门架式小截面桥墩连续梁悬臂法的临时固结设计及施工

刘军华

上海市机械施工集团有限公司 上海 200072

新建桥梁在施工的同时，还需要保证现有道路的交通组织，因而部分连续梁使用分幅施工的门架式小截面桥墩。常见的连续梁悬臂浇筑临时固结方法（即体内固结、体外固结）也随之发生了变化，形成了“体内固结+体外固结”的固结体系。悬臂浇筑体内和体外相结合的临时固结技术在南昌前湖大道快速路前湖立交工程主线跨越高速段的应用，使得门架式小截面桥墩连续梁在满足交通通行的同时，确保了施工过程的安全。

1 工程概况

南昌市前湖大道快速路前湖立交工程主线高架桥上跨昌九高速，下为现状前湖大道主干路，施工期间需保证昌九高速和前湖大道的正常通行。新建主线桥梁为现浇预应力混凝土连续箱梁结构，跨越昌九快速路处为PM6—PM9联，跨径45 m+60 m+46 m，门架式桥墩左右幅共用，箱梁顶板宽15.6 m，翼板悬臂长2.85 m，底板宽8.20 m，为单箱双室斜腹板带圆弧断面，梁高变化按底部二次抛物线缩短，箱室顶板厚28 cm，底板厚26.0～82.7 cm，腹板厚55.0～75.0 cm，中支点梁高4.0 m，跨中2.5 m。箱梁0#块采用大钢管支架法一次性浇筑，长度为12 m，其余挂篮悬浇块为1#～7#块。各悬臂浇筑梁段几何物理指标如表1所示。

表1 箱梁节段几何物理指标

由于墩梁是铰接支座，而悬臂浇筑过程中可能出现不平衡弯矩较大，故需要对悬浇箱梁进行临时刚性固结。

2 连续梁悬臂法施工临时固结设计方案

本桥的PM7和PM8桥墩为悬浇梁柱墩。桥墩设计为左右幅共用，每座桥墩为2根矩形柱式和1根花瓶柱式墩身、通长盖梁构造。桥梁跨越既有昌九高速，桥墩较高，墩柱截面较小，没有承担悬浇T构倾覆抗弯能力。

考虑墩身抗弯能力弱，为规避墩身增加附加弯矩，综合墩梁结构特点，采用体内+体外的临时固结方法：在墩顶设钢筋混凝土临时支撑墩；在墩柱附近箱梁底部增设临时钢管混凝土柱，承担T构倾覆的拉力（锚固）。体内与体外相组合的临时固结结构如图1、图2所示。

图1 0#块支架及临时固结效果图

图2 体内与体外相组合的临时固结结构布置

2.1 临时固结抗倾覆荷载

设计图纸没有给出悬浇T构的临时固结设计荷载，也没有给出T构临时固结施工方案。为确保跨越既有昌九高速的安全运行，按照施工中的极端不利因素设置临时固结措施。极端的因素是施工中意外发生悬浇最后一节段全部浇完后连同挂篮一起坠落，这种工况的倾覆弯矩能够确保悬臂T构施工中的绝对安全，同时也能满足设计及规范中最大不平衡荷载不大于20 t的要求。临时固结抗倾覆计算荷载为：最大竖向反力N=28 850 kN，最大不平衡弯矩M=48 038 kN·m。

2.2 计算临时固结结构内力

假设永久支座不受力，悬臂T构倾覆固结结构力学分析简图如图3所示。

视永久支座不受力，悬臂倾覆荷载均由临时固结结构承担，按此条件求得临时固结结构的内力按式（1）计算：

图3 悬臂T构倾覆固结结构力学分析

将N=28 850 kN和M=48 038 kN·m及图2中尺寸a=3.0 m、b=1.2 m代入方程中，求得Ra=3 196 kN，Rb=32 046 kN。

当然，临时固结体系的设计计算实际很复杂，本文也是建立在未考虑永久支座受力的情况下以及最不利工况条件下，实际工作中支座是参与受力的，这样实际增加了临时固结体系的安全系数，但是同样间接增加了成本。如果考虑支座受力，利用弹性边界理论和刚度直接计算，也是一种设计计算方法，本文不再赘述。

2.3 临时固结结构设计

2.3.1 体内刚性支墩的设计

在支座旁边沿横桥向设置2个300 mm×1 200 mm的C55混凝土支墩临时固结，每边设置10根φ20 mm钢筋锚入箱梁底板和墩柱内，每段锚入50 cm，临时支座是受压矮柱，承载能力折减很小，按一般规定配筋。内配4层φ10 mm钢筋网片，上下网片间距200 mm。

根据GB 50010—2010《混凝土结构设计规范》，C55混凝土轴心抗压强度标准值为35.5 MPa。

根据设计支承垫石与主墩墩帽的结构尺寸关系，临时锚固的横截面尺寸拟为2.0 m×0.3 m×1.2 m，最大竖向力为16 023 kN，则临时锚固混凝土压应力为22.25 MPa，考虑1.5倍的抗倾覆系数，实际为1.5×22.25 MPa=33.375 MPa，满足＜35.5 MPa要求[1-2]。

2.3.2 体外固结体系的设计

由于PM7、PM8立柱为左中右设置，0#块施工过程中昌九高速和前湖大道均在通车，箱梁腹板位置并未完全在主墩承台范围内，加上悬浇段宽度渐变，因此，0#块施工时需考虑体外临时固结措施，临时固结措施采用钢管混凝土+承台+桩基础，桩基础采用φ1200 mm灌注桩，桩长40 m，共24根，每个0#块6根，3根在主墩承台下，3根在主墩与边墩之间设置的承台下，承台尺寸170 mm× 1 500 mm×9 000 mm，共4个，桩基按照设计蓝图施工（30根φ32 mm钢筋）。钢管采用φ1 000 mm×20 mm的Q345钢，混凝土强度等级为C35，共16根，纵向3.000 m、横向5.435 m布置，中间用φ350 mm钢管连接，每根钢管混凝土柱中设置4根φ32 mm精轧螺纹钢（PSB930）加强锚固，锚入承台1.5 m，底部做成90°弯钩，弯钩长10 cm，精轧螺纹钢顶部伸入底板内，上端伸出底板30 cm，采用φ32 mm螺母垫片和螺母固定。钢管混凝土柱中设1层厚50 mm硫磺砂浆层，硫磺砂浆层内预埋电热丝，硫磺砂浆层布置在底板与钢管混凝土柱接触处，在承台内预埋1 200 mm×1 200 mm×20 mm钢板（内镂空960 mm×960 mm），钢板与承台间设置钢筋弯钩连接。

根据上述计算，在最大倾覆荷载作用下，每个T构产生的抗拔力为3 196 kN，每根钢管柱分担荷载1 598 kN。

经验算，精轧螺纹钢抗拉能力和锚固能力均满足施工要求。

3 施工工流程及施工方法

3.1 钢管、精轧螺纹钢筋下料加工

精轧螺纹钢筋使用无齿锯切割，确保端头平齐，利于螺帽施拧；施工中注意保护精轧螺纹钢筋不受损。

钢管柱下料前，在要切口上使用卡尺画线，然后对准画线切割，确保缺口平顺。钢管柱接长时，需确保上下处在同一轴心线上。接长焊接前，应垫平、垫牢固、摆直，稳定后方可施焊。先周边点焊定位，检查无误后再连续满焊。法兰盘焊接时架设于胎具上，确保与钢管轴线垂直。

3.2 承台上锚固螺栓及钢板预埋

利用承台钢筋及承台模板做支撑架，悬吊精轧螺纹钢筋，使用螺旋锁紧钢筋。锚固精轧螺纹钢筋时不宜就位太早，以免在浇筑承台混凝土时被振偏。待混凝土浇筑高度略超过精轧螺纹钢筋埋入高度时，暂停灌注，再就位安装精轧螺纹钢筋和钢板，以使精轧螺纹钢筋下端有约束。

混凝土灌注完成后，及时检查精轧螺纹钢筋和钢板的安装位置、外露长度、垂直度等，若有偏差，及时调正。

3.3 钢管柱及支撑墩的就位安装

钢管柱吊装前，先检查承台上的定位法兰位置是否正确，如有偏差，应及时修正钢管柱底口法兰连接螺栓孔位。确保上下垂直，并对应于箱梁腹板位置。

下端锚固螺栓锁上后，在吊车配合下，进行垂直度调整。在安装钢管柱与钢管柱间以及钢管柱与墩身间的钢桁架时，应焊接或栓接牢固。钢管柱若有歪斜，应松动承台上的连接锚栓，借助桁架调整后再拧紧锚栓。钢管柱底口法兰盘应密贴。若有空隙，应用薄钢板垫实，再使用水泥砂浆灌注严密，以确保受力均匀可靠。盖梁上的支撑墩安装，应在盖梁混凝土凝固后再进行，以确保支撑墩钢管就位准确、垂直，支撑墩钢管外侧四周嵌入至少4根卡丁，防止混凝土浇筑时跑位。

3.4 钢管柱拆除

待中跨劲性骨架连接后迅速拆除临时固结结构。先拆除墩顶支撑墩，后拆除体外钢管支撑柱。借助体外支撑柱搭设墩顶支撑墩的拆除支架。

拆除钢管支撑柱时，通过硫磺砂浆电热丝熔解先拆除顶部节点，后拆除柱脚锚固螺栓。

钢管柱拆除时，借助吊车或者借助箱梁先稳固，再卸落连接法兰螺栓或者锚固螺栓。拆卸钢管柱连接螺栓时，应先拆卸上端，后拆卸下端。钢管柱拆卸过程中，严禁生拉硬拽、猛烈敲击，严防箱梁受损。连接螺栓确实紧固无法拆卸时，可在法兰附近切割卸除。

4 施工注意事项

1）本临时固结设计方案，是按挂篮和最后一节悬浇坠落的极端荷载考虑的，完全可以满足施工安全，为控制T构的均匀沉降，最大不平衡荷载不得超过设计规定的1/4最大节段质量且不得超过20 t。

2）为增强T构的整体稳定性，在墩顶的钢筋混凝土支撑墩内必须预埋螺纹钢筋，以增加T构的水平滑移阻力，提高箱梁的稳定性。

3）体外钢管支撑柱的接长要求顺直、上下同心，搭接或者拼接板厚、焊缝高度均应满足钢管截面强度要求；上下端法兰盘焊接时要保证焊缝厚度和质量。

4）对于体外的钢管支撑柱临时结构，支撑柱顶与梁底均采用厚5 cm硫磺砂浆并拉毛，以便增加箱梁水平稳定性以及后期快速解除临时固结。

5）在出厂时，永久支座上下座板间安装了临时连接拉板，就位安装前必须保持完好，直到T构合龙后方可拆除，以便约束永久支座位移。

6）要完全考虑到体外支撑柱与0#块钢管支架的互利作用，可节省成本和提升整体安全：0#块支架设计时，体外钢管柱完全可以起到临时支撑的作用，大大节省了支架成本；而等悬臂浇筑后，利用与0#块现浇模板支撑柱和墩身的连接，起到约束支撑柱的位移、提高承载能力和整体稳定性的作用。

5 结语

南昌市前湖快速路前湖立交工程跨越昌九高速连续梁施工所采用的固结体系不仅施工方便，解除迅速，而且钢管柱还同时兼作现浇0#块支撑架的一部分，同时解决了门架、小截面柱稳定性和墩顶尺寸带来的问题，既安全又经济。该体内和体外结合的固结施工工艺可作为类似桥梁施工时的参考和借鉴。