挂篮预压方法探析(最终版 )-杨志超、裴玉良

中铁十三局集团有限公司南昌市政项目 杨志超 裴

玉良

内容提要:根据抚河大桥主桥悬臂浇筑挂蓝施工实际情况，提出千斤顶预压方法，从设计、构造、预埋、安装、操着等多方面介绍其施工技术，与传统沙袋预压相对比，体现其诸多优点，以供类似工程应用。

关键词：挂篮 液压预压 预埋

1工程简介

抚河大桥全长2653.6米,桥位处河面宽度约500米。主桥为55m+80m +80m +45m（左幅桥）、45m+80m+80m+55m（右幅桥）变截面悬浇连续箱桥，采用挂篮悬臂浇筑施工。最重梁段为4#块，梁段长度4m，底板宽度8.5m，顶板宽度16.5m，混凝土体积52.85m³，重量137.42t。规范规定新挂篮在初次使用之前必须预压。预压的目的主要是检查挂篮加工质量和设计性能，验证挂篮的可靠性和消除其非弹性变形，同时测出挂篮在不同荷载下的实际变形值，为设置箱梁预拱度提供依据，以便修正立模标高。该桥预压考虑1.2倍安全系数，加载165t。

2挂篮预压方法的选择

挂篮悬浇法施工的关键是挂篮。挂篮的预压是必不可少的施工步骤，目前，挂篮预压的方法主要袋装砂预压、水箱加水预压、围水预压。

2.1沙袋预压

将沙袋同步均匀的布置在两端挂篮的底板上，以此来模拟砼的重量进行预压。该方法操作简单、容易实现、比较经济，但工期长（一般4-7天），花费劳力多，堆放高度高，施工不安全，预压精度差，不能很好的完全模拟挂篮实际受力状态。

2.2水箱加水预压

利用钢护筒加工成水桶（或水箱），将水桶挂在挂蓝前横梁和底板上灌水进行预压。水桶可提前加工好，预压进度较快，预压过程人员远离操着区，较为安全，但所需焊工等劳力多，钢材多，不经济，难以模拟挂篮实际受力状态。

2.3围水预压

利用挡板将挂篮前后端封闭好，在空腔内用彩条布围好，灌水进行预压。所需操着人员少，施工较为安全，但加工、安装、加固挡板所需时间长，所需材料多、不经济，挡板加固不好或彩条布漏水容易预压失败，不能模拟挂篮实际受力状态。

2.4千斤顶预压

提前在0#块混凝土中预埋构件，在已浇筑梁端上设置反力架，利用张拉油顶对挂篮前端进行加载预压，满足了各种悬浇挂篮预压的需要，还能更好地模拟悬浇挂篮的实际受力情况。该方法操作人员少，时间短，数据准确，挂篮受力明确，容易控制预压荷载，安全性高，且预压设施简单，省时省力，费用相对较低。

结合本工程重难点及各方法比较，使用液压千斤顶对挂篮进行预压作业。在具体实施中应根据现场情况，配备能满足本工程施工的技术力量和机械设备的投入，做到合理安排、灵活调动和穿插流水作业。

3液压千斤顶预压工艺

液压千斤顶预压技术对悬浇挂篮进行预压的方法，主要实施设备是反力架和液压千斤顶。具体实施过程：首先将反力架固定在已浇筑的箱梁体上，待悬浇挂篮和箱梁底模安装结束后，再将液压油顶置于反力架与底模的预留空间内。利用控制液压油顶压力，下压底模，上拉吊杆，模拟挂篮实际受力，从而测量出挂篮各部位的变形参数，以达到挂篮预压的目的。

3.1材料设备介绍

一只挂篮预压需液压油顶两台（可用张拉纵向预应力钢绞线千斤顶），反力架一套,用型钢焊接而成，反力架预埋件应根据设计计算确定其尺寸和数量。

3.2劳动力及设备投入计划

反力架安装需焊工4人，塔吊或吊车一台，电焊机2台。

3.3施工工艺流程

反力架加工及安装

挂篮及底模安装

安装油顶和监控仪器

分级预压

拆除反力架

测量监控

图3.1千斤顶预压施工工艺流程图

图3.2液压千斤顶预压示意图 图3.3反力架预埋件位置示意图

3.4现场操着示意图

3.3.1准备工作

对所有连接部位进行常规检查，对受力较大的部位（参照挂蓝检算书的内容，主要有支腿、轨道、轨枕、后锚体系、吊带、立柱、上前横梁等）进行详细的检查，特别是底栏部位容易忽视的位置。对检查出来的薄弱环节、焊缝不符合要求等问题及时整改和加强后方能预压，严禁预压或施工过程中进行焊接补强。

在挂篮各构件的锚点、支点、吊点位置，均安装了劲板，增强了型钢的抗剪和抗扭性能。

预压加载前应对施工人员进行交底及设备的提前检查和调试。

3.3.2分级预压

试压方法：利用张拉油顶对挂篮前端进行加载预压。具体的试压方法是在每只挂篮底模的前下横梁上安装2只液压油顶，根据设计预压力，通过张拉油顶，对挂篮进行分级加载或卸载，同时测出其相应的变形值。

分级加载和卸载：其主要目的是控制加载速度，便于观测挂篮变形随荷载变化的规律，同时，有利于挂篮预压试验的安全。挂篮预压加载总量按箱梁最大悬浇块件重量的1.2倍考虑，每级加载为总荷载的10%；卸载与加载级距相同，以便于对其变形进行分析对比。

级间间歇时间：分级加载级间间歇时间，根据钢结构试验的有关资料显示，其加载后的变形基本稳定时间一般在10min左右，因挂篮属于钢结构，可按10～20min控制。卸载间歇时间与加载相同。

3.3.3测量监控

变形及变位观测的主要项目包括主桁前、后支点的沉降，及前吊点的变形挠度；前吊杆的伸长量；挂篮前下横梁顶面测点标高测量；挂篮主桁前倾位移观测等。变形观测采用国家二等水准测量或工程测量变形三等水准测量的精度等级要求和观测方法进行施测，精度可达到

±1mm。挂篮按加载与卸载重复循环2次进行预压试验，以消除挂篮的非弹性变形。预压结束后，应对观测数据分析处理，同时，绘制挂篮试验的荷载与挠度对应关系曲线，作为挂篮悬浇施工立模标高调整的依据。

由于挂篮变形受日照温差的影响，根据公式L1=L0（1+α△t0）计算，挂篮构件中吊带变形受温差影响最大。在温差达10℃时，变形之差为1.1mm。为了准确测得挂篮变形值，加载试验时间应选择在温差较小的时间段进行。

在进行正式加载试验前，用第一级荷载（10%）进行预加载，预加载试验持荷时间为20min。预加载的目的在于，一方面是使结构进入正常工作状态，另一方面是检查测试系统和试验组织是否工作正常。在确认测试系统和试验组织工作正常后，预加载试验反复进行两次，预加载1小时后进行正式加载。

在正式加荷载前，测量各点标高H0，然后在在加载至20%、50﹪、100﹪和120%分别测得H20、H50、H100和H120。 在卸载前测量各测量点标高值H120’。 卸载过程的操作基本与加载过程相反，卸载后测量出各测量点标高值H卸，此时就可以计算出各观测点的变形如下： 非弹性变形 △1= H0-H卸。通过试压后，可认为吊带、模板等的非弹性变形已经消除。 弹性变形△2=H卸- H120’。根据该弹性变形值，在底模上设置预拱度△2，以使挂篮变形后梁体线型满足设计要求。 另外，根据H120’和H120的差值，可以大体看出持续荷载对挂篮变形的影响程度。

对于已进行预压梁段，调整底模标高：底模顶面标高 = 梁底设计标高 + △2的平均值。 对于没进行预压的梁段，调整底模标高： 底模顶面标高=梁底设计标高+△1的平均值+△2的平均值。

试验荷载采用分级单循环加载的方法施加，按等代荷载的分级逐级递增加载，试验荷载持续时间一般为20min，且取决于结构变位达到相对稳定所需要的时间，只有结构变位达到相对稳定后，才能进入下一荷载阶段。同一级荷载内，若结构变位最大的测点在最后5min内的变位增量小于第一个5min变位增量的15%，或小于所用量测仪器的最小分辨值，即认为结构变位达到相对稳定。

加载达到设计试验荷载，且变形在设计允许范围内可立即终止加载试验。

卸载按照加载程序一样分级卸载，每卸载一级均进行变形观测。卸载完毕后，对主桁销结处的销子和主桁架焊缝进行检验，发现问题及时处理，确保挂篮施工安全可靠。

3.3.4预压试验注意事项

严格按分级加载的方法进行预压试验，每级加载应做到缓慢、平稳、准确，以保证结构的安全和试验成果的准确性。

每级加载至额定荷载后，应持压20min，待其变形基本稳定后及时用螺母锁定传力拉杆，然后，进行各部位的变形观测，并做好记录。

每级加载试验结束后，应及时进行计算变形值与实际变形值的对比分析，如出现数据异常，应立即查明原因，及时排除，方可进行下一级加载。

在加载过程中，应注意观察主要受力杆件的变形，焊缝有无出现裂缝，结构支承及连接部位的稳定性等，一旦出现异常情况时，应立即停止加载，并查明其原因，同时采取相应措施，方可继续进行试验。

挂篮预压试验应连续进行，并做到加载级距和间歇时间均匀，以提高试验成果的准确性。另外，为使卸载后的结构变形得到充分恢复，其

空载持续时间应≥30min，同时应观测卸载后的变形恢复情况和残余变形值。

4、效益分析

挂篮千斤顶预压和沙袋预压工期、费用对比表

项目千斤顶预压

沙袋预压对比结果备注工期

2天

7天

节约5天

1.油顶采用张拉纵向预应力千斤顶；

2.河砂虽可重复使用，但重复倒运，成本较高，损耗较大。

3.未考虑测量人员工费。

费用

反力架：4T*3000元=12000元；

塔吊：700元*2天=1400元；

油顶：1000元；人工费：4人*100元*2天=800元；合计：14200元。

河砂：170T*2*50=17000元；

沙袋：140个*2*70元=19600元；

塔吊：700元*7天=4900元；吊车800元*7天=5600元；运输车：2辆*200元*7天=2800元；

人工费：8人*7天=5600元；合计：55500元

节约41300元

昌南大道东延工程抚河大桥水中主桥箱梁为单箱单室断面，箱梁顶板宽16.5m，底板宽度8.5m。为了对挂篮强度、刚度和稳定性进行评价，验证挂篮的安全性，并获取挂篮在荷载作用下的变形数据及规律。需对挂篮进行预压试压。根据工期要求6个主墩共采用6套挂篮施工，6套挂篮结构完全相同，结合现场的实际进度，挂篮预压选择施工进度最快的58#墩右幅挂篮。其它5套参照该套挂篮的预压数据。上部结构悬浇共10个段，其中4#段重量最大，为137.42t。考虑施工荷载及安全系数1.2.模拟加载力p=137.42*1.2=165t。试验荷载按0-20%-40%-60%-80%-100%-120%逐级加载，每级持载时间20分钟，以测点变形数据趋于稳定为原则。由于千斤顶易于操着加载，整个预压过程耗时较短，与沙袋预压相比一套挂篮节约工期5天，节省费用4万余元。

根据挂篮的预压观测数据分析，得出了挂篮底模的预留沉降值，指导挂篮的实际施工。通过施工实践证明，预留沉降值适当而准确，抚河大桥主桥连续箱梁线性平滑顺畅，得到了业主和专家的好评。

采用液压千斤顶反力架的加载方法进行挂篮预压试验，相对于传统沙袋堆载、水箱预压等方法，第一大大缩短了试验工期，保证了试验数据免受环境影响；第二减少了工人工作量，因无需像传统加载方法需对称加载，大大减少了试验成本。第三安全性高，预压载荷是通过油顶油泵控制，挂篮出现异常时，可以快速卸载，避免发生安全事故。第四是数据准确，本工法可以重复多次预压，是堆载法预压法难以做到的，从而保证了试验数据的质量。因此建议该方法作为工程试验新方法予以推广。

参考文献：

1桥梁悬臂施工挂篮预压试验方法研究， 华南理工大学交通学院，广州5100

2悬浇挂篮液压预压施工工法JTEG-02-2007 ，李善超，巩艳国