疏港河大橋懸澆箱梁0#塊墩梁固接方式研究

于衛國

（南通路橋工程有限公司，江蘇 南通 226000）

1 工程概況

臨海公路南通段LHHM-QL1 標疏港河大橋橋梁跨徑布置為2×（4×25）m+（51+85+51）m+2×（4×25）m，全長587m；橋梁橫斷面組成為2×0.5m（防撞墻）+2×15.25m（機動車道）+2×0.75m（波形護欄）+0.5m（中分帶），總寬33.5m。主橋上部結構采用51m+85m+51m 三跨預應力混凝土單箱雙室直腹板變截面連續箱梁，箱梁頂板寬16.5m、底板寬10.9m、翼緣板懸臂長2.8m；橋墩根部處梁高4.8m、跨中、橋墩端部處梁高2.2m；箱梁橫橋向頂、底板保持平行，橋面橫坡由橋墩調整形成。

主橋箱梁采用掛籃懸臂澆筑法施工，箱梁除主墩頂0#塊采用在支架上現澆外，其余分為10 對梁段，采用逐段對稱平衡懸臂澆筑法施工。箱梁縱向分段長度為墩頂0#塊長度12m，懸澆長度分別為（3×3+3×3.5+4×4）m，邊跨現澆段長度為7.5m，邊跨合龍段長度為2m，箱梁中跨合龍段長度為2m[1]。

2 設計推薦的墩梁固接方式

該橋梁設計圖紙推薦的墩梁固接方式為在箱梁0#塊與承臺之間設置支撐鋼管，鋼管內填充C30 混凝土，通過混凝土內埋設的鋼板與鋼管進行連接成整體，作為懸澆箱梁時的臨時支撐結構。墩梁固接鋼管支撐結構布置方式見圖1。墩梁固接鋼管支撐結構所需材料見表1。

表1 墩梁固接鋼管支撐結構所需材料

圖1 墩梁固接鋼管支撐結構布置方式

3 擬用的墩梁固接方式

鑒于支撐鋼管與鋼板之間采用焊接連接，焊接工藝的偏差有可能使臨時支撐抗拉受到影響，且鋼管就位后填充混凝土較困難。根據該橋主墩平面尺寸為3m（順橋向）×10.9m（橫橋向）的實際情況，經反復研究論證擬在橋墩與箱梁之間埋設高強度抗拉鋼筋、墩頂澆筑混凝土墊塊作為墩梁臨時固接方式。

箱梁與橋墩臨時固接措施采用在橋墩頂埋設高強度JL32 級精軋螺紋鋼筋和澆筑混凝土墊塊方式，以承受箱梁施工時梁段不平衡時帶來的偏心荷載。每個橋墩頂兩側分4 組共預埋20 根直徑為JL32mm 精軋螺紋鋼筋，精軋螺紋鋼筋在墩身內和箱梁體內錨固長度均為100cm，兩端設置14cm×14cm×2.4cm 的錨固鋼板和JM32 螺帽，以增強鋼筋與混凝土的握裹力。混凝土墊塊強度為C40，每個橋墩頂設置4 塊，平面尺寸為270cm×50cm、高為40cm；墊塊頂面涂抹隔離劑，內設置2cm 厚硫磺砂漿夾層，硫磺砂漿內預埋電阻絲，以便后期融化拆除[2-3]。擬用的墩梁固接構造布置見圖2。

圖2 擬用的墩梁固接構造布置

4 墩梁固接方式驗算

4.1 箱梁荷載計算及相關材料參數取值

箱梁荷載：箱梁0#/2～10#塊梁段的自重荷載計算如表2 所示。

材料參數：鋼筋混凝土容重26kN/m3，JL32 精軋螺紋鋼公稱直徑32mm、截面面積804.2mm2、標準強度785MPa、彈性模量2.0×105MPa[4]。

4.2 施工工況分析

對于主橋箱梁墩頂箱梁施工過程中產生的各種荷載，分以下五種工況進行驗算：

①考慮箱梁自重的不均勻性，一側懸臂自重增加3%，另一側懸臂自重減少3%；

②最大懸臂時不同步施工：一端10#塊澆筑完成，另一端10#塊澆筑一半；

③掛籃移動到最大懸臂時，9#塊梁端一側掛籃傾覆掉落；

④最大懸臂時，9#塊梁端集中荷載為500kN（掛籃自重），一端動力系數為1.2，另一端動力系數為0.8；

⑤一端堆放的材料、機具按7.5kN/m 計，另一側空載。

由于第②項和第③項之間不可能同時出現，掛籃自重為500kN、10#塊的一半自重為608kN，兩者比較，取第②項進行驗算。

4.3 抗傾覆穩定性驗算

第一，墩頂箱梁兩端荷載不平衡時，箱梁將以重載一側的臨時支座為支點向重載方向發生轉動位移，依靠輕載一側的錨固鋼筋的拉力保證箱梁體平衡。

荷載組合為：上述工況①+②+④+⑤，荷載分布及支點反力計算模型見圖3。

圖3 荷載分布及支點反力計算模型

第二，荷載計算式見表3。

則墩頂臨時固接位置支點反力分別為：R1=(312809-305014)÷(1.35×2)=2887kN（拉力）；

R2=16558+17582+7.5×41.5+500×2+2887=38338kN（壓力）。

第三，預埋錨固鋼筋和混凝土墊塊受力分析。

預埋鋼筋采用JL32 級高強精軋螺紋鋼筋，箱梁和墩身內埋置長度均為1m，兩端設置錨固鋼板和螺帽，以增強鋼筋錨固力；單根精軋螺紋鋼筋的抗拉標準設計強度為785MPa、截面面積A=804mm2，單側共計10根，則墩頂單側預埋精軋螺紋鋼筋的抗拉承載力計算如下：P=nRgA=10×785×804=6311kN＞RA=2887kN，穩定系數為：K=6311/2887=2.2。

混凝土墊塊強度為C40，每個墩頂設置4 塊，每側2 塊共同受力，單塊平面尺寸為270cm×50cm，墊塊抗壓強度為 R=F/A=38338000/（2×2.7×0.5）=14.2MPa＜40MPa。

由以上錨固鋼筋和混凝土墊塊受力計算可知：箱梁懸澆時的墩梁臨時固接抗傾覆穩定性滿足要求。

4.4 橫向穩定性驗算

箱梁懸澆施工時受到橫向風荷載的影響，按一側有橫向風載、另一側無風載的工況進行驗算。

根據《公路橋涵設計通用規范》（JTG D60—2015）查表得W0=450Pa，則：

W=K0K1K3W0=0.75×1.8×1×450=607.5Pa。

0#塊～10#塊件箱梁的平均高度為3.12m，則每延米風荷載q=Wh=607.5×3.12=1895N/m=1.9kN/m。

橫向風載引起的橫向力為：

T=1.9×41.5×(20.75-1.35)/2.7=566.6kN。

不考慮臨時支座，只考慮預應力精軋螺紋鋼筋橫向抗剪，其容許抗剪力為：

[T0]=10×804×120=964.8kN＞T=566.6kN。

由以上精軋螺紋鋼筋橫向抗剪計算可知：箱梁懸澆施工時的橫向穩定性滿足要求。

4.5 主墩承載力驗算

該橋單個主墩采用門式墩形式，設2 根300cm（順橋向）×320cm（橫橋向）的矩形截面立柱通過墩頂系梁連接，每個矩形立柱沿截面四周配置共100 根φ28豎向鋼筋（HRB335 鋼筋抗壓強度取值280MPa），主墩混凝土強度設計為C35（抗壓強度設計值為16.7MPa）。

由上述墩頂箱梁兩端荷載不平衡工況組合（4.3中）計算可知：墩身所受垂直荷載分別為R1=2887kN（向上拉力）、R2=38338kN（向下壓力），則墩身所受彎矩為：

M=(2887+38338)×1.35=55654kN·m。

對垂直于彎矩作用平面內的截面復核：

橋墩高度為6.24m，則L0=2×6.24=12.48m，經截面計算回轉半徑r=0.84m，

長細比λ=l0/r=12.48/0.84=15＜28，即為短柱ψ=1，

Nu=ψγb[Rabh/γc+RgAg/γs]=1×0.95×[16.7×3200×3000/1.25+280×100×615.4/1.25]×2=269878kN＞P=38338kN。

綜合上述主墩承載力計算結果，橋墩截面承載力滿足要求。

4.6 驗算結論

根據箱梁懸澆施工時產生的不平衡荷載最不利工況計算結果，上述墩梁固接方式能夠滿足施工要求。

5 墩梁臨時固接拆除

箱梁在邊跨合龍后，每個橋墩頂四個混凝土墊塊同時給電阻絲通電加熱，融化硫磺砂漿、鑿除墊塊混凝土，然后再截斷錨固鋼筋，使箱梁落在永久支座上。

6 施工費用計算

6.1 支撐鋼管費用

墩梁固接采用支撐鋼管所需材料見臨時支撐主要數量表（見表2）：

支撐鋼管33336kg、預埋鋼板7536kg、錨固鋼筋528kg、C30 混凝土327.3m3。

鋼材及人工費用為4500 元/t、C30 混凝土材料及人工費用為450 元/m3，則所需施工費用為：

（33.336+7.536+0.528）×4500+327.3×450=333585 元。

6.2 錨固鋼筋及混凝土墊塊費用

所需材料：JL32 精軋螺紋鋼80 根，單根長度2.6m，合計重量為：80×2.6×6.65=1383.2kg，

C40 混凝土：2.7×0.5×0.4×4×4=8.64m3。

精軋螺紋鋼材料及人工費用為7700 元/t、C40 混凝土材料及人工費用為500 元/m3，則所需施工費用為：1.3832×7700+8.64×500=14971 元。

6.3 施工費對比結論

比較上述兩種施工方式費用計算結果，箱梁懸澆施工時0#塊墩梁固接方式采用精軋螺紋鋼筋和混凝土墊塊相結合作為施工承載結構能夠大大降低施工成本。

7 結語

箱梁懸澆施工時0#塊墩梁固接方式有多種形式，本文針對疏港河大橋主跨跨徑為85m、順橋向橋墩寬度達3m 的前提下對墩梁臨時固接方式進行了優化并實施，達到了預期效果。