大跨径悬臂梁临时锚固设计与施工关键技术
张琦 谢德宽
摘 要：为克服大跨径悬臂梁施工时可能出现的不平衡荷载，通常需要在墩顶0#块增加临时锚固结构，确保梁体结构的稳定、安全。本文以陆水河特大桥中大跨径悬臂浇筑连续箱梁主桥（88+160+88）m为例，通过临时锚固的比选，确定了采用精轧螺纹钢筋锚固工艺，其工艺重点从设计、施工等方面进行了阐述，为后续类似工程提供宝贵经验。
关键词：大跨径；连续梁；墩顶临时锚固；设计与施工
中图分类号：TV52 文献标识码：A 文章编号：1006—7973（2017）02-0068-03
1 工程概况
陆水河特大桥位于咸宁市嘉鱼县以及赤壁市，全桥桥长1728米，其中主桥采用（88+160+88）m变截面连续箱梁桥；主桥箱梁断面采用单箱单室，根部梁高10.5m，跨中梁高4m，顶板厚28cm，底板厚从跨中至根部由32cm变化为120cm，腹板从跨中至根部三段采用45cm、70cm、90cm三种厚度，箱梁高度和底板厚度按2次抛物线变化。箱梁顶板横向宽16.75m，箱梁底宽8.0m，翼缘悬壁长4.375m。
箱梁0号节段长10m，每个悬浇“T”纵向对称划分为22个节段，梁段数及梁段长从根部至跨中分别为4×2.5m、8×3.0m、10×4.0m，节段悬壁总长74m。悬浇节段最大重量为2089.3KN（5#块），边、中跨合拢段长均为2m，边跨现浇段长7m。
2 临时锚固方式比选
连续箱梁块体采用挂篮悬浇施工过程中，因墩两侧的施工不能完全同步，在墩顶位置产生不平衡力矩会对箱梁的稳定形成威胁，因此，在开始挂篮悬浇施工前对连续梁中墩设临时锚固[1]。墩临时锚固措施应能满足承受中支点处最大不平衡弯距直接影响上部结构施工安全。且临时锚固选用是否合理，还影响造价和工期。临时锚固的方式主要受桥梁的主跨跨径、主墩高度及其施工场地条件等的影响，大致可分为以下3类：
（1）承台支墩方案。在承台上设置临时支墩，在墩顶设置临时支座，通过临时支墩的预应力筋形成承台与梁底之间的固结。临时支墩通常采用钢管混凝土柱或钢筋混凝土柱，墩顶临时支座通常采用钢板和硫磺砂浆混凝土组合而成。
（2）墩梁直接锚固方案。通过在墩顶和主梁0号块之间设置临时支座和临时锚固结构，其临时支座通常采用硫磺砂浆混凝土或钢砂箱来制成，而临时固结则采用预应力束进行锚固。
（3）支架方案。此方案仅仅适合于陆地，或者桥墩不高、水不太深且易于搭设临时支架的情况。
（4）悬空支架方案。当桥高、水深时，采用布置在墩身上部的三角形支架作为梁段的临时支撑，采用沙筒或硫磺沙浆块作为施工中的临时支座[2-5]。
3 本桥临时锚固设计
陆水河大桥主桥采用（88+160+88）m三跨连续梁体系，两个主墩均设活动支座。为保证箱梁在悬臂浇筑施工时的不平衡力矩下的施工安全，必须设置临时锚固体系，综合考虑桥梁的水文、地质情况、基础墩台的结构尺寸以及总体技术方案等因素，本工程拟采用临时支座结合临时支墩的方案：承台处设钢管灌混凝土柱作为临时支墩，墩顶设置混凝土块作临时支座。即在墩顶与箱梁混凝土间浇筑混凝土块做为临时支座，另外在墩身两侧（承台顶）分别设两根钢管，钢管尺寸φ1000×12mm，填芯混凝土为C40，每肢管内布置1束15根钢绞线，立柱横向用钢管平联连接。其中该临时支墩的φ1000×12mm钢管利用原箱梁0#、1#块施工支架。墩顶临时锚固共由4个临时支座、4个临時支墩组成，如图2：
3.1 临时支座
一个墩顶临时锚固有4个临时支座，每个临时支座平面尺寸200*80cm、高约76cm，沿主墩顶面外边缘对称平行布置，横桥向净间距278cm，顺桥向净间距290cm。混凝土强度为C50。每个临时支座内沿横桥向“一”字形排布9根Φ32精轧螺纹，即墩顶共36根Φ32精轧螺纹。精轧螺纹下端锚固在墩身内200cm、上端锚固在箱梁顶面，每根精轧螺纹张拉力为40t。
3.2 临时支墩
一个墩顶临时锚固有4个临时支墩，每个临时支墩由1根立柱钢管（Φ1000*12mm，内部浇筑C40砼）配1束钢绞线（15根Φ15.3钢绞线）组成，每束钢绞线张拉力为300t，钢绞线下端埋入承台100cm，往上经过立柱钢管、箱梁腹板后，上端锚固在箱梁顶面。立柱横向用钢管平联与主墩连接，施工主墩时预埋平联预埋件并做好防腐措施。
4 临时锚固结构验算
4.1 有限元模拟
按照实际设计临时估计方式，建立桥墩、钢管桩，临时支座等结构，悬臂浇注过程中，钢管桩与主梁采用刚性连接、临时支座与主梁采用刚性连接，有限元模型见图3所示。
（1）主梁C50容重按设计施工图纸说明取27.3kN/m3。主墩C40容重取26kN/m3。
（2）一侧重量超方3%在程序里将跨中侧容重增大3%考虑。
4.2 计算荷载
临时锚固计算荷载按考虑施工设计说明里列举的以下不平衡荷载：
（1）考虑一侧混凝土超方重量+3%（含不对称施工临时荷载）不平衡荷载（荷载F1），在程序模型里用材料容重考虑。
（2）半个主梁节段不平衡荷载（荷载F2），最大悬臂阶段，两端22号节段差半个节段重量。最大悬臂阶段时，半个22号节段重量为
（3）一侧挂篮掉落不平衡荷载（荷载F3），挂篮自重104t。
（4）挂篮前移一个节段不平衡荷载（荷载F4）。
（5）10年一遇风速下不平衡升举力荷载（荷载F5）
基本风速
桥面基准高度20m，A类地表。
则设计基准风速
施工阶段设计风速取10年重现期，则
施工阶段静阵风风速：
竖向风荷载：
4.3 荷载组合
荷载组合1：荷载F1+荷载F2
荷载组合2：荷载F1 +荷载F3
荷载组合3：荷载F1 +荷载F4
荷载组合4：荷载F1 +荷载F5
荷载组合5：荷载F1+荷载F2+荷载F5
荷载组合6：荷载F1+荷载F3+荷载F5
荷载组合7：荷载F1+荷载F4+荷载F5
4.4 计算结果
计算时考虑临时支座与钢管支墩临时共同受力，不考虑永久支座受力。
4.4.1 反力计算结果
4.4.2 钢管混凝土临时柱承载力计算
4.4.2.1 钢管混凝土柱计算
按《钢管混凝土结构设计与施工规程》CECS 28-2012进行计算。
设计采用φ1000*12+C40钢管混凝土，单根立柱的承载力按《钢管混凝土结构设计与施工规范》计算。
钢管内半徑：
Q235抗压强度设计值：
钢管混凝土的套箍指标
钢管混凝土柱轴心受压短柱的承载设计值为：
柱高l=20m，一端固结，一端铰结，则柱的计算长度
考虑长细比影响的承载力折减系数
当
则
钢管混凝土柱轴心受压承载力设计值为：
故混凝土柱的最大反力
安全系数
4.4.2.2 临时支座受力计算
每个临时支座平面尺寸200*80cm、高约76cm，沿主墩顶面外边缘对称平行布置，横桥向净间距278cm，顺桥向净间距290cm。混凝土强度为C50。每个临时支座内沿横桥向“一”字形排布9根Φ32精轧螺纹，即墩顶共36根Φ32精轧螺纹。
单个临时支座最大压应力为：σ = N / A =23991×103 /（800×2000） = 14.99Mpa<23.1Mpa，故临时支座受力安全。
4.5 结论
施工过程不利荷载组合下，临时支座和钢管临时柱不会出现拉力，始终受压。
施工过程不利荷载组合下，钢管临时柱最小安全系数1.68>1.3，承载力满足要求。
施工过程不利荷载组合下，单个临时支座最大压应力为14.99Mpa<22.4 Mpa，故临时支座受力安全。
5 临时锚固施工
5.1 临时支座施工
临时支座采用混凝土块在墩顶分段设置。一个主墩两侧设置四个临时固结支座，单个临时固结支座尺寸为0.8m×2m。在墩顶施工期间，预埋精轧螺纹钢筋。施工时，首先在墩顶临时支座宽度方向的两侧用槽钢匚10（竖向放置）作为模板（槽钢在体系转换时拆除），中间填满10cm干砂并压实，上表面铺塑料薄膜，作为临时支座的底。砂垫层和塑料薄膜作为墩身、临时支座、箱梁之间的分层体系；然后根据设计高度安装临时支座的侧模板，在长度方向上用5-10cm泡沫板隔开，使每侧临时支座分成2个小块，同时在靠墩身外侧方向的每个支座小块预埋U型钢筋。浇注C50混凝土，临时支座混凝土顶面四周浇注10cm*10cm的混凝土条，待凝固后填入干砂并压实，表面铺竹胶板，其顶面标高即是箱梁底标高（标高要考虑砂垫层的压缩量）；施工时一定要注意填入干砂并压实，浇注混凝土时注意不要破坏泡沫板。在0#块施工期间，用波纹管套住精轧螺纹钢筋，以免精轧螺纹钢筋与0#块箱梁砼粘接。0#块施工完毕，及时张拉精轧螺纹。待边跨合拢段施工完毕，及时拆除该临时支座。
5.2 临时支墩施工
临时支墩由墩身两侧对称设置的4根钢管混凝土柱组成，钢管横桥向中心距660cm，管中心距主墩边375cm。钢管尺寸φ1000×12mm，填芯混凝土为C40，每肢管内布置1束15根Φ15.3钢绞线，钢管与主墩用钢管平联连接，主墩壁设置预埋件。在施工承台时，在承台上相应位置预埋了地脚螺栓和钢绞线，并做了防腐措施。之后，在安装立柱钢管时，将钢绞线穿过立柱钢管Φ1000*12mm，在腹板区段用波纹管包裹，待1#块施工完毕及时张拉该钢绞线。
6 结语
本文对陆水河特大桥主桥连续箱梁临时支墩、支座从方案选择、结构设计计算、施工进行了阐述，通过采用临时支座结合临时支墩的方案保证了箱梁在悬臂浇筑施工时的不平衡力矩下的施工安全，此外，该临时支墩钢管通过利用原箱梁0#、1#块施工支架，节约了施工成本，可为后续类似工程提供宝贵经验。
参考文献：
[1]黄法沛，李晓玲.临时锚固新构思[J]公路，2004（4）：88.
[2]陈伟，李明.桥梁施工临时结构设计[M].北京：中国铁道出版社，2002.
[3]卢勇.东江四桥主桥连续梁临时支墩、支座的设计与施工[M].铁道建筑技术，2004（4）：28.
[4]雷俊卿.桥梁悬臂施工与设计[M].北京：人民交通出版社，2000.
[5]杨纪，张琪.连续梁临时方案锚固比选[J].中国水运，2013（2）：241-243.
