高墩连续刚构桥0#块托架反力架预压技术研究

王 再 强 ， 戴 声 茂

(中国水利水电第七工程局有限公司 ， 四川 成都 610213)

1 概 述

省道308线合江至泸州一级公路赤水河特大桥位于泸州市合江县境内，大桥全长618 m，最大桥高73.5 m，主桥为三跨(105 m+200 m+105 m)预应力混凝土连续刚构桥。主桥下部结构采用钢筋混凝土双薄壁柔性墩，顺桥向两墩柱净距4.6 m，截面尺寸为2.7 m×8.35 m，上下游设80 cm厚的圆形分水尖。主墩承台高5 m，平面尺寸为11.25 m×20.5 m。主桥墩顶距离承台顶面的最小距离为64 m。

主桥上部结构为分幅式单箱单室截面与三向预应力混凝土结构，每幅箱梁顶板宽边为14.35 m，底板宽8.35 m，外翼板悬臂长3 m，箱梁顶板设置成2%的单向横坡；箱梁高度从墩顶0#梁段的12.5 m以1.8次抛物线渐变至跨中及边跨现浇段梁的4.1 m。主桥0#块的高度为12.5 m，纵向长13.6 m，大桥共有4个0#块，均采用托架作为平台进行0#块施工。0#块托架安装完成后需要对平台进行预压，用以消除施工平台的非弹性变形并测算出平台的弹性变形，为0#块预抬值提供计算依据。

2 预压方案的选择

0#块托架预压常采用沙袋加载预压法、水箱加载预压法、张拉钢绞线三种预压方案。沙袋预压法能够较为真实的模拟0#块施工时的荷载分布，但在桥梁墩柱较高的情况下，易受施工成本高、加载时间长、沙袋堆积高而导致施工风险过大等因素的影响。水箱预压法对施工荷载的模拟较沙袋预压法差，但该方法施工成本较沙袋预压法低。其缺点是：若预压平台面积小、施工荷载大时，为满足预压荷载的施加会导致水箱高度过高，对水箱的刚度、强度和稳定性要求高，存在较大的施工安全风险。

反力架预压法需先计算施工过程中托架在最不利工况下的荷载大小及各构件的强度、刚度和稳定性，然后选择如何利用分配梁来实现施工荷载的模拟；反力架预压法需要提前预埋反力承力件，在墩柱没设承台的情况下需在墩身预埋反力承力件，反力承力件预埋施工比较复杂。该方法具有操作方便、荷载易控制、加载时间短、施工成本低等优势，但同样存在一定的施工风险。

该工程充分考虑了预压平台高度，综合考虑了施工安全、施工时间及经济成本，经过三种方案比选，最终决定采用反力架预压法进行0#块托架点的预压施工。

3 反力架的原理及结构

3.1 反力架原理

根据实际混凝土荷载分布划分预压区间并确定各区间混凝土荷载，通过分配梁布置及钢绞线点位确定模拟荷载分布，然后计算张拉力和伸长值、控制油表读数，从而实现模拟荷载。通过将钢绞线两端分别锚固在承台反力架与上部施工平台并对钢铰线进行张拉，所形成的张拉力反作用于上部支架，进而实现对上部支架的预压。

3.2 反力架结构

反力架结构设计：首先根据0#块混凝土施工方式、方法计算确定最不利工况下托架梁的受力情况，然后确定如何利用分配梁实现施工荷载的模拟，将托架梁的受力情况简化成分配梁施加荷载，最后根据分配梁的荷载计算确定反力预压系统各构件的断面尺寸、连接方式和张拉千斤顶规格、型号以及墩柱承台埋件的埋设参数。

0#块混凝土竖向分两层浇筑，均采用四角布料均衡上升的方式，荷载计算时，不考虑施工过程中混凝土初凝后的承载能力，故托架最不利的工况为第一次混凝土全部浇筑完成时。按此原则计算得到每个张拉点的张拉力为875 kN，其反力架结构见图1～4。

4 反力架预压的实施

图1 预压装置安装示意图

图2 详图A(上部支架)

图3 详图B(下部反力架)正视图

图4 详图B(下部反力架)侧视图

工艺流程：施工准备→精扎螺纹钢预埋→抗拉拔试验→装置安装→预压加载施工→卸载并拆除装置。

4.1 施工准备

在预压实施前需编制预压施工方案，按相应审批流程进行审批，并对现场施工人员进行安全技术交底，明确各小组的工作和职责；按预压方案制备材料，材料进场验收后，在现场制作加工承压梁与反力架(上层架和底架)。

4.2 精扎螺纹钢的预埋

在承台混凝土施工时需进行精扎螺纹钢埋设，精扎螺纹钢的埋设位置根据上部承压梁荷载施加点的位置确定，必须控制上部荷载施加点与下部张拉点两者的连线垂直于水平面，即通过千斤顶施加的荷载垂直向下。精扎螺纹钢安装时应垂直于水平面。

4.3 抗拉拔试验

根据结构设计，每个张拉点的张拉力为875 kN，其张拉力由两根精扎螺纹钢承担，承台混凝土对精扎螺纹钢的握裹力不应小于0.6倍张拉力(525 kN)。为确保精轧螺纹钢与承台混凝土的握裹力满足使用要求，需对预埋精扎螺纹钢进行抗拉拔试验(图5)。

图5 现场拉拔试验照片

4.4 装置的安装

(1)吊装上部承压梁。上部承压梁由两片工字钢及钢板拼装组成，工字钢型号由技术人员根据其所承受荷载的大小确定。工字钢的双拼净间距一般设置为5～8 cm，以方便钢绞线穿过。承压梁在后场拼装焊接完成并经验收合格后用塔吊配合人工的方式安放在指定位置。出于安全考虑，承压梁可采用点焊方式在平台面进行临时固定。

(2)安装上部锚具。上部锚具的安装位置由技术人员确定，承压梁与上部锚具之间设置一块方形圆孔垫钢板以增大上部锚具与承压梁的接触面积。锚具型号根据钢绞线张拉力的大小确定，上部锚具的配套夹片采用工具夹片(图6)。

图6 安装上部锚具照片

(3)安装下部反力架。反力架主要由底架、上层架、垫钢板和螺栓组成。底架与上层架的上下面均需要设置垫钢板与螺栓，通过垫钢板与螺栓使底架和上层架固定在预埋杆上。反力架的底架与上层架均由工字钢和钢板焊接拼装，工字钢净间距为5～8 cm，各处焊缝需经验收合格后方可投入使用(图7)。

图7 反力架安装照片

(4)安装穿心式千斤顶及油泵机。根据钢绞线张拉力的大小确定穿心式千斤顶型号，调整反力架的上层架和底架之间的距离，将千斤顶安装在上层架与底架之间，并在千斤顶与上层架、底架接触面各安置一块方形圆孔钢板。将油泵机移动至施工安全区域后，使用油管连接千斤顶与油泵机。

(5)锚固钢绞线。钢绞线的安装方式采用塔吊配合人工由上至下进行安装。上端固定在上部锚具后用夹片锁紧，钢绞线穿过方形垫钢板的圆孔和承压梁双拼工字钢之间的缝隙，下端分别穿过上层架缝隙、方形垫钢板的圆孔、穿心式千斤顶、方形垫钢板圆孔、底架缝隙、方形垫钢板圆孔后用锚具锚固在底架下表面，并用工具夹片锁紧。完成上述操作后，预压反力架即安装完毕。

4.5 预压加载施工

预压前，对千斤顶进行校验并确定油表读数与张拉力大小的计算公式。

预压前，根据施工现场的实际情况选取观测点位，首次测量所选点位的高程作为初始高程。根据对应的施工方案和实际情况，一般可选取30%、50%、80%及100%的荷载等级进行分级加载。首先锁定上层架的所有螺栓，使上层架处于锚固固定状态，然后千斤顶行程回零，冲紧夹片，解除底架的所有螺栓固定，使底架处于可沿预埋杆上下移动的状态，最后再次冲紧夹片。完成上述操作后，开动油泵机按荷载等级逐级加载即开始反力架预压施工。为确保预压施工的有效性和安全性，需要在全过程进行持续观测，观测点位为初始高程观测点位，观测过程中若发生异常响动或异常位移情况时应立刻停止预压施工，待查明原因后方可继续预压操作。预压施工加载至满载后需持荷24 h，通过锁定底架上的螺栓使钢绞线的张拉力由底架承担，并通过预埋杆传递至承台。

4.6 卸载并拆除装置

卸载前，待解除底架下部的2个锚固螺栓后，启动油泵机使穿心式千斤顶推动底架向下移动少量(2 cm)距离后解除底架上部的锚固螺栓，之后开始缓慢分级卸载。完成分级卸载后，对之前的选取点位再一次进行观测并记录整理加载前、加载过程中、卸载后的数据并进行分析，确定弹性变化量与非弹性变化量。在反力架上方50 cm位置切割断钢绞线后，采用塔吊匹配和人工的方式拆除钢绞线，剩余装置的拆除应由上至下进行，均采用塔吊配合人工进行拆除，依次吊运承压梁、反力架上层架、穿心式千斤顶、反力架底架至后场。

5 结 语

采用反力架预压法顺利测出了托架的非弹性和弹性变形量，验证了0#块托架的强度、刚度和稳定性，成功解决了赤水河特大桥0#块托架预压的难题。该预压方法工艺简单、操作灵活、方便，能有效提高工作效率、降低施工成本、缩短施工工期，施工过程安全可靠，远优于堆载预压法，尤其在高墩托架预压中更具有优越性。