門架式小截面橋墩連續(xù)梁懸臂法臨時固結(jié)設(shè)計及施工

劉軍華

【摘要】本文主要闡述了前湖大道快速路前湖立交工程主線跨越高速段的懸臂澆筑體內(nèi)和體外相結(jié)合的臨時固結(jié)設(shè)計、計算分析以及施工，以鋼管混凝土支墩內(nèi)設(shè)置精軋螺紋鋼和小截面橋墩上設(shè)置臨時混凝土支座作為受力體系，有效解決了門架式小截面橋墩帶來的交通問題和受力問題，大大提高了連續(xù)梁懸臂施工的安全性，為類似橋梁施工提供參考依據(jù)。

【關(guān)鍵詞】小截面橋墩;連續(xù)梁;懸臂澆筑;體內(nèi)體外臨時固結(jié)

1、引言

隨著城市的快速發(fā)展，既要滿足現(xiàn)有道路的交通組織，又要新建橋梁工程，出現(xiàn)了部分連續(xù)梁分幅施工的門架式小截面橋墩。常見的連續(xù)梁懸臂澆筑臨時固結(jié)方法即體內(nèi)固結(jié)、體外固結(jié)在這種情況下難以滿足實際施工需要，因此提出了“體內(nèi)體外結(jié)合”的臨時固結(jié)體系，本文主要通過對前湖大道快速路前湖立交工程主線跨越高速段的懸臂澆筑體內(nèi)和體外相結(jié)合的臨時固結(jié)技術(shù)的設(shè)計和計算分析在實際施工中的成功運用，使得門架式小截面橋墩連續(xù)梁懸臂澆筑在滿足交通通行的前提下，施工安全又得到了很大的提升。

2、工程概況

南昌市前湖大道快速路前湖立交工程主線高架橋上跨昌九高速，下為現(xiàn)狀前湖大道主干路，施工期間均保證昌九高速和前湖大道通行。新建主線橋梁為現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁結(jié)構(gòu)，跨越昌九快速路處為PM6～PM9聯(lián)，跨徑45+60+46m，門架式橋墩左右幅共用，箱梁頂板寬15.6m，翼板懸臂長2.85m，底板寬8.2m，單箱雙室斜腹板帶圓弧斷面，梁高變化按底部二次拋物線縮短，箱室頂板厚28cm，底板厚26～82.7cm，腹板厚55～75cm，中支點梁高4m，跨中2.5m。箱梁0#塊采用大鋼管支架法一次性澆筑，長度為12m，其余掛籃懸澆塊為1#～7#塊。各懸臂澆筑梁段幾何物理指標如下表1，由于墩梁是鉸接支座，而懸臂澆筑過程中可能出現(xiàn)的不平衡彎矩較大，需要對懸澆箱梁進行臨時剛性固結(jié)。

3、連續(xù)梁懸臂法施工臨時固結(jié)施工技術(shù)設(shè)計方案

本橋的PM7和PM8橋墩為懸澆梁柱墩。橋墩設(shè)計為左右幅共用，每座橋墩為2根矩形柱式和1根花瓶柱式墩身、通長蓋梁構(gòu)造。橋梁跨越既有昌九高速，橋墩較高，墩柱截面較小，難以承擔(dān)懸澆T構(gòu)傾覆抗彎能力。

考慮墩身抗彎能力弱，為規(guī)避墩身增加附加彎矩，綜合墩梁結(jié)構(gòu)特點，懸澆T構(gòu)施工臨時固結(jié)施工技術(shù)方案采用體內(nèi)+體外的臨時固結(jié)方法，在墩頂設(shè)鋼筋混凝土臨時支撐墩;在墩柱附近箱梁底部增設(shè)臨時鋼管混凝土柱，承擔(dān)T構(gòu)傾覆的拉力（錨固）。體內(nèi)與體外相組合的臨時固結(jié)結(jié)構(gòu)示意圖如圖1和圖2所示。

3.1臨時固結(jié)抗傾覆荷載

設(shè)計圖紙沒有給出懸澆T構(gòu)的臨時固結(jié)設(shè)計荷載為? ，也沒有給出T構(gòu)臨時固結(jié)施工方案，為確?？缭郊扔胁鸥咚俚陌踩\行，按照施工中的極端不利因素設(shè)置臨時固結(jié)措施。極端的因素應(yīng)綜合考慮混凝土脹模系數(shù)、10年一遇風(fēng)荷載、不平衡澆筑以及掛籃的不平衡移動荷載的組合。但是施工中最為不利的是發(fā)生懸澆最后一節(jié)段全部澆完時連同掛籃墜落，這種工況的傾覆彎矩能夠確保懸臂T構(gòu)施工中的絕對安全，同時也能滿足設(shè)計及規(guī)范要求最大不平衡荷載不大于20噸的要求。臨時固結(jié)抗傾覆計算荷載為：

最大豎向反力：N=Q+2T=27350+2*750=2

8850 KN

最大不平衡彎矩：M=（W+T）*L=（1080+7

50）*26.25=48038 KN.m

其中：Q-為最大T構(gòu)箱梁自重，27350KN;T-為單支掛籃自重，750KN;W-懸澆最后一節(jié)段自重，1080KN;L-懸澆最后階段距橋墩的重心距離，26.25m。

按相關(guān)施工規(guī)范和設(shè)計文件要求，永久支座不得過早受力，在懸澆過程中，視永久支座不受力，按臨時固結(jié)結(jié)構(gòu)承擔(dān)懸澆梁全部荷載和最大傾覆彎矩設(shè)計。

3.2計算臨時固結(jié)結(jié)構(gòu)內(nèi)力

將永久支座不受力。懸臂T構(gòu)傾覆固結(jié)結(jié)構(gòu)力學(xué)分析簡圖如圖2所示。

視永久支座不受力，懸臂傾覆荷載均由臨時固結(jié)結(jié)構(gòu)承擔(dān)，按此條件求得臨時固結(jié)結(jié)構(gòu)的內(nèi)力計算方程為

將N=28850KN和M=48038KN.m及圖2中尺寸a=3m、b=1.2m代入方程中，求得RA=3196KN;RB=32046KN

當(dāng)然臨時固結(jié)體系的設(shè)計計算實際很復(fù)雜，本文也是建立在未考慮永久支座受力的情況下以及最不利工況條件下，實際工作中支座是參與受力的，這樣實際增加了臨時固結(jié)體系的安全系數(shù)，但是同樣間接增加了成本。如果考慮支座受力，利用彈性邊界理論和剛度直接計算，也是一種設(shè)計計算方法，具體計算簡圖如圖4，

根據(jù)彎矩平衡和胡克定理：

其中：K1、K2、K3、K4分別代表體外支墩和體內(nèi)支墩的彈性系數(shù)。

根據(jù)材料力學(xué)伸長公式：

綜合上述方程可求的在掛籃和最后一節(jié)混凝土同時墜落的最不利工況條件下，箱梁的整體偏移量和體內(nèi)體外支墩的最終受力情況。即：

（1）整體偏移量：

（2）支墩受力

3.3臨時固結(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計

3.3.1體內(nèi)剛性支墩的設(shè)計

在支座旁邊沿橫橋向設(shè)置2個300*1200mm混凝土（C55）支墩臨時固結(jié)，每邊設(shè)置10根20 III鋼筋錨入箱梁底板和墩柱內(nèi)，每段錨入50cm，臨時支座是受壓矮柱，承載能力折減很小，按一般規(guī)定配筋。內(nèi)配置四層φ10mm鋼筋網(wǎng)片，上下網(wǎng)片間距200mm?；炷林Ф站唧w布置圖詳見圖1。

臨時錨固混凝土強度擬采用C55混凝土，根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》，查表得 C55混凝土軸心抗壓強度標準值為35.5MPa。

根據(jù)設(shè)計支承墊石與主墩墩帽的結(jié)構(gòu)尺寸關(guān)系，臨時錨固的橫截面尺寸擬為2*0.3×1.2m，最大豎向力為0.5RB=16023KN，則臨時錨固混凝土壓應(yīng)力為：

16023/（1000*0.3*1.2*2）= 22.25MPa，

考慮1.5倍的抗傾覆系數(shù)，實際為1.5*22.25=33

.375MPa<35.5MPa，滿足要求。

3.3.2體外固結(jié)體系的設(shè)計

由于PM7、PM8立柱為左中右設(shè)置，0#塊施工過程中昌九高速和前湖大道均在通車，箱梁腹板位置并未完全在主墩承臺范圍內(nèi)，加上懸澆段寬度漸變，因此，0#塊施工時需考慮體外臨時固結(jié)措施，臨時固結(jié)措施設(shè)置如下：φ1000δ20mm鋼管混凝土（C35）+承臺+樁基礎(chǔ)，樁基礎(chǔ)采用φ1200灌注樁，樁長40m，共24根，每個0#塊6根，3根在主墩承臺下，3根在主墩與邊墩之間設(shè)置承臺，承臺尺寸170*1500*9000，共4個，樁基按照設(shè)計藍圖施工（30根32III級鋼）;鋼管采用φ1000δ20mmQ345鋼，混凝土C35，共16根，縱向3m、橫向5.435m布置，中間φ350鋼管連接，每根鋼筋砼柱中設(shè)置4根Ф32精軋螺紋鋼（PSB930）加強錨固，錨入承臺1.5m，底部做成900彎鉤，彎鉤長10cm，精軋螺紋鋼頂部伸入底板內(nèi)，上端伸出底板30cm，采用Ф32螺母墊片和螺母固定。鋼管砼柱中設(shè)一層50mm厚硫磺砂漿層，硫磺砂漿層內(nèi)預(yù)埋電熱絲，硫磺砂漿層布置在底板與鋼管砼柱接觸處，在承臺內(nèi)預(yù)埋1200*1200*20mm厚鋼板（內(nèi)鏤空960*960mm），鋼板與承臺設(shè)置鋼筋彎鉤與承臺連接。具體詳見圖1。

根據(jù)上述計算，在最大傾覆荷載作用下，每個T構(gòu)產(chǎn)生的抗拔力RA=3196KN，每根鋼管柱分擔(dān)荷載F=0.5RA=1598KN。

（1）精軋螺紋鋼抗拉能力計算

而每根Ф32精軋螺紋可以承受667KN，4根可產(chǎn)生2670KN，安全系數(shù)K=2670/1598=1.67>1.5，抗拉強度滿足要求。

（2）精軋螺紋鋼錨固能力計算

按照《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》，普通螺紋鋼筋的錨固深度計算公式為：

La受拉鋼筋的錨固長度，fpy精軋粗鋼筋抗拉強度設(shè)計值，取830MPa，ftk混凝土軸心抗拉強度標準值，C40取2.39MPa，d鋼筋直徑，取32mm;a精軋螺紋外形系數(shù)，取0.13。

La=0.13*830*0.032/2.39=1.44m

精軋螺紋鋼的錨固深度實際為1.5m設(shè)置，滿足要求。

4、施工流程及施工方法

4.1施工工藝流程

體內(nèi)體外臨時固結(jié)施工工藝流程具體詳見圖5：

4.2施工方法

4.2.1鋼管、精軋螺紋鋼筋下料加工

精軋螺紋鋼筋使用無齒鋸切割，確保端頭平齊，利于螺帽施擰;施工中重點注意保護精軋螺紋不受到損害。

鋼管柱下料前，在要切口上使用卡尺畫線，然后對準畫線切割，確保缺口平順。

鋼管柱接長，確保上下處在同一軸心線上。接長焊接前，應(yīng)墊平、墊牢固、擺直，穩(wěn)定后方可施焊。先周邊電焊定位，檢查無誤后再連續(xù)滿焊。法蘭盤焊接時架設(shè)胎具上，確保與鋼管軸線垂直。

4.2.2承臺上錨固螺栓及鋼板預(yù)埋

利用承臺鋼筋及承臺模板做支撐架，懸吊精軋螺紋錨固鋼筋，使用螺旋鎖緊鋼筋。錨固精軋螺紋鋼筋不宜就位太早，以免承臺澆筑混凝土振動跑偏。待混凝土澆筑高度略超過精軋螺紋埋入高度時，稍停灌注，在就位安裝精軋螺紋錨固鋼筋和鋼板，以使得精軋螺紋下端有約束。

混凝土灌注完成后，及時檢查精軋螺紋和鋼板的安裝位置、外露長度、垂直度等情況，若有偏差，及時調(diào)正。

4.2.3鋼管柱及支撐墩的就位安裝

鋼管柱吊裝前，先檢查承臺上的定位法蘭位置是否正確，如有偏差，應(yīng)及時修正鋼管柱低口法蘭連接螺栓孔位。確保上下垂直，并對應(yīng)于箱梁腹板位置。

使用吊車配合人工就位。下端錨固螺栓鎖上后，再吊車吊配合下，進行垂直度調(diào)正。在安裝鋼管柱與鋼管柱、鋼管柱與墩身間的鋼桁架連接時，應(yīng)焊接或栓接牢固。鋼管柱若有歪斜，應(yīng)松動承臺上的鏈接錨栓，借助桁架調(diào)整后再擰緊錨栓。鋼管柱底口法蘭盤，應(yīng)密貼。（下轉(zhuǎn)226頁）（上接223頁）若有空隙，應(yīng)用薄鋼板墊實，再使用水泥砂漿灌注嚴密，確保受力均勻可靠。蓋梁上的支撐墩安裝，應(yīng)在蓋梁混凝土凝固后再進行，確保支撐墩鋼管就位準確、垂直，支撐墩鋼管外側(cè)四周嵌入至少4根卡丁，防止混凝土關(guān)注時跑位。

4.2.4鋼管柱拆除

待中跨勁性骨架連接后迅速拆除臨時固結(jié)結(jié)構(gòu)。先拆除墩頂支撐墩，后拆除體外鋼管支撐柱。借助體外支撐柱搭設(shè)墩頂支撐墩的拆除支架。

拆除鋼管支撐柱時，通過硫磺砂漿電熱絲溶解先拆除頂部節(jié)點，后拆除柱腳錨固螺栓。

鋼管柱拆除，借助吊車或者借助箱梁先穩(wěn)固，再卸落連接法蘭螺栓或者錨固螺栓。拆卸鋼管柱連接螺栓，應(yīng)先拆卸上端，后拆卸下端。

鋼管柱拆卸，嚴禁生拉硬拽、猛烈敲擊，嚴防箱梁受損。連接螺栓確實緊固無法拆卸，可在法蘭附近切割卸掉。

支撐墩的拆除支架應(yīng)搭設(shè)牢固，確保作業(yè)施工人員安全。

5、施工注意事項

（1）本臨時固結(jié)設(shè)計方案，是按掛籃和最后一節(jié)懸澆墜落的極端荷載考慮，完全可以滿足施工安全，為控制T構(gòu)的均勻沉降，最大不平衡荷載不得超過設(shè)計規(guī)定的1/4最大節(jié)段重量且不得超過20t。

（2）為增強T構(gòu)的整體穩(wěn)定性，在墩頂?shù)匿摻罨炷林味諆?nèi)必須預(yù)埋螺紋鋼筋，以增加T構(gòu)的水平滑移阻力，提高箱梁的穩(wěn)定性。

（3）體外鋼管支撐柱的接長要求順直、上下同心、搭接或者拼接板厚、焊縫高度均要滿足鋼管截面強度要求;上下端法蘭盤焊接要保證焊縫厚度和質(zhì)量。

（4）對于體外的鋼管支撐柱臨時結(jié)構(gòu)，支撐柱頂與梁底采用5～10cm厚硫磺砂漿并拉毛，以便增加箱梁水平穩(wěn)定性以及后期快速解除臨時固結(jié)。

（5）永久支座在出廠時上下座板間安裝了臨時連接拉板，就位安裝前必須保持完好，直到T構(gòu)合攏后方可拆除，以便約束永久支座位移。

（6）要完全考慮到體外支撐柱與0號塊鋼管支架的互利作用，可節(jié)省成本和提升整體安全：0號塊支架設(shè)計時，體外鋼管柱完全可以起到臨時支撐的作用，大大節(jié)省了支架成本;而等懸臂澆筑后，利用與0號塊現(xiàn)澆模板支撐柱和墩身的連接，起到約束支撐柱的位移、提高承載抗拉和整體穩(wěn)定性的作用。

結(jié)語：

本文選擇了南昌市前湖快速路前湖立交工程跨越昌九高速連續(xù)梁施工作為案例，針對門架、小截面、高墩墩柱情況下懸臂澆筑臨時固結(jié)選型從設(shè)計、計算和施工進行分析和探究，從整個施工過程和結(jié)果來看該固結(jié)體系非常成功，不僅施工方便，解除迅速，而且鋼管柱還同時兼做現(xiàn)澆0號塊的支撐架一部分，節(jié)省了大量的費用，一舉兩得，同時解決了門架、小截面柱穩(wěn)定性和墩頂尺寸帶來的問題，即安全又經(jīng)濟，該體內(nèi)和體外結(jié)和的固結(jié)施工工藝可作為類似橋梁施工時參考和借鑒。

參考文獻：

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