高脚水库大桥悬臂梁施工零号块临时固结措施

1 工程概述

1.1 桥梁概述

重庆江北机场南联络道工程高脚水库大桥为三跨变截面预应力混凝土连续箱梁桥,双幅布置,桥跨布置为42m+75m+42m+35m,总长202m。桥面设3%纵坡。

在P1、P2、P3号墩处,墩梁采用盆式橡胶支座联接,墩身为现浇矩形墩,基础为桩接承台,A0、A4号桥台采用重力式U型桥台。

主桥上部结构为单箱单室箱形断面,单幅桥宽12.8m,箱底宽7.8m,两侧翼板悬挑2.5m。0#块长9m,全桥两幅共4个T型悬臂梁段,每个T型悬臂梁段共有8对节段需采取挂篮对称悬浇施工,节段长度从根部到跨中分别为4×3.75m+4×4.25m。悬臂浇筑节段最大控制重量为139.2T。

1.2 临时固结简述

高脚水库大桥成桥后是连续箱梁结构,桥墩与箱梁采用盆式支座连接。设计要求在悬臂施工时,桥墩与箱梁形成临时固结。所以在施工中采用钢管柱预埋在承台上,留置预埋件在桥墩上,钢管柱与桥墩预埋件焊接形成一个整体,保障了钢管柱整体的稳定性,增大钢管柱抗扭能力。钢管柱顶部浇筑在0号块中,承台、钢管柱、0号块形成一个刚性结构体。

同时,在顺截面双面埋置Ф40精轧螺纹钢,单面19根,合计38根。

钢管柱和埋置精轧螺纹钢同时作为悬臂施工的临时固结支撑体系。

1.3 临时固结体系简图（图1）

2 临时支撑施工方案选择

本桥箱梁悬浇施工时需设置临时锚固措施,根据高脚水库大桥施工图设计图纸,本次验算考虑最大悬臂情况下不平衡荷载20T作为计算依据。本次计算由于P2#墩高度较大,达27m,加上荷载较大,选定在盖梁与主梁间埋设Ф40精轧螺纹钢的同时,采取在P1和P2墩两侧各设置大钢管立柱作支撑,上部设3I50b连接,型钢与梁底间设楔形钢垫块确保与混凝土箱梁底密贴。

本次施工方案计算考虑Ф40精轧螺纹钢抵抗主梁不平衡荷载,采用大钢管立柱作支撑为确保因精轧螺纹钢锈蚀导致强度降低、施工中钢筋埋设不竖直等因素后,作为二次支撑体系,大钢管立柱支撑亦能确保桥墩顺向变形,以确保主梁安全施工。

高脚水库大桥全桥悬臂梁施工,均同时采用预埋精轧螺纹钢和钢管柱两种方式作为临时支撑体系,做到万无一失,确保了工程施工的安全。

3 临时支撑体系计算

3.1 体系一

本次验算考虑最大悬臂情况下不平衡荷载20T作为计算依据。最大悬臂距精轧螺纹钢支点一距离35.35m,两支点间距离为2.3m。计算公式根据20T不平衡重量产生拉力和压力计算。F1为受拉力,F2为受压力。

F1+F2=20(T)

20X(2.3+35.35)=F2X2.3

得：拉杆F1=307T；压杆F2=327T。

钢筋：fsd=fsd’=280MPa。

预埋钢筋面积：As=19X20X20X3.14=23864mm2。

钢筋拉应力为：σ=F2/As=327X104/23864=137MPa。

σ

3.2 体系二

采用大钢管立柱作支撑，为确保因精轧螺纹钢锈蚀导致强度降低、施工中钢筋埋设不竖直的因素后,作为二次支撑体系,大钢管立柱支撑亦能确保桥墩顺向变形,以确保主梁安全施工(如图4所示)。

3.2.1 计算假定及参数

大钢管立柱按平面刚架进行计算,柱脚处理成固定绞结构。立柱及横联横梁断面按实际截面输入。

支架材料材质:大钢管立柱、分配梁及碗扣钢管为A3钢,容许轴向应力140MPa,容许弯应力145MPa,弹模210000MPa。

3.2.2 支撑控制计算工况

以8#块浇筑完成后,为支架最大受力工况。支架受箱梁混凝土全部荷载、挂篮及模板、支架自重和最大不平衡荷载20T,这个工况控制支架设计。

3.2.3 计算结论

主梁混凝土采用C55高强混凝土（表1）。

表1

1-8#块共重886.05t。

按设计要求,最大不平衡重不超过块件的底板荷载。1#块底板重：底板厚平均0.55m×6.3×3.75×2.6=33.8t；8#块底板重：底板厚平均0.27m×6.8×4.25×2.6=20.3t

由于浇8#块时为最不利工况,故最大不平衡重取20t。

每只挂篮按55T计算。

3.2.4 支撑受力计算

（1）受力图示简化如图5所示。

（2）临时支撑反力计算如下:

计算公式根据弯矩和合力的方程联合求解,求出A点和B点支座反力

（3）列表计算（表2）。

表2

（4）立柱校核。

由表2可知,单侧支撑最大竖向力Nmax=13480kN;

横联每10m一道,L=10m,λ=25.4,查表Φ=0.95

满足受力要求。(1.3为临时结构容许应力增大系数)

（5）支撑整体受力校核。

Φ800X12钢管截面参数:A=296.9cm2,

横联每10m一道,L=10m,λ=25.4,查表Φ=0.95

(1.3为临时结构容许应力增大系数)

4 结语

本临时固结措施采用预埋精轧螺纹钢与大钢管立柱方案相结合方式,既解决了主梁倾覆,又避免了桥墩变形过大等施工过程中难题。受力计算选用两种体系独立受力的最不利状态,为施工中质量安全的控制做到了200%的保障。

临时固结体系在边跨合拢后,中跨合拢前解除。拆除钢管柱和精扎螺纹钢方法比较常规,安全隐患较小,按照钢结构拆除的常规方法即行。该措施切实可行,可以为今后在同类桥梁施工中提供经验。