反支点预压法在高墩大跨桥梁施工中的应用

1、反支点预压法在高墩大跨桥梁施工中的应用反支点预压法在高墩大跨桥梁施工中的应用刘柏平,何占忠,王胜利(1.湖北省公路管理局科研所,武汉430030;2.中铁一局集团第二工程,河北唐山063004)摘要:反支点预压法是一种较新颖的高墩大跨桥梁施工预压方法,可广泛应用于各种大吨位的支架预压,托架预压,挂篮预压等.结合湖北沪蓉西高速公路铁罗坪特大桥主塔下横梁支架预压的实践,介绍反支点预压法在高墩大跨桥梁施工中的应用.在预压工艺,模拟混凝土荷载效果,预压成本,预压安全性方面将其与传统的堆载预压法进行对比,说明反支点预压法的优越性.关键词:预压;钢绞线;模拟混凝土荷载;反支点预压法;高墩大跨桥梁文章编号:

2、10096477(200803008004中图分类号:U445.4文献标识码:BApplicationofReversePivotPreloadingMethodinConstructionofHighrisePierLongspanBridges预压是高墩大跨桥梁施工中的一项重要工序,但由于高墩大跨桥梁的支架,托架,挂篮等要求的预压荷载较大,位置较高,故预压操作难度很大,需投入大量人力,物力和时间.工程实践表明,设计选择预压方案在高墩大跨桥梁施工中是一项重要工作,它将直接影响施工进度,成本等.反支点预压法就是采用张拉钢绞线(或精轧螺纹钢等)的方法对支架施加反力,使其所受反力等于预压荷载,以消

3、除整个支架的非弹性变形,得出弹性铁罗坪特大桥主塔下横梁支架预压的实践,介绍反工艺,模拟混凝土荷载效果,预压成本,预压安全性方面与传统的堆载预压法将其进行对比,说明反支点预压法的优越性.1工程概况铁罗坪大桥是湖北沪蓉西高速公路上的一座特大型桥梁(图1),桥孔布置为6X30m+140m+3221TI+1401TI+3X301TI,其中主桥(140m+3221TI+140m)为3跨1联双塔双索面预应力混凝土边主梁斜拉桥,两岸引桥采用301TI预应力混凝土T梁,先简支后刚构.索塔为H型,高190.397m,由塔座,塔柱,跨3221TI,在世界塔梁固结的同类桥梁中位居前列.1TI,宽6.1m,高66.2

4、75m;两端3.51TI为实心段,中间20.51TI为空心段,空心段底板,顶板,腹板厚度均为0.8m;下横梁顶面设双向2%横坡.图l铁罗坪大桥主桥布置收稿日期:20070628作者简介:刘柏平(1976一),男,湖北省孝感市人,工程硕士,工程师2008年第3期刘柏平,等:反支点预压法在高墩大跨桥梁施工中的应用8l主塔下横梁采用支架法现浇施工(即刚性牛腿与塔身铰接,上面铺贝雷梁).下横梁C50混凝土共计634m3,分2次浇筑:第1次浇筑3m高,混凝土312.6m3;第2次浇筑剩余部分,混凝土321.4m3.由于下横梁混凝土自重超过1500t,跨径又大,必须对支架进行预压,以消除整个支架的非弹性变

5、形,得出弹性变形,确定预拱度.2比选预压方案及中间部分应分别模拟混凝土荷载,如果按下横梁混凝土总重等载预压,则下横梁支架预压重量必须点预压法,选出合理的预压方案.采用传统的堆载预压,若用砂袋预压,则需1000nl3砂子和2万多个编织袋;若采用混凝土块预压,则需要约634m3的模筑混凝土,并设置专门的吊环;若采用钢材预压,则需提前储备1500t钢材;若采用水箱预压,则需要1500t水和相应结构的水箱.因此,采用堆载预压时必须提前准备大量堆载物,并做好相应的准备工作.2.1.2堆载费工费时,且成本较高因项目工期较紧,资金压力大,若预压方案选择工作采用塔吊进行,在超过100m高空处,每吊一次时,为方

6、便施工一般吊重为1t,吊装,持荷和卸载全过程需要750h以上;预压采用钢筋,一捆钢筋一般为3t,吊装,持荷和卸载全过程需要250h以上;预压采用水箱,从吊装水箱,抽水,持荷和卸载全过程需要350h以上.因此,采用传统的堆载预压,一个下横梁堆载一般最少都需要1530d;采用储备钢材堆载预压,则积压资金达到550万元;采用砂袋,混凝土块预压,材料费也不少.铁罗坪特大桥下横梁高为6m,底宽6.1m,支架顶宽6.5m,混凝土容重为26kN/m3,砂容重为15kN/m,钢材容重为78.5kN/m3,水容重为10kN/m32j.采用砂袋预压,实心段换算砂袋高h=26××6/(15

7、15;6.5)=9.76m;采用混凝土块预压,实心段换算混凝土高为6m;采用钢材预压,实心段换算钢材高h=26×××6.5)=1.9m;采用水箱预压,实心段换算水柱高h=26××6/(1"o×6.5)=14.64m.模拟混凝土荷载采用如此高的堆载在现场很难实现,且一般情况下都是匀布堆载,而实际结构混凝土荷载分布往往是不均匀的,所以堆载预压模拟混凝土荷载效果较差.采用水箱预压,由于水压相当大,水箱必须有足够的强度和刚度,否则容易产生坍塌;用砂袋或混凝土块预压,必须考虑吊框及吊环设计,堆放时还须考虑放坡,必要时还得立模并设拉杆,

8、安全隐患较多.另外支架顶宽相对较窄,在100多m的高空中,堆载614.64m高,需要加大安全保护措施投入,且安全性较差.要想解决堆载预压法存在的问题,就必须因地制宜想办法.经仔细研究分析支架的受力特点,提出了反支点预压法,利用拉杆,将预压荷载转移到承台上.在制定反支点预压方案时还必须重视以下几点:(1)施工方案要简洁,投入小,安全性高;(2)上锚固点布置必须与混凝土实际荷载分布一致,以能真实模拟混凝土荷载;(3)上锚固点产生的局部压应力不能大于支架的局部承载能力;(4)下锚固点锚固应牢靠,确保有足够的锚固力;(5)加载过程应尽可能模拟混凝土的分层浇筑状态,确保分级对称加载,避免支架受较大的不对

9、称外力,并确保支架安全.根据现场实际情况,对以下3种材料的反支点预压方案进行比较:(1)张拉钢筋预压张拉钢筋预压,即采用主塔使用的q532Innl钢用此方案,钢筋的安装及连接环节很多,接头连接必筋在承台上的锚固可以解决,但在支架上的锚固位置不好固定;另外,钢筋的允许应力较低,所需数量较大.公路交通技术2008年(2)张拉精轧螺纹钢预压张拉精轧螺纹钢预压,即采用主梁中使用的32r/ira精轧螺纹钢,每9m用连接器连接,需要连接11根.采用此方案,精轧螺纹钢的安装,锚固较较大,但若采用较大的拉应力,则上锚固点压应力太大,支架局部承载能力将有问题,下锚固点抗拔力也相应较大,且提前购买精轧螺纹钢要占用

10、将近100万元的资金,增加了资金压力.(3)钢绞线反支点预压r/ira钢绞线,按下横梁需要长度的3倍下料,即108m长,能够满足下横梁支架预压要求,预压完后,截成3段用于下横梁中,不会浪费材料;钢铰线张拉力按15t控制,并能保证分级加载;钢绞线下端直接锚于承台及塔座中,上端采用现成的夹片和锚具锚在分配梁上,锚固点设置简便,牢靠.此方法不会增加成本,也不会占用资金,且操作过多方面比较,最终决定采用钢绞线反支点预压法.3反支点预压法预压工艺钢绞线反支点预压法预压工艺流程:预压荷载布点一安装分配梁一安装钢绞线一锚固钢绞线下端一分级张拉钢绞线一持荷一卸载一确定预拱度.根据下横梁混凝土荷载的特点,按每根

11、钢绞线张拉力15t考虑,将混凝土不同部位的匀布荷载转化为多个集中力作用在支架上,同时按多个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为原则进行布载.经过荷载计算,钢绞线上端锚固点布置100个点位(图2);下端锚固在承台,塔座及系梁上,共100个点位(图3).两端承台,塔座上的锚固点与支架由于下横梁底面离承台顶面很高(104.305m),钢绞线锚固张拉后水平分力很小,垂直预压荷载的偏差值为0.15%,故可以不考虑钢绞线垂直度的影响.为了使张拉的钢绞线集中力分散作用在贝雷片上,以更有效地模拟实际混凝土的荷载分布,故结合现场材料,采用2根40c槽钢作为分配梁,

12、在锚固点处设连接钢板,用塔吊将分配梁按设计吊装到位.按计算长度对钢绞线下料盘束后,用塔吊吊装到支架上.单根钢绞线重量只有119kg,故采用人工将其顺着分配梁上的锚固点放到承台上,留出下端的锚固长度;上锚固点则用预应力锚具和夹片临时固定在分配梁上.Z味计茸卯9楼粱止线:I140,槽钢56:一If【10一+锚字一粱g-_钢/塔.c重-一譬一一誉塔.一l酋-萋一3m一量.l一l9一E对'一rI'一m一翕1_t一02(W柱善.I口,柱,c1d誊.L卜-=_一,星g.Hf=I囊rll置_5石丁145(IPj450J4碱IJ450l45QIl45QI1450l册ltLdHl2_】55旺譬l

13、trI1-n20il1一l一一一一I36铀9舶J5虬202=:jSll:_f单位:lllnl图2钢绞线上端锚固点布置/:参:/r柱I毽/;一/./:巷染:/糸符嫩符图3钢绞线下端锚固点布置2008年第3期刘柏平,等:反支点预压法在高墩大跨桥梁施工中的应用83通过查阅资料,并结合当前国内外先进的植筋技术,尽可能利用工地上现有材料,采用冲击钻在承保钢绞线锚固牢靠,将钢绞线下端头挤压索头体后插入孔中,用锚固剂填充密实,3d后即可使用.采用4台25t液压千斤顶,在支架顶面从中间向两侧分3级对称张拉,即每级每根钢绞线张拉5t,3级累计达到15t.选取支架端部,支点,跨中,1/4跨处等共7个截面设置观测点

14、,每个截面分别设置3个观测点,共计测,且加载过程中每级观测.钢绞线按设计张拉到位后,持荷48h,每12h测量1次支架变形量.样采用4台液压千斤顶在支架顶面从两侧向中间分3级对称卸载,即每级每根钢绞线放张5t,3级累计达到15t.卸载过程中每级都要进行变形观测.钢绞线张拉过程中,要比较分析每级张拉实测支架变形量与理论变形量的偏差情况,以确保预压的安全性;同时通过对观测数据的分析处理,最终确弹性变形量为19.4n1m(理论弹性变形量为19n1m),计算值比较吻合.贝雷梁预拱度沿跨度方向的变化按二次抛物线处理,取左支点(图4中的0点)为坐标原点,跨长图4预拱曲线为,跨中预拱度为,则贝雷梁预拱度曲线方程腿支架的弹性变形量就是下横梁最终的预拱度.(1)遵守常规的钢绞线张拉安全操作规程;(2)钢绞线下端锚固施工结束后统一进行张拉,不得边锚固边张拉;(3)张拉时承台周围应设置警戒线,禁止人员进入;(4)张拉及卸载均要分级进行.4结语反支点预压法是一种较新颖的高墩大跨桥梁施工预压方法,可广泛应用于各种大吨位的支架预压,度,加快材料的周转速度,节约施工成本,产生明显的经济效益和社会效益.与传统堆载预压法相比,反支点预压法在预压工艺,模拟混凝土荷载效果,节信,通过不断的摸索,优化和完善,反支点预压法一定会在高墩大跨桥梁施工中得到广泛应用.参考文