特大橋變截面連續梁墩梁臨時固結方案及分析計算

張銳

（中交四航局總承包分公司，廣東 廣州 510290）

1 引言

我國大力實施交通強國戰略，高速公路和高速鐵路里程居世界前列。這些高速公路和高速鐵路在跨越河流、陡峭溝谷或與現有公路鐵路相交叉的地段，需要修建橋梁。大跨度連續梁結構橋特別適合上述地段。在沿線修建了大量橋梁。大跨度連續橋主要的施工方法是懸臂澆筑法。這種方法受地形影響較小，能夠一次成型，減少吊裝時間，簡化了施工工序。為了能減少橋梁合攏前的穩定性和安全性，在柱墩墩頂需要進行臨時固結。臨時固結提供穩固的支撐，可減少懸臂施工過程抗傾覆的風險，是一道重要的施工工序。

在進行臨時固結前，需要提前對結構進行計算，確保不產生平衡彎矩，保證施工安全和質量。在我國大跨度懸臂連續梁臨時固結有兩種方式。一種是墩頂臨時固結，是在橋墩頂永久支座兩側設置臨時固結支座。這種支座形式適合于墩頂頂部空間富裕的情形。還有一種形式被稱之為墩旁臨時固結，它是在橋墩旁邊設置臨時支撐。這種臨時固結方式適合于墩頂頂部空間狹小的情形。墩頂臨時固結的結構形式，是在墩頂永久支座兩側布置由螺紋鋼筋和高強度混凝土組成臨時支座。兩種形式的主要差別是主梁是否參與稱重計算。主梁承受不平衡荷載，對兩側臨時支座的受力影響差別很大。

考慮到實際情況，大多數固結方式考慮主梁的受力情況，采用墩頂臨時固結的方式。計算模型為：考慮橋梁永久支座的對工程的影響，將橋梁臨時支座及永久支座作為彈性體，將零號塊作為剛性體，計算時將結構簡化為彈性三支點模型。本文以陸水河特大橋為工程研究背景，考慮工程施工中各種不利因素的影響，對墩梁頂部臨時固結進行計算分析。

2 工程概況

陸水河特大橋是107 國道湖北省咸寧市境內的一座跨河特大橋，主橋長 394m，采用（72+125+125+72）m連續梁橋，采用單箱單室截面，橋面寬度11.25m，梁高3.1-7.800m，邊跨及中跨均為1#-13#共13 個節段，1#-4#節段長3.5m，5#-7#節段長4m，8#-10#節段長4.5m，11#-13#節段長5m，0#塊長14m，高7.8m，頂板厚28cm，腹板厚90cm，底板厚1m，體積362.8m3，重980.8t。橋梁跨越陸水河，12#～14#墩為通航孔橋主橋墩，主橋上部結構主橋采用預應力鋼筋混凝土變截面連續箱梁。第一次澆筑278.02m3，第二次澆筑84.78m3。中跨、邊跨合攏段均為2m，橋墩墩頂設置一道厚2.5m 的橫隔板，邊跨端部設厚1.6m 橫梁，中跨跨中設置一道0.3m 跨中隔板，其余部位均不設橫隔板。臨時固結的構造如圖 1 所示。

圖1 臨時支墩立面、側面結構圖（mm）

3 臨時固結方案設計

根據設計圖紙的設計說明，橋墩墩頂支座墊石兩側各設置一排臨時支墩，每排共設置5 個支墩。每個臨時支座均在墩柱頂面和箱梁預埋螺紋鋼筋，標準強度為830MPa，支座尺寸長 3.5m，寬 1.2m。主墩墩頂設置臨時固結對上部結構進行臨時固定確保施工過程中結構的整體穩定，臨時固結支墩采用C50 混凝土澆筑，臨時支墩尺寸為1m×0.7m×0.7m（長×寬×高），橋墩墩頂支座墊石兩側各設置一排臨時支墩，每排共設置5 個支墩，墩頂臨時固結詳圖見圖2。

圖2 0#墩梁臨時固結圖（單位:cm）

4 臨時固結計算分析

4.1 計算模型

根據工程實際情況，懸臂施工荷載會由橋梁永久支座和施工過程中的臨時固結共同分擔。計算時將永久支座和臨時支座認為是彈性體。結構簡化為彈性三支點模型，模型如圖3 所示。

圖3 彈性三支點計算模型

臨時支座承擔的反力為：

Ry—靠近偏心荷載側的臨時支座支反力；

R1—遠離偏心荷載側的臨時支座支反力；

Nz—正常施工的箱梁自重及掛籃荷載；

Ne—關于橋墩軸線的偏心荷載；

Me—關于橋墩軸線的彎矩；

d—臨時支座的縱向間距；

K1—臨時支座的豎向剛度；

K0—永久支座的豎向剛度。

4.2 荷載參數取值

（1）混凝土比重取26kN/m3；

（2）風荷載。風荷載標準值ωk=0.7μ sμ zω0，其中，μs-風荷載體型系數，這里取1.3；μz-風壓高度變化系數，這里取1.13；ω0-基本風壓，這里取0.25kPa；ωk=0.7μsμ zω0=0.7×1.3 ×1.13×0.25=0.257kPa。

（3）施工荷載：掛籃荷載90t。

（4）C50 混凝土彈性模量：Ec=3.55×104Mpa。

（5）鋼彈性模量：Es=2.06×100000MPa。

4.3 主墩承載力計算分析

4.3.1 荷載分析

計算時考慮以下兩種工況并取最不利工況進行驗算：工況一：一端掛籃墜落（不考慮掛籃整體脫落，僅考慮底模系統掉落）：墜落側掛籃重量50t，13#塊僅考慮總重的一半，未墜落側掛籃為90t，13#塊考慮總重。工況二：一端掛籃及13#塊整體墜落，未墜落側掛籃為90t，13#塊考慮總重。

根據計算分析可知工況二下橋墩受力為最不利狀態，現對工況二情況橋墩受力進行驗算，結構采用midas2020v1.1 進行建模分析，模型如圖4。

圖4 計算模型（mm）

4.3.2 計算結果

計算結果如表1 所示：

表1 主墩承載力計算結果表

圖5 模型計算結果

根據模型計算結果顯示，此時橋墩最大不平衡彎矩為：M=128696.5kN·m。

再對承載能力進行驗算，在不利工況下最大的彎矩是128696.5kN·m。經計算抗力值為147757.1KN·m。設計值為44611.9 KN·m。富裕度=(147757.1-44611.9)/44611.9*100%=231.2%。說明該臨時支座混凝土截面滿足抗傾覆安全要求要求，墩頂臨時固結下主墩抗彎強度滿足要求。

4.3.3 墩梁頂部臨時固結施工

橋梁中支點處的最大不平衡力矩是由布置在主墩墩頂的臨時支座和臨時錨固承受相應的豎向反力。在實際施工過程中，先施工主墩，再施工永久支座。永久支座安裝完成后，再進行主墩0#塊混凝土的施工。臨時固結施工完成后方可進行懸臂梁施工。臨時支座設置在橋墩上。每個臨時支座在墩頂與箱梁內埋入Ф32 鋼筋，鋼筋3 根為一組，鋼筋之間的間距10cm，增大鋼筋與混凝土之間的接觸面積，增大鋼筋的粘結力。臨時支座的材料采用C50 混凝土，臨時固結的臨時支座與墩頂、0 號塊箱梁的混凝土接觸面采用油氈進行隔離。

連續梁懸臂施工過程中要安排專人經常巡視、檢查臨時固結系統，保證大橋臨時固結的結構穩定，無破壞。在施工過程要采取措施確保懸臂兩端保持受力平衡。懸臂梁澆筑完成后，需要將臨時固結支撐拆除。拆除臨時固結支撐時，要編制專項施工方案，嚴格按照方案執行，確保工程安全，結構穩定。

5 結論

變截面連續梁墩大橋的0#塊臨時固結是主梁掛籃懸臂澆注的關鍵工序。臨時固結方案設計時需要將永久支座的影響考慮在內，采用彈性三支點模型更加符合工程實際情況。陸水河特大橋臨時固結的成功實施，可以為類似橋梁項目臨時固結設計時提供參考和借鑒。