門架式小截面橋墩連續(xù)梁懸臂法的臨時固結(jié)設(shè)計及施工

劉軍華

上海市機械施工集團有限公司 上海 200072

新建橋梁在施工的同時，還需要保證現(xiàn)有道路的交通組織，因而部分連續(xù)梁使用分幅施工的門架式小截面橋墩。常見的連續(xù)梁懸臂澆筑臨時固結(jié)方法（即體內(nèi)固結(jié)、體外固結(jié)）也隨之發(fā)生了變化，形成了“體內(nèi)固結(jié)+體外固結(jié)”的固結(jié)體系。懸臂澆筑體內(nèi)和體外相結(jié)合的臨時固結(jié)技術(shù)在南昌前湖大道快速路前湖立交工程主線跨越高速段的應(yīng)用，使得門架式小截面橋墩連續(xù)梁在滿足交通通行的同時，確保了施工過程的安全。

1 工程概況

南昌市前湖大道快速路前湖立交工程主線高架橋上跨昌九高速，下為現(xiàn)狀前湖大道主干路，施工期間需保證昌九高速和前湖大道的正常通行。新建主線橋梁為現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁結(jié)構(gòu)，跨越昌九快速路處為PM6—PM9聯(lián)，跨徑45 m+60 m+46 m，門架式橋墩左右幅共用，箱梁頂板寬15.6 m，翼板懸臂長2.85 m，底板寬8.20 m，為單箱雙室斜腹板帶圓弧斷面，梁高變化按底部二次拋物線縮短，箱室頂板厚28 cm，底板厚26.0～82.7 cm，腹板厚55.0～75.0 cm，中支點梁高4.0 m，跨中2.5 m。箱梁0#塊采用大鋼管支架法一次性澆筑，長度為12 m，其余掛籃懸澆塊為1#～7#塊。各懸臂澆筑梁段幾何物理指標(biāo)如表1所示。

表1 箱梁節(jié)段幾何物理指標(biāo)

由于墩梁是鉸接支座，而懸臂澆筑過程中可能出現(xiàn)不平衡彎矩較大，故需要對懸澆箱梁進行臨時剛性固結(jié)。

2 連續(xù)梁懸臂法施工臨時固結(jié)設(shè)計方案

本橋的PM7和PM8橋墩為懸澆梁柱墩。橋墩設(shè)計為左右幅共用，每座橋墩為2根矩形柱式和1根花瓶柱式墩身、通長蓋梁構(gòu)造。橋梁跨越既有昌九高速，橋墩較高，墩柱截面較小，沒有承擔(dān)懸澆T構(gòu)傾覆抗彎能力。

考慮墩身抗彎能力弱，為規(guī)避墩身增加附加彎矩，綜合墩梁結(jié)構(gòu)特點，采用體內(nèi)+體外的臨時固結(jié)方法：在墩頂設(shè)鋼筋混凝土臨時支撐墩；在墩柱附近箱梁底部增設(shè)臨時鋼管混凝土柱，承擔(dān)T構(gòu)傾覆的拉力（錨固）。體內(nèi)與體外相組合的臨時固結(jié)結(jié)構(gòu)如圖1、圖2所示。

圖1 0#塊支架及臨時固結(jié)效果圖

圖2 體內(nèi)與體外相組合的臨時固結(jié)結(jié)構(gòu)布置

2.1 臨時固結(jié)抗傾覆荷載

設(shè)計圖紙沒有給出懸澆T構(gòu)的臨時固結(jié)設(shè)計荷載，也沒有給出T構(gòu)臨時固結(jié)施工方案。為確保跨越既有昌九高速的安全運行，按照施工中的極端不利因素設(shè)置臨時固結(jié)措施。極端的因素是施工中意外發(fā)生懸澆最后一節(jié)段全部澆完后連同掛籃一起墜落，這種工況的傾覆彎矩能夠確保懸臂T構(gòu)施工中的絕對安全，同時也能滿足設(shè)計及規(guī)范中最大不平衡荷載不大于20 t的要求。臨時固結(jié)抗傾覆計算荷載為：最大豎向反力N=28 850 kN，最大不平衡彎矩M=48 038 kN·m。

2.2 計算臨時固結(jié)結(jié)構(gòu)內(nèi)力

假設(shè)永久支座不受力，懸臂T構(gòu)傾覆固結(jié)結(jié)構(gòu)力學(xué)分析簡圖如圖3所示。

視永久支座不受力，懸臂傾覆荷載均由臨時固結(jié)結(jié)構(gòu)承擔(dān)，按此條件求得臨時固結(jié)結(jié)構(gòu)的內(nèi)力按式（1）計算：

圖3 懸臂T構(gòu)傾覆固結(jié)結(jié)構(gòu)力學(xué)分析

將N=28 850 kN和M=48 038 kN·m及圖2中尺寸a=3.0 m、b=1.2 m代入方程中，求得Ra=3 196 kN，Rb=32 046 kN。

當(dāng)然，臨時固結(jié)體系的設(shè)計計算實際很復(fù)雜，本文也是建立在未考慮永久支座受力的情況下以及最不利工況條件下，實際工作中支座是參與受力的，這樣實際增加了臨時固結(jié)體系的安全系數(shù)，但是同樣間接增加了成本。如果考慮支座受力，利用彈性邊界理論和剛度直接計算，也是一種設(shè)計計算方法，本文不再贅述。

2.3 臨時固結(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計

2.3.1 體內(nèi)剛性支墩的設(shè)計

在支座旁邊沿橫橋向設(shè)置2個300 mm×1 200 mm的C55混凝土支墩臨時固結(jié)，每邊設(shè)置10根φ20 mm鋼筋錨入箱梁底板和墩柱內(nèi)，每段錨入50 cm，臨時支座是受壓矮柱，承載能力折減很小，按一般規(guī)定配筋。內(nèi)配4層φ10 mm鋼筋網(wǎng)片，上下網(wǎng)片間距200 mm。

根據(jù)GB 50010—2010《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》，C55混凝土軸心抗壓強度標(biāo)準(zhǔn)值為35.5 MPa。

根據(jù)設(shè)計支承墊石與主墩墩帽的結(jié)構(gòu)尺寸關(guān)系，臨時錨固的橫截面尺寸擬為2.0 m×0.3 m×1.2 m，最大豎向力為16 023 kN，則臨時錨固混凝土壓應(yīng)力為22.25 MPa，考慮1.5倍的抗傾覆系數(shù)，實際為1.5×22.25 MPa=33.375 MPa，滿足＜35.5 MPa要求[1-2]。

2.3.2 體外固結(jié)體系的設(shè)計

由于PM7、PM8立柱為左中右設(shè)置，0#塊施工過程中昌九高速和前湖大道均在通車，箱梁腹板位置并未完全在主墩承臺范圍內(nèi)，加上懸澆段寬度漸變，因此，0#塊施工時需考慮體外臨時固結(jié)措施，臨時固結(jié)措施采用鋼管混凝土+承臺+樁基礎(chǔ)，樁基礎(chǔ)采用φ1200 mm灌注樁，樁長40 m，共24根，每個0#塊6根，3根在主墩承臺下，3根在主墩與邊墩之間設(shè)置的承臺下，承臺尺寸170 mm× 1 500 mm×9 000 mm，共4個，樁基按照設(shè)計藍圖施工（30根φ32 mm鋼筋）。鋼管采用φ1 000 mm×20 mm的Q345鋼，混凝土強度等級為C35，共16根，縱向3.000 m、橫向5.435 m布置，中間用φ350 mm鋼管連接，每根鋼管混凝土柱中設(shè)置4根φ32 mm精軋螺紋鋼（PSB930）加強錨固，錨入承臺1.5 m，底部做成90°彎鉤，彎鉤長10 cm，精軋螺紋鋼頂部伸入底板內(nèi)，上端伸出底板30 cm，采用φ32 mm螺母墊片和螺母固定。鋼管混凝土柱中設(shè)1層厚50 mm硫磺砂漿層，硫磺砂漿層內(nèi)預(yù)埋電熱絲，硫磺砂漿層布置在底板與鋼管混凝土柱接觸處，在承臺內(nèi)預(yù)埋1 200 mm×1 200 mm×20 mm鋼板（內(nèi)鏤空960 mm×960 mm），鋼板與承臺間設(shè)置鋼筋彎鉤連接。

根據(jù)上述計算，在最大傾覆荷載作用下，每個T構(gòu)產(chǎn)生的抗拔力為3 196 kN，每根鋼管柱分擔(dān)荷載1 598 kN。

經(jīng)驗算，精軋螺紋鋼抗拉能力和錨固能力均滿足施工要求。

3 施工工流程及施工方法

3.1 鋼管、精軋螺紋鋼筋下料加工

精軋螺紋鋼筋使用無齒鋸切割，確保端頭平齊，利于螺帽施擰；施工中注意保護精軋螺紋鋼筋不受損。

鋼管柱下料前，在要切口上使用卡尺畫線，然后對準(zhǔn)畫線切割，確保缺口平順。鋼管柱接長時，需確保上下處在同一軸心線上。接長焊接前，應(yīng)墊平、墊牢固、擺直，穩(wěn)定后方可施焊。先周邊點焊定位，檢查無誤后再連續(xù)滿焊。法蘭盤焊接時架設(shè)于胎具上，確保與鋼管軸線垂直。

3.2 承臺上錨固螺栓及鋼板預(yù)埋

利用承臺鋼筋及承臺模板做支撐架，懸吊精軋螺紋鋼筋，使用螺旋鎖緊鋼筋。錨固精軋螺紋鋼筋時不宜就位太早，以免在澆筑承臺混凝土?xí)r被振偏。待混凝土澆筑高度略超過精軋螺紋鋼筋埋入高度時，暫停灌注，再就位安裝精軋螺紋鋼筋和鋼板，以使精軋螺紋鋼筋下端有約束。

混凝土灌注完成后，及時檢查精軋螺紋鋼筋和鋼板的安裝位置、外露長度、垂直度等，若有偏差，及時調(diào)正。

3.3 鋼管柱及支撐墩的就位安裝

鋼管柱吊裝前，先檢查承臺上的定位法蘭位置是否正確，如有偏差，應(yīng)及時修正鋼管柱底口法蘭連接螺栓孔位。確保上下垂直，并對應(yīng)于箱梁腹板位置。

下端錨固螺栓鎖上后，在吊車配合下，進行垂直度調(diào)整。在安裝鋼管柱與鋼管柱間以及鋼管柱與墩身間的鋼桁架時，應(yīng)焊接或栓接牢固。鋼管柱若有歪斜，應(yīng)松動承臺上的連接錨栓，借助桁架調(diào)整后再擰緊錨栓。鋼管柱底口法蘭盤應(yīng)密貼。若有空隙，應(yīng)用薄鋼板墊實，再使用水泥砂漿灌注嚴(yán)密，以確保受力均勻可靠。蓋梁上的支撐墩安裝，應(yīng)在蓋梁混凝土凝固后再進行，以確保支撐墩鋼管就位準(zhǔn)確、垂直，支撐墩鋼管外側(cè)四周嵌入至少4根卡丁，防止混凝土澆筑時跑位。

3.4 鋼管柱拆除

待中跨勁性骨架連接后迅速拆除臨時固結(jié)結(jié)構(gòu)。先拆除墩頂支撐墩，后拆除體外鋼管支撐柱。借助體外支撐柱搭設(shè)墩頂支撐墩的拆除支架。

拆除鋼管支撐柱時，通過硫磺砂漿電熱絲熔解先拆除頂部節(jié)點，后拆除柱腳錨固螺栓。

鋼管柱拆除時，借助吊車或者借助箱梁先穩(wěn)固，再卸落連接法蘭螺栓或者錨固螺栓。拆卸鋼管柱連接螺栓時，應(yīng)先拆卸上端，后拆卸下端。鋼管柱拆卸過程中，嚴(yán)禁生拉硬拽、猛烈敲擊，嚴(yán)防箱梁受損。連接螺栓確實緊固無法拆卸時，可在法蘭附近切割卸除。

4 施工注意事項

1）本臨時固結(jié)設(shè)計方案，是按掛籃和最后一節(jié)懸澆墜落的極端荷載考慮的，完全可以滿足施工安全，為控制T構(gòu)的均勻沉降，最大不平衡荷載不得超過設(shè)計規(guī)定的1/4最大節(jié)段質(zhì)量且不得超過20 t。

2）為增強T構(gòu)的整體穩(wěn)定性，在墩頂?shù)匿摻罨炷林味諆?nèi)必須預(yù)埋螺紋鋼筋，以增加T構(gòu)的水平滑移阻力，提高箱梁的穩(wěn)定性。

3）體外鋼管支撐柱的接長要求順直、上下同心，搭接或者拼接板厚、焊縫高度均應(yīng)滿足鋼管截面強度要求；上下端法蘭盤焊接時要保證焊縫厚度和質(zhì)量。

4）對于體外的鋼管支撐柱臨時結(jié)構(gòu)，支撐柱頂與梁底均采用厚5 cm硫磺砂漿并拉毛，以便增加箱梁水平穩(wěn)定性以及后期快速解除臨時固結(jié)。

5）在出廠時，永久支座上下座板間安裝了臨時連接拉板，就位安裝前必須保持完好，直到T構(gòu)合龍后方可拆除，以便約束永久支座位移。

6）要完全考慮到體外支撐柱與0#塊鋼管支架的互利作用，可節(jié)省成本和提升整體安全：0#塊支架設(shè)計時，體外鋼管柱完全可以起到臨時支撐的作用，大大節(jié)省了支架成本；而等懸臂澆筑后，利用與0#塊現(xiàn)澆模板支撐柱和墩身的連接，起到約束支撐柱的位移、提高承載能力和整體穩(wěn)定性的作用。

5 結(jié)語

南昌市前湖快速路前湖立交工程跨越昌九高速連續(xù)梁施工所采用的固結(jié)體系不僅施工方便，解除迅速，而且鋼管柱還同時兼作現(xiàn)澆0#塊支撐架的一部分，同時解決了門架、小截面柱穩(wěn)定性和墩頂尺寸帶來的問題，既安全又經(jīng)濟。該體內(nèi)和體外結(jié)合的固結(jié)施工工藝可作為類似橋梁施工時的參考和借鑒。