特大橋變截面連續(xù)梁墩梁臨時(shí)固結(jié)方案及分析計(jì)算

張銳

（中交四航局總承包分公司，廣東 廣州 510290）

1 引言

我國大力實(shí)施交通強(qiáng)國戰(zhàn)略，高速公路和高速鐵路里程居世界前列。這些高速公路和高速鐵路在跨越河流、陡峭溝谷或與現(xiàn)有公路鐵路相交叉的地段，需要修建橋梁。大跨度連續(xù)梁結(jié)構(gòu)橋特別適合上述地段。在沿線修建了大量橋梁。大跨度連續(xù)橋主要的施工方法是懸臂澆筑法。這種方法受地形影響較小，能夠一次成型，減少吊裝時(shí)間，簡化了施工工序。為了能減少橋梁合攏前的穩(wěn)定性和安全性，在柱墩墩頂需要進(jìn)行臨時(shí)固結(jié)。臨時(shí)固結(jié)提供穩(wěn)固的支撐，可減少懸臂施工過程抗傾覆的風(fēng)險(xiǎn)，是一道重要的施工工序。

在進(jìn)行臨時(shí)固結(jié)前，需要提前對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算，確保不產(chǎn)生平衡彎矩，保證施工安全和質(zhì)量。在我國大跨度懸臂連續(xù)梁臨時(shí)固結(jié)有兩種方式。一種是墩頂臨時(shí)固結(jié)，是在橋墩頂永久支座兩側(cè)設(shè)置臨時(shí)固結(jié)支座。這種支座形式適合于墩頂頂部空間富裕的情形。還有一種形式被稱之為墩旁臨時(shí)固結(jié)，它是在橋墩旁邊設(shè)置臨時(shí)支撐。這種臨時(shí)固結(jié)方式適合于墩頂頂部空間狹小的情形。墩頂臨時(shí)固結(jié)的結(jié)構(gòu)形式，是在墩頂永久支座兩側(cè)布置由螺紋鋼筋和高強(qiáng)度混凝土組成臨時(shí)支座。兩種形式的主要差別是主梁是否參與稱重計(jì)算。主梁承受不平衡荷載，對(duì)兩側(cè)臨時(shí)支座的受力影響差別很大。

考慮到實(shí)際情況，大多數(shù)固結(jié)方式考慮主梁的受力情況，采用墩頂臨時(shí)固結(jié)的方式。計(jì)算模型為：考慮橋梁永久支座的對(duì)工程的影響，將橋梁臨時(shí)支座及永久支座作為彈性體，將零號(hào)塊作為剛性體，計(jì)算時(shí)將結(jié)構(gòu)簡化為彈性三支點(diǎn)模型。本文以陸水河特大橋?yàn)楣こ萄芯勘尘埃紤]工程施工中各種不利因素的影響，對(duì)墩梁頂部臨時(shí)固結(jié)進(jìn)行計(jì)算分析。

2 工程概況

陸水河特大橋是107 國道湖北省咸寧市境內(nèi)的一座跨河特大橋，主橋長 394m，采用（72+125+125+72）m連續(xù)梁橋，采用單箱單室截面，橋面寬度11.25m，梁高3.1-7.800m，邊跨及中跨均為1#-13#共13 個(gè)節(jié)段，1#-4#節(jié)段長3.5m，5#-7#節(jié)段長4m，8#-10#節(jié)段長4.5m，11#-13#節(jié)段長5m，0#塊長14m，高7.8m，頂板厚28cm，腹板厚90cm，底板厚1m，體積362.8m3，重980.8t。橋梁跨越陸水河，12#～14#墩為通航孔橋主橋墩，主橋上部結(jié)構(gòu)主橋采用預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土變截面連續(xù)箱梁。第一次澆筑278.02m3，第二次澆筑84.78m3。中跨、邊跨合攏段均為2m，橋墩墩頂設(shè)置一道厚2.5m 的橫隔板，邊跨端部設(shè)厚1.6m 橫梁，中跨跨中設(shè)置一道0.3m 跨中隔板，其余部位均不設(shè)橫隔板。臨時(shí)固結(jié)的構(gòu)造如圖 1 所示。

圖1 臨時(shí)支墩立面、側(cè)面結(jié)構(gòu)圖（mm）

3 臨時(shí)固結(jié)方案設(shè)計(jì)

根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙的設(shè)計(jì)說明，橋墩墩頂支座墊石兩側(cè)各設(shè)置一排臨時(shí)支墩，每排共設(shè)置5 個(gè)支墩。每個(gè)臨時(shí)支座均在墩柱頂面和箱梁預(yù)埋螺紋鋼筋，標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度為830MPa，支座尺寸長 3.5m，寬 1.2m。主墩墩頂設(shè)置臨時(shí)固結(jié)對(duì)上部結(jié)構(gòu)進(jìn)行臨時(shí)固定確保施工過程中結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定，臨時(shí)固結(jié)支墩采用C50 混凝土澆筑，臨時(shí)支墩尺寸為1m×0.7m×0.7m（長×寬×高），橋墩墩頂支座墊石兩側(cè)各設(shè)置一排臨時(shí)支墩，每排共設(shè)置5 個(gè)支墩，墩頂臨時(shí)固結(jié)詳圖見圖2。

圖2 0#墩梁臨時(shí)固結(jié)圖（單位:cm）

4 臨時(shí)固結(jié)計(jì)算分析

4.1 計(jì)算模型

根據(jù)工程實(shí)際情況，懸臂施工荷載會(huì)由橋梁永久支座和施工過程中的臨時(shí)固結(jié)共同分擔(dān)。計(jì)算時(shí)將永久支座和臨時(shí)支座認(rèn)為是彈性體。結(jié)構(gòu)簡化為彈性三支點(diǎn)模型，模型如圖3 所示。

圖3 彈性三支點(diǎn)計(jì)算模型

臨時(shí)支座承擔(dān)的反力為：

Ry—靠近偏心荷載側(cè)的臨時(shí)支座支反力；

R1—遠(yuǎn)離偏心荷載側(cè)的臨時(shí)支座支反力；

Nz—正常施工的箱梁自重及掛籃荷載；

Ne—關(guān)于橋墩軸線的偏心荷載；

Me—關(guān)于橋墩軸線的彎矩；

d—臨時(shí)支座的縱向間距；

K1—臨時(shí)支座的豎向剛度；

K0—永久支座的豎向剛度。

4.2 荷載參數(shù)取值

（1）混凝土比重取26kN/m3；

（2）風(fēng)荷載。風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值ωk=0.7μ sμ zω0，其中，μs-風(fēng)荷載體型系數(shù)，這里取1.3；μz-風(fēng)壓高度變化系數(shù)，這里取1.13；ω0-基本風(fēng)壓，這里取0.25kPa；ωk=0.7μsμ zω0=0.7×1.3 ×1.13×0.25=0.257kPa。

（3）施工荷載：掛籃荷載90t。

（4）C50 混凝土彈性模量：Ec=3.55×104Mpa。

（5）鋼彈性模量：Es=2.06×100000MPa。

4.3 主墩承載力計(jì)算分析

4.3.1 荷載分析

計(jì)算時(shí)考慮以下兩種工況并取最不利工況進(jìn)行驗(yàn)算：工況一：一端掛籃墜落（不考慮掛籃整體脫落，僅考慮底模系統(tǒng)掉落）：墜落側(cè)掛籃重量50t，13#塊僅考慮總重的一半，未墜落側(cè)掛籃為90t，13#塊考慮總重。工況二：一端掛籃及13#塊整體墜落，未墜落側(cè)掛籃為90t，13#塊考慮總重。

根據(jù)計(jì)算分析可知工況二下橋墩受力為最不利狀態(tài)，現(xiàn)對(duì)工況二情況橋墩受力進(jìn)行驗(yàn)算，結(jié)構(gòu)采用midas2020v1.1 進(jìn)行建模分析，模型如圖4。

圖4 計(jì)算模型（mm）

4.3.2 計(jì)算結(jié)果

計(jì)算結(jié)果如表1 所示：

表1 主墩承載力計(jì)算結(jié)果表

圖5 模型計(jì)算結(jié)果

根據(jù)模型計(jì)算結(jié)果顯示，此時(shí)橋墩最大不平衡彎矩為：M=128696.5kN·m。

再對(duì)承載能力進(jìn)行驗(yàn)算，在不利工況下最大的彎矩是128696.5kN·m。經(jīng)計(jì)算抗力值為147757.1KN·m。設(shè)計(jì)值為44611.9 KN·m。富裕度=(147757.1-44611.9)/44611.9*100%=231.2%。說明該臨時(shí)支座混凝土截面滿足抗傾覆安全要求要求，墩頂臨時(shí)固結(jié)下主墩抗彎強(qiáng)度滿足要求。

4.3.3 墩梁頂部臨時(shí)固結(jié)施工

橋梁中支點(diǎn)處的最大不平衡力矩是由布置在主墩墩頂?shù)呐R時(shí)支座和臨時(shí)錨固承受相應(yīng)的豎向反力。在實(shí)際施工過程中，先施工主墩，再施工永久支座。永久支座安裝完成后，再進(jìn)行主墩0#塊混凝土的施工。臨時(shí)固結(jié)施工完成后方可進(jìn)行懸臂梁施工。臨時(shí)支座設(shè)置在橋墩上。每個(gè)臨時(shí)支座在墩頂與箱梁內(nèi)埋入Ф32 鋼筋，鋼筋3 根為一組，鋼筋之間的間距10cm，增大鋼筋與混凝土之間的接觸面積，增大鋼筋的粘結(jié)力。臨時(shí)支座的材料采用C50 混凝土，臨時(shí)固結(jié)的臨時(shí)支座與墩頂、0 號(hào)塊箱梁的混凝土接觸面采用油氈進(jìn)行隔離。

連續(xù)梁懸臂施工過程中要安排專人經(jīng)常巡視、檢查臨時(shí)固結(jié)系統(tǒng)，保證大橋臨時(shí)固結(jié)的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，無破壞。在施工過程要采取措施確保懸臂兩端保持受力平衡。懸臂梁澆筑完成后，需要將臨時(shí)固結(jié)支撐拆除。拆除臨時(shí)固結(jié)支撐時(shí)，要編制專項(xiàng)施工方案，嚴(yán)格按照方案執(zhí)行，確保工程安全，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。

5 結(jié)論

變截面連續(xù)梁墩大橋的0#塊臨時(shí)固結(jié)是主梁掛籃懸臂澆注的關(guān)鍵工序。臨時(shí)固結(jié)方案設(shè)計(jì)時(shí)需要將永久支座的影響考慮在內(nèi)，采用彈性三支點(diǎn)模型更加符合工程實(shí)際情況。陸水河特大橋臨時(shí)固結(jié)的成功實(shí)施，可以為類似橋梁項(xiàng)目臨時(shí)固結(jié)設(shè)計(jì)時(shí)提供參考和借鑒。