某特大橋預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁拱臨時(shí)固結(jié)方案及計(jì)算分析

史朋志 SHI Peng-zhi

（中鐵二十五局集團(tuán)有限公司西北分公司，西安 710000）

0 引言

目前我國正處于基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)發(fā)力階段，為促進(jìn)各地經(jīng)濟(jì)發(fā)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(xù)梁及其組合結(jié)構(gòu)橋梁。而臨時(shí)固結(jié)是施工過程中必不可少的一道工序。如何在施工現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置好臨時(shí)固結(jié)，使其不產(chǎn)生不平衡彎矩，確保連續(xù)梁懸臂澆筑各個(gè)工序過程能夠保持穩(wěn)定，能夠有序保質(zhì)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(xù)梁的墩和梁體進(jìn)行臨時(shí)固結(jié)形式多樣，比較常見的五六種，一種是在橋墩的墩頂進(jìn)行鋼筋的預(yù)埋設(shè)，然后鋼筋采用硫磺砂漿進(jìn)一步的固結(jié)并作為臨時(shí)墊塊、砂桶與預(yù)埋組成臨時(shí)固結(jié)系統(tǒng)、鋼管砼柱與砼柱內(nèi)預(yù)埋鋼筋組成臨時(shí)墩梁固結(jié)系統(tǒng)、設(shè)置豎向的預(yù)應(yīng)力鋼筋并將其與設(shè)計(jì)的鋼管組成墩梁臨時(shí)固結(jié)、在墩頂和梁體之間四邊周圍采用砼支墩進(jìn)行臨時(shí)固結(jié)、在主墩四周設(shè)置臨時(shí)墩并固結(jié)與橋墩連結(jié)。

中鐵二十五局集團(tuán)有限公司西北分公司施工的新建南昌至景德鎮(zhèn)至黃山鐵路工程CJHZQJX-5 標(biāo)信江西支特大橋，設(shè)計(jì)采用（90+180+90）m 連續(xù)梁拱跨越，橋墩設(shè)計(jì)為圓端實(shí)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(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，選用在墩梁間四周采用混凝土支墩臨時(shí)固結(jié)的方法進(jìn)行施工，具體來說就是在墩頂四周頂面設(shè)預(yù)埋鋼筋及鋼板等將連續(xù)梁與橋墩固結(jié)成整體，確保連續(xù)梁在后續(xù)懸臂澆筑各個(gè)過程中保持穩(wěn)定。等梁合攏后，便拆除臨時(shí)支墩。臨時(shí)固結(jié)墩的砼采用爆破或破碎鑿切等辦法拆除，預(yù)埋在支墩內(nèi)預(yù)埋件用切割機(jī)等機(jī)械切斷拆除

1 臨時(shí)支座設(shè)置情況

連續(xù)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(huì)產(chǎn)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(shè)置并采用在墩柱體內(nèi)臨時(shí)固結(jié)，由固結(jié)體來承受工序過程施工中產(chǎn)生的力和力矩，由于該工程設(shè)計(jì)的各個(gè)墩柱比較大，截面尺寸為16.92m×6.92m，故臨時(shí)固結(jié)設(shè)在墩頂四周，并對(duì)其進(jìn)行對(duì)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(gè)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(shè)置臨時(shí)支座，并臨時(shí)將橋墩與梁體固結(jié)在一起。臨時(shí)支座設(shè)置在橋墩墩頂，本工程每個(gè)主墩設(shè)置有6 個(gè)臨時(shí)支座，每個(gè)臨時(shí)支座均在墩柱頂面和箱梁間預(yù)埋25*13cm 間距為10cm 規(guī)格為Φ32mm 的精軋螺紋鋼筋（型號(hào)PSB830），總共為104 根，標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度為830MPa。臨時(shí)支座與臨時(shí)支墩均采用強(qiáng)度為C50 的混凝土。臨時(shí)固結(jié)待橋梁合攏后，需要進(jìn)行解除。解除方法為人工鑿除臨時(shí)固結(jié)頂部10cm 高范圍砼，然后用繩鋸或切割機(jī)割斷各錨固鋼筋，完成臨時(shí)支座解除。要求每個(gè)墩在割斷錨固鋼筋時(shí)，六個(gè)臨時(shí)固結(jié)必須同步進(jìn)行。

2 臨時(shí)固結(jié)方案設(shè)計(jì)

根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙昌靜黃橋通-I-10 中的設(shè)計(jì)說明，每個(gè)主墩設(shè)置有6 個(gè)臨時(shí)支座，每個(gè)臨時(shí)支座均在墩柱頂面和箱梁預(yù)埋25*13 間距為10cmΦ32mm 的精軋螺紋鋼筋（型號(hào)PSB830），總共為104 根，標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度為830MPa，支座尺寸長3.5m，寬1.2m。臨時(shí)支座與臨時(shí)支墩均采用強(qiáng)度為C50 的混凝土。墩頂臨時(shí)固結(jié)詳圖見圖1。

圖1 0 號(hào)塊墩梁臨時(shí)固結(jié)圖（單位：cm）

臨時(shí)固結(jié)計(jì)算采用如下不平衡荷載：

①一側(cè)混凝土自重超重5%；

②一側(cè)施工荷載為0.48kN/m2，另一側(cè)施工荷載為0.24kN/m2；

③施工機(jī)具動(dòng)力系數(shù)，一側(cè)為1.2，另一側(cè)為0.8；

④合攏段模板支架重量，取400kN；

⑤掛籃及附屬設(shè)備重量，取1900kN；

⑥梁段澆筑不同步引起的偏差，設(shè)計(jì)值為20t；

⑦一側(cè)風(fēng)向風(fēng)壓強(qiáng)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(jì)算出各節(jié)段參數(shù)：其中A 節(jié)段分為A0-A17 節(jié)段，B節(jié)段分為B1-B17 節(jié)段，A0 節(jié)段長17m，B1 節(jié)段長3.5m，其余各節(jié)段均長4.5m，各節(jié)段自重、節(jié)段中心至墩中心距離和懸臂彎矩各不相同，均要經(jīng)過計(jì)算獲得。

由軸力和彎矩平衡條件，得到平衡方程如下，根據(jù)圖紙，縱向力臂長度為2500mm。計(jì)算簡(jiǎn)圖如圖2 所示。

圖2 臨時(shí)固結(jié)計(jì)算簡(jiǎn)圖

3 正常施工工況力學(xué)計(jì)算

不考慮連續(xù)梁一側(cè)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(shí)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(jī)械設(shè)備及施工荷載，考慮選取恒載系數(shù)為1.3，活載系數(shù)為1.5。

上部結(jié)構(gòu)混凝土重量：邊跨段自重為49790.36kN，0號(hào)塊自重為38565.49kN，中跨段自重為51856.85kN；

施工荷載取17 號(hào)塊：45.62kN；

掛籃及附屬設(shè)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(jì)算得拉、壓兩側(cè)反力分別為43193kN和148217kN，正為壓力，負(fù)為拉力。

3.2 組合二受力檢算

臨時(shí)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(jī)械設(shè)備及施工荷載，考慮選取恒載系數(shù)為1.3，活載系數(shù)為1.5。

上部結(jié)構(gòu)混凝土重量：邊跨段自重為49790.36kN，0號(hào)塊自重為38565.49kN，中跨段自重為51856.85kN；

施工荷載取17 號(hào)塊：45.62kN；

掛籃及附屬設(shè)備自重：1900×2=3800kN

風(fēng)壓強(qiáng)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(jì)算得拉、壓兩側(cè)反力分別為36802kN和155678kN，正為壓力，負(fù)為拉力。

4 考慮一側(cè)掛籃與梁段砼掉落工況時(shí)力學(xué)計(jì)算

在結(jié)構(gòu)最大雙懸臂狀態(tài)，考慮到一側(cè)方向各個(gè)節(jié)段砼自重超過5%，并同時(shí)發(fā)生另外一側(cè)掛籃與梁段砼掉落時(shí)情況，各荷載為：

上部結(jié)構(gòu)混凝土重量：邊跨段自重為49790.36kN，0號(hào)塊自重為38565.49kN，中跨段掉落17 號(hào)塊梁段混凝土，自重為49716.43kN；

施工荷載取17 號(hào)塊：34.21kN；

掛籃及附屬設(shè)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(jì)算得拉、壓兩側(cè)反力分別為-50654kN和236040kN，正為壓力，負(fù)為拉力。

綜合上述工況計(jì)算結(jié)果，臨時(shí)固結(jié)最不利支反力拉、壓兩側(cè)反力分別為-50654kN 和236040kN，正為壓力，負(fù)為拉力。

5 臨時(shí)固結(jié)檢算

5.1 臨時(shí)固結(jié)構(gòu)造檢算

因?yàn)槭桥R時(shí)結(jié)構(gòu)，故考慮1.3 的材料容許應(yīng)力放大系數(shù)。

每側(cè)臨時(shí)固結(jié)為3 個(gè)矩形截面混凝土塊，采用C50 的混凝土，設(shè)計(jì)強(qiáng)度取16.8MPa，鋼筋型號(hào)為PSB830，按混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度控制，此時(shí)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(duì)應(yīng)強(qiáng)度fsd=16.8/3.45×104×2.06×105=100.3MPa。受壓區(qū)的3 個(gè)臨時(shí)固結(jié)支座總計(jì)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(qū)臨時(shí)支座安全。

受拉一側(cè)，按螺紋鋼抗拉強(qiáng)度計(jì)算，按鋼筋達(dá)到峰值強(qiáng)度控制，考慮0.9 的安全系數(shù)，鋼筋設(shè)計(jì)抗拉強(qiáng)度fy=0.9fpy=0.9×830=747MPa，受拉區(qū)的3 個(gè)臨時(shí)固結(jié)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(qū)臨時(shí)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(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50010-2010）第8.3所列鋼筋基本錨固長度公式進(jìn)行計(jì)算：式中：fy為受拉鋼筋的抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，此處所用鋼筋PSB830的Φ32mm 精軋螺紋鋼，考慮0.9 的安全系數(shù)，故fy=0.9fpy=0.9×830=747MPa；ft為砼在軸心抗拉時(shí)的強(qiáng)度設(shè)計(jì)選取值，因本項(xiàng)目梁段砼強(qiáng)度等級(jí)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(shù)，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(shù)，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(hào)塊C50 混凝土臨時(shí)固結(jié)支座的安全系數(shù)，C50 混凝土臨時(shí)固結(jié)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(jīng)景德鎮(zhèn)至黃山鐵路工程CJHZQJX-5 標(biāo)信江西支特大橋289#~292#墩（90+180+90）m 連續(xù)梁拱290#與291#橋墩0 號(hào)塊底板厚130cm，Φ32mm 精軋螺紋鋼在0 號(hào)塊底板處的錨固長度不能滿足計(jì)算要求，因此0 號(hào)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(jìn)行錨固，根據(jù)《鋼筋機(jī)械連接技術(shù)規(guī)程》（JGJ 107-2016）第6.3.1 條規(guī)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(jìn)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(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)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(qiáng)度設(shè)計(jì)量，此處所用鋼筋PSB830 的Φ32mm 精軋螺紋鋼，考慮0.9 的安全系數(shù)，故fp=0.9fpy=0.9×830=747MPa；其中ft為砼軸心抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)量，因橋墩砼強(qiáng)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(shù)，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(shù)值是2131.5mm。因?yàn)槭芾钚拚^固長度公式是：la=ζalab，式中：其中ζa是錨固長度修正系數(shù)，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(hào)塊C50 混凝土臨時(shí)固結(jié)支座的安全系數(shù)，C50 混凝土臨時(shí)固結(jié)用Φ32mm 精軋螺紋鋼在橋墩中的錨固長度不得小于2.4m。

經(jīng)分析計(jì)算，180m 橋墩臨時(shí)固結(jié)支座施工方案采用上述圖紙中的臨時(shí)固結(jié)措施滿足施工需要。

6 結(jié)語

在施工完主橋基礎(chǔ)及橋墩，在主墩側(cè)設(shè)置臨時(shí)支墩、支架并進(jìn)行預(yù)壓，并鎖定活動(dòng)支座，安裝主墩支座，按照前述方案設(shè)置臨時(shí)固結(jié)，分兩次澆筑0#塊，后再進(jìn)行張拉壓漿以及掛籃安裝、各標(biāo)準(zhǔn)節(jié)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(jīng)過過程監(jiān)控量測(cè)，臨時(shí)支座及固結(jié)方案措施持續(xù)有效，說明在該類特大橋，每個(gè)臨時(shí)支座均在墩柱頂面和箱梁預(yù)埋25*13 間距為10cmΦ32mm 的精軋螺紋鋼筋（型號(hào)PSB830），總共為104根，標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)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(shí)固結(jié)方案是合理有效的，選取的正常施工工況、一側(cè)掛籃與梁段掉落工況力學(xué)計(jì)算以及臨時(shí)固結(jié)檢算的過程數(shù)據(jù)分析，是合適而且切合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際的情況，該計(jì)算分析及施工方案可以在相似的橋梁施工中借鑒和參照。