浅析反支点预压法在高墩大跨桥梁施工中的应用

1、浅析反支点预压法在高墩大跨桥梁施工中的应用路桥?航运?交通建材发展导向2011年10月浅析反支点预压法在高墩大跨桥梁施工中的应用任惠娟(中交路桥南方工程)摘要:本文是作者结合多年工作经验以及工程实例,主要针对实例中的桥梁施工技术作出了相关的阐述分析,以供参考.关键词:高墩大跨桥梁:预压法;施工技术应用刖茜随着经济不断飞速发展,建设项目日益增多,高墩大跨桥梁也在全架,托架,挂篮等要求的预压荷载较大,且位置较高,预压操作难度很大,需要投入大量的人力,物力和时间,所以设计选择预压方案在高墩大跨桥梁施工中是一件很重的工作,他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

2、方法对支架施加反力,使其所受反力等于预压荷载,以消除整个支架的非弹性变形,得出弹性变形,确定预拱度.1工程概况某高速公路段上的一座大型桥梁,桥孔布置为6x30+140+322+140+3x30m,其中主桥(14O+322+14Om)为三跨一联双塔双索面预应力混凝土塔为H型,高190.397m,由塔座,塔柱,下横梁,上横梁等组成,该桥下横梁底面离承台顶面高度达104.305m,主塔主梁在下横梁处固结,主塔下横梁是矩形预应力单箱室结构,长27.5m,宽6.1m,高66.275m,两端3,5m为实心段,中间20.5m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.主塔下横

3、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,分两次浇筑,第一次浇注3m3.5m范围及中间部分分别模拟混凝土荷载,按下横梁混凝土总重等载预压,以消除整个支架的非弹性变形,得出弹性变形,确定预拱度.2比选预压方案下横梁底面离承台顶面高度达104.305m,对两个主塔下横梁支架进行预压须准备15002=3000t的预压材料.现对几种预压方案进行对比,选出合理的预压方案.一个下横梁支架预压重量达到1500t.采用传统的堆载预压,若用砂袋则需1000m,砂子,和2万多个编制袋;若采用注水预压,需要1500t水和相应数量的水箱;采用钢材预压,则需提前储备1

4、500t钢材;若采用混堆载预压时必须提前准备大量的堆载物,并进行相应的制作或加工准备工作.因项目工期较紧,资金压力大,预压方案选择不合适,将延误工期并占用或花费较多的资金.吊装工作采用塔吊进行,在约100m高空处,每吊一次所用时间平均为15min,预压采用砂袋或混凝土砌块时,为方便施工一般吊重为1l,则吊装,持荷和卸载全过程需要750h以上;预压采用预压,一个下横梁一般最少都需要1530d.另外,装砂袋,预制混凝土砌块,材料费也占用不少.而采用储备钢材用于堆载项,则积压资金达到550万.通常采用的堆载预压模拟荷载效果较差,对于荷载分布不均匀的结构,模拟荷载预压更为困难.下横梁高取6m,底宽6.

5、1m,两端均为实心端宽度3.5m,腹板实心混凝土厚度0.8m,支架顶宽6.5m,混凝土容重取?2lO?m.采用水箱预压,则实心段换算水柱高为:用砂袋预压则换算砂袋高为:用预制混凝土砌块预压,则换算钢材高为:6m用钢材预压,则换算钢材高为:如此高的堆载,在现场模拟荷载很难实现,一般情况下都是匀布堆载,堆载预压模拟荷载效果较差.采用注水预压,还必须考虑水箱的放置方式,水箱受水的侧压力也预制混凝土砌块预压,必须考虑吊框及吊环设计,堆放时还必须考虑放相对较窄,在约100m的高空中,堆放高度614.64m,安全保护措施需要加大,并且安全性较差.(1)旋工工序要简洁,投入小,安全性高.(2)作用在支架上的

6、上锚固点布置必须与混凝土实际荷载分布相一致,能真实模拟荷载.(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)地面的下锚固点要牢靠,有足够的锚固力.(5)加载过程要尽可能模拟混凝土的分层浇注状态,要确保分级对际情况,对以下三种材料的反支点预压方案进行了比较.采用张拉钢筋预压,即采用主塔用的632mm钢筋,每9m用直螺纹接头连接,需要连接11根.采用此方案,钢筋的安装及连接环节太多,接以解决,但在支架上的锚固位置不好固定,另外钢筋的允许应力较底,所需数量较大.采用张拉精轧螺纹钢预压,即采用主梁中使用的dO32mm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

7、的安装,锚固较为方便,但是环节相对还是较多.精轧螺纹允许应力较大,若采用高的拉应力,则上锚固点压应力太大,支架局部承载能力有问题,下锚固点抗拔力也相应较大.另一方面,提前购买精轧螺纹钢要占用将近100万元的资金,增加了资金压力.采用钢绞线作为张拉材料,即采用下横梁用的qbl5.24mm钢绞线,施工时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力按15t,并保证分级加载.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,所以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,操作方便,安全可靠,模拟加载效果较好.故经过多方面比较,最终决定采用钢绞线反支点

8、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:预压荷载布点放样一安装分配梁一安装钢绞线一锚固钢绞线下端一等强并分级张拉钢绞线一持荷一建材发展导向2011年10月路桥?航运?交通卸载一确定预拱度.根据下横梁混凝土荷载的特点,按每根钢绞线受力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,综合下横梁两端实心段及腹板和底顶板的混凝土的荷载分布情况,预压荷载上锚固定点布置100个点位.在下横梁实心段两侧共计40个点位,其中在每侧下横梁实心段分配梁

9、上布设2排,每排1O各点,沿桥横向间距155cm,桥纵向间距为65.590cm:中间箱型部位共设6O各点,中间部分,主要布置在腹板位置附近,沿桥横向间距145cm,桥纵向间距为180cm如图1所示.图1下横梁预压点布置示意图下端锚固在承台,塔座及系梁上,共100个点位.两端承台,塔座的锚固点与支架上锚固定点位置上下一一对应,布设52个点,点位距混凝土襟边距离为406Ocm.钢筋混凝土系梁布置48个点,每边24个,沿桥横向相对间距145cm,桥纵向相对,司距为180cm,点位距混凝土襟边距离为4575cm.点位布置在系梁上后,纵向与上端锚固点布对应有3.12的偏角,成发散状.由于下横梁离承台面很

10、高,张拉锚固后水平分力很小,垂直预压荷载的偏差值为0.15%,可以不考虑钢绞线夹角的影响.结合塔座和承台的结构尺寸,锚固点布置如图2所示.lr羁/_E:i:一一:Ilk图2钢绞线下锚点布置示意图为了更有利地模拟实际混凝土的荷载分布,使张拉的钢绞线集中力匀布地作用在贝雷片支架上,结合现场材料,采用2根40c槽钢作为分到位.分配梁的设置可以将荷载有效地分配到下部的贝雷片支架上.按计算长度对钢绞线下料,两端用胶带缠裹.盘束后,用塔吊吊装到支架上,单根钢绞线重量只有113kg,采用人工将钢绞线顺着分配梁上的点位放到承台上,留出下端的锚固长度,上锚固点用主塔环向预应力锚具和夹片临时固定在分配梁上.通过查

11、阅资料,结合当前国内先进的植筋技术,并利用现有材料,采后,用锚固剂填充密实孔洞,3d后即可使用.采用4台25t液压千斤顶(部分采用YDC650型液压千斤顶,锚具前一级统一对称按5t进行张拉;张拉完后,第二级再张拉5t,使钢铰线预拉部,支点,跨中,1/4跨处等共7个截面设置观测点,每个截面分别设置3个观测点,共计21个观测点.对观测点位的变形量在加载之前观测,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测量一次支架变形量.顶在支架顶面从两侧向中间分三级(即按每根钢绞线放张5t,10t,15t)对称卸载,卸载过程每级都要进行变形观测.张拉过程中,对统计的数据进行分析,确定分级张拉

12、力与理论支架变形是否一致,以确保预压的安全性,同时可搜集预压数据,并最终确定(理论弹性变形为19mm),非弹性变形为10.8mm;支点处弹形4.8mm,非弹性变形3.2mm.弹性变形与理论计算比较吻合.对观测的数据进行分析,得出弹性变形量及非弹性变形量,确定预拱度.下横梁预拱度沿跨度方向变化的曲线,按二次抛物线处理,取左支点(图3中的0点)为坐标原点,跨长为L,跨中预拱度为f,则预拱度曲线方程为:y=4fx(L-x)/L计算的v值为横向贝雷梁的预留拱度,其数值再统一加上支点处牛腿支架的弹性变形值就是下横梁最终的确定预拱度.O图3预拱度设置示恿图(1)遵守常规的钢铰线张拉安全操作规程.(2)在桥正下方作业,要设置专门的可移动防护棚,并尽可能停止桥上作业,防止坠物伤人.(3)下锚固点施工结束,安装完钢铰线后,再统一进行张拉,不得边锚固边张拉.(4)张拉前,桥的正下方锚固区设置警戒线,禁止人员进入.(