体外辅助固结在大跨度悬浇梁施工中的应用

体外辅助固结在大跨度悬浇梁施工中的应用

马洪明

中铁二十三局集团第一工程有限公司山东日照276806

摘要：随着高速铁路与高速公路的快速发展，大跨度悬浇梁越来越多的被采用，而在悬浇梁施工中临时固结是保证其施工安全与质量的关键一环，而主跨超过100米的大跨度悬浇梁在其施工过程中，由于不平衡重的存在，往往存在较大的振幅，本文通过增加体外辅助固结与体内固结技术的探讨，来阐述体外固结施工的优点及要点。

关键词：临时固结；体外辅助固结；不平衡力矩

1、总则

1.1工程概况

老万福河特大桥主跨为（80+130+80）m悬臂浇筑变截面连续梁，本桥主要跨越老万福河，路线与河道夹角为65度。上部现浇梁采用单箱单室箱梁结构，梁体截面为变截面其中支座处梁体高度为7.5m，边跨直线段及跨中处处梁体高度为2.8m，悬浇梁梁底高度按二次抛物线变化，抛物线方程为Y=0.002791212X1.8+2.8m。

悬浇梁共有18个块段：0#块为支架现浇段，1#块~15#块为悬浇段，边跨直线段17#块、18#块为支架现浇段，边跨合拢段以及中跨合拢段16#块。其中0#块梁段长12m，合拢梁段长2.0m，边跨直段共长13.82m。该桥悬浇梁在施工时采用菱形挂篮悬臂浇筑，悬浇梁段最重块为1736.8KN。

1.2、原设计临时固结情况

悬浇梁在施工阶段，悬浇梁未进行受力体系转换前，悬浇段施工时将产生较大的不平衡力矩，设计上通过通过临时固结来承受该不平衡力矩，以保证悬浇梁施工结构的稳定，所以悬浇梁临时固结体系是连续梁施工中安全与质量控制的核心部分。老万福河特大桥设计上采用体内临时固结的方式，该桥的临时固结采用在Φ32精轧螺纹钢，在墩柱施工时将52根Φ32精轧螺纹钢按照图纸尺寸预埋至墩身内，墩柱浇筑完成后，进行临时固结的混凝土施工，临时固结在浇筑混凝土时，一次浇筑至箱梁底板。在0#块浇筑完成后，进行临时固结锁定，对每精轧螺纹钢进行张拉，单根张拉力为200KN。

图1：设计临时固结布置图

2、体外辅助固结

2.1、悬臂浇筑不平衡力分析

该桥原设计临时固结要求悬臂施工时最大不平衡荷载是15t，由于该桥主跨为大跨段悬浇梁，桥梁悬臂浇筑节段多，随着施工进程，悬浇梁结构体系将经历由T构静定体系→单悬臂静定体系→三跨连续超静定体系的转变过程，悬浇梁关键部位的受力以及各节段的高程也不断发生改变。

在悬臂施工的T构静定阶段，悬浇段的自重荷载通过悬臂纵向预应力束来抵消；而抵消的内力通过0#块传到临时固结上。所以悬臂施工时T构静定阶段梁段重量的不平衡重和其他外力全部作用在临时固结上。而原设计临时固结前后间距为3米，通过以往的施工经验得知，在悬浇段施工时施工荷载、温差、风力、以及其他外力的作用易导致两悬臂端弹性振幅较大，对悬臂浇筑以及合拢时标高控制产生较大的影响，为了尽可能的消除悬臂端的弹性振幅、增加悬臂施工的安全系数、加强悬浇段的标高控制，在该桥施工时加设了体外辅助固结。

2.2、体外辅助固结设计

老万福河特大桥体外辅助固结采用4根直径Φ800mm钢管桩，壁厚为10mm。桥梁纵向钢管桩中心距0#块两侧端头1.0m；桥梁横向钢管桩中心间距为5.55m，钢管桩中心距腹板外侧边缘为0.6m。钢管桩内部浇筑C30混凝土，横截面按Φ70cm圆均匀分布10根竖向通常Φ28mmHRB400钢筋。Φ28mmHRB400钢筋伸入承台1.0m，伸入箱梁腹板86.7m。

图3：体外辅助固结横截面图置图（cm）

3、体外辅助固结受力计算

3.1、悬臂段失稳工况

3.1.1、计算考虑荷载

悬浇段混凝土自重荷载；挂篮、模板、施工机具等设备的自重荷载；施工人员的自重荷载；混凝土浇筑及振捣产生的冲击荷载；风力、温差等不确定因素的荷载。

在受力计算时对各种荷载进行荷载效应组合，荷载的系数：稳定荷载为1.35，可变荷载为1.0。

3.1.2、0#~15#块混凝土自重

悬浇梁各悬浇段混凝土自重如下表：

表1：悬浇段混凝土自重统计表

3.1.3、15#块段荷载计算

15#块荷载计算考虑施工荷载：

（1）15#块自重荷载计算

15#块共计混凝土方量为51.7m2，纵向长度为5.0m，

荷载：51.7×26.5×1.05×1.35=1942KN。

（2）15#块活载计算。

挂篮、模板自重荷载计算：25.12×5×1.75=219.8KN，

施工机具、施工人员、材料堆放、风力荷载计算：12.75×5×2.5=159.4KN，

混凝土浇筑及振捣产生的荷载计算：12.75×5×4=255KN。

3.2、体外辅助固结有限元模型

体外辅助固结的受力验算采用MidasCivil软件建立有限元模型，运用梁单元形式模拟主梁及钢管桩在实际特定工况下荷载的受力效应。主梁与钢管桩模型分为两个模型，通过在主梁纵向钢管桩位置添加约束，取用运算结果中支反力并施加于钢管桩模型顶部相应位置，得出最终钢管桩荷载下受力效应。

支架模型建立过程中不考虑钢管混凝土共同作用的结构抗力提高。

图5悬浇梁箱梁支反力图

3.3.2、15#块段挂篮失稳工况钢管桩应力图

（1）、φ800mm钢管轴向应力图如下图10。

模型计算结果：φ800mm钢管轴向应力约为147.5Mpa＜[σw]=210MPa，满足规范要求。

图7混凝土立柱轴向应力图

3.3.3、钢管桩支反力

模型支座最大支反力模型计算结果：钢管桩最大支座反力为13958.4KN，承台相应位置应力为27.78MPa<30MPa，满足规范要求。

3.4、验算结果

经上述分析：

（1）体外辅助固结钢管与混凝土的强度能够满足规范要求，并能满足施工过程中整体稳定性要求。

（2）钢管桩底部最大支座反力为13985.4KN，承台为C30混凝土，承台所承担最大压应力为27.78MPa<30MPa，满足规范要求。

（3）钢管桩顶部与悬浇梁连接处最大压应力为（27654×1000&pide;2）&pide;（3.14×4002）=27.53MP，（主悬浇混凝土标号为C55），27.53MP<55MP，满足施工需求。

4、应用情况

大跨度悬浇梁在进入主梁长悬臂施工阶段后，由于温差、外力、不平衡重等原因而产生的振幅将一直存在，对悬浇段施工时的标高控制产生较大的影响、增加了合拢段标高控制的不确定因素。通过枣菏高速三合同段老万福河特大桥主跨为80m+130m+80m的悬浇梁的实践证明，采用体内临时固结与体外辅助固结相结合的方法，能有效的减少这些不确定因素对悬浇段标高的影响，能更好的控制悬浇梁的施工质量。

本桥在悬浇段标高控制中，两端的振幅能有效的控制在20mm以内，可较好地消除外界不利因素引起的桥梁振幅对立模造成的影响，保持了施工的衔接和连续性，能够较好地解决实际立模标高与设计标高存在相对误差的问题。

枣菏三合同段老万福河特大桥悬浇梁施工中采用了体内临时固结结合体外辅助固结的方案，在施工过程中效果良好；在施工中操作简单、成本较低、能加快施工进度、提高施工质量，该方法在大跨度悬浇梁施工中值得推广。

随着高速铁路与高速公路的快速发展，大跨度悬浇梁越来越多的被采用，而在悬浇梁施工中临时固结是保证其施工安全与质量的关键一环。总之，我们在桥梁建设中，要采用有效的施工方法来保证桥梁施工的安全与质量、提高施工效率，为企业创效。

参考文献

[1]、《公路桥涵施工技术规范》人民交通出版社

[2]、江正荣朱国梁编著《简明施工计算手册》中国建筑工业出版社

[3]、《施工工艺汇编》中铁二十三局集团第一工程有限公司