連續梁橋懸臂掛籃施工安全穩定性分析與研究

■肖 冰

（福建省交通建設質量安全監督局，福州 350001）

1 引言

懸臂法施工是連續梁常見的一種施工方法，在高橋墩、大跨度及跨河、跨路等情況的施工中顯現出獨特的優勢。采用掛籃施工的預應力混凝土連續梁，引以注意的是，隨著懸臂施工長度的增加，懸臂兩側由于不平衡荷載容易引起懸澆梁體傾覆。當前國內已發生多起類似事故。本文結合某連續梁橋懸臂掛籃施工過程梁體失衡滑落的實例，剖析事故原因，探討連續梁抗傾覆技術措施。

2 工程概況

某特大橋右線1#橋（YK158+136）長865m，全橋共7聯，發生事故的梁體為跨徑49+86+49m的連續梁，事故發生的部位為9#墩懸澆梁9C、9D段。9C、9D段每段長度為4m，梁寬12.25m，梁高2.45m，采用C50混凝土澆筑，設計方量78.8m3。9#墩懸澆梁體共分為12段，已完成 8節澆筑 （0號塊 6m，1C～5C、1D～5D 每段長 3m，6C～8C、6D～8D每段長4m）。正在澆筑9#墩9C段頂板混凝土時發生梁體失衡滑落。具體情況如下：

（1）連續梁混凝土澆筑施工，采用汽車泵泵送入模，澆筑順序為9D節段底模、9C節段底模、9D節段腹板及頂板、9C節段腹板及頂板，每次澆筑方量16m3，兩端交替澆筑；事故發生時9#墩9C節段頂板正在澆筑混凝土，而9D節段頂板未開始澆筑混凝土，兩側混凝土量差超10m3。

（2）9#墩C節段跨現有高速公路A道，為加強防護措施，在掛籃四周設置圍檔防護，掛籃增加重量約2.3t，相應的D節段未采取加載平衡措施。

（3）設計臨時支墩采用4根Q235方管，尺寸760mm×440mm，頂部與0#號塊預埋底鋼板采用法蘭盤螺栓連接，而施工單位編制的方案中改用圓管，管內填灌砂。經量測，施工現場采用的是直徑1m、壁厚8 mm的圓管，圓管頂部未按設計要求采用法蘭盤螺栓與0#號塊預埋底鋼板連接（采用焊接），且圓管頂部被切除約1/3斷面用于灌砂（灌砂填充不密實）；圓管頂部與0#塊預埋底鋼板連接偏位，受力斷面嚴重削弱，臨時支墩受力不足。

（4）施工方案要求采用兩邊同時對稱澆筑混凝土，由2臺混凝土輸送泵車對稱澆筑，速度盡可能保持一致。但現場僅為一臺混凝土輸送泵車置于主墩附近，兩端交替澆筑。

（5）資料顯示，事故發生時該施工區域出現一定風力的陣風，對正在懸澆施工的9#塊混凝土施工產生一定的動載附加力。

3 原因分析

由于施工單位未嚴格按懸澆橋施工設計圖和經論證審批的施工專項方案進行施工，擅自變更施工方案，現分析計算施工現場采用的臨時固結方案是否滿足受力要求，進而查找出懸澆梁體傾覆的直接原因。

懸臂澆筑法施工時，預應力混凝土連續梁在分節段懸臂澆筑過程中，永久支座難以承受施工中產生的不平衡力矩，施工過程中主墩需采取臨時固結體系措施進行墩梁臨時固結，以提供豎向支撐，抵抗施工中產生的各種不平衡力矩，保證“T”構平衡。現根據現場材料、構造和具體荷載進行臨時固結體系受力分析，確定現場采用的施工方案鋼管所受應力是否在安全范圍內。

（1）最大豎向反力N計算

為簡化最大豎向支反力的計算，考慮采用以下荷載:

①梁體混凝土自重

取0#塊重量和懸臂澆筑節段重量的總和。

②掛籃及機具重量

掛籃及機具重量2.3t。

③施工人員、材料及施工機具荷載

按照2.5kN/m2計算，僅布置在最后一個懸澆段上。

④混凝土沖擊荷載

按照2.0kN/m2計算，僅布置在最后一個懸澆段上。

則荷載組合為:1.2×［（1）+（2）］+1.4×［（3）+（4）］

將數值代入該組合計算最大豎向反力N為：

N=1.2×（23888+2×23）+1.4×[2×（2.5+2）×12.25×4]=29338.2kN

（2）最大不平衡彎矩M計算

最大不平衡彎矩計算考慮的不平衡荷載如下:

①梁體自重不均勻

混凝土容重取26.5kN/m3，考慮梁體自重不均勻，一側超重取5%。

②施工荷載不均勻

施工荷載不均勻按照順橋向2.5kN/m計算，僅布置在傾覆側現澆施工塊段上。

③掛籃移動不同步

掛籃及機具重量2.3t。

④掛籃、施工機具重量偏差

考慮掛籃、施工機具重量偏差，一側掛籃機具重乘以1.2，另一側側掛籃機具重乘以 0.8。

⑤混凝土澆筑不同步

兩端最大不平衡重10m3。

⑥施工階段風荷載

根據《公路橋梁抗風設計規范》第 4.5.1條，不平衡風荷載可取橫向風荷載的0.5倍：

式中，FH——作用在主梁單位長度上的靜陣風荷載（N/m）；

ρ——空氣密度（kg/m3）；

CH——主梁的阻力系數，取1.25；

H——主梁投影高度（m），宜計入欄桿或防撞護欄以及其他橋梁附屬物的實體高度。

根據公式（1）計算FH，根據計算的FH值積分可得單側懸臂承受橫向風荷載為268KN。

則不平衡風荷載為134kN，荷載作用中心距墩中線14.93m。

⑦最后一個懸澆節段重量1005kN

1～7 各項彎矩值分別為：17438.24（kN·m）、317.2（kN·m）、729.56（kN·m）、291.82（kN·m）、8247.2（kN·m）、2000.62（kN·m）、31878.6（kN·m）。

按最不利情況，參考《公路橋涵設計通用規范》，基本荷載組合為:

組合一：1.2×（1）+1.4×［（2）+（4）+（5）］+1.1×（6）

組合二：1.2×（1）+1.4×［（2）+（3）+（4）］+1.1×（6）

組合三：1.2×（7）+1.4×［（3）+（5）］

取三個組合計算值中的最大不平衡彎矩組合三為50821.78kN·m。

（3）臨時鋼管支撐柱計算

按照設計文件提供的傾覆參數，臨時鋼管支撐柱結構受力分析圖示如圖1。

圖1 臨時鋼管支撐柱結構受力分析圖

根據臨時鋼管支撐柱結構受力圖1，解析A、B鋼管支撐力列計算公式為:

本背景工程中，根據設計圖紙L取5m，根據公式（3）計算得：RA=9586.92kN，RB=19751.28kN。背景工程中，設計用臨時錨固采用方管截面積為0.0798m2，假設方管全截面受壓，則最大截面應力為123.75MPa，小于Q235承受的最大應力270MPa，滿足規范要求。實際施工時，改用壁厚8mm，直徑1m的圓形鋼管，鋼管灌沙。現場調查中發現，圓管頂部被切除約三分之一斷面，且沙填充不密實，為偏安全考慮，驗算時不考慮填充沙協同受力。假設圓管全截面受壓，則最大截面應力為392.94MPa，大于Q235可承受的最大應力270MPa，此時鋼管已屈服破壞。

由公式（2）可求得：

4 處理方案

從計算結果及破壞形態可知：懸澆梁混凝土澆筑加載不平衡，懸臂施工臨時支墩擅自改用承載力不滿足要求的圓管，使得墩梁臨時固結體系的穩定性不足，引起梁體傾覆現象。因此控制平衡是懸臂澆筑法施工成功的關鍵。為避免同類型事故的發生，應做到以下幾點：

（1）嚴格按施工設計圖和經論證審批的施工專項方案進行施工，對懸澆作業的施工控制工序、掛籃行走工況等進行計算核驗。

（2）加強掛籃錨固，掛籃行走兩端同步進行，行走差距不能超過50cm，必要時行走過快的掛籃要放慢行走速度。

（3）兩側懸臂節段混凝土同時、均衡澆筑。用2臺泵機分別在兩個工作面平衡的輸送砼，現場施工員要做好砼計量工作。

（4）采用精軋螺紋鋼臨時固結（見圖2）。先澆筑臨時支座砼，在澆筑砼時應采用與墩頂的隔離措施，待0#塊施工完成后，澆筑臨時墊塊，然后對每根精扎鋼張拉錨固，體系轉換時先拆除臨時支墩，在梁頂將臨時固結的精扎螺紋鋼錨頭松開，把墩頂至梁頂的精扎螺紋鋼拔出，墩頂墩頂多余的精軋螺紋鋼切除，并對臨時固結的精扎螺紋鋼孔道進行注漿。

圖2 精軋螺紋鋼臨時錨固示意圖

（5）加強質量監控措施。

①應力監控。在每個墩0＃塊處、L/2跨中處，合攏段處預埋感應器，每施工完一個節段，在預應力張拉后及時量測應力的變化值，做好施工記錄。

②標高及線形監控。施工每個節段都要做好施工監控，分5個施工工況進行：砼澆筑前、砼澆筑后、張拉前、張拉后、移掛籃后。及時提供預拱度，做好標高調整。

③箱梁砼裂縫監控。優化砼配合比，減少砼水化熱造成的收縮裂縫的產生。砼澆筑完成后及時進行砼養護工作，利用薄膜覆蓋，澆水養護。

④臨時支座采用密貼結構，如硫磺砂漿塊，保證在各施工工況下不脫空。

5 結束語

綜上所述，連續梁橋最大不平衡彎矩出現在距墩中心遠端一個懸澆節段，施工過程采用的臨時固結應充分考慮此最不利情況。實際施工中應嚴格按照設計提供的臨時固結措施或者采用經專家論證安全可行的措施。施工時應做到對稱澆注，加強掛籃錨固及質量監控。本文建議其它同類橋梁可采用精軋螺紋鋼進行臨時固結，以保證臨時固結質量，確保懸臂澆筑連續梁橋施工的質量和安全。

[1]JTG D62-2004，公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范[M].北京：人民交通出版社，2004.

[2]范立礎.橋梁工程（上冊）[M].北京:人民交通出版社,2001.

[3]蘇克啟.懸臂法施工連續梁臨時固結體系的計算探討[J].科技資訊,2014,3:95-96.

[4]郅友成.懸臂澆筑連續梁臨時固結體系計算分析[J].鐵道建筑技術（增 1）:61-64.