懸臂澆注連續(xù)梁橋臨時(shí)固結(jié)方案設(shè)計(jì)

姜有恒

（上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院（集團(tuán)）有限公司，上海市　200092）

懸臂澆注連續(xù)梁橋臨時(shí)固結(jié)方案設(shè)計(jì)

姜有恒

（上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院（集團(tuán)）有限公司，上海市200092）

在預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁懸臂施工時(shí)，墩頂箱梁理論上宜完全對(duì)稱(chēng)澆筑，但實(shí)際施工中可能會(huì)出現(xiàn)不平衡荷載。在澆注懸臂澆筑連續(xù)箱梁時(shí)通常需要增加臨時(shí)結(jié)構(gòu)，來(lái)克服施工中不平衡荷載對(duì)梁體的不利影響，確保梁體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定、安全。以連續(xù)梁橋臨時(shí)固結(jié)為例進(jìn)行闡述，有關(guān)經(jīng)驗(yàn)可供相關(guān)專(zhuān)業(yè)人員參考。

懸臂施工；連續(xù)箱梁；臨時(shí)錨固；強(qiáng)度；穩(wěn)定

0　引言

預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁懸臂現(xiàn)澆的施工過(guò)程中，必須進(jìn)行墩梁臨時(shí)固結(jié)。墩梁臨時(shí)固結(jié)需要考慮墩梁錨固結(jié)構(gòu)和臨時(shí)支撐兩個(gè)問(wèn)題。錨固結(jié)構(gòu)采用精軋螺紋鋼筋或者鋼鉸線，臨時(shí)支撐采用支架或者臨時(shí)支座。墩梁臨時(shí)固結(jié)的方案有如下幾種：

（1）承臺(tái)支墩方案。在承臺(tái)上設(shè)置臨時(shí)支墩，在墩頂設(shè)置臨時(shí)支座，通過(guò)臨時(shí)支墩的預(yù)應(yīng)力筋形成承臺(tái)與梁底之間的固結(jié)。臨時(shí)支墩通常采用鋼管混凝土柱或鋼筋混凝土柱，墩頂臨時(shí)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(guò)在墩頂和主梁0號(hào)塊之間設(shè)置臨時(shí)支座和臨時(shí)錨固結(jié)構(gòu)，其臨時(shí)支座通常采用硫磺砂漿混凝土或鋼砂箱來(lái)制成，而臨時(shí)固結(jié)則采用預(yù)應(yīng)力束進(jìn)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(shí)支架的情況。

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

在實(shí)際施工中，需要綜合考慮橋梁的水文、地質(zhì)情況、基礎(chǔ)墩臺(tái)的結(jié)構(gòu)尺寸以及經(jīng)濟(jì)技術(shù)等因素，從而確定合理的臨時(shí)固結(jié)方案［1-4］。

1　工程概況

某橋上部結(jié)構(gòu)為四跨80 m+140 m+140+80 m三向預(yù)應(yīng)力混凝土變截面連續(xù)箱梁，箱梁為單箱雙室斜腹板式整體箱形截面。箱梁底曲線為1.6次拋物線。箱梁頂板寬26 m，底板寬13.343 m（0#塊），翼板懸臂端長(zhǎng)為4.25 m，箱梁中支點(diǎn)根部高8 m，跨中梁高3.5 m，在0#塊設(shè)有橫隔板，見(jiàn)圖1。

圖1　主橋布置示意圖（單位：mm）

邊墩、主墩墩身均為空心墩，主墩墩身平面尺寸為 13.343 m×3.5 m，邊墩墩身平面尺寸為13.343 m×4 m。主墩墩身高度為8.08 m，邊墩墩身高度為7.234 m。由于本橋主墩縱向尺寸較小，僅為3.5 m，不方便在橋墩上直接設(shè)置臨時(shí)支撐結(jié)構(gòu)，綜合考慮各種因素后，本設(shè)計(jì)采用臨時(shí)支墩的方案支撐。臨時(shí)支墩方案為：采用鋼管混凝土柱作為臨時(shí)支墩，硫磺砂漿層和混凝土塊作臨時(shí)支座進(jìn)行支撐。

2　不平衡荷載的計(jì)算確定

由于本橋跨度大，理論上懸臂施工時(shí)上部結(jié)構(gòu)宜完全對(duì)稱(chēng)澆筑，但實(shí)際施工中很難達(dá)到理論上要求的完全對(duì)稱(chēng)澆筑，兩邊會(huì)出現(xiàn)不對(duì)稱(chēng)情況。假設(shè)一端16號(hào)段已施工完畢，且掛籃已前移，另一端15號(hào)段施工完畢且掛籃前移，以此考慮最大懸臂狀態(tài)時(shí)錨固位置的受力狀態(tài)，見(jiàn)圖2。

設(shè)錨固位置A，B距0號(hào)段中心的距離為X，分別以X=6 m，5.5 m，5 m，4 m，3.5 m，時(shí)進(jìn)行計(jì)算。以X=3.5 m為例進(jìn)行計(jì)算，以支點(diǎn)A為驗(yàn)算點(diǎn)。

圖2　最大懸臂狀態(tài)時(shí)錨固位置受力狀態(tài)圖

2.1計(jì)算荷載

（1）結(jié)構(gòu)自重及施工荷載

a.懸澆梁段結(jié)構(gòu)自重偏差，一側(cè)懸臂靜載增加3%，另一側(cè)靜載減少3%。

b.掛籃荷載加臨時(shí)荷載：P1=P2=1 380 kN。

c.施工期臨時(shí)荷載，一側(cè)堆載的材料、機(jī)具按10 kN/m計(jì)，另一側(cè)空載；則施工臨時(shí)荷載為P3=10×69=69 kN。

（2）豎向風(fēng)荷載計(jì)算（見(jiàn)圖3）

圖3　豎向風(fēng)荷載施加示意圖

其中：

GV=1.29（B類(lèi)地形，水平加載長(zhǎng)度小于200 m）

陣風(fēng)風(fēng)速為：Vg=1.29×1.12×35=50.57 m/s

ρ取 1.25 kg/m，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)升力系數(shù) Cc取0.406，則Fl=1.7 t，即q=17 kN/m，

2.2支反力計(jì)算

根據(jù)力學(xué)公式，建立平衡方程，可以計(jì)算得到：

Y1=9 366.06 t

Y2=1 129.86 t

同理可以得到在不同距離情況下的計(jì)算結(jié)果。

X=6 m，5.5 m，5 m，4 m，3.5 m，2 m，1.7 m時(shí)的支點(diǎn)反力見(jiàn)表1。

表1　不同錨固距離時(shí)各支點(diǎn)反力

3　臨時(shí)支墩設(shè)計(jì)

常用的臨時(shí)固結(jié)措施為：在墩身和梁底之間設(shè)置臨時(shí)墊塊，并將預(yù)埋在墩身中的精軋螺紋鋼筋向上穿過(guò)加強(qiáng)橫梁，錨固在箱梁上。當(dāng)墩身兩側(cè)產(chǎn)生不平衡彎矩時(shí)由精軋螺紋鋼筋承受拉力，梁下臨時(shí)墊塊承受壓力，起穩(wěn)定連接支承作用。

鋼管混凝土支架主要承受軸向壓力，在設(shè)計(jì)時(shí)需要著重考慮支承鋼管的受壓穩(wěn)定性及強(qiáng)度問(wèn)題；同時(shí)，應(yīng)考慮鋼管的軸向壓縮變形。本設(shè)計(jì)取錨固距離為5.5 m進(jìn)行驗(yàn)算。

（1）穩(wěn)定性驗(yàn)算和強(qiáng)度驗(yàn)算

鋼管面積A1=0.055 m2，混凝土面積A2=0.58 m2。

鋼管混凝土換算截面（鋼）面積A為：A=0.146 m2。

鋼管混凝土換算慣性矩（鋼）I為：I=0.009 6 m4。

回轉(zhuǎn)半徑：i=0.256 m，長(zhǎng)細(xì)比λ=μl/i=24.3（一端固結(jié)一端鉸接）。

查表得縱向彎曲系數(shù)φ=0.9。

靜力驗(yàn)算得 σ=N/φA=134.7 MPa。如采用Q235鋼材，仍有較大安全余地，可以滿足要求。

（2）彈性壓縮量

由此得出不同錨固距離時(shí)的應(yīng)力狀態(tài)和彈性壓縮量，見(jiàn)表2。

表2　立柱不同距離時(shí)的應(yīng)力和壓縮量

考慮到墩和承臺(tái)的尺寸，建議取錨固距離為5 m，見(jiàn)圖4、圖5。

圖4　縱向錨固平面圖（單位：mm）

圖5　橫向錨固平面圖（單位：mm）

4　臨時(shí)支墩、支座施工注意事項(xiàng)

（1）承臺(tái)內(nèi)預(yù)埋鋼板須力求平整，四角高差不超過(guò)5 mm，箱梁底板預(yù)埋鋼板力求與鋼管頂端緊貼；承臺(tái)內(nèi)預(yù)埋錨固筋和鋼筋網(wǎng)；鋼管臨時(shí)支墩固定前要嚴(yán)格控制垂直度，防止偏心和傾斜度過(guò)大；鋼管內(nèi)澆筑混凝土?xí)r須保證混凝土振搗密實(shí)。平聯(lián)焊接部分須焊縫飽滿，達(dá)到施工規(guī)范要求的焊縫標(biāo)準(zhǔn)。

（2）臨時(shí)支座用高強(qiáng)度混凝土和10 mm厚的高強(qiáng)度硫磺砂漿層共同制作。首先澆筑高強(qiáng)度混凝土作臨時(shí)支座基底，同時(shí)制作高強(qiáng)度硫磺砂漿，硫磺砂漿入模前，均勻預(yù)埋電阻絲，待冷卻后再澆筑硫磺砂漿上層的高強(qiáng)混凝土，直至與箱梁0號(hào)塊底面水平。

（3）可采用單向張拉的錨固方式，錨固材料采用預(yù)應(yīng)力鋼鉸線或者精軋螺紋鋼筋視施工單位方便自行決定。預(yù)應(yīng)力束，穿過(guò)箱梁處可加設(shè)30～40 cm厚的橫隔板1道，并在箱梁頂板錨固，錨固處應(yīng)設(shè)鋼墊板。

5　臨時(shí)固結(jié)拆除方案

本橋臨時(shí)支座采用硫磺砂漿墊層，拆除時(shí)只需對(duì)電阻絲通電至硫磺融化即可輕松拆除臨時(shí)支座。為了保證拆除臨時(shí)固結(jié)不對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響，臨時(shí)支座側(cè)面及箱梁底板需采取必要的防護(hù)措施。

6　結(jié)語(yǔ)

本橋主橋連續(xù)箱梁臨時(shí)支墩、支座從方案選擇、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)計(jì)算均得到了認(rèn)可。實(shí)踐證明本橋的臨時(shí)支墩、支座方案設(shè)計(jì)較為合理，施工難度較小，工程費(fèi)用較少，相對(duì)其他支撐方案比較經(jīng)濟(jì)。

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

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

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

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

公路瀝青路面數(shù)據(jù)調(diào)查及數(shù)據(jù)擬合，采用的瀝青路面使用性能衰變方程如下：式中：PPI為路面使用性能指數(shù)（PCI、RQI、RDI、SRI等）；PPI0為路面初始使用性能指數(shù)；x為路齡；a、b為模型參數(shù)。

該方程形式簡(jiǎn)單，便于回歸，并且各參數(shù)具有明確的物理意義。選定使用年數(shù)（路齡）x作為唯一變量，不僅充分考慮了荷載因素的作用，而且較好地計(jì)入了非荷載因素對(duì)路面使用性能的影響。PPI0一般情況下為100，有時(shí)略小于100，表示路面開(kāi)始使用時(shí)的使用性能最好。a、b為兩個(gè)回歸參數(shù)，均大于0時(shí)，路面使用性能單調(diào)減??；當(dāng)x=0時(shí)，PPI=PPI0；當(dāng)x→∞時(shí)，PPI→0。

5　結(jié)　論

（1）通過(guò)瀝青路面狀況評(píng)價(jià)，提出預(yù)防性養(yǎng)護(hù)標(biāo)準(zhǔn)；確定不同預(yù)養(yǎng)護(hù)措施的效益與費(fèi)用，提出預(yù)防性養(yǎng)護(hù)對(duì)策的選擇方法與流程。

（2）研究瀝青路面預(yù)養(yǎng)護(hù)措施實(shí)施的最佳時(shí)間，提出一種確定最佳預(yù)養(yǎng)護(hù)時(shí)間的方法和理論，以指導(dǎo)公路瀝青路面預(yù)養(yǎng)護(hù)實(shí)踐，充分發(fā)揮預(yù)養(yǎng)護(hù)措施的性能，并最終以最小的養(yǎng)護(hù)費(fèi)用獲得最大的效益。

U448.21+5

B

1009-7716（2016）06-0091-03

2016-02-25

姜有恒（1981-），男，甘肅蘭州人，工程師，從事城市橋梁設(shè)計(jì)工作。