连续刚构桥精轧螺纹钢等效反拉预压施工工法研究

连续刚构桥精轧螺纹钢等效反拉预压施工工法研究

郁有好

中铁四局集团路桥工程有限公司 吉林 长春  130000

摘要：随着我国工程建设的快速发展，大跨度及大宽度连续梁在市政、公路、铁路等工程中被广泛应用，0#块的支架、托架的预压成为项目施工的一个不可避免的难点。本文以宜宾市叙州大道（100+170+100）m连续刚构桥为例，研究采用可循环使用精轧螺纹钢代替钢绞线等效反拉预压施工技术解决难题，精轧螺纹钢等材料可以用于后续连续梁施工中，能够节约施工成本，可做为类似工程的参考。

关键词：连续刚构桥；精轧螺纹钢；等效反拉预压；施工工法

引言

在桥梁施工中，传统常以堆载预压法消除支架或托架非弹性变形，减少支架或托架下沉量，使浇筑后的梁段混凝土标高符合设计要求，通过预压测试确定支架的弹性变形量，为调整模板标高提供数据依据，检验支架承载力和稳定性，通过预压过程监测得出可靠的经验数据以指导施工。随着我国桥梁建设的飞速发展，近年来研发出以钢绞线反拉施加应力通过分级加载进行支架或托架预压。此种方法适用于施工地形复杂，超宽超高连续梁0号块托架预压，尤其适用于高墩的超宽超高0号块托架预压难度大、时间长、安全风险高的预压施工等。该技术工艺简单、材料用量少、施工安全风险低、施工速度快，便于施工操作，预压效果安全可靠。经宜宾市叙州大道（100+170+100）m连续刚构研究实践采用可循环使用精轧螺纹钢代替钢绞线进行等效反拉预压施工，提升施工效率、节约了成本。

宜宾叙州大道3号特大桥，设计采用（100+170+100）m现浇预应力混凝土刚构连续梁跨越马鸣溪河、彝宜高速公路连接线及S206省道公路，桥梁全长571.24m，双幅桥宽70m，双向10车道设计，全桥每单幅分3联布置。连续刚构桥梁体的最大梁高12m0（0号块处）、单幅箱梁顶宽34m、底宽25m，单箱四室结构，箱室内净宽6.1～6.6m；0号块长度14m，悬浇节段长度为2.5～4m，合拢段长度2m，边跨现浇段长14m。

1 工法特点

根据实际混凝土荷载分布划分托架预压区间，确定各区混凝土荷载，确定精轧螺纹钢布置。在承台施工时，按精轧螺纹钢布置位置预埋锚固精轧螺纹钢，在托架顶部设置多处张拉横梁，通过千斤顶顶升横梁实现等效反拉预压，反拉力数值可直观监测。本工艺需对多根精轧螺纹钢同时进行张拉，研发一种“平衡受力装置”，保证多根精轧螺纹钢同时或分级反拉加载，模拟托架受力状态更接近实际。桥墩越高，精轧螺纹钢连接安拆难度越大，研发采用“空中连接”法安拆技术，依次分段锁紧后安拆，施工快速、安全可靠。研发了一种可循环使用的反拉装置，承台预埋的反拉固定点，采用可循环使用的锚杆装置，减少了材料投入。预压用精轧螺纹钢、连接器、工字钢等周转料均用于后续连续刚构施工，不需额外投入材料，减少周转材料投入，节约施工成本。本工法适用于铁路、公路、市政等连续梁、连续刚构等0#块托架预压施工，尤其适用于超宽、超高、超重0#块预压施工。

2 工艺原理

托架等效反压施工工艺主要是根据实际混凝土荷载分布划分托架预压区间，确定各区混凝土荷载，确定精轧螺纹钢布置。在承台施工时，按精轧螺纹钢布置位置预埋锚固精轧螺纹钢，在托架顶部设置多处张拉横梁，通过千斤顶顶升横梁实现等效反拉预压，反拉力数值可直观监测，预压纵向布置图详见图1。

图1 预压纵向布置图 （单位：mm）

3 施工工艺流程

主要施工工艺顺序为：施工准备→承台内反拉点预埋→安装预压分配梁→安装精轧螺纹钢→安装千斤顶及扁担梁→托架对称分级预压→预压卸载。施工工艺流程详见图1。

图2 工艺流程图

4 操作要点

4.1 施工准备

（1）进场的预压φ32精轧螺纹钢、I45工字钢等预压材料在使用前按相应技术规范进行相关试验并提供材质报告及合格证。

（2）根据0#块荷载合理布置预压点，并计算预压荷载。

（3）反拉用千斤顶提前标定合格，并提供相应的标定证书。

4.2 预埋反拉杆预埋

桥梁承台施工时，依据荷载分布情况在承台内预埋锚点。钢管、垫板及螺栓进行焊接后预埋，预埋钢管采用长0.8m的φ48mm钢管与15*15*2cm厚垫板一端进行焊接，另一端焊接螺纹钢专用螺帽，螺帽端头再焊接15cm长钢管，钢管底部采用3mm厚钢板进行封堵，避免在浇筑混凝土时水泥浆进入钢管。距离垫板顶部5cm处设置一层30*30cm、φ12钢筋网片，钢筋纵向及横向各4根，精轧螺纹钢伸入混凝土内长度为0.8m。锚固装置详见图2。

图3 锚固装置示意图

4.3 预埋精轧螺纹钢拉拔试验

待承台混凝土达到100%后，将精轧螺纹钢通过预埋钢管直接拧入螺帽，安装精轧螺纹钢进行抗拉试验，确保满足抗拉要求。根据预压点最大荷载，采用千斤顶及扁担梁对承台预埋精轧螺纹钢进行拉拔试验。

4.4 安装预压分配梁

托架在预压前，组织对已安装托架连接、尺寸，规格型号等进行全面验收，验收合格后方可进行预压分配梁安装，在三角托架横梁顶部垂直方向安装双拼工字钢作为锚梁，锚梁间隙与承台顶部预埋的精轧螺纹钢垂直。在预埋反力拉杆正上方托架主桁顶横向放置2道2I45工字钢作为第一道横梁，2道双拼I45工字钢间距5cm，保证精轧螺纹钢穿过工字钢。第二道横梁上方顺桥向放置2道长75cm的3拼I45工字钢，工字钢对应反力杆位置开直径5cm的孔，反力杆通过第二道横梁。

4.5 安装精轧螺纹钢

反力杆采用φ32的精轧螺纹钢，每一反拉点位设置4根精轧螺纹钢，在施工承台时已将可循环利用精轧螺纹钢装置预埋，采用1m长的精轧螺纹钢安装就位即可。其余精轧螺纹钢长12m，根据托架高度进行接长，接长采用专用连接器。采用塔吊吊装精轧螺纹钢，塔吊单次吊装2根，采用专用扁担吊架，扁担梁端安装软吊带，便于在托架顶部连接时，精轧螺纹钢可以旋转，做法详见图5.2.5-1精轧螺纹钢专用吊具。吊装前在12m长吊杆前段先安装一个螺帽，距顶部约30cm，然后在最顶端安装一个连接器，吊装时，采用U型吊环固定在连接器下，做法详见图精轧螺纹钢吊点固定方式。精轧螺纹钢专用吊具详见图3，吊点固定方式详见图3。

图4 精轧螺纹钢专用吊具图     图5 精轧螺纹钢吊点固定方式

吊装精轧螺纹钢，穿过3拼工字钢的5cm孔，然后缓缓下放，在快放至顶部螺帽时，在3拼工字钢5cm开口处设置一个开口小于螺帽的U型钢垫板，详见下图。然后继续下方精轧螺纹钢，至螺帽支撑在U型钢板上，然后按照此方法吊装下一根，与上一根采用专用连接器连接，此时塔吊仍吊装着精轧螺纹钢，连接固定后，上提精轧螺纹钢，取下U型钢板，将连接后的精轧螺纹钢缓缓下方，按照此方法依次吊装剩余精轧螺纹钢，最终精轧螺纹钢下部与预埋在承台内的精轧螺纹钢连接，上部穿过3拼工字钢顶部，安装螺帽将精轧螺纹钢固定，同时需保证精轧螺纹钢超过3拼工字钢1m以上。精轧螺纹钢吊装接长固定详见图5。

图6 U型钢垫板

4.6安装千斤顶及扁担梁

预应力筋全部安装完成后，在锚梁上方设置千斤顶，千斤顶上方设置扁担梁。预应力筋穿过扁担梁，依次安装工具锚板及螺栓固定。保证预压点为同步加载效果，先对按对称将吊杆，即精轧螺纹钢进行拉近，采用预压荷载的10%进行初拉。

4.7 托架分级预压

托架预压加载采用分级加载，各加载点按目标值换算成油表读数，按目标值的0%→50%→80%→100%→120%共分4级进行加载。利用智能千斤顶按设计荷载同时进行分级施加拉力。级预压完成后6h，对所有测点进行观测，并记录观测数据，确定变形结果，加载至120%时，拧紧底部螺帽，当油压表有明显回落时，停止拧动。现场预压照片详见图6。

图7 现场预压照片

最终荷载预压完成12h后，进行观测，确定标高值，24h无变化视为稳定，可进行卸载。卸载完成后，应及时对测点进行末次观测，并记录标高值。经项目部进行数据分析，确定非弹性变形和弹性变形。当满足判定的卸载条件后，对称进行卸载，托架等效反拉完成。

5 应用实例

宜宾市普和新区叙州大道市政项目叙州大道3号桥是宜宾市南岸片区8条规划/在建的主道路之一，是连接普和新区与中心城区的重要市政道路，全长1894.614m；叙州大道3#桥主跨桥为100+170+100m现浇连续刚构，箱梁分左右两幅，单幅横断面为单箱四室。梁高为5～12m，以1.5次抛物线渐变。箱梁顶板宽34m，底宽25m，箱室内净宽6.1～6.6m。道路外悬臂长度为5m，道路内悬臂长度为4m。项目设计有4个主墩0#块，0#块高度为14m，离地最低高度为29.199m，离地最大高度为39.3m。托架平台预压均采用等效反压法施工。目前项目托架已采用等效反拉法施工，顺利完成4个主墩0#块等效反拉预压。使用该工艺现场施工连续作业，安全可控、达到预期效益目标及工期目标，赢得了上级单位的一致好评。

6 工法查新

经过检索国内专利及非专利文献，在所示检索范围内查到相关文献22篇，得出查新结论：委托方在本课题中，开展的根据实际混凝土荷载分布划分托架预压区间，确定各区混凝土荷载，确定精轧螺纹钢布置。在承台施工时，按精轧螺纹钢布置位置预埋锚固精轧螺纹钢装置，在托架顶部设置多处张拉横梁，通过千斤顶顶升横梁实现等效反拉预压，反拉力数值可直观监测。对多根精轧螺纹钢同时进行张拉，研发一种“平衡受力装置”，保证多根精轧螺纹钢同时或分级反拉加载，模拟托架受力状态更接近实际。桥墩越高，精轧螺纹钢连接安拆难度越大，研发采用“空中连接”法安拆技术，依次分段锁紧后安拆，施工快速、安全可靠。在所查的国内文献范围内，未见其他相同或类似报道，本项目具有新颖性。

7 经济社会效益分析

原方案：0#块为单箱四室，长14m，顶宽34m，底宽25m，最大高度12m，重5720t，现浇段采用托架采用钢绞线进行荷载反拉预压。

现方案：0#块托架预压采用精轧螺纹钢等效反拉技术，根据实际混凝土荷载分布划分托架预压区域，确定各区混凝土荷载布置25个反拉点，在托架顶部设置张拉横梁，通过千斤顶顶升横梁实现等效反拉预压，反拉力数值可直观监测。

经济效益对比：钢绞线反拉为一次性投入材料，反压后无法二次使用，采用精轧螺纹钢代替钢绞线，反拉用型钢、精轧螺纹钢均采用托架和桥梁竖向预应力钢筋，无材料投入使用费，且可以循环使用；4个0#块总计节省钢绞线31.2t*6300元=19.6万元。

在社会经济效益方面宜宾市政工程项目特大桥设计有4个主墩0#块，0#块高度为14m，离地最低高度为29.199m离地最大高度为39.3m。托架等效反压法得到十分有力的实践，该技术具有工艺简单、人工投入少、材料用量少、施工安全风险低、施工速度快、预压效果安全可靠、经济和社会效益显著等特点。目前项目托架均采用等效反拉法施工，顺利完成4个主墩0#块托架预压工作，安全可控、达到预期效益目标及工期目标，赢得了上级单位的一致好评。

8结语

总之，本工法以宜宾市叙州大道（100+170+100）m连续刚构为依托，在钢绞线反拉方法的基础上进行改进，采用可循环使用精轧螺纹钢代替钢绞线等效反拉预压施工技术，成功解决了叙州大道3#桥0号块托架预压的难题。课题组总结一套大宽度、超高度0号块梁体托架预压荷载等效反拉施工方法，在提升施工效率、节约成本及安全方面具有重大意义，并为日后类似施工提供借鉴。

参考文献：

[1]朱奇英. 连续刚构0号块预应力张拉预压施工技术应用.文化科学,2018-04.

[2]温树鑫,余以江. 连续刚构桥0号块装配式托架施工关键技术研究.市政工程,2021-11.

[3]刘厚云. 浅析高墩连续钢构桥0、1号块托架施工技术.建筑设计及理论,2018-12.

[4]李燕伟. 关于对连续刚构桥0号块支架预压设计及施工的探讨.文化科学,2021-07.

[5]李卫华. 高墩大跨连续刚构桥0#块托架法施工技术.建筑设计及理论,2019-11.