水中墩挂篮和托架反力架法预压的设计及应用

水中墩挂篮和托架反力架法预压的设计及应用

摘要：在京广特大桥永定河水中墩90墩#0#块及1#块施工中，采用托架搭设0#

块施工平台，0#块施工完成后在0#块上组装挂篮，为了验证托架和挂篮的安全性、可靠性及消除托架和挂篮的非弹性变形，取得弹性变形值控制桥梁结构线形，结

合现场实际工况采用反力架法预压。反力架法预压成败的关键在于反力架结构设

计的安全性与适用性，结合京广特大桥水中主墩90墩0#块托架和挂篮反力架法

预压施工的实例，介绍反力架法预压的设计及其实践应用的效果。

关键词：水中墩；托架；挂篮；反力；反力架；预压

工程概况

京广特大桥跨永定河主桥上部结构为（60+110+110+60）m四跨预应力混凝土连续箱梁，箱梁根部高度7.0m，跨中高度2.5m，箱梁根部底板厚100cm，跨中

底板厚32cm，箱梁高度及箱梁底板厚度按1.7次抛物线变化。0#块长度为12m，顶宽12m,底宽6.5m,根部高7m,腹板厚0.9m,纵向悬出墩身3m，悬空部位混凝土

方量为55m3，1#块长度3m，混凝土方量为80.4m3。

京广特大桥跨永定河主墩墩身高度均在28.5米以下，水中基础，高桩承台，

0#块施工中，采用托架搭设施工平台，1#块施工采用在0#块上组装挂篮做支撑体系，悬臂法浇筑砼。

预压方案必选

90#墩墩顶宽6m米，0#块12m米，施工0#块需在墩两边预埋钢板焊接托架，用托架做模板承重结构和操作平台，施工1#块时用锚固在0#块上的挂篮做支撑

体系，由于托架和挂篮弹性、非弹性变形等因素，施加荷载时会引起托架和挂篮

下沉，因此托架和挂篮安装完成后，需加载进行预压，以确定其强度、刚度及稳

定性，并消除非弹性变形，测出弹性变形，调整线形需要，满足结构要求。京广

特大桥永定河托架和挂篮预压拟用两种方案，通过比对及结合现场实际工况选择

合适的方案。

2.1方案一

堆载法预压，堆载法预压就是将考虑安全系数的计算重量堆压在托架和挂篮上，以达到预压的目的。使用的材料有砂袋、混凝土预制块、钢材料等，堆载法

预压是目前应用较普遍的一种预压方法。该方法投资大、周期长、施工相互干扰大、施工场地要求高，结合现场实际情况及经济要求水中基础受控条件多不能满

足要求。

2.1方案二

反力架法预压，反力架法预压是指墩身顶部安装反力架，将千斤顶放到反力

架与托架之间，承台施工时预埋预应力钢绞线，通过扁担梁对反力架尾部进行锚固，反力架前端承受千斤顶的顶力，同时给托架和挂篮以反力，以达到预压的效果。反力架自重轻、可以循环使用、成本低、操作方便快捷、同时能达到预压要求、对场地条件要求较低。

通过两种方案比较，可以看出堆载法较反力架法预压施工：人工、材料、机

械投入大、预压材料周转次数少，材料消耗大。京广特大桥墩身高，水中操作工

作平台空间少，高空吊装作业施工风险大，相关材料投入、倒运、机械等投入成

本大；从加快施工进度、规避安全风险、循环利用（京广特大桥T够墩24个）

降低施工成本等方面考虑，采用反力架法预压托架和挂篮是更合理。

3.反力架设计

3.1设计反力架

反力架在钢筋场进行制作，为桁架结构，上下弦杆采用双拼I40a工字钢通过连接钢板焊接而成，腹杆采用双拼I20b工字钢通过连接钢板焊接而成，反力架长度5m（考虑2m操作平台），高度1.5m。

京广特大桥永定河反力架设计图

3.2验算反力架

90#墩0#块悬臂段钢筋混凝土自重为55m3×26KN/m3=1430KN,安全系数考虑到1.6，则5根托架承受的力为1430KN×1.6=2288KN。按最不利因素考虑，千斤顶放置在0#块腹板位置处，此处位置预压力取每片托架受力的1.2倍，即预压力

F=2288/5×1.2=549.12KN，取整F=550KN。

通过在MIDAS软件中建立反力架计算模型，将F=550KN代入模型运算，杆件受力状态分析如图：

图2 京广特大桥永定河0#块托架预压反力架应力分析图

从应力分析图上可以看到，施加550KN的力时，组合杆件产生的最大应力只有138MPa，满足强度要求。从模拟结果看，反力架结构是安全可靠的，满足施工要求。

4、反力架施工

4.1反力架安装

反力架在加工场加工完成后，利用塔吊安装就位，吊装时必须保证反力架与水平面垂直，反力架安装至墩顶后采用24根在承台上预埋好的预应力钢绞线通过扁担梁将反力架一端锚固住，锚固位置间距按每边12根，三个一束每侧4组（预留挂篮预压），偏开托架垂直位置及靠近腹板30cm平均分布设置，反力架另一端安放至托架系统顶部放置的千斤顶上方，反力架高度可采用挂篮轨枕支垫进行调整。

4.2托架预压施工

反力架安装就位后，启动油泵，液压千斤顶开始加载，加载分阶段进行，分别为0#块悬臂部分箱梁计算自重等效荷载的25%、50%、75%、100%，达到每一阶段压力后持荷5分钟，在每片托架上选取一点，共计五个观测点，每节段预压及时测量各观测点标高，作好记录。然后持荷24小时后再测量，完成后启动油泵回油，对千斤顶进行卸载，待卸载完成后测量各观测点高程，计算托架系统弹性和非弹性变形量，整理预压结果。

4.3挂篮预压施工

0#块施工完成后，组装挂篮，计算数据，分析力偶按平行四边形法则计算力偶力，计算方法同反力架法在此不赘述。

4.4反力架预压效果验证

由记录的数据可知，托架的变形满足设计要求，弹性变形值的取得为确定0#块底模立模标高提供了依据。

5、结束语

京广特大桥上部结构T构多、节块多，施工周期长，工期压力大，0#块和1#施工周期的压缩、加快，为上部连续梁的施工赢得了宝贵时间，确保了工期，为后续工程的正常开展奠定了坚实基础。反力架法对托架和挂篮进行预压施工，工序简单、方便，加快了施工进度、降低了施工成本，经济效益显著。反力架法施工时，人员操作均在墩顶进行，基本不需要到