疏港河大橋懸澆箱梁0#塊墩梁固接方式研究

于衛(wèi)國(guó)

（南通路橋工程有限公司，江蘇 南通 226000）

1 工程概況

臨海公路南通段LHHM-QL1 標(biāo)疏港河大橋橋梁跨徑布置為2×（4×25）m+（51+85+51）m+2×（4×25）m，全長(zhǎng)587m；橋梁橫斷面組成為2×0.5m（防撞墻）+2×15.25m（機(jī)動(dòng)車道）+2×0.75m（波形護(hù)欄）+0.5m（中分帶），總寬33.5m。主橋上部結(jié)構(gòu)采用51m+85m+51m 三跨預(yù)應(yīng)力混凝土單箱雙室直腹板變截面連續(xù)箱梁，箱梁頂板寬16.5m、底板寬10.9m、翼緣板懸臂長(zhǎng)2.8m；橋墩根部處梁高4.8m、跨中、橋墩端部處梁高2.2m；箱梁橫橋向頂、底板保持平行，橋面橫坡由橋墩調(diào)整形成。

主橋箱梁采用掛籃懸臂澆筑法施工，箱梁除主墩頂0#塊采用在支架上現(xiàn)澆外，其余分為10 對(duì)梁段，采用逐段對(duì)稱平衡懸臂澆筑法施工。箱梁縱向分段長(zhǎng)度為墩頂0#塊長(zhǎng)度12m，懸澆長(zhǎng)度分別為（3×3+3×3.5+4×4）m，邊跨現(xiàn)澆段長(zhǎng)度為7.5m，邊跨合龍段長(zhǎng)度為2m，箱梁中跨合龍段長(zhǎng)度為2m[1]。

2 設(shè)計(jì)推薦的墩梁固接方式

該橋梁設(shè)計(jì)圖紙推薦的墩梁固接方式為在箱梁0#塊與承臺(tái)之間設(shè)置支撐鋼管，鋼管內(nèi)填充C30 混凝土，通過(guò)混凝土內(nèi)埋設(shè)的鋼板與鋼管進(jìn)行連接成整體，作為懸澆箱梁時(shí)的臨時(shí)支撐結(jié)構(gòu)。墩梁固接鋼管支撐結(jié)構(gòu)布置方式見(jiàn)圖1。墩梁固接鋼管支撐結(jié)構(gòu)所需材料見(jiàn)表1。

表1 墩梁固接鋼管支撐結(jié)構(gòu)所需材料

圖1 墩梁固接鋼管支撐結(jié)構(gòu)布置方式

3 擬用的墩梁固接方式

鑒于支撐鋼管與鋼板之間采用焊接連接，焊接工藝的偏差有可能使臨時(shí)支撐抗拉受到影響，且鋼管就位后填充混凝土較困難。根據(jù)該橋主墩平面尺寸為3m（順橋向）×10.9m（橫橋向）的實(shí)際情況，經(jīng)反復(fù)研究論證擬在橋墩與箱梁之間埋設(shè)高強(qiáng)度抗拉鋼筋、墩頂澆筑混凝土墊塊作為墩梁臨時(shí)固接方式。

箱梁與橋墩臨時(shí)固接措施采用在橋墩頂埋設(shè)高強(qiáng)度JL32 級(jí)精軋螺紋鋼筋和澆筑混凝土墊塊方式，以承受箱梁施工時(shí)梁段不平衡時(shí)帶來(lái)的偏心荷載。每個(gè)橋墩頂兩側(cè)分4 組共預(yù)埋20 根直徑為JL32mm 精軋螺紋鋼筋，精軋螺紋鋼筋在墩身內(nèi)和箱梁體內(nèi)錨固長(zhǎng)度均為100cm，兩端設(shè)置14cm×14cm×2.4cm 的錨固鋼板和JM32 螺帽，以增強(qiáng)鋼筋與混凝土的握裹力。混凝土墊塊強(qiáng)度為C40，每個(gè)橋墩頂設(shè)置4 塊，平面尺寸為270cm×50cm、高為40cm；墊塊頂面涂抹隔離劑，內(nèi)設(shè)置2cm 厚硫磺砂漿夾層，硫磺砂漿內(nèi)預(yù)埋電阻絲，以便后期融化拆除[2-3]。擬用的墩梁固接構(gòu)造布置見(jiàn)圖2。

圖2 擬用的墩梁固接構(gòu)造布置

4 墩梁固接方式驗(yàn)算

4.1 箱梁荷載計(jì)算及相關(guān)材料參數(shù)取值

箱梁荷載：箱梁0#/2～10#塊梁段的自重荷載計(jì)算如表2 所示。

材料參數(shù)：鋼筋混凝土容重26kN/m3，JL32 精軋螺紋鋼公稱直徑32mm、截面面積804.2mm2、標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度785MPa、彈性模量2.0×105MPa[4]。

4.2 施工工況分析

對(duì)于主橋箱梁墩頂箱梁施工過(guò)程中產(chǎn)生的各種荷載，分以下五種工況進(jìn)行驗(yàn)算：

①考慮箱梁自重的不均勻性，一側(cè)懸臂自重增加3%，另一側(cè)懸臂自重減少3%；

②最大懸臂時(shí)不同步施工：一端10#塊澆筑完成，另一端10#塊澆筑一半；

③掛籃移動(dòng)到最大懸臂時(shí)，9#塊梁端一側(cè)掛籃傾覆掉落；

④最大懸臂時(shí)，9#塊梁端集中荷載為500kN（掛籃自重），一端動(dòng)力系數(shù)為1.2，另一端動(dòng)力系數(shù)為0.8；

⑤一端堆放的材料、機(jī)具按7.5kN/m 計(jì)，另一側(cè)空載。

由于第②項(xiàng)和第③項(xiàng)之間不可能同時(shí)出現(xiàn)，掛籃自重為500kN、10#塊的一半自重為608kN，兩者比較，取第②項(xiàng)進(jìn)行驗(yàn)算。

4.3 抗傾覆穩(wěn)定性驗(yàn)算

第一，墩頂箱梁兩端荷載不平衡時(shí)，箱梁將以重載一側(cè)的臨時(shí)支座為支點(diǎn)向重載方向發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)位移，依靠輕載一側(cè)的錨固鋼筋的拉力保證箱梁體平衡。

荷載組合為：上述工況①+②+④+⑤，荷載分布及支點(diǎn)反力計(jì)算模型見(jiàn)圖3。

圖3 荷載分布及支點(diǎn)反力計(jì)算模型

第二，荷載計(jì)算式見(jiàn)表3。

則墩頂臨時(shí)固接位置支點(diǎn)反力分別為：R1=(312809-305014)÷(1.35×2)=2887kN（拉力）；

R2=16558+17582+7.5×41.5+500×2+2887=38338kN（壓力）。

第三，預(yù)埋錨固鋼筋和混凝土墊塊受力分析。

預(yù)埋鋼筋采用JL32 級(jí)高強(qiáng)精軋螺紋鋼筋，箱梁和墩身內(nèi)埋置長(zhǎng)度均為1m，兩端設(shè)置錨固鋼板和螺帽，以增強(qiáng)鋼筋錨固力；單根精軋螺紋鋼筋的抗拉標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)強(qiáng)度為785MPa、截面面積A=804mm2，單側(cè)共計(jì)10根，則墩頂單側(cè)預(yù)埋精軋螺紋鋼筋的抗拉承載力計(jì)算如下：P=nRgA=10×785×804=6311kN＞RA=2887kN，穩(wěn)定系數(shù)為：K=6311/2887=2.2。

混凝土墊塊強(qiáng)度為C40，每個(gè)墩頂設(shè)置4 塊，每側(cè)2 塊共同受力，單塊平面尺寸為270cm×50cm，墊塊抗壓強(qiáng)度為 R=F/A=38338000/（2×2.7×0.5）=14.2MPa＜40MPa。

由以上錨固鋼筋和混凝土墊塊受力計(jì)算可知：箱梁懸澆時(shí)的墩梁臨時(shí)固接抗傾覆穩(wěn)定性滿足要求。

4.4 橫向穩(wěn)定性驗(yàn)算

箱梁懸澆施工時(shí)受到橫向風(fēng)荷載的影響，按一側(cè)有橫向風(fēng)載、另一側(cè)無(wú)風(fēng)載的工況進(jìn)行驗(yàn)算。

根據(jù)《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》（JTG D60—2015）查表得W0=450Pa，則：

W=K0K1K3W0=0.75×1.8×1×450=607.5Pa。

0#塊～10#塊件箱梁的平均高度為3.12m，則每延米風(fēng)荷載q=Wh=607.5×3.12=1895N/m=1.9kN/m。

橫向風(fēng)載引起的橫向力為：

T=1.9×41.5×(20.75-1.35)/2.7=566.6kN。

不考慮臨時(shí)支座，只考慮預(yù)應(yīng)力精軋螺紋鋼筋橫向抗剪，其容許抗剪力為：

[T0]=10×804×120=964.8kN＞T=566.6kN。

由以上精軋螺紋鋼筋橫向抗剪計(jì)算可知：箱梁懸澆施工時(shí)的橫向穩(wěn)定性滿足要求。

4.5 主墩承載力驗(yàn)算

該橋單個(gè)主墩采用門(mén)式墩形式，設(shè)2 根300cm（順橋向）×320cm（橫橋向）的矩形截面立柱通過(guò)墩頂系梁連接，每個(gè)矩形立柱沿截面四周配置共100 根φ28豎向鋼筋（HRB335 鋼筋抗壓強(qiáng)度取值280MPa），主墩混凝土強(qiáng)度設(shè)計(jì)為C35（抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值為16.7MPa）。

由上述墩頂箱梁兩端荷載不平衡工況組合（4.3中）計(jì)算可知：墩身所受垂直荷載分別為R1=2887kN（向上拉力）、R2=38338kN（向下壓力），則墩身所受彎矩為：

M=(2887+38338)×1.35=55654kN·m。

對(duì)垂直于彎矩作用平面內(nèi)的截面復(fù)核：

橋墩高度為6.24m，則L0=2×6.24=12.48m，經(jīng)截面計(jì)算回轉(zhuǎn)半徑r=0.84m，

長(zhǎng)細(xì)比λ=l0/r=12.48/0.84=15＜28，即為短柱ψ=1，

Nu=ψγb[Rabh/γc+RgAg/γs]=1×0.95×[16.7×3200×3000/1.25+280×100×615.4/1.25]×2=269878kN＞P=38338kN。

綜合上述主墩承載力計(jì)算結(jié)果，橋墩截面承載力滿足要求。

4.6 驗(yàn)算結(jié)論

根據(jù)箱梁懸澆施工時(shí)產(chǎn)生的不平衡荷載最不利工況計(jì)算結(jié)果，上述墩梁固接方式能夠滿足施工要求。

5 墩梁臨時(shí)固接拆除

箱梁在邊跨合龍后，每個(gè)橋墩頂四個(gè)混凝土墊塊同時(shí)給電阻絲通電加熱，融化硫磺砂漿、鑿除墊塊混凝土，然后再截?cái)噱^固鋼筋，使箱梁落在永久支座上。

6 施工費(fèi)用計(jì)算

6.1 支撐鋼管費(fèi)用

墩梁固接采用支撐鋼管所需材料見(jiàn)臨時(shí)支撐主要數(shù)量表（見(jiàn)表2）：

支撐鋼管33336kg、預(yù)埋鋼板7536kg、錨固鋼筋528kg、C30 混凝土327.3m3。

鋼材及人工費(fèi)用為4500 元/t、C30 混凝土材料及人工費(fèi)用為450 元/m3，則所需施工費(fèi)用為：

（33.336+7.536+0.528）×4500+327.3×450=333585 元。

6.2 錨固鋼筋及混凝土墊塊費(fèi)用

所需材料：JL32 精軋螺紋鋼80 根，單根長(zhǎng)度2.6m，合計(jì)重量為：80×2.6×6.65=1383.2kg，

C40 混凝土：2.7×0.5×0.4×4×4=8.64m3。

精軋螺紋鋼材料及人工費(fèi)用為7700 元/t、C40 混凝土材料及人工費(fèi)用為500 元/m3，則所需施工費(fèi)用為：1.3832×7700+8.64×500=14971 元。

6.3 施工費(fèi)對(duì)比結(jié)論

比較上述兩種施工方式費(fèi)用計(jì)算結(jié)果，箱梁懸澆施工時(shí)0#塊墩梁固接方式采用精軋螺紋鋼筋和混凝土墊塊相結(jié)合作為施工承載結(jié)構(gòu)能夠大大降低施工成本。

7 結(jié)語(yǔ)

箱梁懸澆施工時(shí)0#塊墩梁固接方式有多種形式，本文針對(duì)疏港河大橋主跨跨徑為85m、順橋向橋墩寬度達(dá)3m 的前提下對(duì)墩梁臨時(shí)固接方式進(jìn)行了優(yōu)化并實(shí)施，達(dá)到了預(yù)期效果。