连续梁悬臂施工临时固结选型分析

李承洪 中铁建设集团有限公司

1.工程概况

成都地铁5号线高架段北起香城大道，南至新建天龙大道。北部商贸城站至幸福桥高架区间桥共41个墩柱，共42跨，南端是幸福桥车站，北端是北部商贸城站，起止里程为YDK4+553.50～YDK5+949.88，该连续梁所在北部商贸城至幸福桥高架桥区间的34#-37#垮，共计三跨。本段桥梁孔跨布置为1联（31+45+33）m连续梁。连续梁采用单箱单室直腹板箱形截面，梁顶宽10.2m，底宽5.7m，中支点梁高3.0m，跨中梁高1.8m，梁高以二次抛物线变化。桥墩采用花瓶式板式桥墩，连续梁主墩墩身尺寸横桥向为3m，顺桥向为2.5m，边墩墩身尺寸横桥向为2.5m，顺桥向为2.2m。基础均采用直径为1.2m钻孔灌注桩，35#、36#墩采用8根桩，34#、37#墩为4根桩基。连续梁施工采用菱形挂篮悬臂浇筑的施工形式进行施工。

2.临时固结的类型的介绍及选取

现如今，在科技不断发展的大节奏下，我国的桥梁施工水平也进步显著，临时加固的类型也变得多样化，但在桥梁实际施工过程中，主要会运用到以下两种临时加固：

（1）自锚式支撑体系临时固结。由于连续桥梁平面的轴线是曲线，对应会产生不平衡荷载，为了消除不平衡荷载，就需要布置临时支座于桥墩的底板和顶板处。自锚式支撑体系临时固结的主要形式又分为以下两种：①墩顶预埋砂浆+硫磺砂浆型临时固结，该临时固结在布置的时候要在临时垫板上放置电热丝，因此在施工过程中，很容易出现电热丝故障问题，进而增加临时固结的拆离时间，直接性的延长工期，再加上硫磺砂浆材料有颜色，在拆离临时固结之后，不能保障桥梁外观的整洁。②墩顶预埋钢筋+砂箱型临时固结，该类型支撑体系选择的是砂箱，砂箱本身在拆离过程中，操作简单，会加快拆离进度，同时也促进了工程的高效完成，然而，砂箱有一定的重力，会发生轻微沉降现象，最终导致砂箱的不平衡受力，对桥梁施工产生干扰。

（2）外锚式支撑体系临时固结。外锚式支撑体系和自锚式支撑体系最大的区别在于，该体系是把桥梁和承台作为重点展开具体操作，该类型又分为以下两种形式：①竖向支撑钢管+竖向预应力钢束。即就是在桥梁底板承台位置布置两排钢管，然后再钢管内部填入两排预应力钢束，需要注意的是，钢束的安装一定要位于钢管的下方。由于桥梁容易受到不平衡荷载干扰，为此，选取该支撑体系时会高效预防并消除不平衡荷载，临时钢管会分散桥梁的不平衡荷载，同时钢束为桥梁增加拉力。梁墩过重会使得钢管出现略微变形，所以在施工过程中要实时监测钢管，避免出现钢管松动现象。②竖向支撑钢管+钢管砼。在桥梁底板承台位置布置两排钢管，钢管的内部填入的是钢管砼，钢管砼中的预埋钢筋，会加固钢筋砼和桥梁之间的连接。之所以选取钢管砼进行填充，原因在于：第一，钢管砼有三向受压特征，会高效消除桥梁的不平衡荷载，同时具备较强的抗压承载力，对加固桥梁工作十分有效；第二，钢管砼会对钢管本身有增强作用，会提高钢管的抗压指数，提高钢管的承载力，同时还可以消除水平方向的荷载。基于此，在连续梁悬臂施工临时固结的时候，应该优先选取钢管砼作为填充材料的外锚式支撑体系临时固结，进而保障桥梁浇灌的对称性和均匀性，提升工程质量，加快工程进度。

3.临时固结方式

临时固结方式由立于承台上的4根直径426mm钢管混凝土立柱及联结系组成，钢管内部填筑混凝土标号为C50，立柱纵桥向间距为4.2m，横桥向间距为3.3m。在悬浇施工过程中，4根立柱承受全部箱梁传递的恒荷载及施工期间的活荷载，期间认为正式支座暂不参与受力。

4.荷载计算

（1）结构自重。箱梁各节段参数详见表1，梁段产生的横荷为：9941.88kN。

表1 节段主要参数表

（2）风荷载计算。根据《铁路桥涵设计基本规范》（TB 10002-2017），考虑最不利风荷载情况，即沿悬浇墩轴线一端全部为从桥面往下的风压力，另一端全部为沿桥底往上的风压力，经计算，风荷载为5.636kN/m。

（3）其他荷载计算。①T构两侧混凝土浇筑不平衡重为5m3（出现在6#块时最危险）。②T构两侧梁段不平衡重量为单侧梁重2%。③移动挂篮时相差一个节段，一侧挂篮、模板、施工机具等合计350kN。

5.抗倾覆验算

5.1 不平衡力矩计算

为了施工安全，选取最不利工况进行验算。施工的梁段距支座越远，力臂越大，故最不利不平衡荷载出现在悬臂灌注施工至6号梁段时，需考虑施工风荷载、两侧梁体结构不均匀性的重量偏差、左右6号梁段的移动挂篮不同步等。依据表1提供具体数据，计算得出T构左半侧弯矩M左=64349.18kN•m；T构右半侧弯矩M右=74360.99kN•m，则倾覆弯矩M倾=M右－M左=74360.99－64349.18=10011.81kN•m。

5.2 支撑处的梁底支反力计算

根据临时钢管混凝土支撑柱结构受力状况，钢管混凝土支撑力解析公式见式（1）：

式（1）中，N—设计反力，kN；Ra、Rb—钢管a、b的支撑力，kN；L—钢管支撑纵向间距，m；M倾—最大不平衡弯矩，kN•m。由此求得Ra=5754.06kN,Rb=8137.82kN

5.3 抗倾覆计算

（1）Q345B 钢管抗拉强度设计值f=310MPa，为了确保施工的安全，暂不考虑混凝土的抗拉、压强度对支撑抗倾覆和稳定性的贡献，则钢管混凝土支撑柱的抵抗距为M1=10626.69kNm；

（2）当Ra=0时为临界状态，此时连续梁自重抗倾覆力矩M1最大：M2=20877.95kN•m；

（3）合计抗倾覆力矩M抗=M1+M2=31504.64 kN•m；所以安全系数为K=M抗/M倾=31504.64/10011.81=3.14＞1.5，所以满足要求。

6.抗压钢筋计算

在钢管两端与梁底及承台接触处配置抗压钢筋，以保证梁底和承台不被压坏。使用直径25mm的HRB335钢筋。HRB335钢筋材料属性为：截面面积490.6mm2，抗压强度设计值300MPa。钢管截面面积5300mm2，所能承受的压应力为N1=1643kN，40 根抗压钢筋的抗压承载力为N2=40×490.6×300=5887.2kN。N2＞N1，所以满足要求。

7.临时固结的安装及拆除

在进行临时固结施工的时候，一定要严格依据国家相关标准，保障施工过程的规范性和严谨性，其中在选择临时支座类型时，要求各支座类型都要和桥墩完全融合。要想临时加固的锚固具备高性能，通常会布置预应力粗钢筋位于承台以及梁体内部2m处。完成主梁合拢操作之后，就能进行临时固结拆除环节，需要说明的是，合拢段混凝土的强度要完全符合设计标准才能实施临时固结拆除。在临时固结拆除时，先要全方位测量悬臂段的高程，同时在拆除的时候密切关注悬臂段高程的变化幅度，保障临时加固拆除不会影响到桥梁的施工质量，临时固结拆除工作相对复杂，切记一定要做好对应防护措施，保障施工人员的人身安全。

8.结束语

为了保障悬臂式浇灌连续梁的施工质量，施工部门普遍会采取临时加固的方式进行具体施工，本文深度分析成都地铁5号线的施工设计方案，并对临时加固的特征进行研究，总结出临时加固会对连续梁施工带来极大便利，值得被广泛运用。