某懸澆連續(xù)梁施工事故成因分析及加固措施研究

■施燕秒

（福建省高速公路建設(shè)總指揮部，福州 350001）

0 引言

某在建高速公路連續(xù)梁橋9#墩在進(jìn)行懸澆施工時，梁體發(fā)生失衡滑落，一端滑落至運營高速主線A道，導(dǎo)致5名施工人員墜落、2輛貨車被砸，既有高速公路交通中斷，如圖1所示。事故發(fā)生后，即組織對現(xiàn)場救援、清除傾覆的梁體，恢復(fù)交通。同時對臨近也正在懸澆施工8#號墩現(xiàn)存施工風(fēng)險進(jìn)行排查，發(fā)現(xiàn)也存在同類問題，為消除安全隱患，避免梁體懸澆過程再次發(fā)生傾覆，需對8#墩懸澆梁的臨時固結(jié)措施進(jìn)行加固。

圖1 事故發(fā)生現(xiàn)場圖

1 事故背景

1.1 工程概況

某特大橋全橋共7聯(lián)，主橋為跨徑（49+86+49）m連續(xù)梁橋 （圖2），截面型式為單箱單室，箱梁頂板寬12.25m，箱梁高度以1.8次拋物線變化，其中墩頂（9#、8#墩）梁高5.4m，跨中梁高2.3m。箱梁0#節(jié)段長6.0m，其左右各劃分為10個懸澆段對稱布置，節(jié)段長度分別為3.0m和4.0m；中跨合攏段長2.0m，邊跨現(xiàn)澆段段4.84m、合攏段2.0m。

圖2 主橋橋跨布置圖（單位：cm）

1.2 總體施工方案

0#、1#段采用托架現(xiàn)澆施工，邊跨合攏段根據(jù)現(xiàn)場情況托架或鋼管支架現(xiàn)澆施工，中跨合攏段為吊架現(xiàn)澆，其余各節(jié)段由掛籃懸澆施工，懸澆梁段最大塊重為121.8t。

1.3 臨時固結(jié)體系設(shè)計

臨時固結(jié)采用臨時鋼管支撐，通過預(yù)埋鋼板方式，支墩頂用法蘭盤、M20×117高強螺栓鎖定抗拉，墩底采用與預(yù)埋鋼板焊接，其中支墩采用30mm鋼板圍焊成760mm×440mm的方鋼管，各種荷載在支墩上產(chǎn)生的不平衡彎矩合計不得超過30000kN·m，如圖3～6所示。

2 現(xiàn)狀調(diào)查分析

2.1 9#墩事故的原因2.1.1 直接原因

事后調(diào)查發(fā)現(xiàn)，9#墩在9C、9D懸澆過程中，現(xiàn)場混凝土澆筑存在不平衡現(xiàn)象，同時該橋處于曲線段，懸澆施工過程中混凝土澆筑會產(chǎn)生彎扭耦合疊加效應(yīng)，導(dǎo)致梁體滑落過程中會向曲線外產(chǎn)生一定滑移。

圖3 臨時固結(jié)布置圖

圖4 臨時支墩斷面（單位：cm）

圖5 上法蘭盤（單位：cm）

圖6 梁底預(yù)埋鋼板斷面（單位：cm）

2.1.2 間接原因

事故發(fā)生時該區(qū)域存在一定風(fēng)力的陣風(fēng)及廣東某地發(fā)生了3.1級地震對正在施工的9#墩懸澆施工產(chǎn)生影響；施工技術(shù)交底、現(xiàn)場把關(guān)不嚴(yán)、安全培訓(xùn)不到位等也是導(dǎo)致梁體滑移的間接原因。

2.2 8#墩存在的問題

8#墩身采用薄壁空心墩，截面尺寸為6.65m×3.5m，墩高21m，采用C40砼，設(shè)計方量為331m3，分十節(jié)澆筑，每節(jié)澆筑長度為2m，臨時錨固措施采用4根630鋼管（內(nèi)灌砂）與承臺和梁體連接。在9#墩倒塌前，完成了0～5#塊懸澆梁施工。

2.2.1 臨時錨固施工存在問題

設(shè)計方案采用梁底預(yù)埋件與支墩墩頂部的法蘭盤通過高強螺栓鎖住，在最遠(yuǎn)懸臂端也可承受約70t（不考慮梁體自重提供的抵抗彎矩）不平衡力。檢查8#墩臨時支墩發(fā)現(xiàn)，其未按設(shè)計要求實施，僅在梁體腹板處地板預(yù)埋鋼板后，支墩鋼管直接頂住梁底預(yù)埋鋼板，鋼管與預(yù)埋鋼板也未圍焊連接，臨時支墩無法提供抗拉力。另外，通過對9#墩現(xiàn)場調(diào)查發(fā)現(xiàn)，梁底預(yù)埋鋼板錨固鋼筋數(shù)量不足，導(dǎo)致預(yù)埋鋼板脫焊被拔出，如圖7～8所示。

圖7 原臨時支墩

圖8 被拔出的預(yù)埋底鋼板

2.2.2 臨時支墩承載力存在問題

施工現(xiàn)場使用直徑0.63m、厚度10mm的螺旋管作為臨時支墩，其受力截面面積為0.002m2，而原設(shè)計上采用的方形鋼管受力截面面積為0.0074m2，單根支墩承載力僅為設(shè)計20%不到。雖施工時采用對鋼管加灌沙子辦法提高其承載力，但檢查時發(fā)現(xiàn)，鋼管頂部約10cm段沒有沙子，無法起到加強支撐左右，同時頂部灌沙開口也變相削弱了斷面受力面積，造成局部應(yīng)力集中。

圖9 臨時支墩頂部

2.2.3 防護棚架計算存在問題

施工方案的防護棚底板采用4mm厚鋼板做面板，10#槽鋼以50cm間距做縱向加強背帶，5根16#槽鋼做橫向連接 （與10#槽鋼間采用焊接連接），16#槽鋼下部左中右各共設(shè)3根25#工字鋼做縱梁，3根25#工字鋼采用精軋鋼懸掛于掛籃底橫梁上將整個防落底板托起，結(jié)構(gòu)簡圖如圖10。

根據(jù)上述方案粗略計算，防護棚的總重應(yīng)在9t左右，而施工過程中僅按2t重量考慮，計算上存在錯誤。同時，在現(xiàn)場施工過程懸臂另一端也沒有對此不平衡受力采取配重措施。

2.2.4 其他問題。

現(xiàn)場檢查還發(fā)現(xiàn)8#的永久支座已受到不平力，指針已偏向不平衡端；現(xiàn)澆混凝作業(yè)沒有布設(shè)三通管道，對施工過程不平衡澆筑難以控制。

圖10 防落底板結(jié)構(gòu)示意圖

3 加固方案

3.1 加固措施

3.1.1 增加臨時支座

為加強T構(gòu)穩(wěn)定性，在8#墩頂永久支座兩側(cè)（大小里程各2塊）澆筑臨時支座，箱梁邊跨合攏后拆除臨時錨固體系，完成體系轉(zhuǎn)換。在永久支座兩側(cè)順橋向采用M40灌漿料澆筑2.69m×0.8m×0.45m臨時支座各2塊，如圖11～圖13所示。

3.1.2 增加臨時支墩

在原方案支撐螺旋管柱中心外延3.37m處，增設(shè)直徑1020mm，壁厚10mm的螺旋管進(jìn)行加固，螺旋管落于承臺頂面，承臺頂面鑿毛露出鋼筋，增設(shè)預(yù)埋筋，預(yù)埋筋伸入螺旋管內(nèi)部0.6m，與管內(nèi)混凝土形成整體。同時，管底預(yù)埋2cm厚法蘭板，法蘭與螺旋管底部焊接，并在承臺頂面植入8根HRB400φ32鋼筋，鋼筋穿過法蘭板一頭車絲，將鋼管錨固在承臺上。

螺旋管內(nèi)灌注C30微膨脹混凝土。為保證新設(shè)鋼柱與T構(gòu)梁底密貼，鋼柱頂與梁底間的楔形空隙采用微膨脹型支座灌漿料灌注密實，確保能有效傳遞荷載，支座直徑1.0m。為增加剛度減小桿件長細(xì)比，新設(shè)鋼柱與前期墩身預(yù)埋鋼板采用直徑30cm鋼管連接,橫向增加同樣增加連接鋼管，用抱箍連接。

3.2 抗傾覆驗算

不考慮原鋼管支墩及后澆混凝土臨時支座的影響，對最終加固方案進(jìn)行計算，加固后按懸臂澆筑最不利極端工況考慮：

3.2.1 工況分析

工況1：懸澆其他節(jié)段工況，即在澆筑混凝土?xí)r，考慮施工機具荷載和風(fēng)荷載的不對稱作用，不同步澆筑節(jié)段混凝土的重量差為20t（混凝土8m3）。

圖11 8#墩臨時固結(jié)體系加固方案圖（立面圖）

圖12 8#墩臨時固結(jié)體系加固方案圖（側(cè)面圖）

圖13 8#墩臨時固結(jié)體系加固方案圖（俯視圖）

工況2：掛籃行走工況，即在掛籃行走時，考慮施工機具荷載和風(fēng)荷載的不對稱作用的同時，不同步移動掛籃。

工況3：一側(cè)掛籃墜落。澆注完混凝土后移動一側(cè)掛籃墜落，產(chǎn)生不平衡彎矩。最不利情況按最大懸臂處考慮，一側(cè)掛籃墜落，沖擊系數(shù)按2.0計算。

3.2.2 荷載組合

（1）一側(cè)混凝土自重超重5%；

（2）一側(cè)施工線荷載為0.48kN/m2，另一側(cè)為0.24kN/m2（即考慮機具、人群荷載）；

（3）施工掛籃的動力系數(shù)，一側(cè)采用1.2，另一側(cè)采用0.8；

（4）另一側(cè)風(fēng)向上吹，按風(fēng)壓強度W=800Pa；

（5）節(jié)段澆筑不同步引起的偏差，控制在20t以下；

（6）掛籃行走不同步，掛籃自重56t；

（7）單側(cè)防護吊架自重 10t；

（8）單獨考慮最不利情況為最大懸臂端移動掛籃，掛籃墜落，沖擊系數(shù)2.0。

根據(jù)工況分析及規(guī)范要求，可得荷載組合：

組合一：①+②+③+④+⑦

組合二：①+②+③+⑤+⑦

組合三：①+②+④+⑥+⑦

組合四：⑧

3.2.3 計算結(jié)果

以最遠(yuǎn)端的11#塊為計算節(jié)段，其自重為96.2t，距離墩中心為43.0m。根據(jù)上述分析，計算得最大豎向力為N=29672kN，最大傾覆彎矩為M=56760kN·m，力學(xué)計算簡圖見圖14。

圖14 臨時支墩內(nèi)力解析圖

根據(jù)平衡條件可得：

本計算中L=3.37m,解得：

單根PSB830ΦT830精軋螺紋鋼抗力為[P]=Afpy=804×830/1000=667.3 kN，則每個支墩在橫梁兩側(cè)放置6根，單側(cè)共計12根，共計提供抗拉力：

T構(gòu)繞反力最大側(cè)支墩傾覆，非傾覆側(cè)支墩豎向力和精軋鋼拉力不同時產(chǎn)生，此時抗傾覆安全系數(shù)：

綜上可知，抗傾覆滿足要求。

4 方案實施

4.1 臨時支座施工

首先為加強T構(gòu)穩(wěn)定性，在8#墩頂永久支座兩側(cè)（大小里程各二塊）澆筑臨時支座，臨時支座的尺寸為269cm×80cm×45cm,澆筑材料采用M40#支座灌漿料，施工完成的臨時支座如圖15。

圖15 施工完成的臨時支座

⑴先在澆筑位置用竹膠板立模用方木進(jìn)行加固，在每個臨時支座的靠翼板側(cè)留出10cm的預(yù)留孔，為確保臨時支座和梁底密貼，在模板和墩、梁連接部位采用泡沫膠進(jìn)行封閉，孔口開在模板頂部。

⑵先對支座灌漿料按照產(chǎn)品的設(shè)計配合比進(jìn)行試配，強度到40MPa后準(zhǔn)備下步施工。

⑶用PVC管在翼板和竹膠板的預(yù)留孔進(jìn)行連接。現(xiàn)場準(zhǔn)備兩臺攪拌機、以及攪拌用水 （用砼罐車輸送到現(xiàn)場）、量稱。

⑷按照設(shè)計的配合比均勻攪拌后從梁頂灌入到臨時支座位置，灌注過程要實現(xiàn)連續(xù)灌注，墩身上時刻觀察好澆筑情況，灌注到孔口無法滲漿出來，漿液無法繼續(xù)灌入時候，停止灌漿。

⑸24h后拆模檢查，檢查支座頂面和梁體的連接情況，如有空隙或者空洞等情況，再次采用高壓注漿或者鋼板進(jìn)行補充。

4.2 臨時支墩施工

臨時支座實施完成后，體外采用梁體底部螺栓管支撐，梁體頂部用精軋螺紋與管頂工字鋼錨結(jié)的加固措施，臨時加固實施現(xiàn)場圖如圖16。

圖16 臨時加固實施現(xiàn)場圖

⑴螺旋管與承臺的連接:在承臺頂面（螺旋管的位置處）鉆出用50cm深直徑為4cm的錨固孔，鉆完孔以后，用Φ32的精軋螺紋鋼埋入鉆孔，精軋螺紋鋼露出孔頂留出23cm，后澆筑10cm的支座灌漿料。用2cm厚度的法蘭盤進(jìn)行鎖定鋼管和精軋螺紋鋼。

⑵第一節(jié)螺旋管砼（12m節(jié)）的澆筑:螺旋管平均總長度為18m，分兩次澆筑，第一節(jié)管立完后，用地泵將C30的砼泵滿。

⑶安裝第二節(jié)螺旋管（10.65m節(jié)），安裝前，用鐵絲在管頂先固定好精軋螺紋鋼后進(jìn)行吊裝，管之間采用定制的法蘭盤連接。

⑷第二節(jié)螺旋管砼的澆筑:第二節(jié)螺旋管安裝完以后,進(jìn)行第二次C30砼的泵送,砼的澆筑高度為10.65m。

⑸吊裝3榀63C的工字鋼，用吊車配合葫蘆，一種是整體吊裝，留出精軋螺紋鋼的空間。

⑹定位螺旋管預(yù)埋的精軋螺紋鋼，在吊裝過程中（或者結(jié)束后）將螺旋管內(nèi)預(yù)埋的精軋螺紋鋼取出穿到工字鋼的頂面后，用2cm厚度的鋼板進(jìn)行錨固。

⑺第三次灌注，在螺旋管頂面與梁底間的楔形空隙立模，側(cè)面留孔，同時在底板鉆4cm灌料孔（鉆完孔后先封堵），先在側(cè)面用M40灌漿料從梁頂往下灌送，灌滿后進(jìn)行通過底板灌料孔進(jìn)行二次補漿。

⑻定位鉆孔，穿精軋螺紋鋼，在工字鋼之間有4塊鋼板進(jìn)行焊接，底面用2cm的鋼板鎖定精軋螺紋鋼。

⑼澆筑頂面調(diào)平層 （或者在腹板處墊工字鋼調(diào)平），調(diào)平后安裝3榀63C的工字鋼，同樣在精軋螺紋鋼連接部位用鋼板焊接補強。最后用2cm厚的鋼板鎖定工字鋼。

（10）鋼管和墩柱預(yù)埋鋼板進(jìn)行連接，連接件采用Φ30（壁厚5mm）鋼管與墩柱焊接，圓鋼切成馬口形后與螺旋管進(jìn)行焊接。螺旋管之間同樣采用Φ30（壁厚5mm）鋼管進(jìn)行連接，連接處加工成馬口形。

4.3 實施效果

通過上述措施，8#墩剩余懸澆段施工順利，按既定計劃完成合攏，大橋合攏后的全景如圖17所示。

圖17 完成合攏后的大橋

5 結(jié)語

從此次事故分析及加固措施實施過程，不難得出施工管理不到，臨時措施未按設(shè)計意圖實施是主要原因，當(dāng)然臨時錨固的設(shè)計也存在不周，現(xiàn)場實施難度較大，因此，在將來類似的連續(xù)梁懸澆過程中，有幾個方面應(yīng)加以注意。

（1）要充分認(rèn)識懸澆過程不平衡施工的客觀存在。施工方案編制中要充分保障臨時固結(jié)系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，計算時抗傾覆安全系數(shù)不應(yīng)低于1.3，確保抵抗不平衡有效安全，對下掛棚架防護等額外增加的不平衡重力，應(yīng)精確計算棚架重量，并做好配重移動；同時在施工實施過程要加強管理，確保施工方案各項措施實施到位。

（2）要注意控制施工過程不平衡受力。在施工過程中應(yīng)盡量減小兩邊不平衡施工，各懸澆梁段的底板、腹板、頂板鋼筋分塊吊裝、施工機械設(shè)備應(yīng)對稱放置；混凝土泵送管應(yīng)在在0號塊中心采用三通管連接，澆筑過程要及時調(diào)整三通閥門，保證T構(gòu)兩端混凝土不平衡澆筑重量不超過；現(xiàn)場管理人員要督促作業(yè)工人養(yǎng)成良好施工習(xí)慣，保證兩端不平衡彎矩不超過設(shè)計值。

（3）要采用便于實施的臨時錨固設(shè)計。體外鋼管架臨時錨固施工工序較為復(fù)雜，在預(yù)埋梁體鋼板與支墩鋼管頂法拉盤栓接時需要楔形鋼板塞縫，螺栓安裝連接操作空間小等問題，建議在設(shè)計中連續(xù)懸澆梁臨時錨固采用墩身預(yù)埋精軋螺紋鋼后與0#塊梁底板鎖定方式；即使是采用體外支墩作為抗傾覆措施，因為現(xiàn)場采用的螺旋管厚度難以保障，尤其采用灌沙方式難以保證密實，而導(dǎo)致頂部抗壓力不足，因此建議應(yīng)引入“寬容性”設(shè)計理念，加入設(shè)計臨時支座，同時臨時支座不應(yīng)采用硫磺砂漿。

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