大跨徑懸臂梁臨時錨固設(shè)計與施工關(guān)鍵技術(shù)

張琦　謝德寬

摘 要：為克服大跨徑懸臂梁施工時可能出現(xiàn)的不平衡荷載，通常需要在墩頂0#塊增加臨時錨固結(jié)構(gòu)，確保梁體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定、安全。本文以陸水河特大橋中大跨徑懸臂澆筑連續(xù)箱梁主橋（88+160+88）m為例，通過臨時錨固的比選，確定了采用精軋螺紋鋼筋錨固工藝，其工藝重點從設(shè)計、施工等方面進行了闡述，為后續(xù)類似工程提供寶貴經(jīng)驗。

關(guān)鍵詞：大跨徑；連續(xù)梁；墩頂臨時錨固；設(shè)計與施工

中圖分類號：TV52 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1006—7973（2017）02-0068-03

1 工程概況

陸水河特大橋位于咸寧市嘉魚縣以及赤壁市，全橋橋長1728米，其中主橋采用（88+160+88）m變截面連續(xù)箱梁橋；主橋箱梁斷面采用單箱單室，根部梁高10.5m，跨中梁高4m，頂板厚28cm，底板厚從跨中至根部由32cm變化為120cm，腹板從跨中至根部三段采用45cm、70cm、90cm三種厚度，箱梁高度和底板厚度按2次拋物線變化。箱梁頂板橫向?qū)?6.75m，箱梁底寬8.0m，翼緣懸壁長4.375m。

箱梁0號節(jié)段長10m，每個懸澆“T”縱向?qū)ΨQ劃分為22個節(jié)段，梁段數(shù)及梁段長從根部至跨中分別為4×2.5m、8×3.0m、10×4.0m，節(jié)段懸壁總長74m。懸澆節(jié)段最大重量為2089.3KN（5#塊），邊、中跨合攏段長均為2m，邊跨現(xiàn)澆段長7m。

2 臨時錨固方式比選

連續(xù)箱梁塊體采用掛籃懸澆施工過程中，因墩兩側(cè)的施工不能完全同步，在墩頂位置產(chǎn)生不平衡力矩會對箱梁的穩(wěn)定形成威脅，因此，在開始掛籃懸澆施工前對連續(xù)梁中墩設(shè)臨時錨固[1]。墩臨時錨固措施應(yīng)能滿足承受中支點處最大不平衡彎距直接影響上部結(jié)構(gòu)施工安全。且臨時錨固選用是否合理，還影響造價和工期。臨時錨固的方式主要受橋梁的主跨跨徑、主墩高度及其施工場地條件等的影響，大致可分為以下3類：

（1）承臺支墩方案。在承臺上設(shè)置臨時支墩，在墩頂設(shè)置臨時支座，通過臨時支墩的預(yù)應(yīng)力筋形成承臺與梁底之間的固結(jié)。臨時支墩通常采用鋼管混凝土柱或鋼筋混凝土柱，墩頂臨時支座通常采用鋼板和硫磺砂漿混凝土組合而成。

（2）墩梁直接錨固方案。通過在墩頂和主梁0號塊之間設(shè)置臨時支座和臨時錨固結(jié)構(gòu)，其臨時支座通常采用硫磺砂漿混凝土或鋼砂箱來制成，而臨時固結(jié)則采用預(yù)應(yīng)力束進行錨固。

（3）支架方案。此方案僅僅適合于陸地，或者橋墩不高、水不太深且易于搭設(shè)臨時支架的情況。

（4）懸空支架方案。當(dāng)橋高、水深時，采用布置在墩身上部的三角形支架作為梁段的臨時支撐，采用沙筒或硫磺沙漿塊作為施工中的臨時支座[2-5]。

3 本橋臨時錨固設(shè)計

陸水河大橋主橋采用（88+160+88）m三跨連續(xù)梁體系，兩個主墩均設(shè)活動支座。為保證箱梁在懸臂澆筑施工時的不平衡力矩下的施工安全，必須設(shè)置臨時錨固體系，綜合考慮橋梁的水文、地質(zhì)情況、基礎(chǔ)墩臺的結(jié)構(gòu)尺寸以及總體技術(shù)方案等因素，本工程擬采用臨時支座結(jié)合臨時支墩的方案：承臺處設(shè)鋼管灌混凝土柱作為臨時支墩，墩頂設(shè)置混凝土塊作臨時支座。即在墩頂與箱梁混凝土間澆筑混凝土塊做為臨時支座，另外在墩身兩側(cè)（承臺頂）分別設(shè)兩根鋼管，鋼管尺寸φ1000×12mm，填芯混凝土為C40，每肢管內(nèi)布置1束15根鋼絞線，立柱橫向用鋼管平聯(lián)連接。其中該臨時支墩的φ1000×12mm鋼管利用原箱梁0#、1#塊施工支架。墩頂臨時錨固共由4個臨時支座、4個臨時支墩組成，如圖2：

3.1 臨時支座

一個墩頂臨時錨固有4個臨時支座，每個臨時支座平面尺寸200*80cm、高約76cm，沿主墩頂面外邊緣對稱平行布置，橫橋向凈間距278cm，順橋向凈間距290cm。混凝土強度為C50。每個臨時支座內(nèi)沿橫橋向“一”字形排布9根Φ32精軋螺紋，即墩頂共36根Φ32精軋螺紋。精軋螺紋下端錨固在墩身內(nèi)200cm、上端錨固在箱梁頂面，每根精軋螺紋張拉力為40t。

3.2 臨時支墩

一個墩頂臨時錨固有4個臨時支墩，每個臨時支墩由1根立柱鋼管（Φ1000*12mm，內(nèi)部澆筑C40砼）配1束鋼絞線（15根Φ15.3鋼絞線）組成，每束鋼絞線張拉力為300t，鋼絞線下端埋入承臺100cm，往上經(jīng)過立柱鋼管、箱梁腹板后，上端錨固在箱梁頂面。立柱橫向用鋼管平聯(lián)與主墩連接，施工主墩時預(yù)埋平聯(lián)預(yù)埋件并做好防腐措施。

4 臨時錨固結(jié)構(gòu)驗算

4.1 有限元模擬

按照實際設(shè)計臨時估計方式，建立橋墩、鋼管樁，臨時支座等結(jié)構(gòu)，懸臂澆注過程中，鋼管樁與主梁采用剛性連接、臨時支座與主梁采用剛性連接，有限元模型見圖3所示。

（1）主梁C50容重按設(shè)計施工圖紙說明取27.3kN/m3。主墩C40容重取26kN/m3。

（2）一側(cè)重量超方3%在程序里將跨中側(cè)容重增大3%考慮。

4.2 計算荷載

臨時錨固計算荷載按考慮施工設(shè)計說明里列舉的以下不平衡荷載：

（1）考慮一側(cè)混凝土超方重量+3%（含不對稱施工臨時荷載）不平衡荷載（荷載F1），在程序模型里用材料容重考慮。

（2）半個主梁節(jié)段不平衡荷載（荷載F2），最大懸臂階段，兩端22號節(jié)段差半個節(jié)段重量。最大懸臂階段時，半個22號節(jié)段重量為。

（3）一側(cè)掛籃掉落不平衡荷載（荷載F3），掛籃自重104t。

（4）掛籃前移一個節(jié)段不平衡荷載（荷載F4）。

（5）10年一遇風(fēng)速下不平衡升舉力荷載（荷載F5）

基本風(fēng)速，1/100頻率。

橋面基準(zhǔn)高度20m，A類地表。

則設(shè)計基準(zhǔn)風(fēng)速。

施工階段設(shè)計風(fēng)速取10年重現(xiàn)期，則

施工階段靜陣風(fēng)風(fēng)速：，

豎向風(fēng)荷載：

。

4.3 荷載組合

荷載組合1：荷載F1+荷載F2

荷載組合2：荷載F1 +荷載F3

荷載組合3：荷載F1 +荷載F4

荷載組合4：荷載F1 +荷載F5

荷載組合5：荷載F1+荷載F2+荷載F5

荷載組合6：荷載F1+荷載F3+荷載F5

荷載組合7：荷載F1+荷載F4+荷載F5

4.4 計算結(jié)果

計算時考慮臨時支座與鋼管支墩臨時共同受力，不考慮永久支座受力。

4.4.1 反力計算結(jié)果

4.4.2 鋼管混凝土臨時柱承載力計算

4.4.2.1 鋼管混凝土柱計算

按《鋼管混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計與施工規(guī)程》CECS 28-2012進行計算。

設(shè)計采用φ1000*12+C40鋼管混凝土，單根立柱的承載力按《鋼管混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計與施工規(guī)范》計算。

鋼管內(nèi)半徑： ，鋼管面積：，混凝土面積：

Q235抗壓強度設(shè)計值：，C40抗壓強度設(shè)計值：。

鋼管混凝土的套箍指標(biāo)。

鋼管混凝土柱軸心受壓短柱的承載設(shè)計值為：。

柱高l=20m，一端固結(jié)，一端鉸結(jié)，則柱的計算長度。

考慮長細比影響的承載力折減系數(shù)，

當(dāng)，

則。

鋼管混凝土柱軸心受壓承載力設(shè)計值為：。

故混凝土柱的最大反力

安全系數(shù)。

4.4.2.2 臨時支座受力計算

每個臨時支座平面尺寸200*80cm、高約76cm，沿主墩頂面外邊緣對稱平行布置，橫橋向凈間距278cm，順橋向凈間距290cm。混凝土強度為C50。每個臨時支座內(nèi)沿橫橋向“一”字形排布9根Φ32精軋螺紋，即墩頂共36根Φ32精軋螺紋。

單個臨時支座最大壓應(yīng)力為：σ = N / A =23991×103 /（800×2000） = 14.99Mpa<23.1Mpa，故臨時支座受力安全。

4.5 結(jié)論

施工過程不利荷載組合下，臨時支座和鋼管臨時柱不會出現(xiàn)拉力，始終受壓。

施工過程不利荷載組合下，鋼管臨時柱最小安全系數(shù)1.68>1.3，承載力滿足要求。

施工過程不利荷載組合下，單個臨時支座最大壓應(yīng)力為14.99Mpa<22.4 Mpa，故臨時支座受力安全。

5 臨時錨固施工

5.1 臨時支座施工

臨時支座采用混凝土塊在墩頂分段設(shè)置。一個主墩兩側(cè)設(shè)置四個臨時固結(jié)支座，單個臨時固結(jié)支座尺寸為0.8m×2m。在墩頂施工期間，預(yù)埋精軋螺紋鋼筋。施工時，首先在墩頂臨時支座寬度方向的兩側(cè)用槽鋼匚10（豎向放置）作為模板（槽鋼在體系轉(zhuǎn)換時拆除），中間填滿10cm干砂并壓實，上表面鋪塑料薄膜，作為臨時支座的底。砂墊層和塑料薄膜作為墩身、臨時支座、箱梁之間的分層體系；然后根據(jù)設(shè)計高度安裝臨時支座的側(cè)模板，在長度方向上用5-10cm泡沫板隔開，使每側(cè)臨時支座分成2個小塊，同時在靠墩身外側(cè)方向的每個支座小塊預(yù)埋U型鋼筋。澆注C50混凝土，臨時支座混凝土頂面四周澆注10cm*10cm的混凝土條，待凝固后填入干砂并壓實，表面鋪竹膠板，其頂面標(biāo)高即是箱梁底標(biāo)高（標(biāo)高要考慮砂墊層的壓縮量）；施工時一定要注意填入干砂并壓實，澆注混凝土?xí)r注意不要破壞泡沫板。在0#塊施工期間，用波紋管套住精軋螺紋鋼筋，以免精軋螺紋鋼筋與0#塊箱梁砼粘接。0#塊施工完畢，及時張拉精軋螺紋。待邊跨合攏段施工完畢，及時拆除該臨時支座。

5.2 臨時支墩施工

臨時支墩由墩身兩側(cè)對稱設(shè)置的4根鋼管混凝土柱組成，鋼管橫橋向中心距660cm，管中心距主墩邊375cm。鋼管尺寸φ1000×12mm，填芯混凝土為C40，每肢管內(nèi)布置1束15根Φ15.3鋼絞線，鋼管與主墩用鋼管平聯(lián)連接，主墩壁設(shè)置預(yù)埋件。在施工承臺時，在承臺上相應(yīng)位置預(yù)埋了地腳螺栓和鋼絞線，并做了防腐措施。之后，在安裝立柱鋼管時，將鋼絞線穿過立柱鋼管Φ1000*12mm，在腹板區(qū)段用波紋管包裹，待1#塊施工完畢及時張拉該鋼絞線。

6 結(jié)語

本文對陸水河特大橋主橋連續(xù)箱梁臨時支墩、支座從方案選擇、結(jié)構(gòu)設(shè)計計算、施工進行了闡述，通過采用臨時支座結(jié)合臨時支墩的方案保證了箱梁在懸臂澆筑施工時的不平衡力矩下的施工安全，此外，該臨時支墩鋼管通過利用原箱梁0#、1#塊施工支架，節(jié)約了施工成本，可為后續(xù)類似工程提供寶貴經(jīng)驗。

參考文獻：

[1]黃法沛，李曉玲.臨時錨固新構(gòu)思[J]公路，2004（4）：88.

[2]陳偉，李明.橋梁施工臨時結(jié)構(gòu)設(shè)計[M].北京：中國鐵道出版社，2002.

[3]盧勇.東江四橋主橋連續(xù)梁臨時支墩、支座的設(shè)計與施工[M].鐵道建筑技術(shù)，2004（4）：28.

[4]雷俊卿.橋梁懸臂施工與設(shè)計[M].北京：人民交通出版社，2000.

[5]楊紀(jì)，張琪.連續(xù)梁臨時方案錨固比選[J].中國水運，2013（2）：241-243.