特大桥变截面连续梁墩梁临时固结方案及分析计算

张锐

（中交四航局总承包分公司，广东 广州 510290）

1 引言

我国大力实施交通强国战略，高速公路和高速铁路里程居世界前列。这些高速公路和高速铁路在跨越河流、陡峭沟谷或与现有公路铁路相交叉的地段，需要修建桥梁。大跨度连续梁结构桥特别适合上述地段。在沿线修建了大量桥梁。大跨度连续桥主要的施工方法是悬臂浇筑法。这种方法受地形影响较小，能够一次成型，减少吊装时间，简化了施工工序。为了能减少桥梁合拢前的稳定性和安全性，在柱墩墩顶需要进行临时固结。临时固结提供稳固的支撑，可减少悬臂施工过程抗倾覆的风险，是一道重要的施工工序。

在进行临时固结前，需要提前对结构进行计算，确保不产生平衡弯矩，保证施工安全和质量。在我国大跨度悬臂连续梁临时固结有两种方式。一种是墩顶临时固结，是在桥墩顶永久支座两侧设置临时固结支座。这种支座形式适合于墩顶顶部空间富裕的情形。还有一种形式被称之为墩旁临时固结，它是在桥墩旁边设置临时支撑。这种临时固结方式适合于墩顶顶部空间狭小的情形。墩顶临时固结的结构形式，是在墩顶永久支座两侧布置由螺纹钢筋和高强度混凝土组成临时支座。两种形式的主要差别是主梁是否参与称重计算。主梁承受不平衡荷载，对两侧临时支座的受力影响差别很大。

考虑到实际情况，大多数固结方式考虑主梁的受力情况，采用墩顶临时固结的方式。计算模型为：考虑桥梁永久支座的对工程的影响，将桥梁临时支座及永久支座作为弹性体，将零号块作为刚性体，计算时将结构简化为弹性三支点模型。本文以陆水河特大桥为工程研究背景，考虑工程施工中各种不利因素的影响，对墩梁顶部临时固结进行计算分析。

2 工程概况

陆水河特大桥是107 国道湖北省咸宁市境内的一座跨河特大桥，主桥长 394m，采用（72+125+125+72）m连续梁桥，采用单箱单室截面，桥面宽度11.25m，梁高3.1-7.800m，边跨及中跨均为1#-13#共13 个节段，1#-4#节段长3.5m，5#-7#节段长4m，8#-10#节段长4.5m，11#-13#节段长5m，0#块长14m，高7.8m，顶板厚28cm，腹板厚90cm，底板厚1m，体积362.8m3，重980.8t。桥梁跨越陆水河，12#～14#墩为通航孔桥主桥墩，主桥上部结构主桥采用预应力钢筋混凝土变截面连续箱梁。第一次浇筑278.02m3，第二次浇筑84.78m3。中跨、边跨合拢段均为2m，桥墩墩顶设置一道厚2.5m 的横隔板，边跨端部设厚1.6m 横梁，中跨跨中设置一道0.3m 跨中隔板，其余部位均不设横隔板。临时固结的构造如图 1 所示。

图1 临时支墩立面、侧面结构图（mm）

3 临时固结方案设计

根据设计图纸的设计说明，桥墩墩顶支座垫石两侧各设置一排临时支墩，每排共设置5 个支墩。每个临时支座均在墩柱顶面和箱梁预埋螺纹钢筋，标准强度为830MPa，支座尺寸长 3.5m，宽 1.2m。主墩墩顶设置临时固结对上部结构进行临时固定确保施工过程中结构的整体稳定，临时固结支墩采用C50 混凝土浇筑，临时支墩尺寸为1m×0.7m×0.7m（长×宽×高），桥墩墩顶支座垫石两侧各设置一排临时支墩，每排共设置5 个支墩，墩顶临时固结详图见图2。

图2 0#墩梁临时固结图（单位:cm）

4 临时固结计算分析

4.1 计算模型

根据工程实际情况，悬臂施工荷载会由桥梁永久支座和施工过程中的临时固结共同分担。计算时将永久支座和临时支座认为是弹性体。结构简化为弹性三支点模型，模型如图3 所示。

图3 弹性三支点计算模型

临时支座承担的反力为：

Ry—靠近偏心荷载侧的临时支座支反力；

R1—远离偏心荷载侧的临时支座支反力；

Nz—正常施工的箱梁自重及挂篮荷载；

Ne—关于桥墩轴线的偏心荷载；

Me—关于桥墩轴线的弯矩；

d—临时支座的纵向间距；

K1—临时支座的竖向刚度；

K0—永久支座的竖向刚度。

4.2 荷载参数取值

（1）混凝土比重取26kN/m3；

（2）风荷载。风荷载标准值ωk=0.7µ sµ zω0，其中，µs-风荷载体型系数，这里取1.3；µz-风压高度变化系数，这里取1.13；ω0-基本风压，这里取0.25kPa；ωk=0.7µsµ zω0=0.7×1.3 ×1.13×0.25=0.257kPa。

（3）施工荷载：挂篮荷载90t。

（4）C50 混凝土弹性模量：Ec=3.55×104Mpa。

（5）钢弹性模量：Es=2.06×100000MPa。

4.3 主墩承载力计算分析

4.3.1 荷载分析

计算时考虑以下两种工况并取最不利工况进行验算：工况一：一端挂篮坠落（不考虑挂篮整体脱落，仅考虑底模系统掉落）：坠落侧挂篮重量50t，13#块仅考虑总重的一半，未坠落侧挂篮为90t，13#块考虑总重。工况二：一端挂篮及13#块整体坠落，未坠落侧挂篮为90t，13#块考虑总重。

根据计算分析可知工况二下桥墩受力为最不利状态，现对工况二情况桥墩受力进行验算，结构采用midas2020v1.1 进行建模分析，模型如图4。

图4 计算模型（mm）

4.3.2 计算结果

计算结果如表1 所示：

表1 主墩承载力计算结果表

图5 模型计算结果

根据模型计算结果显示，此时桥墩最大不平衡弯矩为：M=128696.5kN·m。

再对承载能力进行验算，在不利工况下最大的弯矩是128696.5kN·m。经计算抗力值为147757.1KN·m。设计值为44611.9 KN·m。富裕度=(147757.1-44611.9)/44611.9*100%=231.2%。说明该临时支座混凝土截面满足抗倾覆安全要求要求，墩顶临时固结下主墩抗弯强度满足要求。

4.3.3 墩梁顶部临时固结施工

桥梁中支点处的最大不平衡力矩是由布置在主墩墩顶的临时支座和临时锚固承受相应的竖向反力。在实际施工过程中，先施工主墩，再施工永久支座。永久支座安装完成后，再进行主墩0#块混凝土的施工。临时固结施工完成后方可进行悬臂梁施工。临时支座设置在桥墩上。每个临时支座在墩顶与箱梁内埋入Ф32 钢筋，钢筋3 根为一组，钢筋之间的间距10cm，增大钢筋与混凝土之间的接触面积，增大钢筋的粘结力。临时支座的材料采用C50 混凝土，临时固结的临时支座与墩顶、0 号块箱梁的混凝土接触面采用油毡进行隔离。

连续梁悬臂施工过程中要安排专人经常巡视、检查临时固结系统，保证大桥临时固结的结构稳定，无破坏。在施工过程要采取措施确保悬臂两端保持受力平衡。悬臂梁浇筑完成后，需要将临时固结支撑拆除。拆除临时固结支撑时，要编制专项施工方案，严格按照方案执行，确保工程安全，结构稳定。

5 结论

变截面连续梁墩大桥的0#块临时固结是主梁挂篮悬臂浇注的关键工序。临时固结方案设计时需要将永久支座的影响考虑在内，采用弹性三支点模型更加符合工程实际情况。陆水河特大桥临时固结的成功实施，可以为类似桥梁项目临时固结设计时提供参考和借鉴。