疏港河大桥悬浇箱梁0#块墩梁固接方式研究

于卫国

（南通路桥工程有限公司，江苏 南通 226000）

1 工程概况

临海公路南通段LHHM-QL1 标疏港河大桥桥梁跨径布置为2×（4×25）m+（51+85+51）m+2×（4×25）m，全长587m；桥梁横断面组成为2×0.5m（防撞墙）+2×15.25m（机动车道）+2×0.75m（波形护栏）+0.5m（中分带），总宽33.5m。主桥上部结构采用51m+85m+51m 三跨预应力混凝土单箱双室直腹板变截面连续箱梁，箱梁顶板宽16.5m、底板宽10.9m、翼缘板悬臂长2.8m；桥墩根部处梁高4.8m、跨中、桥墩端部处梁高2.2m；箱梁横桥向顶、底板保持平行，桥面横坡由桥墩调整形成。

主桥箱梁采用挂篮悬臂浇筑法施工，箱梁除主墩顶0#块采用在支架上现浇外，其余分为10 对梁段，采用逐段对称平衡悬臂浇筑法施工。箱梁纵向分段长度为墩顶0#块长度12m，悬浇长度分别为（3×3+3×3.5+4×4）m，边跨现浇段长度为7.5m，边跨合龙段长度为2m，箱梁中跨合龙段长度为2m[1]。

2 设计推荐的墩梁固接方式

该桥梁设计图纸推荐的墩梁固接方式为在箱梁0#块与承台之间设置支撑钢管，钢管内填充C30 混凝土，通过混凝土内埋设的钢板与钢管进行连接成整体，作为悬浇箱梁时的临时支撑结构。墩梁固接钢管支撑结构布置方式见图1。墩梁固接钢管支撑结构所需材料见表1。

表1 墩梁固接钢管支撑结构所需材料

图1 墩梁固接钢管支撑结构布置方式

3 拟用的墩梁固接方式

鉴于支撑钢管与钢板之间采用焊接连接，焊接工艺的偏差有可能使临时支撑抗拉受到影响，且钢管就位后填充混凝土较困难。根据该桥主墩平面尺寸为3m（顺桥向）×10.9m（横桥向）的实际情况，经反复研究论证拟在桥墩与箱梁之间埋设高强度抗拉钢筋、墩顶浇筑混凝土垫块作为墩梁临时固接方式。

箱梁与桥墩临时固接措施采用在桥墩顶埋设高强度JL32 级精轧螺纹钢筋和浇筑混凝土垫块方式，以承受箱梁施工时梁段不平衡时带来的偏心荷载。每个桥墩顶两侧分4 组共预埋20 根直径为JL32mm 精轧螺纹钢筋，精轧螺纹钢筋在墩身内和箱梁体内锚固长度均为100cm，两端设置14cm×14cm×2.4cm 的锚固钢板和JM32 螺帽，以增强钢筋与混凝土的握裹力。混凝土垫块强度为C40，每个桥墩顶设置4 块，平面尺寸为270cm×50cm、高为40cm；垫块顶面涂抹隔离剂，内设置2cm 厚硫磺砂浆夹层，硫磺砂浆内预埋电阻丝，以便后期融化拆除[2-3]。拟用的墩梁固接构造布置见图2。

图2 拟用的墩梁固接构造布置

4 墩梁固接方式验算

4.1 箱梁荷载计算及相关材料参数取值

箱梁荷载：箱梁0#/2～10#块梁段的自重荷载计算如表2 所示。

材料参数：钢筋混凝土容重26kN/m3，JL32 精轧螺纹钢公称直径32mm、截面面积804.2mm2、标准强度785MPa、弹性模量2.0×105MPa[4]。

4.2 施工工况分析

对于主桥箱梁墩顶箱梁施工过程中产生的各种荷载，分以下五种工况进行验算：

①考虑箱梁自重的不均匀性，一侧悬臂自重增加3%，另一侧悬臂自重减少3%；

②最大悬臂时不同步施工：一端10#块浇筑完成，另一端10#块浇筑一半；

③挂篮移动到最大悬臂时，9#块梁端一侧挂篮倾覆掉落；

④最大悬臂时，9#块梁端集中荷载为500kN（挂篮自重），一端动力系数为1.2，另一端动力系数为0.8；

⑤一端堆放的材料、机具按7.5kN/m 计，另一侧空载。

由于第②项和第③项之间不可能同时出现，挂篮自重为500kN、10#块的一半自重为608kN，两者比较，取第②项进行验算。

4.3 抗倾覆稳定性验算

第一，墩顶箱梁两端荷载不平衡时，箱梁将以重载一侧的临时支座为支点向重载方向发生转动位移，依靠轻载一侧的锚固钢筋的拉力保证箱梁体平衡。

荷载组合为：上述工况①+②+④+⑤，荷载分布及支点反力计算模型见图3。

图3 荷载分布及支点反力计算模型

第二，荷载计算式见表3。

则墩顶临时固接位置支点反力分别为：R1=(312809-305014)÷(1.35×2)=2887kN（拉力）；

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

第三，预埋锚固钢筋和混凝土垫块受力分析。

预埋钢筋采用JL32 级高强精轧螺纹钢筋，箱梁和墩身内埋置长度均为1m，两端设置锚固钢板和螺帽，以增强钢筋锚固力；单根精轧螺纹钢筋的抗拉标准设计强度为785MPa、截面面积A=804mm2，单侧共计10根，则墩顶单侧预埋精轧螺纹钢筋的抗拉承载力计算如下：P=nRgA=10×785×804=6311kN＞RA=2887kN，稳定系数为：K=6311/2887=2.2。

混凝土垫块强度为C40，每个墩顶设置4 块，每侧2 块共同受力，单块平面尺寸为270cm×50cm，垫块抗压强度为 R=F/A=38338000/（2×2.7×0.5）=14.2MPa＜40MPa。

由以上锚固钢筋和混凝土垫块受力计算可知：箱梁悬浇时的墩梁临时固接抗倾覆稳定性满足要求。

4.4 横向稳定性验算

箱梁悬浇施工时受到横向风荷载的影响，按一侧有横向风载、另一侧无风载的工况进行验算。

根据《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60—2015）查表得W0=450Pa，则：

W=K0K1K3W0=0.75×1.8×1×450=607.5Pa。

0#块～10#块件箱梁的平均高度为3.12m，则每延米风荷载q=Wh=607.5×3.12=1895N/m=1.9kN/m。

横向风载引起的横向力为：

T=1.9×41.5×(20.75-1.35)/2.7=566.6kN。

不考虑临时支座，只考虑预应力精轧螺纹钢筋横向抗剪，其容许抗剪力为：

[T0]=10×804×120=964.8kN＞T=566.6kN。

由以上精轧螺纹钢筋横向抗剪计算可知：箱梁悬浇施工时的横向稳定性满足要求。

4.5 主墩承载力验算

该桥单个主墩采用门式墩形式，设2 根300cm（顺桥向）×320cm（横桥向）的矩形截面立柱通过墩顶系梁连接，每个矩形立柱沿截面四周配置共100 根φ28竖向钢筋（HRB335 钢筋抗压强度取值280MPa），主墩混凝土强度设计为C35（抗压强度设计值为16.7MPa）。

由上述墩顶箱梁两端荷载不平衡工况组合（4.3中）计算可知：墩身所受垂直荷载分别为R1=2887kN（向上拉力）、R2=38338kN（向下压力），则墩身所受弯矩为：

M=(2887+38338)×1.35=55654kN·m。

对垂直于弯矩作用平面内的截面复核：

桥墩高度为6.24m，则L0=2×6.24=12.48m，经截面计算回转半径r=0.84m，

长细比λ=l0/r=12.48/0.84=15＜28，即为短柱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。

综合上述主墩承载力计算结果，桥墩截面承载力满足要求。

4.6 验算结论

根据箱梁悬浇施工时产生的不平衡荷载最不利工况计算结果，上述墩梁固接方式能够满足施工要求。

5 墩梁临时固接拆除

箱梁在边跨合龙后，每个桥墩顶四个混凝土垫块同时给电阻丝通电加热，融化硫磺砂浆、凿除垫块混凝土，然后再截断锚固钢筋，使箱梁落在永久支座上。

6 施工费用计算

6.1 支撑钢管费用

墩梁固接采用支撑钢管所需材料见临时支撑主要数量表（见表2）：

支撑钢管33336kg、预埋钢板7536kg、锚固钢筋528kg、C30 混凝土327.3m3。

钢材及人工费用为4500 元/t、C30 混凝土材料及人工费用为450 元/m3，则所需施工费用为：

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

6.2 锚固钢筋及混凝土垫块费用

所需材料：JL32 精轧螺纹钢80 根，单根长度2.6m，合计重量为：80×2.6×6.65=1383.2kg，

C40 混凝土：2.7×0.5×0.4×4×4=8.64m3。

精轧螺纹钢材料及人工费用为7700 元/t、C40 混凝土材料及人工费用为500 元/m3，则所需施工费用为：1.3832×7700+8.64×500=14971 元。

6.3 施工费对比结论

比较上述两种施工方式费用计算结果，箱梁悬浇施工时0#块墩梁固接方式采用精轧螺纹钢筋和混凝土垫块相结合作为施工承载结构能够大大降低施工成本。

7 结语

箱梁悬浇施工时0#块墩梁固接方式有多种形式，本文针对疏港河大桥主跨跨径为85m、顺桥向桥墩宽度达3m 的前提下对墩梁临时固接方式进行了优化并实施，达到了预期效果。