某特大桥预应力混凝土连续梁拱临时固结方案及计算分析

史朋志 SHI Peng-zhi

（中铁二十五局集团有限公司西北分公司，西安 710000）

0 引言

目前我国正处于基础设施建设发力阶段，为促进各地经济发展，需要在跨越既有国道及高速公路以及铁路、河流和陡峭沟谷等地段修筑桥梁，在上述自然地理等条件比较差的地段大多采用大跨度连续梁及其组合结构桥梁。而临时固结是施工过程中必不可少的一道工序。如何在施工现场设置好临时固结，使其不产生不平衡弯矩，确保连续梁悬臂浇筑各个工序过程能够保持稳定，能够有序保质保量安全完成施工，是需要提前解决的问题。

大跨度悬臂连续梁的墩和梁体进行临时固结形式多样，比较常见的五六种，一种是在桥墩的墩顶进行钢筋的预埋设，然后钢筋采用硫磺砂浆进一步的固结并作为临时垫块、砂桶与预埋组成临时固结系统、钢管砼柱与砼柱内预埋钢筋组成临时墩梁固结系统、设置竖向的预应力钢筋并将其与设计的钢管组成墩梁临时固结、在墩顶和梁体之间四边周围采用砼支墩进行临时固结、在主墩四周设置临时墩并固结与桥墩连结。

中铁二十五局集团有限公司西北分公司施工的新建南昌至景德镇至黄山铁路工程CJHZQJX-5 标信江西支特大桥，设计采用（90+180+90）m 连续梁拱跨越，桥墩设计为圆端实体桥墩，主墩291#、292#墩，墩高分别为23.5m 和23m，截面尺寸为16.92m×6.92m；边墩290#、293#，墩高分别为23.5m 和23m，截面尺寸为12.04m×4.02m。该桥根据现场情况，选用在墩梁间四周采用混凝土支墩临时固结的方法进行施工，具体来说就是在墩顶四周顶面设预埋钢筋及钢板等将连续梁与桥墩固结成整体，确保连续梁在后续悬臂浇筑各个过程中保持稳定。等梁合拢后，便拆除临时支墩。临时固结墩的砼采用爆破或破碎凿切等办法拆除，预埋在支墩内预埋件用切割机等机械切断拆除

1 临时支座设置情况

连续梁在悬臂砼浇筑各工序的施工中，由于施工各工序的过程中会产生不平衡力矩，而该力矩在施工过程中不能由永久性支座来承受，故设置并采用在墩柱体内临时固结，由固结体来承受工序过程施工中产生的力和力矩，由于该工程设计的各个墩柱比较大，截面尺寸为16.92m×6.92m，故临时固结设在墩顶四周，并对其进行对称布置。为防止永久支座受力过早，阻止并不让悬灌施工的梁体前面与后面的各个梁段由于荷载的不平衡而造成倾斜，故此在悬灌施工中，一般都设置临时支座，并临时将桥墩与梁体固结在一起。临时支座设置在桥墩墩顶，本工程每个主墩设置有6 个临时支座，每个临时支座均在墩柱顶面和箱梁间预埋25*13cm 间距为10cm 规格为Φ32mm 的精轧螺纹钢筋（型号PSB830），总共为104 根，标准强度为830MPa。临时支座与临时支墩均采用强度为C50 的混凝土。临时固结待桥梁合拢后，需要进行解除。解除方法为人工凿除临时固结顶部10cm 高范围砼，然后用绳锯或切割机割断各锚固钢筋，完成临时支座解除。要求每个墩在割断锚固钢筋时，六个临时固结必须同步进行。

2 临时固结方案设计

根据设计图纸昌静黄桥通-I-10 中的设计说明，每个主墩设置有6 个临时支座，每个临时支座均在墩柱顶面和箱梁预埋25*13 间距为10cmΦ32mm 的精轧螺纹钢筋（型号PSB830），总共为104 根，标准强度为830MPa，支座尺寸长3.5m，宽1.2m。临时支座与临时支墩均采用强度为C50 的混凝土。墩顶临时固结详图见图1。

图1 0 号块墩梁临时固结图（单位：cm）

临时固结计算采用如下不平衡荷载：

①一侧混凝土自重超重5%；

②一侧施工荷载为0.48kN/m2，另一侧施工荷载为0.24kN/m2；

③施工机具动力系数，一侧为1.2，另一侧为0.8；

④合拢段模板支架重量，取400kN；

⑤挂篮及附属设备重量，取1900kN；

⑥梁段浇筑不同步引起的偏差，设计值为20t；

⑦一侧风向风压强度取800Pa。

分别取2 种不平衡荷载组合：

①1+2+3+4+5+6；②1+2+3+4+5+7；

计算出各节段参数：其中A 节段分为A0-A17 节段，B节段分为B1-B17 节段，A0 节段长17m，B1 节段长3.5m，其余各节段均长4.5m，各节段自重、节段中心至墩中心距离和悬臂弯矩各不相同，均要经过计算获得。

由轴力和弯矩平衡条件，得到平衡方程如下，根据图纸，纵向力臂长度为2500mm。计算简图如图2 所示。

图2 临时固结计算简图

3 正常施工工况力学计算

不考虑连续梁一侧挂篮突然坠落，只考虑正常施工的情况，分别列为组合一和组合二。

3.1 组合一受力检算

临时支墩所承受的竖向力为混凝土自重，由于要考虑到施工各人员以及各机械设备及施工荷载，考虑选取恒载系数为1.3，活载系数为1.5。

上部结构混凝土重量：边跨段自重为49790.36kN，0号块自重为38565.49kN，中跨段自重为51856.85kN；

施工荷载取17 号块：45.62kN；

挂篮及附属设备自重：1900×2=3800kN

梁段浇筑不同步引起的偏差：200kN；

合拢段模板支架重量为400kN。

综合上述荷载，得到荷载组合一作用下竖向总荷载为191410kN；不平衡弯矩为262560kN.m。

由平衡方程计算得拉、压两侧反力分别为43193kN和148217kN，正为压力，负为拉力。

3.2 组合二受力检算

临时支墩所承受的竖向力为混凝土自重，由于要考虑到施工各人员以及各机械设备及施工荷载，考虑选取恒载系数为1.3，活载系数为1.5。

上部结构混凝土重量：边跨段自重为49790.36kN，0号块自重为38565.49kN，中跨段自重为51856.85kN；

施工荷载取17 号块：45.62kN；

挂篮及附属设备自重：1900×2=3800kN

风压强度不同引起的偏差：800Pa；

合拢段模板支架重量为400kN。

综合上述荷载，得到荷载组合一作用下竖向总荷载为192480kN；不平衡弯矩为297188kN.m。

由平衡方程计算得拉、压两侧反力分别为36802kN和155678kN，正为压力，负为拉力。

4 考虑一侧挂篮与梁段砼掉落工况时力学计算

在结构最大双悬臂状态，考虑到一侧方向各个节段砼自重超过5%，并同时发生另外一侧挂篮与梁段砼掉落时情况，各荷载为：

上部结构混凝土重量：边跨段自重为49790.36kN，0号块自重为38565.49kN，中跨段掉落17 号块梁段混凝土，自重为49716.43kN；

施工荷载取17 号块：34.21kN；

挂篮及附属设备自重：1900kN

综合上述荷载，得到荷载组合一作用下竖向总荷载为185386kN；不平衡弯矩为716734.2kN.m。

由平衡方程计算得拉、压两侧反力分别为-50654kN和236040kN，正为压力，负为拉力。

综合上述工况计算结果，临时固结最不利支反力拉、压两侧反力分别为-50654kN 和236040kN，正为压力，负为拉力。

5 临时固结检算

5.1 临时固结构造检算

因为是临时结构，故考虑1.3 的材料容许应力放大系数。

每侧临时固结为3 个矩形截面混凝土块，采用C50 的混凝土，设计强度取16.8MPa，钢筋型号为PSB830，按混凝土达到设计强度控制，此时满足平截面假定，混凝土弹性模量为3.45×104MPa，钢筋弹性模量为2.06×105MPa，钢筋对应强度fsd=16.8/3.45×104×2.06×105=100.3MPa。受压区的3 个临时固结支座总计可承受压力为：3×1.3×16.8×（3500×1200-104×3.14/4×322）/1000+3×1.3×100.3×104×3.14/4×322/1000 =294861kN，大于外荷载236040kN，受压区临时支座安全。

受拉一侧，按螺纹钢抗拉强度计算，按钢筋达到峰值强度控制，考虑0.9 的安全系数，钢筋设计抗拉强度fy=0.9fpy=0.9×830=747MPa，受拉区的3 个临时固结支座可承受的荷载为：3×1.3×747×104×3.14/4×322/1000=187346kN，而187346kN 大于50654kN，故受拉区临时支座安全。

5.2 Φ32mm 精轧螺纹钢筋锚固检算

5.2.1 箱梁段锚固长度

根据《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）第8.3所列钢筋基本锚固长度公式进行计算：式中：fy为受拉钢筋的抗拉强度设计值，此处所用钢筋PSB830的Φ32mm 精轧螺纹钢，考虑0.9 的安全系数，故fy=0.9fpy=0.9×830=747MPa；ft为砼在轴心抗拉时的强度设计选取值，因本项目梁段砼强度等级为C55，故ft=1.96MPa；公式中d 为锚固筋直径，此处选取d=32mm；因α 为锚固筋外形系数，此处选取螺纹钢，故α=0.14。因此，Φ32mm 精轧螺纹钢基本锚固长度值是1707.4mm。由于受拉钢筋修正锚固长度公式为：la=ζalab，式中：ζa为锚固长度修正系数，此处取1.1，修正后受拉筋锚固长度选取值1878mm。

为提高290 与291#桥墩0 号块C50 混凝土临时固结支座的安全系数，C50 混凝土临时固结用Φ32mm 精轧螺纹钢在梁体中的锚固长度不得小于2.0m。由于新建南昌经景德镇至黄山铁路工程CJHZQJX-5 标信江西支特大桥289#~292#墩（90+180+90）m 连续梁拱290#与291#桥墩0 号块底板厚130cm，Φ32mm 精轧螺纹钢在0 号块底板处的锚固长度不能满足计算要求，因此0 号块底板处Φ32mm 精轧螺纹钢采用M32 精轧螺纹钢螺母及其配套垫板进行锚固，根据《钢筋机械连接技术规程》（JGJ 107-2016）第6.3.1 条规定底板处Φ32mm 精轧螺纹钢采用M32 精轧螺纹钢螺母及其配套垫板锚固后采用扭力扳手进行校核拧紧扭矩，最小扭矩为320N.m。

5.2.2 桥墩锚固长度

根据《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）第8.3条可以得到，钢筋基本锚固长度公式为：式中：其中fy为受拉筋抗拉强度设计量，此处所用钢筋PSB830 的Φ32mm 精轧螺纹钢，考虑0.9 的安全系数，故fp=0.9fpy=0.9×830=747MPa；其中ft为砼轴心抗拉强度设计量，因桥墩砼强度为C35，故ft=1.57MPa；其中d 是锚固筋直径，此处d=32mm；其中的α 是锚固筋外形系数，此处为螺纹钢，故α=0.14。因此，Φ32mm 精轧螺纹筋基本锚固长度数值是2131.5mm。因为受拉筋修正锚固长度公式是：la=ζalab，式中：其中ζa是锚固长度修正系数，此处取1.1，故此受拉筋修正后锚固长度是2344.7mm。

为提高290 与291#桥墩0 号块C50 混凝土临时固结支座的安全系数，C50 混凝土临时固结用Φ32mm 精轧螺纹钢在桥墩中的锚固长度不得小于2.4m。

经分析计算，180m 桥墩临时固结支座施工方案采用上述图纸中的临时固结措施满足施工需要。

6 结语

在施工完主桥基础及桥墩，在主墩侧设置临时支墩、支架并进行预压，并锁定活动支座，安装主墩支座，按照前述方案设置临时固结，分两次浇筑0#块，后再进行张拉压浆以及挂篮安装、各标准节段施工及各合拢段等施工。目前本桥挂篮施工已完工，施工过程安全，经过过程监控量测，临时支座及固结方案措施持续有效，说明在该类特大桥，每个临时支座均在墩柱顶面和箱梁预埋25*13 间距为10cmΦ32mm 的精轧螺纹钢筋（型号PSB830），总共为104根，标准强度为830MPa，精轧螺纹钢在桥墩中的锚固长度不得小于2.4m，采用C50 混凝土，该墩顶临时固结方案是合理有效的，选取的正常施工工况、一侧挂篮与梁段掉落工况力学计算以及临时固结检算的过程数据分析，是合适而且切合现场实际的情况，该计算分析及施工方案可以在相似的桥梁施工中借鉴和参照。