跨南水北調(diào)總干渠橋梁墩梁固結(jié)方案設(shè)計(jì)

李 琿 ，馬向東

（1.鄭州市交通運(yùn)輸委員會(huì)，河南鄭州450006；2.同濟(jì)大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院（集團(tuán)）有限公司，上海 200092）

1 工程概況

某跨南水北調(diào)總干渠橋橋梁，采用三跨變高度混凝土連續(xù)箱梁（見圖1），跨徑布置為：45+75+45=165（m）。根據(jù)規(guī)劃確定的道路斷面，橋梁按照道路樁號(hào)前進(jìn)方向分左、中、右三幅布置，橋面寬度分別為22.5 m、20 m、25.5 m。主梁梁高按二次拋物線變化，梁高方程為：H=2.0(X/35.0)2+2.2(m)，跨中梁高2.0 m；支點(diǎn)梁高4.2 m。

常見的大跨度連續(xù)梁施工方案有滿堂支架現(xiàn)澆法、懸臂施工法等。由于該橋跨越南水北調(diào)總干渠，南水北調(diào)相關(guān)部門為保證南水北調(diào)施工進(jìn)度不受到上跨橋梁施工的影響，要求不得在總干渠內(nèi)搭設(shè)施工支架。因此，南水北調(diào)相關(guān)部門要求所有上跨橋梁均采用懸臂施工方案。

2 方案探討

連續(xù)梁橋在懸臂施工過程中必須采取措施將0號(hào)塊和橋墩可靠地臨時(shí)固結(jié)在一起，以避免因“T”構(gòu)兩側(cè)的恒載不平衡而導(dǎo)致傾覆。常見的墩梁固結(jié)方案有：臨時(shí)支墩法、托架法和豎向預(yù)應(yīng)力臨時(shí)固結(jié)法。

臨時(shí)支墩法就是在承臺(tái)頂設(shè)置幾根鋼管混凝土立柱，將上部結(jié)構(gòu)施工期間的荷載通過立柱直接傳遞到基礎(chǔ)中去。當(dāng)承臺(tái)尺寸較大，橋墩又不太高的時(shí)候，臨時(shí)支墩法是懸臂施工時(shí)較好的選擇。

托架法是在墩頂范圍內(nèi)設(shè)置托架，將上部結(jié)構(gòu)的荷載首先傳遞到橋墩中，通過橋墩傳遞到基礎(chǔ)中去。當(dāng)承臺(tái)尺寸較小而不足以布置臨時(shí)支墩，或橋墩較高，臨時(shí)支墩剛度偏小時(shí)，就可以采用托架法。托架不僅可以承受懸臂施工期間的不平衡荷載，同時(shí)還可以作為0號(hào)塊的施工平臺(tái)。

采用豎向預(yù)應(yīng)力的墩梁臨時(shí)錨固方案，是在橋墩兩側(cè)設(shè)置臨時(shí)支座和臨時(shí)錨固鋼筋，通過臨時(shí)支座的受壓和錨固鋼筋的受拉來達(dá)到固結(jié)的目的。

墩頂和梁底采用粗鋼筋錨固的方法，需設(shè)置臨時(shí)墊塊，這些臨時(shí)墊塊，鑿除時(shí)耗時(shí)較長，勞動(dòng)強(qiáng)度大，且由于墩梁固結(jié)，懸澆時(shí)產(chǎn)生的不平衡力矩由墩身承擔(dān)，因此在墩身設(shè)計(jì)時(shí)須增加很多抵抗不平衡力矩的鋼筋。而且，很多根粗鋼筋穿過0#塊，使0#塊中的鋼筋和各種預(yù)應(yīng)力管道相互干擾，不利于混凝土的澆筑和預(yù)應(yīng)力管道的精確定位。

該橋主墩位于南水北調(diào)總干渠兩側(cè)一級馬道與大堤間的二級邊坡范圍內(nèi)。由于距離一級馬道距離較短，若采用臨時(shí)支墩法，則會(huì)影響一級馬道施工和二級邊坡的回填；托架會(huì)侵占一級馬道凈空，從而影響施工期間一級馬道作為防汛臨時(shí)通道的功能。因此，經(jīng)多方討論研究，并經(jīng)南水北調(diào)相關(guān)部門批準(zhǔn)，該項(xiàng)目最終采用了預(yù)應(yīng)力墩梁固結(jié)方案。墩梁固結(jié)的施工過程為：

（1）主墩施工，并預(yù)埋預(yù)應(yīng)力鋼筋；

（2）搭設(shè)0號(hào)塊支架并預(yù)壓；

（3）施工0號(hào)塊混凝土。混凝土強(qiáng)度及彈性模量達(dá)到設(shè)計(jì)要求后，張拉0號(hào)塊縱橫向預(yù)應(yīng)力；

（4）張拉墩梁固結(jié)預(yù)應(yīng)力，進(jìn)行墩梁臨時(shí)固結(jié)；

（5）拆除0號(hào)塊支架，安裝掛籃進(jìn)行懸臂施工。

3 方案設(shè)計(jì)

橋梁跨徑布置為45 m+75 m+45 m=165 m，其中0#塊長度為12 m，1～2號(hào)塊長度為3.0 m、3～9號(hào)節(jié)段均為3.5 m，跨中合龍段長度為2 m，邊跨支架現(xiàn)澆段長6.38 m。每幅橋各有36個(gè)懸澆節(jié)段（0～9號(hào)節(jié)段），其中最大懸澆節(jié)段為右幅橋的1號(hào)節(jié)段，重量約為2171 kN。

3.1 臨時(shí)固結(jié)結(jié)構(gòu)

本文針對橋面最寬的右幅橋進(jìn)行墩梁固結(jié)方案作些介紹，其臨時(shí)固結(jié)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

錨固鋼筋采用 PSB930（GB/T 20065-2006），f/PK=930 MPa,鋼筋直徑32 mm，初始張拉力為50 kN，以張拉力控制。

臨時(shí)支座寬0.4 m，分上、下兩層，中間夾50 mm厚硫磺砂漿。硫磺砂漿的強(qiáng)度等級經(jīng)現(xiàn)場配比試驗(yàn)確定不低于55 MPa。硫磺砂漿中預(yù)埋電阻絲，以便合攏后燒融硫磺砂漿層以拆除臨時(shí)支座。

墩梁臨時(shí)固結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼筋，于墩頂處用連接器接長至梁頂錨固，體系轉(zhuǎn)換時(shí)先將梁頂張拉錨頭松開并拆下墩頂連接器，然后拆除臨時(shí)支座。拆除臨時(shí)支座時(shí)，采用電熱法燒融硫磺砂漿，然后鑿除臨時(shí)支座。切除預(yù)應(yīng)力鋼筋在墩頂處的多余長度，墩身內(nèi)預(yù)埋部分不予取出，并在預(yù)應(yīng)力釋放后對管道內(nèi)灌漿。

3.2 臨時(shí)固結(jié)方案計(jì)算

臨時(shí)固結(jié)方案計(jì)算考慮的產(chǎn)生不平衡彎矩的工況有：

（1）一側(cè)懸臂超方4%，一側(cè)不超方；

（2）掛籃安裝進(jìn)度不一致，一側(cè)掛籃已移至下一節(jié)段，另一側(cè)仍在原位；

（3）考慮最大懸臂狀態(tài)時(shí)，一側(cè)掛籃墜落；

（4）兩側(cè)混凝土澆筑不同步，一側(cè)多澆25%；可偏安全地取最大懸臂狀態(tài)進(jìn)行計(jì)算；

（5）材料堆放不平衡，一側(cè)為100 kN，另一側(cè)未堆放；偏安全地取最大懸臂狀態(tài)進(jìn)行計(jì)算；

（6）機(jī)具重量不平衡，一側(cè)重100 kN，并計(jì)機(jī)具施工時(shí)的沖擊系數(shù)0.2；偏安全地取最大懸臂狀態(tài)進(jìn)行計(jì)算；

（7）施工時(shí)兩側(cè)活載不平衡。

偏安全地將上述工況產(chǎn)生的不平衡彎矩疊加，作為懸臂施工的不平衡彎矩。經(jīng)計(jì)算，不平衡彎矩為 32854 kN·m。

錨固鋼筋的安全系數(shù)取1.7，則錨固鋼筋產(chǎn)生的抵抗彎矩為60037 kN·m，安全系數(shù)λ=60037/32854=1.83＞1.7，滿足要求；其中錨固鋼筋的實(shí)際應(yīng)力為262.9 MPa，安全系數(shù)為3.54；臨時(shí)支座應(yīng)力11.6 MPa，安全系數(shù)2.29。

4 討論

（1）經(jīng)計(jì)算分析，采用預(yù)應(yīng)力粗鋼筋和高強(qiáng)度硫磺砂漿臨時(shí)支座的墩梁臨時(shí)固結(jié)方案，完全滿足施工期間的安全需求，且構(gòu)造簡單，施工方便。但應(yīng)避免干擾結(jié)構(gòu)內(nèi)鋼筋及預(yù)應(yīng)力管道布置。

（2）墩梁錨固方案設(shè)計(jì)時(shí)，一般不考慮永久支座的受力，但實(shí)際上永久支座總會(huì)承擔(dān)一部分荷載，可作為臨時(shí)支座的安全儲(chǔ)備。但根據(jù)參考文獻(xiàn)，應(yīng)盡量避免永久支座過早地承擔(dān)荷載。

（3）在中跨合攏段勁性骨架安裝并鎖定后，應(yīng)及時(shí)拆除臨時(shí)支座。可在臨時(shí)支座與墩頂混凝土間刷隔離劑，以加快臨時(shí)支座的拆除從而減少跨中合攏段的施工時(shí)間。

（4）在拆除臨時(shí)支座時(shí)，為避免熔融硫磺砂漿時(shí)對永久支座產(chǎn)生影響，可在臨時(shí)支座與永久支座間設(shè)置一層石棉進(jìn)行隔熱。

[1]韓國棟，郭銳，余施泉.龍華松花江特大橋懸臂澆筑時(shí)墩梁臨時(shí)固結(jié)與1#塊的施工[J].森林工程，2008,(1).

[2]黃大寨,丁文在,吳定山.懸澆箱梁中常見的幾種結(jié)構(gòu)型式墩梁固結(jié)的優(yōu)缺點(diǎn)[J].公路交通技術(shù)，2006,（6）.