劉海青（福建省交通規(guī)劃設(shè)計院，福州350004）

懸澆變截面預(yù)應(yīng)力砼箱梁橋連續(xù)墩墩梁臨時固結(jié)的受力淺析

劉海青
（福建省交通規(guī)劃設(shè)計院，福州350004）

懸澆變截面預(yù)應(yīng)力砼箱梁橋在國內(nèi)得到應(yīng)用廣泛，其連續(xù)墩懸澆施工過程中的墩梁臨時固結(jié)措施有兩種主要方式即墩頂臨時支座固結(jié)、墩旁支架臨時固結(jié)，工藝均較成熟。但連續(xù)墩墩梁臨時固結(jié)作為懸澆施工的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，其處理不當(dāng)將引起懸澆梁體傾覆等重大事故。本文針對懸澆變截面預(yù)應(yīng)力砼箱梁橋連續(xù)墩墩梁臨時固結(jié)的受力進(jìn)行探討，以資借鑒。

懸澆施工連續(xù)墩墩梁臨時固結(jié)不平衡荷載

懸澆變截面預(yù)應(yīng)力砼箱梁橋，根據(jù)墩梁間的連接方式（支座連續(xù)及墩梁固結(jié)），可分為剛構(gòu)橋、連續(xù)梁橋、及剛構(gòu)連續(xù)梁橋三種，屬中等跨越能力的常規(guī)橋型。墩梁間設(shè)置支座的連續(xù)墩，其懸澆施工過程中的墩梁臨時固結(jié)措施主要有墩頂臨時支座固結(jié)、墩旁支架臨時固結(jié)兩種方式，均有較廣泛應(yīng)用。

連續(xù)墩墩梁臨時固結(jié)作為懸澆施工的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，其主要目的是為了克服施工過程中的縱橋向懸澆施工不平衡荷載，雖然有較成熟工藝，但如果不清晰其受力機(jī)理，一旦處理不當(dāng)將引起懸澆梁體傾覆等重大事故。當(dāng)前國內(nèi)已發(fā)生多起類似事故應(yīng)引起足夠重視。具體橋梁施工中應(yīng)針對臨時固結(jié)方案進(jìn)行妥善的受力分析，以確保橋梁施工安全。

1 懸澆施工荷載

懸澆施工荷載分為平衡及不平衡荷載。懸澆施工平衡荷載主要有懸澆變截面預(yù)應(yīng)力砼箱梁的自重（含墩頂臨時支座固結(jié)豎向預(yù)應(yīng)力粗鋼筋預(yù)壓力）、平衡的施工荷載（如對稱掛欄重）。但懸澆施工不平衡荷載的產(chǎn)生因素較多，主要有不均勻梁重、不同步施工、不平衡堆荷、施工動力、構(gòu)件墜落、風(fēng)力作用等。不平衡堆荷指懸臂梁體上機(jī)具材料的不平衡堆放，可在施工中予以控制克服。構(gòu)件墜落包括掛籃和現(xiàn)澆梁段等的突然墜落，產(chǎn)生大的沖擊力，經(jīng)驗沖擊系數(shù)取值2，對靠有限臨時錨固的墩較難滿足要求，通過施工中嚴(yán)密監(jiān)控和采取可靠措施可予以避免。設(shè)計中一般可預(yù)先考慮的不平衡荷載有：

⑴不均勻梁重，可按一側(cè)懸臂梁重提高3%計?。?/p>

⑵懸澆不同步施工，可按懸澆梁段相差一個梁段的不平衡荷載；

⑶施工動力不平衡，指掛籃和施工機(jī)具移動時的動力作用，可按動力系數(shù)1.2（兩側(cè)反向施加）計??；

⑷風(fēng)力作用不平衡，一般可只考慮單側(cè)豎向風(fēng)力作用。

懸澆施工不平衡荷載用⑴+⑵+⑶和⑴+⑷兩種組合進(jìn)行計算可基本滿足要求。但施工不平衡荷載的出現(xiàn)及大小，與施工單位的技術(shù)水平、管理能力、設(shè)備投入等施工因素密切相關(guān)，應(yīng)要求施工中根據(jù)具體情況進(jìn)行合理確定。

懸澆施工的平衡及不平衡荷載，通過荷載組合可簡化為連續(xù)墩中心線上的組合豎向力N（平加組合，基本組合Nz）及組合彎距M（平加組合，基本組合Mz）。

2 連續(xù)墩墩梁臨時固結(jié)

2.1 連續(xù)墩墩梁臨時固結(jié)的受力圖式

連續(xù)墩的墩頂臨時支座固結(jié)、墩旁支架臨時固結(jié)兩種方式，其縱橋向臨時固結(jié)點(diǎn)一般均位于零號塊內(nèi)，使在懸澆施工前即處于受壓狀態(tài)。一般情況下，連續(xù)墩墩梁臨時固結(jié)為縱橋向兩側(cè)完全對稱布置。連續(xù)墩的永久支座，通常與臨時固結(jié)一起同步安裝在零號塊內(nèi)，在懸澆施工前處于密貼受壓。

墩頂臨時支座固結(jié)，如圖1所示，通過在墩頂永久支座縱橋向兩側(cè)利用墩頂結(jié)構(gòu)預(yù)留寬度內(nèi)設(shè)置豎向受力臨時支座的方式來達(dá)到臨時固結(jié)的目的。

墩旁支架臨時固結(jié)，如圖2所示為連續(xù)墩承臺上墩旁支架臨時固結(jié)，通過在墩旁設(shè)置臨時支墩，支墩頂設(shè)置豎向受力臨時支座的方式來達(dá)到臨時固結(jié)的目的。

圖1 墩頂臨時支座固結(jié)

圖2 墩旁支架臨時固結(jié)

兩種連續(xù)墩墩梁臨時固結(jié)方式的受力可用如下圖3的受力圖式統(tǒng)一表示，為一次超靜定受力。

從圖3，若臨時支座出現(xiàn)一側(cè)脫空，則受力體系從三支點(diǎn)轉(zhuǎn)換為兩支點(diǎn)?？紤]懸澆施工不平衡荷載方向的不確定性，受力體系在三支點(diǎn)、左兩支點(diǎn)、右兩支點(diǎn)間隨時進(jìn)行不確定的轉(zhuǎn)換，表現(xiàn)為非靜定結(jié)構(gòu)，應(yīng)避免。

為保證施工安全及始終處于受力可控狀態(tài)，在任何工況下，臨時支座均不應(yīng)出現(xiàn)脫空現(xiàn)象。

圖3 連續(xù)墩墩梁臨時固結(jié)受力圖式

2.2 有關(guān)工藝做法的探討

從臨時支座要求不出現(xiàn)脫空現(xiàn)象出發(fā)，對目前工藝中的有關(guān)做法進(jìn)行初步探討如下：

⑴臨時支座

目前主要有硫磺砂漿塊、鋼砂筒兩種?？紤]鋼砂筒內(nèi)灌砂的密實度問題，鋼砂筒臨時支座必然存在一定的不密貼和不可控壓縮沉降值，臨時支座豎向力分配不可控，乃至可能出現(xiàn)脫空現(xiàn)象。臨時支座宜采用硫磺砂漿塊，密貼性直觀有保證。

⑵墩旁臨時支墩

目前主要有連續(xù)墩承臺上、連續(xù)墩承臺外墩旁臨時支墩兩種方式?？紤]連續(xù)墩承臺外墩旁臨時支墩的基礎(chǔ)沉降與地質(zhì)情況、基礎(chǔ)型式、基礎(chǔ)尺寸等情況有關(guān)，臨時支墩總體豎向抗壓剛度，相對于連續(xù)墩本身總體豎向抗壓剛度，差異較大，受其他因素干擾的可能性也較大，除支撐于剛性地基如巖層外，其臨時支座豎向力分配不易控制，且工藝較復(fù)雜，一般不采用。墩旁臨時支墩一般采用連續(xù)墩承臺上墩旁臨時支墩。另外，同樣從考慮支墩壓縮可控出發(fā)，支墩不宜采用可能存在構(gòu)件接頭非彈性變形的拼裝結(jié)構(gòu)等，一般采用鋼管砼柱。

⑶永久支座

永久支座有密貼安裝、先期架空兩種情況。

目前永久支座一般與臨時固結(jié)一起同步密貼安裝在零號塊內(nèi)共同受壓。如圖3所示，考慮到永久支座本身一般豎向抗壓剛度大，可近似剛體。相比臨時固結(jié)豎向抗壓剛度KL，永久支座處的豎向抗壓剛度KD對應(yīng)為墊石較大，且臨時固結(jié)可能發(fā)生的沉降與不密貼，易形成類似“扁擔(dān)挑”的不利效應(yīng)。

對于永久支座先期架空情況，在懸澆箱梁合攏形成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)后，可通過頂升落梁工藝（通過專門頂升設(shè)備進(jìn)行頂升、臨時固結(jié)解除、及箱梁落梁）達(dá)到支座轉(zhuǎn)換目的，此時懸澆施工過程中圖3的臨時固結(jié)受力圖式轉(zhuǎn)化為受力明確的兩支點(diǎn)簡支型式，可控性高。永久支座先架空后落梁方式，工藝較復(fù)雜，適用于懸澆不平衡荷載更大、固結(jié)程度要求更高的大跨徑懸澆變截面預(yù)應(yīng)力砼連續(xù)箱梁橋，本文不再煩述。

對于永久支座密貼安裝、且采用墩頂臨時支座固結(jié)方式的情況，直觀的，若取消永久支座下墊石的設(shè)置，則KD趨無窮大，臨時支座在較小的不平衡荷載下即脫空。因此，對于墩頂臨時支座固結(jié)方式，為降低臨時支座出現(xiàn)脫空的可能性，永久支座下設(shè)置具有一定豎向受壓剛度的墊石是可取的。為避免臨時支座脫空，一般尚通過設(shè)置豎向預(yù)應(yīng)力筋（一般為預(yù)應(yīng)力粗鋼筋）等來抵抗臨時支座的豎向拉力，即此時臨時支座相當(dāng)于變剛度拉壓支座（受壓時按臨時支座抗壓剛度，受拉時按豎向預(yù)應(yīng)力筋抗拉剛度），此時豎向預(yù)應(yīng)力筋所施加豎向臨時預(yù)壓力可視作與梁體自重類似的作用力進(jìn)行施加及受力分配。

2.3 縱橋向?qū)ΨQ布置的連續(xù)墩墩梁臨時固結(jié)的受力分配及驗算

計算假定：永久支座豎向抗壓為剛體，且永久支座密貼安裝；臨時固結(jié)為密貼結(jié)構(gòu)。并注意：根據(jù)現(xiàn)行規(guī)范，施工階段構(gòu)件的極限承載能力驗算時應(yīng)采用基本組合。

⑴墩旁支架臨時固結(jié)

總結(jié)常規(guī)算法，按偏保守的建議進(jìn)行以下兩方面驗算（一般，先通過臨時支座不脫空驗算初擬臨時支墩尺寸，再進(jìn)行臨時支墩承壓驗算）：

①臨時支座不脫空（始終承壓）驗算

應(yīng)考慮永久支座影響，臨時支座承壓的平加組合值應(yīng)大于0，即：

式中，KL——臨時支墩抗壓剛度KL=ELc·AL/LL，支墩為鋼管砼柱且未考慮柱上段臨時支座剛度時，AL=nALg+ALc，n=ELg/ELc；

KD——連續(xù)墩抗壓剛度KD=KD0·KD1/（KD0+KD1），墩身KD0=、墊石KD1=D1，近似地，不考慮墊石時即KD1=0，KD≈KD0；

ALc、AD0、AD1——臨時鋼管砼柱支墩、連續(xù)墩墩身、連續(xù)墩上墊石的截面積；

ELc、ED0、ED1——臨時鋼管砼柱支墩、連續(xù)墩墩身、連續(xù)墩上墊石的砼彈性模量；

ALg、ELg、n——臨時鋼管砼柱支墩的鋼管截面積、彈性模量、以及鋼砼彈模比。

令ELc=ED0，LL≈LD0，則，臨時支座承壓的平加組合值驗算可簡化為：

從上式可知，臨時支墩應(yīng)有足夠的尺寸，才能與連續(xù)墩墩身尺寸相匹配以進(jìn)行同一量級的垂直力分配。

②臨時支墩承壓驗算

一般偏保守的不考慮永久支座影響，即圖3受力圖式中取消KD進(jìn)行簡化。臨時支墩兩端有可靠平移限位措施時，臨時支墩可近似按軸心受壓構(gòu)件計算。臨時支墩承壓的基本組合值：

在進(jìn)行臨時支墩軸心受壓構(gòu)件承載力驗算時，構(gòu)件長細(xì)比計算中，當(dāng)臨時支墩墩間無其他限位措施時，可近似按兩端均為不移動鉸考慮，構(gòu)件計算長度系數(shù)取為1.0。當(dāng)臨時支墩墩間采取與連續(xù)墩可靠連接的限位措施時，構(gòu)件計算長度系數(shù)可根據(jù)計算相應(yīng)提高。

⑵墩頂臨時支座固結(jié)

也宜偏保守的進(jìn)行以下兩方面驗算∶

①臨時支座（變剛度拉壓支座）不脫空驗算，

應(yīng)考慮永久支座影響。豎向預(yù)應(yīng)力筋的抗拉剛度（ELbALb/LLb）一般不大于臨時支座抗壓剛度（ELc·AL/LL），并近似認(rèn)為永久支座KD趨無窮大，可偏保守得出豎向預(yù)應(yīng)力筋拉力的基本組合值：

②臨時支座承壓驗算

一般偏保守的不考慮永久支座影響，臨時支座承壓的基本組合值：

3 結(jié)語

綜上介紹，懸澆變截面預(yù)應(yīng)力砼箱梁橋連續(xù)墩墩梁臨時固結(jié)方式的取用應(yīng)考慮：

⑴懸澆施工不平衡荷載宜根據(jù)具體情況合理確定。

⑵臨時支座應(yīng)采用密貼結(jié)構(gòu)，如硫磺砂漿塊，且在各施工工況下不脫空。

⑶采用墩頂臨時支座固結(jié)方式時，臨時支座內(nèi)設(shè)置一定的豎向預(yù)應(yīng)力筋是必要的。

⑷采用墩旁支架臨時固結(jié)方式時，一般采用承臺上非拼裝臨時支墩，如鋼管砼柱。

⑸大跨徑懸澆變截面預(yù)應(yīng)力砼連續(xù)箱梁橋的連續(xù)墩墩梁臨時固結(jié)方式，可考慮采用永久支座先架空后落梁方式。

⑹連續(xù)墩墩梁臨時固結(jié)應(yīng)進(jìn)行臨時支座不脫空、臨時固結(jié)構(gòu)件承壓兩方面驗算。