)。

2.3 反支点预压的方法

反支点预压法即将预应力钢绞线预埋承台，通过设置工字钢横向分配梁，利用千斤顶将面荷载转化为多点集中荷载，模拟0号块在浇筑完混凝土后的真实受力情况，达到消除非弹性变形，测出弹性变形量，确定立模标高。支架加载和卸载采用反支点预压，即钢铰线上头固定在支架上，下头锚固于承台混凝土中，通过千斤顶在上端张拉钢铰线，使最大预压力达到0号块两侧浇筑混凝土自重的120%，使支架体系达到受力要求。预压载荷为：0→60%G(G为施工荷载)→100%G→120%G→稳定监测→卸载。支架加载和卸载应按照对称、分层、分级的原则进行，严禁集中加载和卸载，卸载与加载顺序相反。每级加载发现局部变形过大时立即停止加载，对体系进行分析，查明原因且保证安全后方可继续加载。

2.4 反支点预压荷载计算

0号块节段纵向总长10 m，其中可分为中间段、过渡段和边缘段(图3、图4)。由于0号块中间3.6 m的长度是作用在桥墩上的，故计算最大荷载仅考虑0号块除去3.6 m的其余两端荷载，即过渡段和边缘段作用在反力架上的自重，单侧计算方法为：先计算单侧结构物(过渡段+边缘段)体积，然后乘以材料容重，即得到结构单侧的自重。单侧结构物体积按柱体体积计算(图5)，具体计算如下：

图3 0号块图平面图

图4 0号块图侧视图

图5 支架断面预压方式示意图

单侧过渡段自重：G1=(1.119+5.166+1.364+2.385+1.115+10.787+1.583+2.385)×2÷2×1.472×2.8=106.77 t

单侧边缘段自重：G2=(1.119+5.166+1.364+2.385)×2×1.728×2.8=97.1 t

单侧结构物自重：G单重=G1+G2-106.77 t+97.1 t=203.87 t

单侧结构物预压荷载：G单压=1.2×G单重=244.64 t

双侧结构物预压荷载：G双压=2×G单压=489.28 t

因此，确定反支点双侧预压总重量为489.28 t(单个0#块两侧重量乘以120%)，预压荷载重应分四级进行，满足“分级同步均匀”的加载原则，预压加重顺序为0→60%→100%→120%。根据0#块混凝土特点，按每根钢绞线受力21 t(钢绞线采用Φ15.20的规格，强度1 860 MPa,截面积139～140 mm2，理论破断力为(258.45～260.40 kN)考虑，两侧共24根钢绞线，合计为504 t，大于489.28 t，实际预压量大于理论值，故为安全。对比相关规范[3]，预压荷载应不小于最大施工荷载的1.1倍，满足规范要求。

2.5 反支点预压加载布置

本桥反力法支架加载断面布置在支墩和纵梁跨中位置，下端锚固在承台中(图6)，上端锚具在横梁上(图7)。

图6 反力法承台钢绞线现场示意图

图7 反力法横梁锚具现场示意图

桥墩反力支架设置4个加载断面A、B、C、D，预压区域的每个断面设置六个预压反力点(平面布置如图8所示)，满足分级同步对称均匀[4]的要求。预压值将混凝土的均布荷载转化为多个集中力作用在支架上，按集中力产生的跨中及支点处的弯矩及剪力与实际混凝土荷载产生的相应位置的弯矩和剪力一样考虑。经过理论计算后，每个断面采用6台YDC240Q型液压千斤顶，在支架顶面进行对称单端张拉，两个断面对称张拉，直到四个断面张拉完毕。

图8 支架反支点预压平面图

3 支架预压变形监测与分析

按照反支点法施工，一方面收集支架的变形数据，另一方面可减少或消除支架的构造变形，以保证浇出的梁段不发生过大的挠度变形和开裂。总沉降量=非弹性变形值+弹性变形值，非弹性变形值=加载前标高-卸载后标高，弹性变形值=卸载后标高-卸载前标高。

3.1 反支点预压变形监测

反力法支架预压加载之前，对其应进行高程测量，支架预压变形监测采用全站仪进行监测[5]，监测通过最后一次加载监测的数据和预压前监测数据，对比得出支架的总沉降量。与全部卸载完时的非弹性值进行对比，可得出弹性变形值[6]。支架搭设和0号块预压过程中，设专职安全员值班，一是随时检查支架搭设和预压时出现的变化，处理紧急情况并及时向作业人员发出停止或撤离信号；二是阻止非施工人员进入支架预压区域以防发生意外；三是在靠近铁路侧的支架上搭设密目网，并设置警示带，专人指挥施工(钢管柱支架、模板、钢筋安装、混凝土浇筑、压浆等)操作，防越线施工。

蚂蚁河1号特大桥反力法支架监测采用梁柱式支架布置[3]，监测断面为4个断面A、B、C、D，监测点布置如图9所示。以A断面为例，其监测点变为A1、A2、A中、A3、A4，监测断面和反力预压断面相同，但断面监测点较预压点有所减少。每级加载完毕1 h后进行支架的变形监测，加载完毕后宜每6 h测量一次变形值，当相邻两次监测沉降量平均值之差不大于2 mm时，方可进行后续加载。荷载的持荷(120%)时间应不少于24 h，变形监测稳定后开始卸载。卸载顺序与加载顺序相反[7]，原则是后加先卸，先加后卸，分级分批卸载，反力支架卸载6 h后，方可监测各断面点的沉降量，以62号墩支架为例，监测数据如表1所列。

3.2 反支点预压横向数据分析

首先根据上述62号墩支架监测数据，绘制出各断面预压变化(荷载-沉降量)关系曲线，见图10～图14所示。根据图示分析可知，在分级加载时，A、B、C、D四个断面基本按沉降量逐渐增加的趋势变化。整体而言，第一次加载到60%后，支架沉降变形最大，约占总沉降量的2/3；第二次加载到100%后，沉降变形的增量与第一次加载后相比骤然减小，整体沉降是继续增大；而当第三次加载到120%时，沉降变形增量与第二次加荷后相比更小，但四个断面对应的五个关键点1、2、中、3、4都出现最大沉降量，而加载120%保持24 h后，沉降量反而减小，原因主要在于支架的螺帽和螺母、锚具和横向分配梁、钢绞线、夹片之间缝隙被压密钢绞线的预应力损失等。

表1 62号墩支架加载各阶段标高监测及沉降量计算表

图10 横向A1～A4断面预压沉降监测(mm)

图11 横向B1～B4断面预压沉降监测(mm)

图12 横向C1～C4断面预压沉降监测(mm)

图13 横向D1～D4断面预压沉降监测(mm)

图14 A、B、C、D断面非弹性变形、弹性变形、总变形变形监测(mm)

进一步分析上述图示，通过对比相邻断面类似位置的沉降量，可以找出支架在反力预压时的差异点，找出变化最频繁的沉降值，然后剔除个体异常数据，其余点最大沉降量的平均值即为该断面的最大变形量[8]，其余断面以此类推。以A截面为例，从图10中可以看出，A3监测点在加载60%和加载100%时沉降量均为1 mm，对比分析A断面在加载到60%和100%时的其余点沉降值可知，显然A3加载到100%时应增大，且沉降量与A断面其余点相差不大，但该点沉降量保持不变，故该点数据为个体异常，应该剔除。根据这种方法，可以确定每个断面在不同荷载下的沉降量、非弹性变形值和弹性变形值。

3.3 反支点预压纵向数据分析

反力法预压加载后，支架体系在千斤顶反力荷载作用下产生了弹性变形和非弹性变形[9]，通过图形，可以清楚地看到各点位的具体数值。整体而言，由于A、D断面处于外侧，弹性变形和总沉降均应大于内侧断面B、C，故图15应呈现内高外低的现象，即八字形,但支架纵向A3、B3弹性变形偏差较大，不符合常理，应引起注意。而非弹性变形无规律可循，如图16所示，这是由于外侧的总变形大，但外侧弹性变形也大，故外侧断面的非弹性变形值(外总-外弹)不一定大于内侧断面非弹性值(内总-内弹)。

图15 纵向1～4轴线预压弹性变形(mm)

图16 纵向1～4轴线预压非弹性变形(mm)

3.4 支架模板预拱度调整

由于在钢管支架上浇筑混凝土过程中和支架卸落后，0号块悬挑部分会产生一定的位移。所以，为使0号块在支架拆除后，结构变形满足设计标高和线型要求，就需要在施工时设置一定数值的预拱度[10]。本桥根据设计图纸及上述数据分析可知，在确定预拱度时，应该考虑支架在预压荷载作用下，按测得的支架变形量及设计标高，调整撑杆及纵横支承，调整梁底模板标高，施工梁底标高=设计梁底标高+支架弹性变形值。

就本桥而言，首先，应根据横向断面A、B、C、D的非弹性变形值调整支架，每个断面卸载完毕有5个非弹性变形值，取变化频繁的那个值作为代表值，最终横向调整为一条水平线到梁底的设计标高；然后，根据监测计算得出钢管支架各点的弹性变形数值，根据各点对应的弹性变形数值及设计预拱度调整到立模标高。

4 结束语

蚂蚁河1号特大桥0号块支架通过反支点预压加载，消除了支架弹性变形和支架竖向各杆件的间隙即非弹性变形，并通过监测得出支架在最大荷载加压后的弹性变形值，从而确定施工合理的预拱度数值，为立模标高提供可靠的依据，取得了很好的效果。与通常的预压法相比，反支点预压施工技术在加载模拟、材料用量、安全可靠、施工方便、节约成本、受力分析方面都有很大的优越性。尽管如此，该技术仍存在变形突变量、预应力损失等诸多不足，相信通过不断探索和优化完善，反支点预压施工技术一定会在桥梁支架法施工中得到更加广泛的应用。

[1] 中国铁路总公司.高速铁路桥涵工程施工技术规程[M].北京:中国铁道出版社,2015.

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2016-12-08；修改日期：2016-12-26

章 韵(1980-)，男，浙江嘉兴人，硕士，陕西铁路工程职业技术学院讲师．

U445.4

A

1673-5781(2016)06-0821-05