懸澆變截面預應力砼箱梁橋連續墩墩梁臨時固結的受力淺析

劉海青（福建省交通規劃設計院，福州350004）

懸澆變截面預應力砼箱梁橋連續墩墩梁臨時固結的受力淺析

劉海青
（福建省交通規劃設計院，福州350004）

懸澆變截面預應力砼箱梁橋在國內得到應用廣泛，其連續墩懸澆施工過程中的墩梁臨時固結措施有兩種主要方式即墩頂臨時支座固結、墩旁支架臨時固結，工藝均較成熟。但連續墩墩梁臨時固結作為懸澆施工的關鍵節點，其處理不當將引起懸澆梁體傾覆等重大事故。本文針對懸澆變截面預應力砼箱梁橋連續墩墩梁臨時固結的受力進行探討，以資借鑒。

懸澆施工連續墩墩梁臨時固結不平衡荷載

懸澆變截面預應力砼箱梁橋，根據墩梁間的連接方式（支座連續及墩梁固結），可分為剛構橋、連續梁橋、及剛構連續梁橋三種，屬中等跨越能力的常規橋型。墩梁間設置支座的連續墩，其懸澆施工過程中的墩梁臨時固結措施主要有墩頂臨時支座固結、墩旁支架臨時固結兩種方式，均有較廣泛應用。

連續墩墩梁臨時固結作為懸澆施工的關鍵節點，其主要目的是為了克服施工過程中的縱橋向懸澆施工不平衡荷載，雖然有較成熟工藝，但如果不清晰其受力機理，一旦處理不當將引起懸澆梁體傾覆等重大事故。當前國內已發生多起類似事故應引起足夠重視。具體橋梁施工中應針對臨時固結方案進行妥善的受力分析，以確保橋梁施工安全。

1 懸澆施工荷載

懸澆施工荷載分為平衡及不平衡荷載。懸澆施工平衡荷載主要有懸澆變截面預應力砼箱梁的自重（含墩頂臨時支座固結豎向預應力粗鋼筋預壓力）、平衡的施工荷載（如對稱掛欄重）。但懸澆施工不平衡荷載的產生因素較多，主要有不均勻梁重、不同步施工、不平衡堆荷、施工動力、構件墜落、風力作用等。不平衡堆荷指懸臂梁體上機具材料的不平衡堆放，可在施工中予以控制克服。構件墜落包括掛籃和現澆梁段等的突然墜落，產生大的沖擊力，經驗沖擊系數取值2，對靠有限臨時錨固的墩較難滿足要求，通過施工中嚴密監控和采取可靠措施可予以避免。設計中一般可預先考慮的不平衡荷載有：

⑴不均勻梁重，可按一側懸臂梁重提高3%計??；

⑵懸澆不同步施工，可按懸澆梁段相差一個梁段的不平衡荷載；

⑶施工動力不平衡，指掛籃和施工機具移動時的動力作用，可按動力系數1.2（兩側反向施加）計??；

⑷風力作用不平衡，一般可只考慮單側豎向風力作用。

懸澆施工不平衡荷載用⑴+⑵+⑶和⑴+⑷兩種組合進行計算可基本滿足要求。但施工不平衡荷載的出現及大小，與施工單位的技術水平、管理能力、設備投入等施工因素密切相關，應要求施工中根據具體情況進行合理確定。

懸澆施工的平衡及不平衡荷載，通過荷載組合可簡化為連續墩中心線上的組合豎向力N（平加組合，基本組合Nz）及組合彎距M（平加組合，基本組合Mz）。

2 連續墩墩梁臨時固結

2.1 連續墩墩梁臨時固結的受力圖式

連續墩的墩頂臨時支座固結、墩旁支架臨時固結兩種方式，其縱橋向臨時固結點一般均位于零號塊內，使在懸澆施工前即處于受壓狀態。一般情況下，連續墩墩梁臨時固結為縱橋向兩側完全對稱布置。連續墩的永久支座，通常與臨時固結一起同步安裝在零號塊內，在懸澆施工前處于密貼受壓。

墩頂臨時支座固結，如圖1所示，通過在墩頂永久支座縱橋向兩側利用墩頂結構預留寬度內設置豎向受力臨時支座的方式來達到臨時固結的目的。

墩旁支架臨時固結，如圖2所示為連續墩承臺上墩旁支架臨時固結，通過在墩旁設置臨時支墩，支墩頂設置豎向受力臨時支座的方式來達到臨時固結的目的。

圖1 墩頂臨時支座固結

圖2 墩旁支架臨時固結

兩種連續墩墩梁臨時固結方式的受力可用如下圖3的受力圖式統一表示，為一次超靜定受力。

從圖3，若臨時支座出現一側脫空，則受力體系從三支點轉換為兩支點。考慮懸澆施工不平衡荷載方向的不確定性，受力體系在三支點、左兩支點、右兩支點間隨時進行不確定的轉換，表現為非靜定結構，應避免。

為保證施工安全及始終處于受力可控狀態，在任何工況下，臨時支座均不應出現脫空現象。

圖3 連續墩墩梁臨時固結受力圖式

2.2 有關工藝做法的探討

從臨時支座要求不出現脫空現象出發，對目前工藝中的有關做法進行初步探討如下：

⑴臨時支座

目前主要有硫磺砂漿塊、鋼砂筒兩種?？紤]鋼砂筒內灌砂的密實度問題，鋼砂筒臨時支座必然存在一定的不密貼和不可控壓縮沉降值，臨時支座豎向力分配不可控，乃至可能出現脫空現象。臨時支座宜采用硫磺砂漿塊，密貼性直觀有保證。

⑵墩旁臨時支墩

目前主要有連續墩承臺上、連續墩承臺外墩旁臨時支墩兩種方式?？紤]連續墩承臺外墩旁臨時支墩的基礎沉降與地質情況、基礎型式、基礎尺寸等情況有關，臨時支墩總體豎向抗壓剛度，相對于連續墩本身總體豎向抗壓剛度，差異較大，受其他因素干擾的可能性也較大，除支撐于剛性地基如巖層外，其臨時支座豎向力分配不易控制，且工藝較復雜，一般不采用。墩旁臨時支墩一般采用連續墩承臺上墩旁臨時支墩。另外，同樣從考慮支墩壓縮可控出發，支墩不宜采用可能存在構件接頭非彈性變形的拼裝結構等，一般采用鋼管砼柱。

⑶永久支座

永久支座有密貼安裝、先期架空兩種情況。

目前永久支座一般與臨時固結一起同步密貼安裝在零號塊內共同受壓。如圖3所示，考慮到永久支座本身一般豎向抗壓剛度大，可近似剛體。相比臨時固結豎向抗壓剛度KL，永久支座處的豎向抗壓剛度KD對應為墊石較大，且臨時固結可能發生的沉降與不密貼，易形成類似“扁擔挑”的不利效應。

對于永久支座先期架空情況，在懸澆箱梁合攏形成穩定結構后，可通過頂升落梁工藝（通過專門頂升設備進行頂升、臨時固結解除、及箱梁落梁）達到支座轉換目的，此時懸澆施工過程中圖3的臨時固結受力圖式轉化為受力明確的兩支點簡支型式，可控性高。永久支座先架空后落梁方式，工藝較復雜，適用于懸澆不平衡荷載更大、固結程度要求更高的大跨徑懸澆變截面預應力砼連續箱梁橋，本文不再煩述。

對于永久支座密貼安裝、且采用墩頂臨時支座固結方式的情況，直觀的，若取消永久支座下墊石的設置，則KD趨無窮大，臨時支座在較小的不平衡荷載下即脫空。因此，對于墩頂臨時支座固結方式，為降低臨時支座出現脫空的可能性，永久支座下設置具有一定豎向受壓剛度的墊石是可取的。為避免臨時支座脫空，一般尚通過設置豎向預應力筋（一般為預應力粗鋼筋）等來抵抗臨時支座的豎向拉力，即此時臨時支座相當于變剛度拉壓支座（受壓時按臨時支座抗壓剛度，受拉時按豎向預應力筋抗拉剛度），此時豎向預應力筋所施加豎向臨時預壓力可視作與梁體自重類似的作用力進行施加及受力分配。

2.3 縱橋向對稱布置的連續墩墩梁臨時固結的受力分配及驗算

計算假定：永久支座豎向抗壓為剛體，且永久支座密貼安裝；臨時固結為密貼結構。并注意：根據現行規范，施工階段構件的極限承載能力驗算時應采用基本組合。

⑴墩旁支架臨時固結

總結常規算法，按偏保守的建議進行以下兩方面驗算（一般，先通過臨時支座不脫空驗算初擬臨時支墩尺寸，再進行臨時支墩承壓驗算）：

①臨時支座不脫空（始終承壓）驗算

應考慮永久支座影響，臨時支座承壓的平加組合值應大于0，即：

式中，KL——臨時支墩抗壓剛度KL=ELc·AL/LL，支墩為鋼管砼柱且未考慮柱上段臨時支座剛度時，AL=nALg+ALc，n=ELg/ELc；

KD——連續墩抗壓剛度KD=KD0·KD1/（KD0+KD1），墩身KD0=、墊石KD1=D1，近似地，不考慮墊石時即KD1=0，KD≈KD0；

ALc、AD0、AD1——臨時鋼管砼柱支墩、連續墩墩身、連續墩上墊石的截面積；

ELc、ED0、ED1——臨時鋼管砼柱支墩、連續墩墩身、連續墩上墊石的砼彈性模量；

ALg、ELg、n——臨時鋼管砼柱支墩的鋼管截面積、彈性模量、以及鋼砼彈模比。

令ELc=ED0，LL≈LD0，則，臨時支座承壓的平加組合值驗算可簡化為：

從上式可知，臨時支墩應有足夠的尺寸，才能與連續墩墩身尺寸相匹配以進行同一量級的垂直力分配。

②臨時支墩承壓驗算

一般偏保守的不考慮永久支座影響，即圖3受力圖式中取消KD進行簡化。臨時支墩兩端有可靠平移限位措施時，臨時支墩可近似按軸心受壓構件計算。臨時支墩承壓的基本組合值：

在進行臨時支墩軸心受壓構件承載力驗算時，構件長細比計算中，當臨時支墩墩間無其他限位措施時，可近似按兩端均為不移動鉸考慮，構件計算長度系數取為1.0。當臨時支墩墩間采取與連續墩可靠連接的限位措施時，構件計算長度系數可根據計算相應提高。

⑵墩頂臨時支座固結

也宜偏保守的進行以下兩方面驗算∶

①臨時支座（變剛度拉壓支座）不脫空驗算，

應考慮永久支座影響。豎向預應力筋的抗拉剛度（ELbALb/LLb）一般不大于臨時支座抗壓剛度（ELc·AL/LL），并近似認為永久支座KD趨無窮大，可偏保守得出豎向預應力筋拉力的基本組合值：

②臨時支座承壓驗算

一般偏保守的不考慮永久支座影響，臨時支座承壓的基本組合值：

3 結語

綜上介紹，懸澆變截面預應力砼箱梁橋連續墩墩梁臨時固結方式的取用應考慮：

⑴懸澆施工不平衡荷載宜根據具體情況合理確定。

⑵臨時支座應采用密貼結構，如硫磺砂漿塊，且在各施工工況下不脫空。

⑶采用墩頂臨時支座固結方式時，臨時支座內設置一定的豎向預應力筋是必要的。

⑷采用墩旁支架臨時固結方式時，一般采用承臺上非拼裝臨時支墩，如鋼管砼柱。

⑸大跨徑懸澆變截面預應力砼連續箱梁橋的連續墩墩梁臨時固結方式，可考慮采用永久支座先架空后落梁方式。

⑹連續墩墩梁臨時固結應進行臨時支座不脫空、臨時固結構件承壓兩方面驗算。