某懸澆連續梁施工事故成因分析及加固措施研究

■施燕秒

（福建省高速公路建設總指揮部，福州 350001）

0 引言

某在建高速公路連續梁橋9#墩在進行懸澆施工時，梁體發生失衡滑落，一端滑落至運營高速主線A道，導致5名施工人員墜落、2輛貨車被砸，既有高速公路交通中斷，如圖1所示。事故發生后，即組織對現場救援、清除傾覆的梁體，恢復交通。同時對臨近也正在懸澆施工8#號墩現存施工風險進行排查，發現也存在同類問題，為消除安全隱患，避免梁體懸澆過程再次發生傾覆，需對8#墩懸澆梁的臨時固結措施進行加固。

圖1 事故發生現場圖

1 事故背景

1.1 工程概況

某特大橋全橋共7聯，主橋為跨徑（49+86+49）m連續梁橋 （圖2），截面型式為單箱單室，箱梁頂板寬12.25m，箱梁高度以1.8次拋物線變化，其中墩頂（9#、8#墩）梁高5.4m，跨中梁高2.3m。箱梁0#節段長6.0m，其左右各劃分為10個懸澆段對稱布置，節段長度分別為3.0m和4.0m；中跨合攏段長2.0m，邊跨現澆段段4.84m、合攏段2.0m。

圖2 主橋橋跨布置圖（單位：cm）

1.2 總體施工方案

0#、1#段采用托架現澆施工，邊跨合攏段根據現場情況托架或鋼管支架現澆施工，中跨合攏段為吊架現澆，其余各節段由掛籃懸澆施工，懸澆梁段最大塊重為121.8t。

1.3 臨時固結體系設計

臨時固結采用臨時鋼管支撐，通過預埋鋼板方式，支墩頂用法蘭盤、M20×117高強螺栓鎖定抗拉，墩底采用與預埋鋼板焊接，其中支墩采用30mm鋼板圍焊成760mm×440mm的方鋼管，各種荷載在支墩上產生的不平衡彎矩合計不得超過30000kN·m，如圖3～6所示。

2 現狀調查分析

2.1 9#墩事故的原因2.1.1 直接原因

事后調查發現，9#墩在9C、9D懸澆過程中，現場混凝土澆筑存在不平衡現象，同時該橋處于曲線段，懸澆施工過程中混凝土澆筑會產生彎扭耦合疊加效應，導致梁體滑落過程中會向曲線外產生一定滑移。

圖3 臨時固結布置圖

圖4 臨時支墩斷面（單位：cm）

圖5 上法蘭盤（單位：cm）

圖6 梁底預埋鋼板斷面（單位：cm）

2.1.2 間接原因

事故發生時該區域存在一定風力的陣風及廣東某地發生了3.1級地震對正在施工的9#墩懸澆施工產生影響；施工技術交底、現場把關不嚴、安全培訓不到位等也是導致梁體滑移的間接原因。

2.2 8#墩存在的問題

8#墩身采用薄壁空心墩，截面尺寸為6.65m×3.5m，墩高21m，采用C40砼，設計方量為331m3，分十節澆筑，每節澆筑長度為2m，臨時錨固措施采用4根630鋼管（內灌砂）與承臺和梁體連接。在9#墩倒塌前，完成了0～5#塊懸澆梁施工。

2.2.1 臨時錨固施工存在問題

設計方案采用梁底預埋件與支墩墩頂部的法蘭盤通過高強螺栓鎖住，在最遠懸臂端也可承受約70t（不考慮梁體自重提供的抵抗彎矩）不平衡力。檢查8#墩臨時支墩發現，其未按設計要求實施，僅在梁體腹板處地板預埋鋼板后，支墩鋼管直接頂住梁底預埋鋼板，鋼管與預埋鋼板也未圍焊連接，臨時支墩無法提供抗拉力。另外，通過對9#墩現場調查發現，梁底預埋鋼板錨固鋼筋數量不足，導致預埋鋼板脫焊被拔出，如圖7～8所示。

圖7 原臨時支墩

圖8 被拔出的預埋底鋼板

2.2.2 臨時支墩承載力存在問題

施工現場使用直徑0.63m、厚度10mm的螺旋管作為臨時支墩，其受力截面面積為0.002m2，而原設計上采用的方形鋼管受力截面面積為0.0074m2，單根支墩承載力僅為設計20%不到。雖施工時采用對鋼管加灌沙子辦法提高其承載力，但檢查時發現，鋼管頂部約10cm段沒有沙子，無法起到加強支撐左右，同時頂部灌沙開口也變相削弱了斷面受力面積，造成局部應力集中。

圖9 臨時支墩頂部

2.2.3 防護棚架計算存在問題

施工方案的防護棚底板采用4mm厚鋼板做面板，10#槽鋼以50cm間距做縱向加強背帶，5根16#槽鋼做橫向連接 （與10#槽鋼間采用焊接連接），16#槽鋼下部左中右各共設3根25#工字鋼做縱梁，3根25#工字鋼采用精軋鋼懸掛于掛籃底橫梁上將整個防落底板托起，結構簡圖如圖10。

根據上述方案粗略計算，防護棚的總重應在9t左右，而施工過程中僅按2t重量考慮，計算上存在錯誤。同時，在現場施工過程懸臂另一端也沒有對此不平衡受力采取配重措施。

2.2.4 其他問題。

現場檢查還發現8#的永久支座已受到不平力，指針已偏向不平衡端；現澆混凝作業沒有布設三通管道，對施工過程不平衡澆筑難以控制。

圖10 防落底板結構示意圖

3 加固方案

3.1 加固措施

3.1.1 增加臨時支座

為加強T構穩定性，在8#墩頂永久支座兩側（大小里程各2塊）澆筑臨時支座，箱梁邊跨合攏后拆除臨時錨固體系，完成體系轉換。在永久支座兩側順橋向采用M40灌漿料澆筑2.69m×0.8m×0.45m臨時支座各2塊，如圖11～圖13所示。

3.1.2 增加臨時支墩

在原方案支撐螺旋管柱中心外延3.37m處，增設直徑1020mm，壁厚10mm的螺旋管進行加固，螺旋管落于承臺頂面，承臺頂面鑿毛露出鋼筋，增設預埋筋，預埋筋伸入螺旋管內部0.6m，與管內混凝土形成整體。同時，管底預埋2cm厚法蘭板，法蘭與螺旋管底部焊接，并在承臺頂面植入8根HRB400φ32鋼筋，鋼筋穿過法蘭板一頭車絲，將鋼管錨固在承臺上。

螺旋管內灌注C30微膨脹混凝土。為保證新設鋼柱與T構梁底密貼，鋼柱頂與梁底間的楔形空隙采用微膨脹型支座灌漿料灌注密實，確保能有效傳遞荷載，支座直徑1.0m。為增加剛度減小桿件長細比，新設鋼柱與前期墩身預埋鋼板采用直徑30cm鋼管連接,橫向增加同樣增加連接鋼管，用抱箍連接。

3.2 抗傾覆驗算

不考慮原鋼管支墩及后澆混凝土臨時支座的影響，對最終加固方案進行計算，加固后按懸臂澆筑最不利極端工況考慮：

3.2.1 工況分析

工況1：懸澆其他節段工況，即在澆筑混凝土時，考慮施工機具荷載和風荷載的不對稱作用，不同步澆筑節段混凝土的重量差為20t（混凝土8m3）。

圖11 8#墩臨時固結體系加固方案圖（立面圖）

圖12 8#墩臨時固結體系加固方案圖（側面圖）

圖13 8#墩臨時固結體系加固方案圖（俯視圖）

工況2：掛籃行走工況，即在掛籃行走時，考慮施工機具荷載和風荷載的不對稱作用的同時，不同步移動掛籃。

工況3：一側掛籃墜落。澆注完混凝土后移動一側掛籃墜落，產生不平衡彎矩。最不利情況按最大懸臂處考慮，一側掛籃墜落，沖擊系數按2.0計算。

3.2.2 荷載組合

（1）一側混凝土自重超重5%；

（2）一側施工線荷載為0.48kN/m2，另一側為0.24kN/m2（即考慮機具、人群荷載）；

（3）施工掛籃的動力系數，一側采用1.2，另一側采用0.8；

（4）另一側風向上吹，按風壓強度W=800Pa；

（5）節段澆筑不同步引起的偏差，控制在20t以下；

（6）掛籃行走不同步，掛籃自重56t；

（7）單側防護吊架自重 10t；

（8）單獨考慮最不利情況為最大懸臂端移動掛籃，掛籃墜落，沖擊系數2.0。

根據工況分析及規范要求，可得荷載組合：

組合一：①+②+③+④+⑦

組合二：①+②+③+⑤+⑦

組合三：①+②+④+⑥+⑦

組合四：⑧

3.2.3 計算結果

以最遠端的11#塊為計算節段，其自重為96.2t，距離墩中心為43.0m。根據上述分析，計算得最大豎向力為N=29672kN，最大傾覆彎矩為M=56760kN·m，力學計算簡圖見圖14。

圖14 臨時支墩內力解析圖

根據平衡條件可得：

本計算中L=3.37m,解得：

單根PSB830ΦT830精軋螺紋鋼抗力為[P]=Afpy=804×830/1000=667.3 kN，則每個支墩在橫梁兩側放置6根，單側共計12根，共計提供抗拉力：

T構繞反力最大側支墩傾覆，非傾覆側支墩豎向力和精軋鋼拉力不同時產生，此時抗傾覆安全系數：

綜上可知，抗傾覆滿足要求。

4 方案實施

4.1 臨時支座施工

首先為加強T構穩定性，在8#墩頂永久支座兩側（大小里程各二塊）澆筑臨時支座，臨時支座的尺寸為269cm×80cm×45cm,澆筑材料采用M40#支座灌漿料，施工完成的臨時支座如圖15。

圖15 施工完成的臨時支座

⑴先在澆筑位置用竹膠板立模用方木進行加固，在每個臨時支座的靠翼板側留出10cm的預留孔，為確保臨時支座和梁底密貼，在模板和墩、梁連接部位采用泡沫膠進行封閉，孔口開在模板頂部。

⑵先對支座灌漿料按照產品的設計配合比進行試配，強度到40MPa后準備下步施工。

⑶用PVC管在翼板和竹膠板的預留孔進行連接。現場準備兩臺攪拌機、以及攪拌用水 （用砼罐車輸送到現場）、量稱。

⑷按照設計的配合比均勻攪拌后從梁頂灌入到臨時支座位置，灌注過程要實現連續灌注，墩身上時刻觀察好澆筑情況，灌注到孔口無法滲漿出來，漿液無法繼續灌入時候，停止灌漿。

⑸24h后拆模檢查，檢查支座頂面和梁體的連接情況，如有空隙或者空洞等情況，再次采用高壓注漿或者鋼板進行補充。

4.2 臨時支墩施工

臨時支座實施完成后，體外采用梁體底部螺栓管支撐，梁體頂部用精軋螺紋與管頂工字鋼錨結的加固措施，臨時加固實施現場圖如圖16。

圖16 臨時加固實施現場圖

⑴螺旋管與承臺的連接:在承臺頂面（螺旋管的位置處）鉆出用50cm深直徑為4cm的錨固孔，鉆完孔以后，用Φ32的精軋螺紋鋼埋入鉆孔，精軋螺紋鋼露出孔頂留出23cm，后澆筑10cm的支座灌漿料。用2cm厚度的法蘭盤進行鎖定鋼管和精軋螺紋鋼。

⑵第一節螺旋管砼（12m節）的澆筑:螺旋管平均總長度為18m，分兩次澆筑，第一節管立完后，用地泵將C30的砼泵滿。

⑶安裝第二節螺旋管（10.65m節），安裝前，用鐵絲在管頂先固定好精軋螺紋鋼后進行吊裝，管之間采用定制的法蘭盤連接。

⑷第二節螺旋管砼的澆筑:第二節螺旋管安裝完以后,進行第二次C30砼的泵送,砼的澆筑高度為10.65m。

⑸吊裝3榀63C的工字鋼，用吊車配合葫蘆，一種是整體吊裝，留出精軋螺紋鋼的空間。

⑹定位螺旋管預埋的精軋螺紋鋼，在吊裝過程中（或者結束后）將螺旋管內預埋的精軋螺紋鋼取出穿到工字鋼的頂面后，用2cm厚度的鋼板進行錨固。

⑺第三次灌注，在螺旋管頂面與梁底間的楔形空隙立模，側面留孔，同時在底板鉆4cm灌料孔（鉆完孔后先封堵），先在側面用M40灌漿料從梁頂往下灌送，灌滿后進行通過底板灌料孔進行二次補漿。

⑻定位鉆孔，穿精軋螺紋鋼，在工字鋼之間有4塊鋼板進行焊接，底面用2cm的鋼板鎖定精軋螺紋鋼。

⑼澆筑頂面調平層 （或者在腹板處墊工字鋼調平），調平后安裝3榀63C的工字鋼，同樣在精軋螺紋鋼連接部位用鋼板焊接補強。最后用2cm厚的鋼板鎖定工字鋼。

（10）鋼管和墩柱預埋鋼板進行連接，連接件采用Φ30（壁厚5mm）鋼管與墩柱焊接，圓鋼切成馬口形后與螺旋管進行焊接。螺旋管之間同樣采用Φ30（壁厚5mm）鋼管進行連接，連接處加工成馬口形。

4.3 實施效果

通過上述措施，8#墩剩余懸澆段施工順利，按既定計劃完成合攏，大橋合攏后的全景如圖17所示。

圖17 完成合攏后的大橋

5 結語

從此次事故分析及加固措施實施過程，不難得出施工管理不到，臨時措施未按設計意圖實施是主要原因，當然臨時錨固的設計也存在不周，現場實施難度較大，因此，在將來類似的連續梁懸澆過程中，有幾個方面應加以注意。

（1）要充分認識懸澆過程不平衡施工的客觀存在。施工方案編制中要充分保障臨時固結系統穩定可靠，計算時抗傾覆安全系數不應低于1.3，確保抵抗不平衡有效安全，對下掛棚架防護等額外增加的不平衡重力，應精確計算棚架重量，并做好配重移動；同時在施工實施過程要加強管理，確保施工方案各項措施實施到位。

（2）要注意控制施工過程不平衡受力。在施工過程中應盡量減小兩邊不平衡施工，各懸澆梁段的底板、腹板、頂板鋼筋分塊吊裝、施工機械設備應對稱放置；混凝土泵送管應在在0號塊中心采用三通管連接，澆筑過程要及時調整三通閥門，保證T構兩端混凝土不平衡澆筑重量不超過；現場管理人員要督促作業工人養成良好施工習慣，保證兩端不平衡彎矩不超過設計值。

（3）要采用便于實施的臨時錨固設計。體外鋼管架臨時錨固施工工序較為復雜，在預埋梁體鋼板與支墩鋼管頂法拉盤栓接時需要楔形鋼板塞縫，螺栓安裝連接操作空間小等問題，建議在設計中連續懸澆梁臨時錨固采用墩身預埋精軋螺紋鋼后與0#塊梁底板鎖定方式；即使是采用體外支墩作為抗傾覆措施，因為現場采用的螺旋管厚度難以保障，尤其采用灌沙方式難以保證密實，而導致頂部抗壓力不足，因此建議應引入“寬容性”設計理念，加入設計臨時支座，同時臨時支座不應采用硫磺砂漿。

［2］葉見曙，袁國干.結構設計原理［M］.北京:人民交通出版社，1996.

［3］郝正紅.懸澆連續梁 0 號塊施工技術[J].山西建筑,2010,36（5）:311-312.

［4］陳長軍.懸臂澆筑連續梁（掛籃）墩梁臨時固結設計計算[J].黑龍江交通科技,2012（3）:70-71.

［5］蔣志強,曾燕玲.懸澆連續梁墩梁臨時固結技術的驗算與應用[J].西部交通科技,2013（5）:64-69.

［6］孫永明,榮學亮,何曉東.混凝土連續梁橋懸澆施工控制方法研究[J].重慶交通大學學報（自然科學版）,2015,34（4）:28-33.