連續(xù)梁懸臂施工臨時(shí)固結(jié)選型分析

李承洪 中鐵建設(shè)集團(tuán)有限公司

1.工程概況

成都地鐵5號(hào)線高架段北起香城大道，南至新建天龍大道。北部商貿(mào)城站至幸福橋高架區(qū)間橋共41個(gè)墩柱，共42跨，南端是幸福橋車站，北端是北部商貿(mào)城站，起止里程為YDK4+553.50～YDK5+949.88，該連續(xù)梁所在北部商貿(mào)城至幸福橋高架橋區(qū)間的34#-37#垮，共計(jì)三跨。本段橋梁孔跨布置為1聯(lián)（31+45+33）m連續(xù)梁。連續(xù)梁采用單箱單室直腹板箱形截面，梁頂寬10.2m，底寬5.7m，中支點(diǎn)梁高3.0m，跨中梁高1.8m，梁高以二次拋物線變化。橋墩采用花瓶式板式橋墩，連續(xù)梁主墩墩身尺寸橫橋向?yàn)?m，順橋向?yàn)?.5m，邊墩墩身尺寸橫橋向?yàn)?.5m，順橋向?yàn)?.2m。基礎(chǔ)均采用直徑為1.2m鉆孔灌注樁，35#、36#墩采用8根樁，34#、37#墩為4根樁基。連續(xù)梁施工采用菱形掛籃懸臂澆筑的施工形式進(jìn)行施工。

2.臨時(shí)固結(jié)的類型的介紹及選取

現(xiàn)如今，在科技不斷發(fā)展的大節(jié)奏下，我國(guó)的橋梁施工水平也進(jìn)步顯著，臨時(shí)加固的類型也變得多樣化，但在橋梁實(shí)際施工過(guò)程中，主要會(huì)運(yùn)用到以下兩種臨時(shí)加固：

（1）自錨式支撐體系臨時(shí)固結(jié)。由于連續(xù)橋梁平面的軸線是曲線，對(duì)應(yīng)會(huì)產(chǎn)生不平衡荷載，為了消除不平衡荷載，就需要布置臨時(shí)支座于橋墩的底板和頂板處。自錨式支撐體系臨時(shí)固結(jié)的主要形式又分為以下兩種：①墩頂預(yù)埋砂漿+硫磺砂漿型臨時(shí)固結(jié)，該臨時(shí)固結(jié)在布置的時(shí)候要在臨時(shí)墊板上放置電熱絲，因此在施工過(guò)程中，很容易出現(xiàn)電熱絲故障問(wèn)題，進(jìn)而增加臨時(shí)固結(jié)的拆離時(shí)間，直接性的延長(zhǎng)工期，再加上硫磺砂漿材料有顏色，在拆離臨時(shí)固結(jié)之后，不能保障橋梁外觀的整潔。②墩頂預(yù)埋鋼筋+砂箱型臨時(shí)固結(jié)，該類型支撐體系選擇的是砂箱，砂箱本身在拆離過(guò)程中，操作簡(jiǎn)單，會(huì)加快拆離進(jìn)度，同時(shí)也促進(jìn)了工程的高效完成，然而，砂箱有一定的重力，會(huì)發(fā)生輕微沉降現(xiàn)象，最終導(dǎo)致砂箱的不平衡受力，對(duì)橋梁施工產(chǎn)生干擾。

（2）外錨式支撐體系臨時(shí)固結(jié)。外錨式支撐體系和自錨式支撐體系最大的區(qū)別在于，該體系是把橋梁和承臺(tái)作為重點(diǎn)展開具體操作，該類型又分為以下兩種形式：①豎向支撐鋼管+豎向預(yù)應(yīng)力鋼束。即就是在橋梁底板承臺(tái)位置布置兩排鋼管，然后再鋼管內(nèi)部填入兩排預(yù)應(yīng)力鋼束，需要注意的是，鋼束的安裝一定要位于鋼管的下方。由于橋梁容易受到不平衡荷載干擾，為此，選取該支撐體系時(shí)會(huì)高效預(yù)防并消除不平衡荷載，臨時(shí)鋼管會(huì)分散橋梁的不平衡荷載，同時(shí)鋼束為橋梁增加拉力。梁墩過(guò)重會(huì)使得鋼管出現(xiàn)略微變形，所以在施工過(guò)程中要實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)鋼管，避免出現(xiàn)鋼管松動(dòng)現(xiàn)象。②豎向支撐鋼管+鋼管砼。在橋梁底板承臺(tái)位置布置兩排鋼管，鋼管的內(nèi)部填入的是鋼管砼，鋼管砼中的預(yù)埋鋼筋，會(huì)加固鋼筋砼和橋梁之間的連接。之所以選取鋼管砼進(jìn)行填充，原因在于：第一，鋼管砼有三向受壓特征，會(huì)高效消除橋梁的不平衡荷載，同時(shí)具備較強(qiáng)的抗壓承載力，對(duì)加固橋梁工作十分有效；第二，鋼管砼會(huì)對(duì)鋼管本身有增強(qiáng)作用，會(huì)提高鋼管的抗壓指數(shù)，提高鋼管的承載力，同時(shí)還可以消除水平方向的荷載。基于此，在連續(xù)梁懸臂施工臨時(shí)固結(jié)的時(shí)候，應(yīng)該優(yōu)先選取鋼管砼作為填充材料的外錨式支撐體系臨時(shí)固結(jié)，進(jìn)而保障橋梁澆灌的對(duì)稱性和均勻性，提升工程質(zhì)量，加快工程進(jìn)度。

3.臨時(shí)固結(jié)方式

臨時(shí)固結(jié)方式由立于承臺(tái)上的4根直徑426mm鋼管混凝土立柱及聯(lián)結(jié)系組成，鋼管內(nèi)部填筑混凝土標(biāo)號(hào)為C50，立柱縱橋向間距為4.2m，橫橋向間距為3.3m。在懸澆施工過(guò)程中，4根立柱承受全部箱梁傳遞的恒荷載及施工期間的活荷載，期間認(rèn)為正式支座暫不參與受力。

4.荷載計(jì)算

（1）結(jié)構(gòu)自重。箱梁各節(jié)段參數(shù)詳見表1，梁段產(chǎn)生的橫荷為：9941.88kN。

表1 節(jié)段主要參數(shù)表

（2）風(fēng)荷載計(jì)算。根據(jù)《鐵路橋涵設(shè)計(jì)基本規(guī)范》（TB 10002-2017），考慮最不利風(fēng)荷載情況，即沿懸澆墩軸線一端全部為從橋面往下的風(fēng)壓力，另一端全部為沿橋底往上的風(fēng)壓力，經(jīng)計(jì)算，風(fēng)荷載為5.636kN/m。

（3）其他荷載計(jì)算。①T構(gòu)兩側(cè)混凝土澆筑不平衡重為5m3（出現(xiàn)在6#塊時(shí)最危險(xiǎn)）。②T構(gòu)兩側(cè)梁段不平衡重量為單側(cè)梁重2%。③移動(dòng)掛籃時(shí)相差一個(gè)節(jié)段，一側(cè)掛籃、模板、施工機(jī)具等合計(jì)350kN。

5.抗傾覆驗(yàn)算

5.1 不平衡力矩計(jì)算

為了施工安全，選取最不利工況進(jìn)行驗(yàn)算。施工的梁段距支座越遠(yuǎn)，力臂越大，故最不利不平衡荷載出現(xiàn)在懸臂灌注施工至6號(hào)梁段時(shí)，需考慮施工風(fēng)荷載、兩側(cè)梁體結(jié)構(gòu)不均勻性的重量偏差、左右6號(hào)梁段的移動(dòng)掛籃不同步等。依據(jù)表1提供具體數(shù)據(jù)，計(jì)算得出T構(gòu)左半側(cè)彎矩M左=64349.18kN?m；T構(gòu)右半側(cè)彎矩M右=74360.99kN?m，則傾覆彎矩M傾=M右－M左=74360.99－64349.18=10011.81kN?m。

5.2 支撐處的梁底支反力計(jì)算

根據(jù)臨時(shí)鋼管混凝土支撐柱結(jié)構(gòu)受力狀況，鋼管混凝土支撐力解析公式見式（1）：

式（1）中，N—設(shè)計(jì)反力，kN；Ra、Rb—鋼管a、b的支撐力，kN；L—鋼管支撐縱向間距，m；M傾—最大不平衡彎矩，kN?m。由此求得Ra=5754.06kN,Rb=8137.82kN

5.3 抗傾覆計(jì)算

（1）Q345B 鋼管抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值f=310MPa，為了確保施工的安全，暫不考慮混凝土的抗拉、壓強(qiáng)度對(duì)支撐抗傾覆和穩(wěn)定性的貢獻(xiàn)，則鋼管混凝土支撐柱的抵抗距為M1=10626.69kNm；

（2）當(dāng)Ra=0時(shí)為臨界狀態(tài)，此時(shí)連續(xù)梁自重抗傾覆力矩M1最大：M2=20877.95kN?m；

（3）合計(jì)抗傾覆力矩M抗=M1+M2=31504.64 kN?m；所以安全系數(shù)為K=M抗/M傾=31504.64/10011.81=3.14＞1.5，所以滿足要求。

6.抗壓鋼筋計(jì)算

在鋼管兩端與梁底及承臺(tái)接觸處配置抗壓鋼筋，以保證梁底和承臺(tái)不被壓壞。使用直徑25mm的HRB335鋼筋。HRB335鋼筋材料屬性為：截面面積490.6mm2，抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值300MPa。鋼管截面面積5300mm2，所能承受的壓應(yīng)力為N1=1643kN，40 根抗壓鋼筋的抗壓承載力為N2=40×490.6×300=5887.2kN。N2＞N1，所以滿足要求。

7.臨時(shí)固結(jié)的安裝及拆除

在進(jìn)行臨時(shí)固結(jié)施工的時(shí)候，一定要嚴(yán)格依據(jù)國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，保障施工過(guò)程的規(guī)范性和嚴(yán)謹(jǐn)性，其中在選擇臨時(shí)支座類型時(shí)，要求各支座類型都要和橋墩完全融合。要想臨時(shí)加固的錨固具備高性能，通常會(huì)布置預(yù)應(yīng)力粗鋼筋位于承臺(tái)以及梁體內(nèi)部2m處。完成主梁合攏操作之后，就能進(jìn)行臨時(shí)固結(jié)拆除環(huán)節(jié)，需要說(shuō)明的是，合攏段混凝土的強(qiáng)度要完全符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)才能實(shí)施臨時(shí)固結(jié)拆除。在臨時(shí)固結(jié)拆除時(shí)，先要全方位測(cè)量懸臂段的高程，同時(shí)在拆除的時(shí)候密切關(guān)注懸臂段高程的變化幅度，保障臨時(shí)加固拆除不會(huì)影響到橋梁的施工質(zhì)量，臨時(shí)固結(jié)拆除工作相對(duì)復(fù)雜，切記一定要做好對(duì)應(yīng)防護(hù)措施，保障施工人員的人身安全。

8.結(jié)束語(yǔ)

為了保障懸臂式澆灌連續(xù)梁的施工質(zhì)量，施工部門普遍會(huì)采取臨時(shí)加固的方式進(jìn)行具體施工，本文深度分析成都地鐵5號(hào)線的施工設(shè)計(jì)方案，并對(duì)臨時(shí)加固的特征進(jìn)行研究，總結(jié)出臨時(shí)加固會(huì)對(duì)連續(xù)梁施工帶來(lái)極大便利，值得被廣泛運(yùn)用。