內剛外柔臨時固結結構形式在掛籃懸澆連續梁施工中的具體應用

（中交三航局南京分公司， 江蘇 南京 210000）

1 工程概況

武漢至深圳高速公路嘉魚北段西涼湖 5號特大橋主橋為 1聯（42+70+42）m雙幅預應力砼連續箱梁。4725號、4726號橋墩為主橋橋墩，墩身采用等截面矩形實體薄壁墩，截面尺寸 8×2m，高度分別為 10.6m與 11.4m。主橋上部構造為（42+70+42）m三跨預應力混凝土連續梁，箱梁根部梁高4.4m,跨中梁高2.2m，箱梁頂板橫向寬16.75m，底寬8m，頂板懸臂長度外側4.375m。箱梁0號塊長12m（墩柱中心線兩邊各6米），每個懸澆“T”縱向對稱劃分為7個節段，梁段數及梁段長從根部至跨中分別為7×4m,節段懸澆總長28m。

2 臨時固結方案

掛籃懸臂澆筑連續梁在施工過程中墩頂會產生不平衡彎矩，由于墩梁之間是鉸接支座，為抵抗懸臂澆注施工中的不平衡傾覆力矩，需要對懸臂澆注梁體進行臨時固結。

根據本工程墩梁設計結構特點，主墩 4725＃、4726＃墩采用等截面矩形實體薄壁墩，截面尺寸8×2m，順橋向墩柱截面較小，墩身不具備完全承擔T構傾覆抗彎能力。考慮墩身抗彎安全，綜合墩梁結構特點，施工臨時固結方案采用體內體外相結合的臨時固結結構形式。采用內剛外柔的組合固結結構。既在墩頂上設置臨時混凝土支撐墩，同時在承臺上設置鋼管支撐柱。墩頂混凝土支撐墩以受壓為主，鋼管支撐柱按極限狀態下受拉為主。

在墩頂上設四個C50鋼筋砼臨時支撐墩，每個寬度0.2m、長度2.95m,高度從墩頂至梁底約為0.4米，在臨時支撐墩頂面位置鋪設HRB400Φ12mm間距100mm的雙向鋼筋網片進行局部加強；在距墩身外 1.0米處箱梁底與承臺間每側增設 3根Φ820mm臨時鋼管立柱 ，承擔T構傾覆的拉力（錨固），鋼管柱與承臺、箱梁之間用4根Φ32（PSB785）精軋螺紋鋼錨固。

3 臨時固結方案計算

3.1 懸澆施工中豎向不平衡力矩計算

施工過程中可能產生的不平衡力矩主要包括：由自重超重引起的不平衡力矩M1（荷載狀態：一直存在）；橋面施工荷載不等引起的不平衡力矩，M2（荷載狀態：一直存在）；施工機具施工時引起的不平衡力矩M3（荷載狀態：一直存在）；由懸臂節段混凝土澆筑量不等引起的不平衡力矩M4（荷載狀態：澆筑過程中）；由風荷載引起的不平衡力矩M5（荷載狀態：特殊荷載）；邊跨合攏段混凝土澆筑時引起的力矩 M6（荷載狀態：澆筑過程中）；掛籃行走過程中墜落引起的力矩 M7（荷載狀態：特殊荷載）；掛籃在澆筑混凝土過程中墜落引起的力矩M8（荷載狀態：特殊荷載）。

根據以上8種不平衡力矩可知在施工整個過程中存在以下幾種組合。

(1)組合 1——M1+ M2+M3+M4，澆筑混凝土過程中，按相差半個節段混凝土體積來計算最大不平衡力矩，則組合荷載算式為：

9740.484 +1936.3 +1360+19801.92=32838.704。(控制值)

(2)組合 2——M1+M2+M3+M5，風荷載，出現大風時應停止施工。此時組合荷載算式為：

9740.484 +1936.3 +1360+386.843=13423.627。

(3)組合3——M1+M2+ M3+M6，邊跨混凝土澆筑時，組合荷載算式為：

9740.484 +1936.3 +1360+14454.825=27491.609。

(4)組合4——M1+M2+M8，澆筑13號節段時掛籃墜落

M1+M2+M8時，則組合荷載算式為：

9740.484 +1936.3 +65363.84=77040.624kN·m。

(5)組合5——M1+M2+M7，掛籃行走至7號節段時墜落

M1+M2+M7時，則組合荷載算式為：

9740.484 +1936.3 +27200=38876.784。

綜上所述，取組合1作為控制設計臨時固結工況，組合1最大不平衡力矩為32838.704kN·m。需要說明的是組合4和組合5是不允許出現的，即不允許掛籃及掛籃行走過程中翻落，為此掛籃在設計、制造、使用過程中必須保證安全可靠、并加強檢查。

3.2 懸澆施工中豎向支反力計算

臨時固結設計荷載按施工中意外發生懸澆最后一節段全部澆完時連同掛籃墜落。此時最大豎向反力也最大（此種工況不允許出現，按此工況計算偏于保守）。

最大豎向反力 ：R=2Q+2T=2×13045.5+2×850=27791KN

3.3 墩頂錨固力計算

將永久支座視為不受力。懸臂T構傾覆固結結構的力學分析簡圖如下圖所示 。

圖1 臨時固結力學模型

視永久支座不受力，懸臂傾覆荷載均由臨時固結結構承擔。按此條件求得臨時固結結構的內力計算方程為 ：

( 1 ）體內剛性支撐墩計算

體內剛性支撐墩結構，是在連續梁墩頂上設置4個臨時支撐墩，每邊2個，支座尺寸為295cm×20cm，在臨時支撐墩中心部位設置一排HRB400Φ32@200鋼筋，共計14組，每組2根，單根長2m。

臨時支撐墩設計為C50鋼筋砼受壓結構，截面A=2.95m×0.2m×2=1.18 m2。

根據《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》(JTG D62-2004)第5.3.1條驗算鋼筋砼軸心受壓構件的正截面承載能力。其承載力應滿足

即 1.0×30489.89≤0.9×1×（22.4×2950×200×2+2×14×2×803.84×330）=41287KN，臨時支撐墩受壓滿足規范要求。

( 2 ）體外柔性抗拉鋼管樁計算

根據上述計算，在最大傾覆荷載作用下，每個T構產生的抗拔力RA=2698.9KN，每根鋼管柱分擔荷載FA=RA/3=899.6KN。Φ820鋼管柱橫截面積254.469cm2。

每根支撐柱允許抗拉能力：,安全系數K=5343.85/899.6=5.9＞1.5，抗拉強度滿足要求。

( 3 ）鋼管柱上下端錨固能力驗算

1）鋼管支撐柱上、下端與箱梁、承臺的錨固

抗拔錨固鋼筋擬選用直徑φ32mm、標準強度[σ]=785MPa（型號 PSB785）精軋螺紋鋼筋錨固。

每根精軋螺紋根據抗拉力 F=785×803.84×0.9=567.9KN，考慮 K=2.0安全儲備系數，每側臨時支撐墩需要錨固鋼筋根數n：

每個鋼管樁布置n=4根。

2）Φ32mm精軋螺紋鋼筋錨固長度

錨固鋼筋抗拔按握裹混凝土抗剪作用。假設螺紋鋼筋錨固長度為La，應有：

鋼筋的錨固長度La=аfpyd/ ftk

考慮箱梁底板厚度影響，增加精軋螺紋鋼筋帶雙螺帽及螺旋箍筋錨固，錨固深度1.0m，但應加強對錨具的定期檢查驗收工作。

（4）接頭強度驗算

鋼管支撐柱是按極限狀態下受拉作用設計。鋼管柱接長接頭應按同軸心—對接—坡口焊接，焊接厚度不小于 15mm。每根鋼管支撐柱上下端均設置采用 1塊20mm厚Q235鋼板法蘭盤、4塊20mm厚Q235加勁肋板，尺寸200mm*200mm，焊縫高度不小于20mm。

4 本臨時固結方案特點

(1)采用內剛外柔臨時固結形式經上述計算可知體內剛性支撐墩結構內只需預埋普通 HRB400φ32@200鋼筋即可滿足受力要求，無需預埋直徑φ32mm，型號PSB785精軋螺紋鋼筋。

(2)利用鋼材受拉力學性能強的特點采用直徑Φ820、壁厚10mm的Q235鋼管柱鋼管支撐柱在體外按極限狀態下起抗拉錨固作用計算，鋼管支撐柱內部未設置上下通長精軋螺紋鋼而是僅在鋼管立柱上下部設置錨固用的φ32mm，型號PSB785精軋螺紋鋼筋，避免了精軋螺紋鋼在鋼管內接長不便于施工與定期檢查，并且大大節約了精軋螺紋鋼筋用量。

(3)該方案的實際施工難點在于如何將最開始用作0#支架體系的內側鋼管立柱轉化為在臨時固結結構中受力，涉及到了一個受力體系的轉換問題。在橫向分配梁位于鋼管立柱部位采用穿心牛腿然后搭設0#支架上部縱橫向型鋼分配梁，在支架體系搭設過程中直接鋼管立柱與梁體錨固到位從而不涉及后期拆除 0#支架后二次轉化為在臨時固結結構中受力這一過程，第三方監控單位提供的各方面監控數據均反映正常，目前左右幅掛籃連續梁邊跨與中跨均已合攏未見任何施工異常情況產生。

[1]《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》（JTG D62-2004)．

[2]《公路橋梁抗風設計規范》（JTG/T D60-01-2004）.

[3]《鋼結構設計規范》（GB50017-2003）.

[4]《公路工程施工安全技術規范》(JTGF90—2015).

[5]《路橋施工計算手冊》（人民交通出版社2001.5）.