內(nèi)剛外柔臨時(shí)固結(jié)結(jié)構(gòu)形式在掛籃懸澆連續(xù)梁施工中的具體應(yīng)用

（中交三航局南京分公司， 江蘇 南京 210000）

1 工程概況

武漢至深圳高速公路嘉魚北段西涼湖 5號(hào)特大橋主橋?yàn)?1聯(lián)（42+70+42）m雙幅預(yù)應(yīng)力砼連續(xù)箱梁。4725號(hào)、4726號(hào)橋墩為主橋橋墩，墩身采用等截面矩形實(shí)體薄壁墩，截面尺寸 8×2m，高度分別為 10.6m與 11.4m。主橋上部構(gòu)造為（42+70+42）m三跨預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁，箱梁根部梁高4.4m,跨中梁高2.2m，箱梁頂板橫向?qū)?6.75m，底寬8m，頂板懸臂長(zhǎng)度外側(cè)4.375m。箱梁0號(hào)塊長(zhǎng)12m（墩柱中心線兩邊各6米），每個(gè)懸澆“T”縱向?qū)ΨQ劃分為7個(gè)節(jié)段，梁段數(shù)及梁段長(zhǎng)從根部至跨中分別為7×4m,節(jié)段懸澆總長(zhǎng)28m。

2 臨時(shí)固結(jié)方案

掛籃懸臂澆筑連續(xù)梁在施工過(guò)程中墩頂會(huì)產(chǎn)生不平衡彎矩，由于墩梁之間是鉸接支座，為抵抗懸臂澆注施工中的不平衡傾覆力矩，需要對(duì)懸臂澆注梁體進(jìn)行臨時(shí)固結(jié)。

根據(jù)本工程墩梁設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，主墩 4725＃、4726＃墩采用等截面矩形實(shí)體薄壁墩，截面尺寸8×2m，順橋向墩柱截面較小，墩身不具備完全承擔(dān)T構(gòu)傾覆抗彎能力。考慮墩身抗彎安全，綜合墩梁結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，施工臨時(shí)固結(jié)方案采用體內(nèi)體外相結(jié)合的臨時(shí)固結(jié)結(jié)構(gòu)形式。采用內(nèi)剛外柔的組合固結(jié)結(jié)構(gòu)。既在墩頂上設(shè)置臨時(shí)混凝土支撐墩，同時(shí)在承臺(tái)上設(shè)置鋼管支撐柱。墩頂混凝土支撐墩以受壓為主，鋼管支撐柱按極限狀態(tài)下受拉為主。

在墩頂上設(shè)四個(gè)C50鋼筋砼臨時(shí)支撐墩，每個(gè)寬度0.2m、長(zhǎng)度2.95m,高度從墩頂至梁底約為0.4米，在臨時(shí)支撐墩頂面位置鋪設(shè)HRB400Φ12mm間距100mm的雙向鋼筋網(wǎng)片進(jìn)行局部加強(qiáng)；在距墩身外 1.0米處箱梁底與承臺(tái)間每側(cè)增設(shè) 3根Φ820mm臨時(shí)鋼管立柱 ，承擔(dān)T構(gòu)傾覆的拉力（錨固），鋼管柱與承臺(tái)、箱梁之間用4根Φ32（PSB785）精軋螺紋鋼錨固。

3 臨時(shí)固結(jié)方案計(jì)算

3.1 懸澆施工中豎向不平衡力矩計(jì)算

施工過(guò)程中可能產(chǎn)生的不平衡力矩主要包括：由自重超重引起的不平衡力矩M1（荷載狀態(tài)：一直存在）；橋面施工荷載不等引起的不平衡力矩，M2（荷載狀態(tài)：一直存在）；施工機(jī)具施工時(shí)引起的不平衡力矩M3（荷載狀態(tài)：一直存在）；由懸臂節(jié)段混凝土澆筑量不等引起的不平衡力矩M4（荷載狀態(tài)：澆筑過(guò)程中）；由風(fēng)荷載引起的不平衡力矩M5（荷載狀態(tài)：特殊荷載）；邊跨合攏段混凝土澆筑時(shí)引起的力矩 M6（荷載狀態(tài)：澆筑過(guò)程中）；掛籃行走過(guò)程中墜落引起的力矩 M7（荷載狀態(tài)：特殊荷載）；掛籃在澆筑混凝土過(guò)程中墜落引起的力矩M8（荷載狀態(tài)：特殊荷載）。

根據(jù)以上8種不平衡力矩可知在施工整個(gè)過(guò)程中存在以下幾種組合。

(1)組合 1——M1+ M2+M3+M4，澆筑混凝土過(guò)程中，按相差半個(gè)節(jié)段混凝土體積來(lái)計(jì)算最大不平衡力矩，則組合荷載算式為：

9740.484 +1936.3 +1360+19801.92=32838.704。(控制值)

(2)組合 2——M1+M2+M3+M5，風(fēng)荷載，出現(xiàn)大風(fēng)時(shí)應(yīng)停止施工。此時(shí)組合荷載算式為：

9740.484 +1936.3 +1360+386.843=13423.627。

(3)組合3——M1+M2+ M3+M6，邊跨混凝土澆筑時(shí)，組合荷載算式為：

9740.484 +1936.3 +1360+14454.825=27491.609。

(4)組合4——M1+M2+M8，澆筑13號(hào)節(jié)段時(shí)掛籃墜落

M1+M2+M8時(shí)，則組合荷載算式為：

9740.484 +1936.3 +65363.84=77040.624kN·m。

(5)組合5——M1+M2+M7，掛籃行走至7號(hào)節(jié)段時(shí)墜落

M1+M2+M7時(shí)，則組合荷載算式為：

9740.484 +1936.3 +27200=38876.784。

綜上所述，取組合1作為控制設(shè)計(jì)臨時(shí)固結(jié)工況，組合1最大不平衡力矩為32838.704kN·m。需要說(shuō)明的是組合4和組合5是不允許出現(xiàn)的，即不允許掛籃及掛籃行走過(guò)程中翻落，為此掛籃在設(shè)計(jì)、制造、使用過(guò)程中必須保證安全可靠、并加強(qiáng)檢查。

3.2 懸澆施工中豎向支反力計(jì)算

臨時(shí)固結(jié)設(shè)計(jì)荷載按施工中意外發(fā)生懸澆最后一節(jié)段全部澆完時(shí)連同掛籃墜落。此時(shí)最大豎向反力也最大（此種工況不允許出現(xiàn)，按此工況計(jì)算偏于保守）。

最大豎向反力 ：R=2Q+2T=2×13045.5+2×850=27791KN

3.3 墩頂錨固力計(jì)算

將永久支座視為不受力。懸臂T構(gòu)傾覆固結(jié)結(jié)構(gòu)的力學(xué)分析簡(jiǎn)圖如下圖所示 。

圖1 臨時(shí)固結(jié)力學(xué)模型

視永久支座不受力，懸臂傾覆荷載均由臨時(shí)固結(jié)結(jié)構(gòu)承擔(dān)。按此條件求得臨時(shí)固結(jié)結(jié)構(gòu)的內(nèi)力計(jì)算方程為 ：

( 1 ）體內(nèi)剛性支撐墩計(jì)算

體內(nèi)剛性支撐墩結(jié)構(gòu)，是在連續(xù)梁墩頂上設(shè)置4個(gè)臨時(shí)支撐墩，每邊2個(gè)，支座尺寸為295cm×20cm，在臨時(shí)支撐墩中心部位設(shè)置一排HRB400Φ32@200鋼筋，共計(jì)14組，每組2根，單根長(zhǎng)2m。

臨時(shí)支撐墩設(shè)計(jì)為C50鋼筋砼受壓結(jié)構(gòu)，截面A=2.95m×0.2m×2=1.18 m2。

根據(jù)《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTG D62-2004)第5.3.1條驗(yàn)算鋼筋砼軸心受壓構(gòu)件的正截面承載能力。其承載力應(yīng)滿足

即 1.0×30489.89≤0.9×1×（22.4×2950×200×2+2×14×2×803.84×330）=41287KN，臨時(shí)支撐墩受壓滿足規(guī)范要求。

( 2 ）體外柔性抗拉鋼管樁計(jì)算

根據(jù)上述計(jì)算，在最大傾覆荷載作用下，每個(gè)T構(gòu)產(chǎn)生的抗拔力RA=2698.9KN，每根鋼管柱分擔(dān)荷載FA=RA/3=899.6KN。Φ820鋼管柱橫截面積254.469cm2。

每根支撐柱允許抗拉能力：,安全系數(shù)K=5343.85/899.6=5.9＞1.5，抗拉強(qiáng)度滿足要求。

( 3 ）鋼管柱上下端錨固能力驗(yàn)算

1）鋼管支撐柱上、下端與箱梁、承臺(tái)的錨固

抗拔錨固鋼筋擬選用直徑φ32mm、標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度[σ]=785MPa（型號(hào) PSB785）精軋螺紋鋼筋錨固。

每根精軋螺紋根據(jù)抗拉力 F=785×803.84×0.9=567.9KN，考慮 K=2.0安全儲(chǔ)備系數(shù)，每側(cè)臨時(shí)支撐墩需要錨固鋼筋根數(shù)n：

每個(gè)鋼管樁布置n=4根。

2）Φ32mm精軋螺紋鋼筋錨固長(zhǎng)度

錨固鋼筋抗拔按握裹混凝土抗剪作用。假設(shè)螺紋鋼筋錨固長(zhǎng)度為L(zhǎng)a，應(yīng)有：

鋼筋的錨固長(zhǎng)度La=аfpyd/ ftk

考慮箱梁底板厚度影響，增加精軋螺紋鋼筋帶雙螺帽及螺旋箍筋錨固，錨固深度1.0m，但應(yīng)加強(qiáng)對(duì)錨具的定期檢查驗(yàn)收工作。

（4）接頭強(qiáng)度驗(yàn)算

鋼管支撐柱是按極限狀態(tài)下受拉作用設(shè)計(jì)。鋼管柱接長(zhǎng)接頭應(yīng)按同軸心—對(duì)接—坡口焊接，焊接厚度不小于 15mm。每根鋼管支撐柱上下端均設(shè)置采用 1塊20mm厚Q235鋼板法蘭盤、4塊20mm厚Q235加勁肋板，尺寸200mm*200mm，焊縫高度不小于20mm。

4 本臨時(shí)固結(jié)方案特點(diǎn)

(1)采用內(nèi)剛外柔臨時(shí)固結(jié)形式經(jīng)上述計(jì)算可知體內(nèi)剛性支撐墩結(jié)構(gòu)內(nèi)只需預(yù)埋普通 HRB400φ32@200鋼筋即可滿足受力要求，無(wú)需預(yù)埋直徑φ32mm，型號(hào)PSB785精軋螺紋鋼筋。

(2)利用鋼材受拉力學(xué)性能強(qiáng)的特點(diǎn)采用直徑Φ820、壁厚10mm的Q235鋼管柱鋼管支撐柱在體外按極限狀態(tài)下起抗拉錨固作用計(jì)算，鋼管支撐柱內(nèi)部未設(shè)置上下通長(zhǎng)精軋螺紋鋼而是僅在鋼管立柱上下部設(shè)置錨固用的φ32mm，型號(hào)PSB785精軋螺紋鋼筋，避免了精軋螺紋鋼在鋼管內(nèi)接長(zhǎng)不便于施工與定期檢查，并且大大節(jié)約了精軋螺紋鋼筋用量。

(3)該方案的實(shí)際施工難點(diǎn)在于如何將最開(kāi)始用作0#支架體系的內(nèi)側(cè)鋼管立柱轉(zhuǎn)化為在臨時(shí)固結(jié)結(jié)構(gòu)中受力，涉及到了一個(gè)受力體系的轉(zhuǎn)換問(wèn)題。在橫向分配梁位于鋼管立柱部位采用穿心牛腿然后搭設(shè)0#支架上部縱橫向型鋼分配梁，在支架體系搭設(shè)過(guò)程中直接鋼管立柱與梁體錨固到位從而不涉及后期拆除 0#支架后二次轉(zhuǎn)化為在臨時(shí)固結(jié)結(jié)構(gòu)中受力這一過(guò)程，第三方監(jiān)控單位提供的各方面監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)均反映正常，目前左右幅掛籃連續(xù)梁邊跨與中跨均已合攏未見(jiàn)任何施工異常情況產(chǎn)生。

[1]《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D62-2004)．

[2]《公路橋梁抗風(fēng)設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG/T D60-01-2004）.

[3]《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50017-2003）.

[4]《公路工程施工安全技術(shù)規(guī)范》(JTGF90—2015).

[5]《路橋施工計(jì)算手冊(cè)》（人民交通出版社2001.5）.