■康嘉升(福建省交通建設(shè)工程監(jiān)理咨詢公司,福州 350000)
淺析懸澆梁0#塊托架反力預(yù)壓技術(shù)的應(yīng)用
■康嘉升
(福建省交通建設(shè)工程監(jiān)理咨詢公司,福州350000)
摘要本文以福壽高速公路西浦大橋工程為實(shí)例,對(duì)懸澆梁0#塊托架采用反力預(yù)壓的施工技術(shù)進(jìn)行了研究和應(yīng)用,經(jīng)過實(shí)踐證明該技術(shù)安全可靠、操作性強(qiáng),有效縮短預(yù)壓周期,降低施工成本,具有較好經(jīng)濟(jì)效益和應(yīng)用前景。
關(guān)鍵詞托架反力預(yù)壓應(yīng)用
寧德福壽高速A5標(biāo)段西浦大橋跨域西浦溪,溪谷縱坡小于5°,該橋盤山而設(shè),左橋長(zhǎng)783m,右橋長(zhǎng)763m,上部結(jié)構(gòu)均采用PC連續(xù)鋼構(gòu)T梁、變截面箱梁,其中最后三跨采用單箱單室變截面箱梁連續(xù)鋼構(gòu)(72m+130m+72m),控制斷面梁高:中支點(diǎn)處8m,邊跨直線段及主跨跨中處3m,箱梁橫截面為單箱單室直腹板,箱梁頂板寬度為12m,底寬為6m,主墩截面為6× 4.8m,0#塊長(zhǎng)12m,箱梁?jiǎn)蝹?cè)懸出3.6m。
變截面箱梁采用掛籃懸臂澆筑施工,0#塊采用墩頂安裝三角托架現(xiàn)澆法澆筑施工,該橋共4個(gè)0#塊,為能迅速便捷地完成對(duì)0#塊托架的預(yù)壓工藝,縮短預(yù)壓周期,降低施工成本,對(duì)常規(guī)的堆載預(yù)壓方法進(jìn)行了改進(jìn)與調(diào)整,采用千斤頂施加反力的預(yù)壓方法,驗(yàn)證托架的安全穩(wěn)定性及變形值。
0#塊托架采用三角形牛腿方案,牛腿采用穩(wěn)定性較好的三角形結(jié)構(gòu),為使各桿件受力均勻,采用45°等腰三角形,各桿件全部采用雙槽鋼對(duì)扣型式,桿件間連接采用20mm厚鋼板焊接,其中水平桿件采用40c槽鋼,主要是考慮和設(shè)計(jì)圖紙中合攏勁性骨架同材,其它桿件型號(hào)通過計(jì)算,稍提高一個(gè)型號(hào)。
三角形托架通過在墩頂部位預(yù)留的孔道穿設(shè)精軋螺紋鋼筋張拉錨固,同時(shí)墩頂相應(yīng)部位預(yù)埋錨板和托架焊接加強(qiáng),單側(cè)對(duì)稱布設(shè)三榀三角形托架,經(jīng)驗(yàn)算能夠保證桁架的安全儲(chǔ)備系數(shù)在1.5以上,如圖1所示。
由于托架的變形對(duì)0#塊混凝土質(zhì)量和梁體線形產(chǎn)生至關(guān)重要的影響,在三向預(yù)應(yīng)力及支點(diǎn)反力作用下,0#塊處于復(fù)雜的應(yīng)力狀態(tài),支架的不均勻變形使支點(diǎn)附近的底板、肋板的應(yīng)力集中現(xiàn)象。因此,必須通過預(yù)壓來減小支架變形,防止混凝土開裂,改善梁體線形;同時(shí)亦可檢查托架結(jié)構(gòu)安全,防止事故發(fā)生。
圖1 0#塊托架布設(shè)側(cè)面圖
傳統(tǒng)的預(yù)壓方法采用的是配重堆載預(yù)壓法,一般有砂袋預(yù)壓、鋼材預(yù)壓、水箱預(yù)壓,若采用以上方法,則需考慮以下問題:
(1)堆載重量太大,需要的材料多,如采用砂袋預(yù)壓,需550m3砂子和1萬多個(gè)編織袋;采用鋼材預(yù)壓,需提前準(zhǔn)備約800t鋼材;采用水箱預(yù)壓,需800t水及相應(yīng)的水箱。
(2)配重堆載過程費(fèi)工費(fèi)時(shí),根據(jù)高空塔吊作業(yè)功率推算,每吊一次所需時(shí)間平均為15min,吊重約為2~3t/次,可知800t重物堆卸共需5~8天時(shí)間(未考慮其它因素),整體周期約需10天,相對(duì)較長(zhǎng)。
(3)采用堆載預(yù)壓增加施工成本,考慮材料費(fèi)及人工費(fèi),采用砂袋預(yù)壓,需投入約8萬元,采用鋼材預(yù)壓需積壓資金約180萬,采用水箱預(yù)壓需投入5萬元。
(4)堆載預(yù)壓安全性較差,如采用砂袋預(yù)壓,受天氣影響較大,雨天易造成超載預(yù)壓,且堆放高度過高易造成斜塌;采用水箱預(yù)壓,由于水壓相當(dāng)大,水箱必須有足夠的強(qiáng)度和剛度,否則易產(chǎn)生水箱破損。
經(jīng)仔細(xì)研究分析支架的受力特點(diǎn)及結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況,提出了反力預(yù)壓方案,有效解決上訴存在的不利因素,即在0#塊托架上設(shè)置千斤頂反壓架,利用千斤頂張拉預(yù)埋在承臺(tái)上32mm精軋螺紋預(yù)應(yīng)力筋進(jìn)行超載1.2倍張拉加載,預(yù)壓變形穩(wěn)定后(不少于24h)測(cè)定托架的變形量,計(jì)算出托架各點(diǎn)的彈塑性變形,檢驗(yàn)托架的承載能力,為立模標(biāo)高提供依據(jù),如圖2所示。
圖2 0#塊托架反力預(yù)壓布設(shè)圖
5.1預(yù)壓前準(zhǔn)備
(1)承臺(tái)精軋螺紋鋼筋預(yù)埋
主墩承臺(tái)澆筑時(shí),墩縱向兩側(cè)雙排對(duì)稱埋設(shè)精軋螺紋鋼筋,每排4根共16根,埋設(shè)位置為相鄰?fù)屑荛g中線正下方,根據(jù)箱梁?jiǎn)蝹?cè)懸出長(zhǎng)度,計(jì)算出精軋螺紋鋼筋按72cm/根縱向等間距埋設(shè),預(yù)埋深度大于1.5m,底部設(shè)置相應(yīng)的錨具,預(yù)壓前檢查預(yù)埋是否穩(wěn)定,抽取數(shù)根模擬試?yán)?/p>
(2)托架荷載的計(jì)算
經(jīng)計(jì)算,西浦大橋0#塊單側(cè)托架所受荷載約為334.78t,主要考慮箱梁自重、模板自重、施工人員、施工料具堆放、運(yùn)輸荷載、傾倒混凝土?xí)r產(chǎn)生的沖擊荷載、振搗混凝土產(chǎn)生的荷載、托架材料自重等,即單側(cè)托架承受總荷載為3280.84kN,平均每根精軋螺紋預(yù)壓加載3280.84/8=410kN,另根據(jù)設(shè)計(jì)要求托架必須按不小于施工總重量120%進(jìn)行充分預(yù)壓,以消除彈性變形,120%加載為410×1.2=492kN。
(3) 0#塊托架檢查驗(yàn)收
托架按廠家設(shè)計(jì)進(jìn)行拼裝,檢查三角形托架與墩間預(yù)留孔道穿設(shè)精軋螺紋鋼筋的錨固情況,檢查托架與預(yù)埋鋼板件之間焊接質(zhì)量等。
(4)張拉設(shè)備檢驗(yàn)校定
檢查設(shè)備標(biāo)定情況,依據(jù)標(biāo)定的回歸方程計(jì)算出各級(jí)各千斤頂加載的油表讀數(shù)。
(5)反壓構(gòu)件加工
反壓構(gòu)件主要材料為型鋼,根據(jù)構(gòu)件受力要求,選擇合適的型鋼制作反力架。
5.2設(shè)備安裝
(1)安裝受壓梁
受壓梁采用I40a型鋼雙拼橫鋪在已搭設(shè)好的0#塊托架上,采用鋼筋將型鋼焊接成整體,確保整體穩(wěn)固,同時(shí)按照72cm/道等間距鋪設(shè),以確保力傳遞至支架上相對(duì)均勻。
(2)安裝千斤頂、限位板和精軋螺紋鋼。
(3)設(shè)置觀測(cè)點(diǎn):每榀托架在前、中、后各設(shè)3處共18點(diǎn)觀測(cè)點(diǎn),如圖3所示。
圖3 觀測(cè)點(diǎn)布設(shè)圖
5.3預(yù)壓及觀測(cè)
5.3.1預(yù)壓及觀測(cè)步驟
為使整體受力均勻,采用8臺(tái)千斤頂對(duì)稱同步同時(shí)加載,按預(yù)壓噸位分別對(duì)稱張拉相應(yīng)的精軋螺紋鋼筋,使其按25%、50%、75%、100%、120%五級(jí)荷載進(jìn)行加載,具體方法:
(1)加載前先測(cè)量出各觀測(cè)點(diǎn)標(biāo)高H0,然后開始加載,先按四級(jí)進(jìn)行加載,每級(jí)加載為預(yù)壓荷載的25%,每級(jí)全部加載到位后測(cè)量各觀測(cè)點(diǎn)標(biāo)高H1~H4。
(2)加載至120%荷載時(shí),測(cè)量出各觀測(cè)點(diǎn)標(biāo)高H5。
(3)當(dāng)變形穩(wěn)定后,即120%加載完成后6h、12h、24h,分別測(cè)量各觀測(cè)點(diǎn)標(biāo)高,變化穩(wěn)定后便可進(jìn)行卸載,卸載后測(cè)量各觀測(cè)點(diǎn)標(biāo)高H6。
(4)根據(jù)測(cè)出的各觀測(cè)點(diǎn)各階段的標(biāo)高,計(jì)算出0#塊托架系統(tǒng)彈性變化值及非彈性變形值,即彈性變化值f1=H6-H5,非彈性變形值f2=H0-H6。
5.3.2預(yù)壓過程注意事項(xiàng)
(1)預(yù)壓選在晴天進(jìn)行,加強(qiáng)臨邊防護(hù),操作人員相關(guān)安全防護(hù)用具應(yīng)佩戴到位,確保高空作業(yè)施工安全。
(2)張拉順序:先中間后邊緣每側(cè)4個(gè)點(diǎn)作為一組對(duì)稱施加張拉力。
(3)加載過程應(yīng)盡可能模擬混凝土的分層澆筑狀態(tài),確保分級(jí)對(duì)稱加載,避免支架受較大的不對(duì)稱外力。
(4)為防止由于工藝和設(shè)備原因而導(dǎo)致有效預(yù)應(yīng)力的損失,6h、12h、24h觀測(cè)前應(yīng)對(duì)各桿件進(jìn)行補(bǔ)張拉。
(5)加載24h后,預(yù)壓沉降量觀測(cè)平均值相差不大于1mm時(shí),認(rèn)為支架預(yù)壓以達(dá)穩(wěn)定,可以卸載,卸載后再測(cè)量標(biāo)高。
(6)在整個(gè)加載過程中,派專人觀察支架變形,如果支架變形過大或在分級(jí)加載中通過測(cè)量出標(biāo)高變化過大,應(yīng)立即停止加載,說明托架穩(wěn)定性不符合要求,及時(shí)通知廠家更換托架。
5.4觀測(cè)記錄
觀測(cè)記錄見表1。
表1 觀測(cè)記錄表
5.5觀測(cè)數(shù)據(jù)分析
根據(jù)觀測(cè)記錄表,可知最大彈性變形為5mm,平均彈性變形3.3mm,彈性變形量與理論計(jì)算值較為吻合,且上述結(jié)果均小于規(guī)范要求的L/400=3600/9=9mm,故托架的承載力能夠滿足施工要求。
(1) 0#塊施工后經(jīng)第三方監(jiān)控單位監(jiān)測(cè),結(jié)果顯示橋面標(biāo)高符合設(shè)計(jì)規(guī)范要求,檢查頂板、腹板外觀,均未發(fā)現(xiàn)裂縫,底板線性符合設(shè)計(jì)要求,說明托架反應(yīng)力預(yù)壓的施工技術(shù)是可行的。
(2)本工法與堆載預(yù)壓相比,縮短預(yù)壓周期,克服0#塊大噸位預(yù)壓難度,且可操作性強(qiáng)、安全可靠,可利用工地現(xiàn)有的相關(guān)張拉機(jī)具設(shè)備,不需要另行投資,經(jīng)濟(jì)適用。
參考文獻(xiàn)
[1]TB10002.2-2005,鐵路橋梁鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].
[2]GB/T700-2006,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].
[3]JTGD60-2004,公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范[S].
[4]吳成明.楊文忠.連續(xù)箱梁0#塊反力預(yù)壓施工方法[J].江西建材,2013(2).