挂篮地面预压代替现场预压施工技术.pdf

广东土木与建筑 GUANGDONG ARCHITECTURE CIVIL ENGINEERING2013年1月 第1期 JAN 2013 No．1 1桥梁施工概况 贵州思剑高速公路11标段高过河特大桥是全 线22个标段中规模和施工难度最大的桥梁之一，是 全线的控制性工程。2012年上半年该桥150m、140m 主桥的8个T构相继面临工序转换， 即挂篮安装调 试阶段，按照规范和业主项目管理手册要求，挂篮施 工前必须对其进行模拟实际工况预压，以消除非弹 性变形和掌握沉降量值，为精确立模提供依据。 而 该桥的150m连续刚构主桥均跨越峡谷，其中150m 主桥12、13主墩“墩高梁高”分别达72m和90m； 140m主桥跨越的河谷沟深达160m ，且 19、20主墩 均位于悬崖边，施工场地狭小，物流条件极其艰苦， 这些因素决定了挂篮现场预压物流量大、施工周期 长、安全隐患突出、施工费用高，而采用地面预压代 替现场预压，不但保证了挂篮使用安全，总结出了沉 降量值等施工参数，且预压周期短，费用也大为降 低，本文对预压方法予以说明。 本桥上部结构为1140m先简支后连续T梁 81.7m150m81.7m预应力混凝土连续刚构桥4 40m先简支后连续T梁75.7m140m75.7m预应 力混凝土连续刚构，桥梁全长1217.2m。150m主桥单 T结构为中跨合拢段17个梁段边跨合拢段边跨 现浇段，最大梁段重达200t，140m主桥单T结构为 中跨合拢段16个梁段合拢段边跨现浇段，最大梁 段重量189.6t。150m、140m主桥所用挂篮均采用旧 挂篮，经检算，受力、变形量分别满足150m、140m主 桥施工要求。 2挂篮现场预压与地面预压方案比选 挂篮预压的目的一是检查挂篮加工及安装质量； 二是测定弹性变形及非弹性变形，为各段箱梁立模的 抛高量提供准确依据；三是检验主要受力结构特别是 主构架的受力是否可靠。 2.1方案概述 ⑴挂篮现场预压原理 现场预压较为常用，挂篮在梁上拼装好后，模拟 浇注工况，现场对挂篮对称加载，加载重物通常有水 箱、砂袋、钢材、混凝土预制块等。因砂袋和水箱密度 较小， 很难模拟如箱梁腹板等荷载过分集中的部位， 因而已较少采用，采用钢材、型钢加载要配备大量的 钢材，且长短尺寸适合挂篮模板长度才行，因而也受 到一定限制，故最常用的加载重方式就是采用方形预 制混凝土块加载。 ⑵挂篮地面预压原理 在地面将挂篮主构架或其他受力构件拼装成反 挂篮地面预压代替现场预压施工技术 隋洪涛 （中铁十二局集团第四工程有限公司西安710021） 摘要通过思剑高速公路高过河特大桥连续刚构主桥大吨位挂篮地面预压成功实例，探讨地面预压对比现场预压的优 势，值得在施工中推广应用。 关键词挂篮； 地面预压； 代替； 现场预压 Construction Technology of the Hanging Basket Ground Preload instead of Site Preload Sui Hongtao （China Railway 12th Bureau Group 4th Engineering Co.，Ltd.Xian 710021，China） AbstractThrough the success example of The Gaoguohe Super Large Bridge continuous rigid frame the main bridge large tonnage on Sijian highway，this paper discusses the advantages of the ground preload comparison site preload .The result shows that it is worthy of popularization and application in the construction. Keywordshanging basket；ground preload；instead of；site preload. 54 图1挂篮荷载力臂图 2250 5440 45006500 5340 2150 1750 调平小梁 底轨道 1段重心与底模后横梁力臂 1段重心与内、外滑梁力臂 54405700 62 5700338 28 图3主构架受力简图 图21段荷载分布图 外模滑梁承担内模滑梁承担 腹板底板前吊和后吊共同承担 700 982 9173 S8.98m2 S1.27m2 S0.97m2 57005440 -60.581 124.061 -63.481 3171 隋洪涛 挂篮地面预压代替现场预压施工技术JAN 2013No．12013年1月第1期 力架结构，采用千斤顶进行加载。 荷载值则要按照 浇筑工况最大荷载（1段最大截面乘以1.1倍超灌系 数）的1.15倍进行试压，则预压实际荷载为最大荷载 的1.11.151.265倍，满足规范不小于1.2的要求。地 面试压完成满足设计要求后， 此时挂篮主构架系统 的非弹性变形已经消除，弹性变形数值已经掌握。 然 后整体吊装挂篮主构架并在0段梁顶拼装，安装悬 吊系统、底模和侧模系统，此时凭借底、侧模及悬吊系 统自身重力 （约37t） 应该基本可以消除主构架与轨 道、悬吊与主构架、悬吊与底、侧模间的非弹性间隙。 为检验各部件间是否仍存在间隙，可再向底模加载 （可利用整捆钢绞线），例如加载20t，同时观测主构 架前点下沉量，然后撤出荷载，观测主构架是否恢复 至初始高度，若未恢复则说明仍有非弹性变形存在， 则继续加大荷载，直至挂篮非弹性变形完全消除。 2.2安全性比较 悬灌施工绝大多数为高空作业，挂篮现场直接 预压安全风险较大，一旦挂篮受力构件失稳，将可能 造成重大安全和质量事故。 即便挂篮结构稳定，那 么将数百吨重物，用起吊设备提升至几十甚至上百 米高空，还要将重物按照预先制定的规则进行摆放， 那也绝对是一项风险超大的作业项目。 地面预压是将高空作业转移到地面，这本身就 大幅降低了安全风险，再者吊装作业全部替换成千 斤顶加载，可以说施工安全风险已微乎其微，即使加 载过程受力构件失稳，只要措施得当也不会危及作 业人员安全和造成较大财产损失。 2.3可操作性和施工周期比较 挂篮现场预压的组织协调工 作量较大， 以本桥150m主桥为 例，每个T构边、中跨挂篮各加载 200t合计400t， 需动用平板车、吊 车、塔吊等大型设备，完成加载、卸 载过程至少需要4工日。 而地面预压只需将挂篮预压 构件吊装放平， 即可进行张拉加 载，若组织得力，只需数十分钟即 可完成一组构件的试压工作，效率 是现场的数倍，这对于工期紧张的 项目来说意义重大。 2.4经济性比较 ⑴挂篮现场预压费用 以预制块加载方案为例核算 主桥8个T构挂篮预压费用，每个T构2只挂篮各加 载200t，则主要费用如下①400t混凝土块制作材料 费（ 400 2.5）m335056000元（混凝土比重2.5t m3）； ②设备费用按照每个T构的工期4d核算， 吊车 2500410000元， 平板车100044000元 （吊装转 场）； 塔吊80043200元， 人工费10人1504 6000元（吊装作业）；总费用约为24.2万元。 ⑵地面预压费用 从150m、140m挂篮地面预压时间看， 每只挂篮 均不超过1h，每天可预压8只挂篮，即4个T构的试 压只需2d即可完成8个T构全部挂篮的试压工作。 主要费用如下吊车250025000元，张拉设备500 21000元，人工费8人15022400元；总费用8400 元，比现场预压节约23.3万元，经济优势明显。 3150m主桥挂篮地面预压施工 3.1模拟浇筑工况荷载计算 本桥150m主桥1梁段重量最大，利用简单的杠 杆原理计算主桁架前点受力，取1段最大截面计算 荷载，钢筋混凝土容重取2.7t m3，超灌系数取1.1， 则梁段顶板混凝土荷载由内外走行梁共同承担，腹 板及底板荷载由前后吊带共同承担， 分别以内外模 走行梁吊架，底模后吊带为支点，则各自力臂长度如 图1，1梁段荷载结构如图2，以内外模吊架和底模后 吊带为支点，计算前主钢架前吊受力如下 P内、外 吊 梁（1.270.97）23.52.71.12.15 5.34 18.74t（顶、翼板荷载） 55 图5挂篮主构架以外构件加载结构形式 底模后横梁 液压油缸 支撑杆件 吊带 3090 图4挂篮预压图 75t千斤顶 54405700 5700 5440 62 62 广东土木与建筑JAN 2013No．12013年1月第1期 P腹 、底 8.9823.52.71.12.25 5.4477.22t （腹、底板荷载） P自 重（16229510）231t（底模16t，外模 22t，内模9t，主构架悬挑5t，挂篮兜底10t，前吊承担 总荷载的50） 单个构架前点受力为P（18.7477.2231）2 63.48t（每只挂篮2片主构架） 考虑15的储备量， 对本桥150m挂篮主构架 荷载试验时可按照63.481.1573.0t逐级加载，分 析变形量。 单片主构架受力荷载模型简化如图3。 3.2预压试验方法 整个试验工作场地约为13m12m，要求平整并 硬化。 主构架在试验场平躺安装，两片相同的桁架相 对，后端用扁担梁及4根f32精轧螺纹钢锚固，中间 支点对准，并垫好垫块（可用锚固垫梁做垫块），在前 端节点处拼装扁担梁，扁担梁用4根f32精轧螺纹 钢筋连接，利用1台75t千斤顶顶压扁担梁，其作用 力通过f32精轧螺纹钢筋传递给挂篮的主桁架，达 到预压的目的。 如图4所示，加载等级根据计算，主 构架前端最大受力634.8kN，乘以1.15的放大系数， 为730kN ，分 5次加载①初始荷载到127kN（0.2P）； ②加载到253.9kN（0.4P）；③加载到507.8kN（0.8P）； ④加载到634.8kN（1.0P）；⑤加载到730kN（1.15P）， 为超载加压，按115超载，单片桁共加载730kN。 3.3预压试验内容 ⑴主构架的弹性变形量，每加减一级荷载测量 一次主构架前端两个节点间的距离。 ⑵检查主构架、销座、销子和吊带等主要受力 结构的加工和受力情况。 由于预压在地面上进行，不可能将挂篮全部组 装好，但主要承重构件均进行了组装试验，加载工况 基本与实际受力相似，可以直接应用于桥位施工，对 于其他受力构件如吊带、前后横梁、销座、销子可按 照图5的反力架结构进行加载，加载方法同主构架， 这里不再赘述。 3.4地面预压所需机具设备 25t汽车吊1台，75t液压千斤顶1台，10m钢 尺2个，f32精轧螺纹钢筋若干。 3.5注意事项 ①预压场地要求平整；②主构架必须进行预压， 需要在竖杆上部放置约10t的压重；③加载和卸载 过程中， 应设专人负责测量变形和观察构件的受力 变形情况，计算出弹性变形和非弹性变形；④加载和 卸载过程中派专人负责安全事项；⑤加载过程中为 防止出现意外，需要清理场内的闲杂人员，且试验人 员必须站在安全的位置， 即使出现螺纹钢断裂或其 他构件在试验中破坏，也要保证人员绝对安全。 4预压实施 2011年11月底，监理、监控、施工单位共同参 加，在本项目部院内，按照既定方案首次对本桥12 左幅T构挂篮进行了加载试压，加载采用71130（75t） 千斤顶，9038012油表， 共进行了3个循环试验，得 到了相应试验数据，达到了试验目的，整个预压过程 耗时1h，主要试验成果见表1。 5预压数据分析及应用效果 5.1挂篮加工安装质量及安全性验证 挂篮试验部分原始数据见表1，挂篮共分23级 加卸载，在计算混凝土荷重时乘了1.1倍超灌系数， 最大荷载再加了15富余系数，挂篮杆件、各部焊 缝、各销孔、各钢销均未见明显变化，证明挂篮加工、 安装质量和安全性均满足使用要求。 5.2变形量分析 分析表1的数据，可见加载0～0.3P过程中挂篮 56 表1150m主墩挂篮加载试验结果 注） 加载用75t千斤顶，每级加载 并适当持荷后观测并记录各项读数。 压力表 读数 （MPa） 检测 数据 （mm） 0 0.1P 0.2P 0.0 63.5 127.0 0.63 5.01 9.39 0 8003 7991 0.3P 0.4P 0.5P 190.4 253.9 317.4 13.77 18.15 22.52 7971 7967 7959 0.6P 0.7P 0.8P 380.9 444.4 507.8 26.90 31.28 35.66 7950 7942 7934 0.9P 1.0P 571.3 634.8 40.04 44.41 7929 7925 1.15P730.050.987922 加载 分级 荷载 值 （kN） 1.0P634.844.417926 压力表 读数 （MPa） 检测 数据 （mm） 1.0P 0.9P 0.8P 634.8 571.3 507.8 44.41 40.04 35.66 7926 7928 7933 0.7P 0.6P 0.5P 444.4 380.9 317.4 31.08 26.90 22.52 7941 7950 7959 0.4P 0.3P 0.2P 253.9 190.4 127.0 18.15 13.77 9.39 7966 7970 7972 0.1P 0 63.5 0.0 5.01 0.63 7975 0 卸载 分级 荷载 值 （kN） 前点位移数据随机较大，卸载0.3P～0时挂篮不能立 即恢复至初始状态，证明0～0.3P荷载区间挂篮变形 以非弹性变形为主。 加载0.3P～1.15P， 卸载1.15P～ 0.3P过程挂篮前点位移值呈线性变化，证明挂篮一 直处于弹性工作状态。 同时也反映出销接式菱形挂 篮的一些缺点，销栓间由于制作工艺等影响其间隙 较大，且销孔制作粗糙，一旦受力则其接触面受力先 是点受力，随着荷载增加转换为面受力，当接触面为 全断面受力时，对挂篮位移影响才会完全消除，这种 影响在卸载初期其恢复能力也较差。 由试验可知，挂篮0.3P荷载值为19t，而由计算 可知，浇筑1段时挂篮前点承担模板自重31t，承担 1 段（ 76m3钢筋混凝土）中钢筋荷载（配筋率0.2t m3） 重为760.22.15 5.346.11t ，则 1段钢筋绑扎完毕 时单片挂篮主构架前点受力为（316.11）218.6t， 与试压30荷载值十分接近，可以认为挂篮模板就 位钢筋绑扎好后挂篮非弹性变形已经被压除，此时 进行立模标高精调，预留挂篮下沉量应为试压试验 0.3P～1.0P之间弹性变形量。 由附表知此值为7971- 792546mm， 由于3次测量挂篮后锚在1.0P时比未 加载时位移增加10mm，根据剪刀效应，前端位移量 应扣除此值，即46-1036mm，上述计算中假定梁段 混凝土超灌1.1倍是为安全起见，实际浇筑过程预应 力孔道部分还挤占了不少混凝土体积，基本不会出现 超灌现象，则实际单片主构架位移量应为36 1.1 2 16mm，此值作为挂篮系统预留沉降值。 5.3预压成果应用 完成地面预压后，整体吊装挂篮主构架，在T构 0段上拼装，采用与预压结果相近的15mm作为挂篮 预留沉降值。 通过几个T构的1段浇筑前、浇筑中、 浇后观测挂篮前点变化，得出挂篮前点实际下沉量为 9～12mm，稍小于给出的15mm，对此与桥梁监控单位 共同分析其中原因，应是浇筑过程中梁段伸出钢筋共 同参与了结构受力，因为实际下沉量小于预压下沉量 的现象在现场预压方案中同样存在。 总体而言，几毫 米的偏差不影响连续梁总体线型控制，后续浇筑的梁 段预抬值可参考前一节段观测的实际沉降量数据。 6结论 思剑高速公路11合同段运用挂篮地面预压技 术，克服了山高坡陡场地狭小、现场物流条件差的困 难，避免了现场预压高空作业和吊装的安全风险，预 压周期也大大加快，本主桥8个T构累计节约预压成 本23.3万元，效益显著，目前150m、140m跨连续刚 构均已成桥，施工安全得到保障，主梁线形顺滑优美。 实践证明，挂篮地面预压完全可以代替现场预压，且 有着诸多优势，但仍需说明的是，为保险起见，浇筑 首个节段过程中仍需不间断地观测挂篮前点及后锚 的位移， 若位移过大则需查明原因后及时采取处理 措施，这样才能够最大程度上保证施工安全和质量。 隋洪涛 挂篮地面预压代替现场预压施工技术JAN 2013No．12013年1月第1期JAN 2013No．12013年1月第1期 （上接第32页） 混凝土初凝后， 及时取出分格缝隔 板，用铁抹子二次抹光，并及时修补分格缝缺损部分， 做到平直整齐，待混凝土终凝前进行第3次压光。 5结论 由于倾斜坡度结构面上设置了抗滑移结构，因 而解决了饰面层材料松动、滑移的问题，提高了屋面 结构的整体性， 减少了饰面层抗滑移的其他措施的 投入，缩短工期，从而减少了相应人工费的支出，工 期和质量均达到设计和业主的要求。 本技术实用性 强，操作简便，具有良好的推广应用价值，以及显著 的社会、经济效益，可适用于含有大坡度结构且需要 施工结构饰面层的大、中型建筑。 57