连续梁桥悬臂挂篮施工安全稳定性分析与研究

■肖 冰

（福建省交通建设质量安全监督局，福州 350001）

1 引言

悬臂法施工是连续梁常见的一种施工方法，在高桥墩、大跨度及跨河、跨路等情况的施工中显现出独特的优势。采用挂篮施工的预应力混凝土连续梁，引以注意的是，随着悬臂施工长度的增加，悬臂两侧由于不平衡荷载容易引起悬浇梁体倾覆。当前国内已发生多起类似事故。本文结合某连续梁桥悬臂挂篮施工过程梁体失衡滑落的实例，剖析事故原因，探讨连续梁抗倾覆技术措施。

2 工程概况

某特大桥右线1#桥（YK158+136）长865m，全桥共7联，发生事故的梁体为跨径49+86+49m的连续梁，事故发生的部位为9#墩悬浇梁9C、9D段。9C、9D段每段长度为4m，梁宽12.25m，梁高2.45m，采用C50混凝土浇筑，设计方量78.8m3。9#墩悬浇梁体共分为12段，已完成 8节浇筑 （0号块 6m，1C～5C、1D～5D 每段长 3m，6C～8C、6D～8D每段长4m）。正在浇筑9#墩9C段顶板混凝土时发生梁体失衡滑落。具体情况如下：

（1）连续梁混凝土浇筑施工，采用汽车泵泵送入模，浇筑顺序为9D节段底模、9C节段底模、9D节段腹板及顶板、9C节段腹板及顶板，每次浇筑方量16m3，两端交替浇筑；事故发生时9#墩9C节段顶板正在浇筑混凝土，而9D节段顶板未开始浇筑混凝土，两侧混凝土量差超10m3。

（2）9#墩C节段跨现有高速公路A道，为加强防护措施，在挂篮四周设置围档防护，挂篮增加重量约2.3t，相应的D节段未采取加载平衡措施。

（3）设计临时支墩采用4根Q235方管，尺寸760mm×440mm，顶部与0#号块预埋底钢板采用法兰盘螺栓连接，而施工单位编制的方案中改用圆管，管内填灌砂。经量测，施工现场采用的是直径1m、壁厚8 mm的圆管，圆管顶部未按设计要求采用法兰盘螺栓与0#号块预埋底钢板连接（采用焊接），且圆管顶部被切除约1/3断面用于灌砂（灌砂填充不密实）；圆管顶部与0#块预埋底钢板连接偏位，受力断面严重削弱，临时支墩受力不足。

（4）施工方案要求采用两边同时对称浇筑混凝土，由2台混凝土输送泵车对称浇筑，速度尽可能保持一致。但现场仅为一台混凝土输送泵车置于主墩附近，两端交替浇筑。

（5）资料显示，事故发生时该施工区域出现一定风力的阵风，对正在悬浇施工的9#块混凝土施工产生一定的动载附加力。

3 原因分析

由于施工单位未严格按悬浇桥施工设计图和经论证审批的施工专项方案进行施工，擅自变更施工方案，现分析计算施工现场采用的临时固结方案是否满足受力要求，进而查找出悬浇梁体倾覆的直接原因。

悬臂浇筑法施工时，预应力混凝土连续梁在分节段悬臂浇筑过程中，永久支座难以承受施工中产生的不平衡力矩，施工过程中主墩需采取临时固结体系措施进行墩梁临时固结，以提供竖向支撑，抵抗施工中产生的各种不平衡力矩，保证“T”构平衡。现根据现场材料、构造和具体荷载进行临时固结体系受力分析，确定现场采用的施工方案钢管所受应力是否在安全范围内。

（1）最大竖向反力N计算

为简化最大竖向支反力的计算，考虑采用以下荷载:

①梁体混凝土自重

取0#块重量和悬臂浇筑节段重量的总和。

②挂篮及机具重量

挂篮及机具重量2.3t。

③施工人员、材料及施工机具荷载

按照2.5kN/m2计算，仅布置在最后一个悬浇段上。

④混凝土冲击荷载

按照2.0kN/m2计算，仅布置在最后一个悬浇段上。

则荷载组合为:1.2×［（1）+（2）］+1.4×［（3）+（4）］

将数值代入该组合计算最大竖向反力N为：

N=1.2×（23888+2×23）+1.4×[2×（2.5+2）×12.25×4]=29338.2kN

（2）最大不平衡弯矩M计算

最大不平衡弯矩计算考虑的不平衡荷载如下:

①梁体自重不均匀

混凝土容重取26.5kN/m3，考虑梁体自重不均匀，一侧超重取5%。

②施工荷载不均匀

施工荷载不均匀按照顺桥向2.5kN/m计算，仅布置在倾覆侧现浇施工块段上。

③挂篮移动不同步

挂篮及机具重量2.3t。

④挂篮、施工机具重量偏差

考虑挂篮、施工机具重量偏差，一侧挂篮机具重乘以1.2，另一侧侧挂篮机具重乘以 0.8。

⑤混凝土浇筑不同步

两端最大不平衡重10m3。

⑥施工阶段风荷载

根据《公路桥梁抗风设计规范》第 4.5.1条，不平衡风荷载可取横向风荷载的0.5倍：

式中，FH——作用在主梁单位长度上的静阵风荷载（N/m）；

ρ——空气密度（kg/m3）；

CH——主梁的阻力系数，取1.25；

H——主梁投影高度（m），宜计入栏杆或防撞护栏以及其他桥梁附属物的实体高度。

根据公式（1）计算FH，根据计算的FH值积分可得单侧悬臂承受横向风荷载为268KN。

则不平衡风荷载为134kN，荷载作用中心距墩中线14.93m。

⑦最后一个悬浇节段重量1005kN

1～7 各项弯矩值分别为：17438.24（kN·m）、317.2（kN·m）、729.56（kN·m）、291.82（kN·m）、8247.2（kN·m）、2000.62（kN·m）、31878.6（kN·m）。

按最不利情况，参考《公路桥涵设计通用规范》，基本荷载组合为:

组合一：1.2×（1）+1.4×［（2）+（4）+（5）］+1.1×（6）

组合二：1.2×（1）+1.4×［（2）+（3）+（4）］+1.1×（6）

组合三：1.2×（7）+1.4×［（3）+（5）］

取三个组合计算值中的最大不平衡弯矩组合三为50821.78kN·m。

（3）临时钢管支撑柱计算

按照设计文件提供的倾覆参数，临时钢管支撑柱结构受力分析图示如图1。

图1 临时钢管支撑柱结构受力分析图

根据临时钢管支撑柱结构受力图1，解析A、B钢管支撑力列计算公式为:

本背景工程中，根据设计图纸L取5m，根据公式（3）计算得：RA=9586.92kN，RB=19751.28kN。背景工程中，设计用临时锚固采用方管截面积为0.0798m2，假设方管全截面受压，则最大截面应力为123.75MPa，小于Q235承受的最大应力270MPa，满足规范要求。实际施工时，改用壁厚8mm，直径1m的圆形钢管，钢管灌沙。现场调查中发现，圆管顶部被切除约三分之一断面，且沙填充不密实，为偏安全考虑，验算时不考虑填充沙协同受力。假设圆管全截面受压，则最大截面应力为392.94MPa，大于Q235可承受的最大应力270MPa，此时钢管已屈服破坏。

由公式（2）可求得：

4 处理方案

从计算结果及破坏形态可知：悬浇梁混凝土浇筑加载不平衡，悬臂施工临时支墩擅自改用承载力不满足要求的圆管，使得墩梁临时固结体系的稳定性不足，引起梁体倾覆现象。因此控制平衡是悬臂浇筑法施工成功的关键。为避免同类型事故的发生，应做到以下几点：

（1）严格按施工设计图和经论证审批的施工专项方案进行施工，对悬浇作业的施工控制工序、挂篮行走工况等进行计算核验。

（2）加强挂篮锚固，挂篮行走两端同步进行，行走差距不能超过50cm，必要时行走过快的挂篮要放慢行走速度。

（3）两侧悬臂节段混凝土同时、均衡浇筑。用2台泵机分别在两个工作面平衡的输送砼，现场施工员要做好砼计量工作。

（4）采用精轧螺纹钢临时固结（见图2）。先浇筑临时支座砼，在浇筑砼时应采用与墩顶的隔离措施，待0#块施工完成后，浇筑临时垫块，然后对每根精扎钢张拉锚固，体系转换时先拆除临时支墩，在梁顶将临时固结的精扎螺纹钢锚头松开，把墩顶至梁顶的精扎螺纹钢拔出，墩顶墩顶多余的精轧螺纹钢切除，并对临时固结的精扎螺纹钢孔道进行注浆。

图2 精轧螺纹钢临时锚固示意图

（5）加强质量监控措施。

①应力监控。在每个墩0＃块处、L/2跨中处，合拢段处预埋感应器，每施工完一个节段，在预应力张拉后及时量测应力的变化值，做好施工记录。

②标高及线形监控。施工每个节段都要做好施工监控，分5个施工工况进行：砼浇筑前、砼浇筑后、张拉前、张拉后、移挂篮后。及时提供预拱度，做好标高调整。

③箱梁砼裂缝监控。优化砼配合比，减少砼水化热造成的收缩裂缝的产生。砼浇筑完成后及时进行砼养护工作，利用薄膜覆盖，浇水养护。

④临时支座采用密贴结构，如硫磺砂浆块，保证在各施工工况下不脱空。

5 结束语

综上所述，连续梁桥最大不平衡弯矩出现在距墩中心远端一个悬浇节段，施工过程采用的临时固结应充分考虑此最不利情况。实际施工中应严格按照设计提供的临时固结措施或者采用经专家论证安全可行的措施。施工时应做到对称浇注，加强挂篮锚固及质量监控。本文建议其它同类桥梁可采用精轧螺纹钢进行临时固结，以保证临时固结质量，确保悬臂浇筑连续梁桥施工的质量和安全。

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