某特大橋預應力混凝土連續梁拱臨時固結方案及計算分析

史朋志 SHI Peng-zhi

（中鐵二十五局集團有限公司西北分公司，西安 710000）

0 引言

目前我國正處于基礎設施建設發力階段，為促進各地經濟發展，需要在跨越既有國道及高速公路以及鐵路、河流和陡峭溝谷等地段修筑橋梁，在上述自然地理等條件比較差的地段大多采用大跨度連續梁及其組合結構橋梁。而臨時固結是施工過程中必不可少的一道工序。如何在施工現場設置好臨時固結，使其不產生不平衡彎矩，確保連續梁懸臂澆筑各個工序過程能夠保持穩定，能夠有序保質保量安全完成施工，是需要提前解決的問題。

大跨度懸臂連續梁的墩和梁體進行臨時固結形式多樣，比較常見的五六種，一種是在橋墩的墩頂進行鋼筋的預埋設，然后鋼筋采用硫磺砂漿進一步的固結并作為臨時墊塊、砂桶與預埋組成臨時固結系統、鋼管砼柱與砼柱內預埋鋼筋組成臨時墩梁固結系統、設置豎向的預應力鋼筋并將其與設計的鋼管組成墩梁臨時固結、在墩頂和梁體之間四邊周圍采用砼支墩進行臨時固結、在主墩四周設置臨時墩并固結與橋墩連結。

中鐵二十五局集團有限公司西北分公司施工的新建南昌至景德鎮至黃山鐵路工程CJHZQJX-5 標信江西支特大橋，設計采用（90+180+90）m 連續梁拱跨越，橋墩設計為圓端實體橋墩，主墩291#、292#墩，墩高分別為23.5m 和23m，截面尺寸為16.92m×6.92m；邊墩290#、293#，墩高分別為23.5m 和23m，截面尺寸為12.04m×4.02m。該橋根據現場情況，選用在墩梁間四周采用混凝土支墩臨時固結的方法進行施工，具體來說就是在墩頂四周頂面設預埋鋼筋及鋼板等將連續梁與橋墩固結成整體，確保連續梁在后續懸臂澆筑各個過程中保持穩定。等梁合攏后，便拆除臨時支墩。臨時固結墩的砼采用爆破或破碎鑿切等辦法拆除，預埋在支墩內預埋件用切割機等機械切斷拆除

1 臨時支座設置情況

連續梁在懸臂砼澆筑各工序的施工中，由于施工各工序的過程中會產生不平衡力矩，而該力矩在施工過程中不能由永久性支座來承受，故設置并采用在墩柱體內臨時固結，由固結體來承受工序過程施工中產生的力和力矩，由于該工程設計的各個墩柱比較大，截面尺寸為16.92m×6.92m，故臨時固結設在墩頂四周，并對其進行對稱布置。為防止永久支座受力過早，阻止并不讓懸灌施工的梁體前面與后面的各個梁段由于荷載的不平衡而造成傾斜，故此在懸灌施工中，一般都設置臨時支座，并臨時將橋墩與梁體固結在一起。臨時支座設置在橋墩墩頂，本工程每個主墩設置有6 個臨時支座，每個臨時支座均在墩柱頂面和箱梁間預埋25*13cm 間距為10cm 規格為Φ32mm 的精軋螺紋鋼筋（型號PSB830），總共為104 根，標準強度為830MPa。臨時支座與臨時支墩均采用強度為C50 的混凝土。臨時固結待橋梁合攏后，需要進行解除。解除方法為人工鑿除臨時固結頂部10cm 高范圍砼，然后用繩鋸或切割機割斷各錨固鋼筋，完成臨時支座解除。要求每個墩在割斷錨固鋼筋時，六個臨時固結必須同步進行。

2 臨時固結方案設計

根據設計圖紙昌靜黃橋通-I-10 中的設計說明，每個主墩設置有6 個臨時支座，每個臨時支座均在墩柱頂面和箱梁預埋25*13 間距為10cmΦ32mm 的精軋螺紋鋼筋（型號PSB830），總共為104 根，標準強度為830MPa，支座尺寸長3.5m，寬1.2m。臨時支座與臨時支墩均采用強度為C50 的混凝土。墩頂臨時固結詳圖見圖1。

圖1 0 號塊墩梁臨時固結圖（單位：cm）

臨時固結計算采用如下不平衡荷載：

①一側混凝土自重超重5%；

②一側施工荷載為0.48kN/m2，另一側施工荷載為0.24kN/m2；

③施工機具動力系數，一側為1.2，另一側為0.8；

④合攏段模板支架重量，取400kN；

⑤掛籃及附屬設備重量，取1900kN；

⑥梁段澆筑不同步引起的偏差，設計值為20t；

⑦一側風向風壓強度取800Pa。

分別取2 種不平衡荷載組合：

①1+2+3+4+5+6；②1+2+3+4+5+7；

計算出各節段參數：其中A 節段分為A0-A17 節段，B節段分為B1-B17 節段，A0 節段長17m，B1 節段長3.5m，其余各節段均長4.5m，各節段自重、節段中心至墩中心距離和懸臂彎矩各不相同，均要經過計算獲得。

由軸力和彎矩平衡條件，得到平衡方程如下，根據圖紙，縱向力臂長度為2500mm。計算簡圖如圖2 所示。

圖2 臨時固結計算簡圖

3 正常施工工況力學計算

不考慮連續梁一側掛籃突然墜落，只考慮正常施工的情況，分別列為組合一和組合二。

3.1 組合一受力檢算

臨時支墩所承受的豎向力為混凝土自重，由于要考慮到施工各人員以及各機械設備及施工荷載，考慮選取恒載系數為1.3，活載系數為1.5。

上部結構混凝土重量：邊跨段自重為49790.36kN，0號塊自重為38565.49kN，中跨段自重為51856.85kN；

施工荷載取17 號塊：45.62kN；

掛籃及附屬設備自重：1900×2=3800kN

梁段澆筑不同步引起的偏差：200kN；

合攏段模板支架重量為400kN。

綜合上述荷載，得到荷載組合一作用下豎向總荷載為191410kN；不平衡彎矩為262560kN.m。

由平衡方程計算得拉、壓兩側反力分別為43193kN和148217kN，正為壓力，負為拉力。

3.2 組合二受力檢算

臨時支墩所承受的豎向力為混凝土自重，由于要考慮到施工各人員以及各機械設備及施工荷載，考慮選取恒載系數為1.3，活載系數為1.5。

上部結構混凝土重量：邊跨段自重為49790.36kN，0號塊自重為38565.49kN，中跨段自重為51856.85kN；

施工荷載取17 號塊：45.62kN；

掛籃及附屬設備自重：1900×2=3800kN

風壓強度不同引起的偏差：800Pa；

合攏段模板支架重量為400kN。

綜合上述荷載，得到荷載組合一作用下豎向總荷載為192480kN；不平衡彎矩為297188kN.m。

由平衡方程計算得拉、壓兩側反力分別為36802kN和155678kN，正為壓力，負為拉力。

4 考慮一側掛籃與梁段砼掉落工況時力學計算

在結構最大雙懸臂狀態，考慮到一側方向各個節段砼自重超過5%，并同時發生另外一側掛籃與梁段砼掉落時情況，各荷載為：

上部結構混凝土重量：邊跨段自重為49790.36kN，0號塊自重為38565.49kN，中跨段掉落17 號塊梁段混凝土，自重為49716.43kN；

施工荷載取17 號塊：34.21kN；

掛籃及附屬設備自重：1900kN

綜合上述荷載，得到荷載組合一作用下豎向總荷載為185386kN；不平衡彎矩為716734.2kN.m。

由平衡方程計算得拉、壓兩側反力分別為-50654kN和236040kN，正為壓力，負為拉力。

綜合上述工況計算結果，臨時固結最不利支反力拉、壓兩側反力分別為-50654kN 和236040kN，正為壓力，負為拉力。

5 臨時固結檢算

5.1 臨時固結構造檢算

因為是臨時結構，故考慮1.3 的材料容許應力放大系數。

每側臨時固結為3 個矩形截面混凝土塊，采用C50 的混凝土，設計強度取16.8MPa，鋼筋型號為PSB830，按混凝土達到設計強度控制，此時滿足平截面假定，混凝土彈性模量為3.45×104MPa，鋼筋彈性模量為2.06×105MPa，鋼筋對應強度fsd=16.8/3.45×104×2.06×105=100.3MPa。受壓區的3 個臨時固結支座總計可承受壓力為：3×1.3×16.8×（3500×1200-104×3.14/4×322）/1000+3×1.3×100.3×104×3.14/4×322/1000 =294861kN，大于外荷載236040kN，受壓區臨時支座安全。

受拉一側，按螺紋鋼抗拉強度計算，按鋼筋達到峰值強度控制，考慮0.9 的安全系數，鋼筋設計抗拉強度fy=0.9fpy=0.9×830=747MPa，受拉區的3 個臨時固結支座可承受的荷載為：3×1.3×747×104×3.14/4×322/1000=187346kN，而187346kN 大于50654kN，故受拉區臨時支座安全。

5.2 Φ32mm 精軋螺紋鋼筋錨固檢算

5.2.1 箱梁段錨固長度

根據《混凝土結構設計規范》（GB50010-2010）第8.3所列鋼筋基本錨固長度公式進行計算：式中：fy為受拉鋼筋的抗拉強度設計值，此處所用鋼筋PSB830的Φ32mm 精軋螺紋鋼，考慮0.9 的安全系數，故fy=0.9fpy=0.9×830=747MPa；ft為砼在軸心抗拉時的強度設計選取值，因本項目梁段砼強度等級為C55，故ft=1.96MPa；公式中d 為錨固筋直徑，此處選取d=32mm；因α 為錨固筋外形系數，此處選取螺紋鋼，故α=0.14。因此，Φ32mm 精軋螺紋鋼基本錨固長度值是1707.4mm。由于受拉鋼筋修正錨固長度公式為：la=ζalab，式中：ζa為錨固長度修正系數，此處取1.1，修正后受拉筋錨固長度選取值1878mm。

為提高290 與291#橋墩0 號塊C50 混凝土臨時固結支座的安全系數，C50 混凝土臨時固結用Φ32mm 精軋螺紋鋼在梁體中的錨固長度不得小于2.0m。由于新建南昌經景德鎮至黃山鐵路工程CJHZQJX-5 標信江西支特大橋289#~292#墩（90+180+90）m 連續梁拱290#與291#橋墩0 號塊底板厚130cm，Φ32mm 精軋螺紋鋼在0 號塊底板處的錨固長度不能滿足計算要求，因此0 號塊底板處Φ32mm 精軋螺紋鋼采用M32 精軋螺紋鋼螺母及其配套墊板進行錨固，根據《鋼筋機械連接技術規程》（JGJ 107-2016）第6.3.1 條規定底板處Φ32mm 精軋螺紋鋼采用M32 精軋螺紋鋼螺母及其配套墊板錨固后采用扭力扳手進行校核擰緊扭矩，最小扭矩為320N.m。

5.2.2 橋墩錨固長度

根據《混凝土結構設計規范》（GB50010-2010）第8.3條可以得到，鋼筋基本錨固長度公式為：式中：其中fy為受拉筋抗拉強度設計量，此處所用鋼筋PSB830 的Φ32mm 精軋螺紋鋼，考慮0.9 的安全系數，故fp=0.9fpy=0.9×830=747MPa；其中ft為砼軸心抗拉強度設計量，因橋墩砼強度為C35，故ft=1.57MPa；其中d 是錨固筋直徑，此處d=32mm；其中的α 是錨固筋外形系數，此處為螺紋鋼，故α=0.14。因此，Φ32mm 精軋螺紋筋基本錨固長度數值是2131.5mm。因為受拉筋修正錨固長度公式是：la=ζalab，式中：其中ζa是錨固長度修正系數，此處取1.1，故此受拉筋修正后錨固長度是2344.7mm。

為提高290 與291#橋墩0 號塊C50 混凝土臨時固結支座的安全系數，C50 混凝土臨時固結用Φ32mm 精軋螺紋鋼在橋墩中的錨固長度不得小于2.4m。

經分析計算，180m 橋墩臨時固結支座施工方案采用上述圖紙中的臨時固結措施滿足施工需要。

6 結語

在施工完主橋基礎及橋墩，在主墩側設置臨時支墩、支架并進行預壓，并鎖定活動支座，安裝主墩支座，按照前述方案設置臨時固結，分兩次澆筑0#塊，后再進行張拉壓漿以及掛籃安裝、各標準節段施工及各合攏段等施工。目前本橋掛籃施工已完工，施工過程安全，經過過程監控量測，臨時支座及固結方案措施持續有效，說明在該類特大橋，每個臨時支座均在墩柱頂面和箱梁預埋25*13 間距為10cmΦ32mm 的精軋螺紋鋼筋（型號PSB830），總共為104根，標準強度為830MPa，精軋螺紋鋼在橋墩中的錨固長度不得小于2.4m，采用C50 混凝土，該墩頂臨時固結方案是合理有效的，選取的正常施工工況、一側掛籃與梁段掉落工況力學計算以及臨時固結檢算的過程數據分析，是合適而且切合現場實際的情況，該計算分析及施工方案可以在相似的橋梁施工中借鑒和參照。