冯立崎
（太佳高速公路黄河大桥建设管理处，山西 吕梁 033200）
1 工程概况
窟野河大桥是陕西神木至府谷高速公路上的一座特大型桥梁，结构形式为23×30 m+9×40 m+88 m+4×165 m+88 m+69 m+4×130 m+69 m+76 m+4×140 m+76+3×43 m+50 m连续刚构，为全线最重要的控制性工程。主桥首次采用主跨165 m、130 m、140 m三个刚构单元组合形式，全长为2.3 km，是目前陕西省内规模最大的连续刚构桥。本桥首次采用2.5 m大直径嵌岩桩基础、不平衡单臂悬浇工艺、运用边跨现浇段代替合拢段一次性合拢、非对称合拢技术，首次在陕北地区梁体采用C55砼。技术难度高、施工难度大，采用先整体后分离式断面，双幅布设，桥面宽度为15.5 m，采用单箱单室箱形截面和直腹板形式，并且全桥箱梁采用三向预应力体系和挂篮施工工艺。
2 挂篮介绍
挂篮是悬臂施工中的主要设备，按结构形式可分为桁架式（包括平弦无平衡重式、菱形、三角形、弓弦式等)、斜拉式(包括三角斜拉式和预应力斜拉式)、型钢式及混合式4种。所谓挂篮施工，是指浇筑较大跨径的悬臂梁桥时，采用吊篮方法，就地分段悬臂作业。它不需要架设支架和使用大型吊机。挂篮施工较其他方法，具有结构轻、拼装简单方便、无压重等优点。根据混凝土悬臂施工工艺要求及设计图纸对挂篮的要求，综合比较各种形式挂篮特点、重量、采用钢材类型、施工工艺等，经过研究，窟野河特大桥采用三角轻型挂篮施工。该挂篮的主要特点有：①能承受梁段自重及施工荷载；②刚度大，变形小；③结构轻巧，便于前移；④适应范围大，底模架便于升降，适应不同的梁高；⑤结构形式简单、操作方便、传力较明确，安装方便省时省力。见图1。
图1 三角轻型挂篮
3 挂篮预压目的和方法
根据规范，挂篮在使用前必须进行预压试验。挂篮施工的最大隐患是挂篮倾覆倒塌，因此挂篮预压是挂篮施工安全管理的重要内容。
3.1 目的
（1）利用千斤顶对挂篮主桁架进行加载试验，可以验证设计参数和承载能力，实践检验了挂篮各构件，尤其是主受力结构的制作安装质量，验证了挂篮的可靠性。
（2）检验挂篮是否达到设计要求。
（3）可近似测得挂篮的弹性变形以及非弹性变形，为各梁段立模标高预抬值提供初步数据。
（4）消除了非弹性变形。通过预压（本桥采用120%等效荷载作用）达到消除挂篮非弹性变形的目的。
3.2 挂篮预压方法
窟野河特大桥第十一联Z48#墩预压采用先在已浇梁段上预埋钢板以及精轧螺纹钢，见图2，钢板以及精轧螺纹钢均用来固定反力架。通过反力架，在挂篮底模上放置千斤顶顶住反力架，用体内顶压的方式进行预压。见图3、图4。
图2 顶压方法示意图
图3 预埋精轧螺纹钢以及钢板示意图
图4 反力架顶压方法
3.3 构件介绍3.3.1 反力架
反力架是预压的主要构件，它的刚度以及变形量对于预压时测得的挂篮变形量有着直接的关系，所以必须尽量减少反力架的变形，采用稳定性高的三角托架。主横梁由双支工字钢焊接而成，支撑杆件以及竖杆由槽钢对口焊接而成。在主梁以及支撑杆件和竖杆上每隔1 m设置一道加强板。由于窟野河特大桥0#块距地面高度在50～70 m之间，所以0#块在考虑到场地工期以及材料各个方面后采用托架施工，故在0#块浇筑前每个墩均加工了三角托架。在0#块浇筑完毕后，三角托架在场地中处于闲置状态。此次挂篮预压使用三角托架充当反力架使三角托架重复利用，见图5，而且三角托架的刚度和变形量在0#块浇筑前托架预压中均已得到验证并取得各方面数据。所以使用此三角托架极大地节省了资金和时间。
图5 反力架
3.3.2 反力架相关计算（按照0#块重量）
3.3.2.1 稳定验算
最重两端为2#块，重量为178.1 t，因此取2#块重量为预压挂篮的基本预压力。每端预压力为挂篮最大受力的1.2倍。故每边共加载213.72 t，故总受力=2137 kN
单个三角托架受力P=2 137/2/2=534.25 kN
对支撑点（分配处）取矩，弯矩平衡：
F×5=534.25×（1.5+3）
求得预应力钢筋受力F=480.825 kN<523.5 kN
（每根ΦL32预应力钢筋极限应力930 MPa，设计控制张力为 523.5 kN）。
每根预应力钢筋的受力小于其最大受力，预应力钢筋设置了两根，更增加了安全储备，预应力钢筋必然满足需要。
3.3.2.2 反力架强度、刚度、稳定性验算
平托梁 I50a工字钢，δ=1.25 cm，A=119.25 cm3，g=93.61 kg/m，Ix=46472 cm4，Wx=1858.9 cm3，Sx=1084.1 cm3
AC杆强度、刚度验算:
B点挠度：
图6 计算简图
AD斜杆稳定性计算:
斜撑杆受力状况见图7，为两端铰接轴心受压杆件。
图7 斜撑杆受力图
经计算，斜撑杆的轴心压力N=1039.397 kN
斜撑杆截面性质：由2根36a槽钢通过钢板连接成组合杆件，中间加两块10 mmA3钢板加强截面
斜撑杆件组合截面性质如下：Iy=8534 cm4，A=205 cm3，I0=583 cm
由λy=90查得弯曲系数=86.299 MPa＜[σ]=210 mpa
由于反力架是由钢板焊接和精轧螺纹钢螺母锚固在1#块端头，所以在0#1#块浇筑前就需预埋钢板和精轧螺纹钢。需要提前根据千斤顶和分配梁的高度尺寸，严格控制预埋位置。在0#1#块浇筑完毕，挂篮拼装完成后开始安装反力架。反力架安装时，直接焊接在提前预埋的钢板上，并且使用精轧螺纹钢加固。每块焊接钢板上均有四根精轧螺纹钢做为锚固点。
3.3.3 分配梁
分配梁是为了使加载应力均匀分布，尽可能接近真实施工荷载，防止由于加载应力集中而损坏挂篮底篮，并且作为千斤顶施加荷载的力传递构件。它由双支45工字钢构成，见图8。
图8 分配梁
3.3.4 千斤顶
千斤顶是荷载加载设备。为了尽可能模拟真实施工荷载，并且根据预压试验所需要来施加荷载以及千斤顶性能，所以在预压时，共计使用8个千斤顶同时施加荷载。在大小桩号分别使用4个。在加载过程中，尽可能的做到同时同步加载。
3.3.5 预压荷载加载
预压前，要紧固后锚系统受力拉杆，特别是后锚点和前横梁系统的拉杆，使各拉杆能受力均匀。预压时，两个挂篮对称同时同步进行，设立指挥员一名，用哨子作为提示信号。本联挂篮荷载试验超载系数为1.2。
最重两端为2#块，重量为178.1 t，因此取2#块重量为预压挂篮的基本与压力。每端预压力为挂篮最大受力的1.2倍。故每边共加载213.72 t，分4级加载至最大值，见表1。每加载一级至理论吨位，均持荷25～30 min，并且必须十分仔细地观察上下前横梁标高，并严密关注挂篮系统是否有明显的变化。在加载至设计吨位后，观测挂篮各方面数据，并且在持荷1 h后再观测一次。测量各方面数据，见图9。
表1 分级加载表
图9 前横梁各点变化图
从试验结果可以看出，加载初期非弹性变形比较大，加载到一定程度，约30%时呈线性增长，为弹性变形，最大弹性变形为11 mm，非弹性变形为12 mm。经过变形数值分析，反算出块件重力作用下的挂篮变形值。挂篮强度满足设计使用要求，在试验过程中杆件与焊缝没有变形与开裂现象。在后续的混凝土浇筑过程中，挂篮各方面性能均满足使用要求。混凝土浇注完毕后复核梁段标高，均符合规范要求，见表2。
3.3.6 与传统预压方法比较
传统的预压方法主要有堆载预压（水箱预压、袋装砂预压）、千斤顶钢绞线预压等。
袋装砂预压也是比较成熟且广泛采用的一种方法，但是袋装、称量、拆除的劳动强度极大，而且周期长，如遇暴雨等天气，砂吸水可能造成挂篮过荷的安全影响。水箱预压对密封性和箱壁的刚度要求很高，焊接量大，危险性高，而且周期长，经济效益低。千斤顶钢绞线预压周期短，方便快捷。但是得预先在承台施工时就要设置预压所用的反力构件。早期承台施工至梁段施工时间很长，所以先前所预埋的反力构件可能会有损坏现象。在窟野河特大桥施工中，如果采用钢绞线预压，由于箱梁块段较长，且为承台宽度所限。挂篮锚固点与底锚位置不在同一轴线上，故在加载时会产生水平力影响预压效果，见图10。锚固在地面，满足其拉拔力的所用成本较高而且耗时较长。
表2 砼浇筑前后高程对比表
图10 钢绞线张拉示意图
而且窟野河大桥墩比较高，平均高度在60 m以上，如果用钢绞线预压，将造成极大的浪费。用传统的砂袋预压，加载过程中耗时也比较大。如果用反力架，由于各个T构并不是同时浇筑，故反力架还可以在各个T构之间重复利用，进一步降低成本。所以，在考虑以上几种方法的可操作性、周期以及经济效益后，用反力架千斤顶预压是比较快捷，且周期短、经济效益高的方法，见表3。
表3 预压方法比较表
4 结束语
通过本次挂篮预压试验结果表明，采用千斤顶用反力架预压，适用于桥墩较高，T构较多的特大型桥梁的挂篮预压。缩短了工期、加快了施工进度、减轻了劳动强度，而且较传统的预压方法使用了很少的人力、机械，经济效益很好。
挂篮预压试验是大跨径预应力混凝土连续钢构桥悬臂施工工艺中的重要环节。预压试验结果直接影响以后的悬浇施工，并且在一定程度上决定了桥梁的合拢精度。所以，选择合适的预压方法很重要。通过此次在窟野河特大桥采用的千斤顶反力架体内顶压预压，充分达到了预压效果，为下一步施工奠定了坚实的基础。
