单箱三室连续梁体外临时固结设计与施工

李国瑞

【摘 要】为了防止发生连续梁T构倾覆事故,结合单箱三室连续梁体外临时固结设计与施工,阐述了临时固结设计原理,明确提出了受力模型,总结分析了不同临时固结设计方式的优缺点;系统地总结了连续梁施工中T构临时固结常用的设计方法和计算过程,为临时固结设计提供理论计算依据;指出了目前临时固结设计无统一标准或规范,应根据施工现场情况的最不利工况计算倾覆力矩及竖向力,保证连续梁T构施工安全.

【期刊名称】《科技创新与生产力》 【年(卷),期】2017(000)007 【总页数】5页(P-92,95)

【关键词】桥涵工程;连续梁;锚固;临时固结;T构;倾覆 【作 者】李国瑞

【作者单位】中铁十七局集团第三工程有限公司, 河北 石家庄 050081 【正文语种】中 文

【中图分类】U448.21+5;TU757.2

近年来，在连续梁T构施工时，由于混凝土不平衡浇注、临时固结设计错误等原因，造成的连续梁T构倾覆事故时有发生。临时固结设计原理不正确、现场施工把控不严是造成此类事故发生的主要原因。

连续梁临时固结的作用是在永久支座受力前对墩梁进行固定，待合龙后拆除临时固

结，完成体系转化。临时固结分为墩顶固结、体外固结、体内外结合固结3种方式[1]，应根据墩身构造形式，合理选择临时固结方式。墩顶固结方式又称为体内固结方式，临时支座设置在墩顶部，墩身浇注前预埋精轧螺纹钢筋，钢筋插入墩顶0号块内同时浇注，适用于墩身高度较高、墩身截面刚度较大的情况，常应用于铁路客运专线墩身施工。体外固结方式采用钢管混凝土顶部预埋锚固钢筋与梁体固结，底部与承台内预埋钢筋固结，常应用于墩身截面刚度较小、墩顶不具备施工临时支座的桥墩。体内外结合固结方式整合了以上两种固结方式的优缺点，墩顶设置柔性锚索，体外平衡部分倾覆力矩[2]。

在临时固结设计时，根据设计图纸或实际工程产生的不平衡弯矩及竖向力设置，在实际工程应用中不平衡弯矩及竖向力计算不合理，或临时固结受力模型建立错误，加之T构浇注过程中不平衡荷载控制不严，会导致T构倾覆事故的发生。厦蓉高速（厦门—成都）扩容施工工地，T构倾覆砸到厦蓉高速主体路面，有5名施工人员坠落、2辆货车被砸，共造成7名人员受伤，图1为事故现场照片；沈阳某铁路客运专线T构浇注过程中发生T构倾覆，造成5人伤亡。以上事故均是由临时固结问题所导致的，值得深思。

单箱三室截面连续梁由于梁体质量较大、墩身刚度较小，墩顶尺寸不满足采用体内固结的条件，常采用体外设置钢管混凝土固结的方式。从T构倾覆事故的倒塌现场可以看到，墩身一侧固结钢管混凝土内锚固钢筋不够，仅配置承台内锚固钢筋，忽略了梁部锚固钢筋的设置，最终导致了事故的发生。笔者详细阐述了连续梁临时固结设计及施工过程，总结了施工经验，为连续梁临时固结设计提供了参考。 关于连续梁T构不平衡弯矩及竖向力的计算，一直以来并没有标准及相关规范要求，设计图纸常给出设计的不平衡弯矩及竖向力，并要求施工单位自行设计临时固结。设计图纸给出的不平衡弯矩及竖向力计算原理如下：在T构合龙之前最大悬挑距离时，一侧混凝土各节段超过另一侧5%～8%，并考虑一侧挂篮拆除，由此

来计算不平衡弯矩及竖向力，见图2。

此计算方法的根据是一侧混凝土均超方浇注，由于该设置条件与现场施工具有一定的偏差，因此不能有效地反映现场施工条件产生的倾覆力矩及竖向力，根据设计给出的不平衡弯矩及竖向力，设计临时固结，两侧临时支座均处于受压状态，然而设计图纸却给出了受拉钢筋配置图。

因此需要根据实际的混凝土节段浇注顺序，考虑最大悬挑长度时产生的最不利荷载，选择一种符合现场实际情况的荷载计算方法。施工单位应考虑自身施工时最不利工况，经过多重工况对比，选择当T构悬挑最长时挂篮连同刚浇注完成的节段混凝土一起脱落为施工时的最不利工况，见图3。此工况符合现场施工最不利工况，按照此种计算方法既能满足设计给出的最大倾覆力矩及竖向力，又能满足桥涵施工技术规范规定的最大不平衡荷载20 t的要求，还保证了悬臂施工的安全[3]。 最大竖向反力为

式中：Q为最大T构箱梁自重；T为单支挂篮自重，按0.5倍最重阶段自重取值。 最大不平衡弯矩为

式中：W为悬浇最后一节段自重；l为悬浇最后节段距桥墩的重心距离。 3.1 墩顶临时支座支反力计算

图4为墩顶临时固结支座受力分析图。根据图4，可计算出前后临时支座的最小集中反力和最大集中反力，根据结构内力平衡原理，求得临时支座内力计算方程为 式中：N为T构最不利工况时的倾覆最大竖向反力，kN；Fa和Fb为前后支座集中反力，kN；l为前后支座中心与墩中心间距，m；M倾为T构最不利工况时的倾覆最大弯矩，kN·m。向上方向标注“＋”为受压状态，相反为受拉状态。若一侧支座计算为受拉状态，则应该配置锚固受拉钢筋。 3.2 墩顶固结支座设计

在不平衡弯矩及竖向力计算中，不论是根据设计图纸给出的值，还是根据现场最不

利工况计算值，临时固结计算结果一般均为受压状态。按照理论计算，若两侧临时固结均受压，可不配置锚固钢筋，但由于T构施工混凝土浇筑时很难做到100%对称浇注，T构两侧存在交替荷载的工况，这一工况导致T构不稳定，所以需要配置部分精轧螺纹钢筋，钢筋间距以不影响梁部为宜。若计算一侧临时固结受拉时，必须按照拉力配置抗拔钢筋，钢筋锚固深度必须按照GB 50010—2010混凝土结构设计规范[4]的要求，受压一侧临时固结需要计算混凝土受压强度及墩身局部受压混凝土强度是否满足规范要求。

单箱三室连续梁截面宽度19.8 m，桥面为3个直径3.8 m的有压水管，水管荷载较大，且存在满水和无水两种情况，荷载变化幅度较大。综合地形条件、地质条件及施工和工程造价方面的因素，选择刚度较大且施工较为方便的 （40+2×65+40）m预应力混凝土连续箱梁。由于箱梁截面宽度较宽，因此设置为单箱三室构造，中支点处梁高5.2 m，边支点处及跨中梁高3 m，腹板厚0.55～0.75 m，底板厚0.32～0.95 m，见图5。

单箱三室截面连续梁T构质量较大，由于桥墩采用柱间系梁连接，桥墩顶面构造不连续，墩身截面刚度较小，因此采用体外临时固结方式。临时固结采用钢管混凝土柱连接梁部及承台，钢管混凝土兼做0号块现浇支架，临时固结成本较小[5]。 4.1 体外临时固结设计

1）不平衡弯矩及竖向力计算。该桥临时固结结构设置为：在承台与墩身之间，设置8根钢管支撑柱进行固结约束，钢管直径1 000 mm，钢管之间通过连接件与墩固定。最大悬臂的4号墩 （墩高24 m）为设计计算对象，见图6。

该桥设计图纸说明关于墩梁临时固结的要求为： “各中墩梁临时固结措施，应能承受中支点处最大不平衡弯矩51 230 kN·m和相应竖向反力53 557 kN，其材料与构造由施工单位确定。”根据式 （1）和式 （2），按施工时最不利工况，计算倾覆荷载。可得最大竖向反力N=55 3.6 kN；最大不平衡弯矩M倾=97 522

kN·m。

计算出的抗倾覆控制荷载，比设计图给出的最大不平衡弯矩大很多，对悬臂施工具有足够的安全保障。

2）体外临时固结结构内力计算。按照 TZ 324—2010铁路预应力混凝土连续梁 （钢构）悬臂浇筑施工技术指南[6]的要求，在临时固结设计上，视永久支座不受力。由于视永久支座不受力，悬臂倾覆荷载均由临时固结结构承担，因此，根据式（3），左右支撑桩距离墩中心的距离l=2.9 m，将最大竖向反力N和最大不平衡弯矩M倾代入式 （3），可得一端承压力Fb=45 413.7 kN，另一端承压力Fa= 9 951.23 kN，因此可知Fa和Fb均为压力。 4.2 钢管混凝土内锚固钢筋配置

体外支撑柱从承台到梁体支撑高度为24.9 m。支撑柱选用直径1 000 mm、壁厚20 mm的钢管，材质为Q235钢材，钢管内部填充C40钢筋混凝土，锚固钢筋笼采用直径25 mm螺纹钢筋，3根一束，见第92页图7。如果锚固钢筋与梁部或承台内钢筋冲突，则可调整钢管混凝土内钢筋，也可用单根精轧螺纹钢替换，但需要根据精轧螺纹钢材料性质计算锚固深度。

由于计算两侧临时固结均处于受压状态，因此按照理论不需要配置钢筋。但为了保证体外临时固结的稳定性，考虑极端工况，因此需配置普通钢筋作为安全储备，根据规范钢筋锚固深度不小于500 mm即可，实际锚固深度最小为700 mm，满足规范要求。

4.3 钢管混凝土立柱计算

钢管混凝土立柱顶部及底部钢筋必须深入梁部、承台锚固，锚固深度要满足规范要求，当计算一侧临时固结承受拉力的时候，两侧体外临时固结均应锚固足够的抗拔钢筋，体外临时固结钢管混凝土应考虑稳定系数后计算其承载力是否满足要求。 临时固结钢管混凝土截面特性如下：钢管混凝土柱截面面积Asc=785 398 mm2；

钢管混凝土组合轴压强度设计值fsc=41.05 MPa；单根钢管混凝土立柱承受的压力F=Fb/4=45 413.7 kN/4=11 353.43 kN；钢管计算长度l0=24.9 m。另外，查询相关规范中的稳定系数表，可知其稳定系数为0.68。 钢管混凝土的长细比计算公式为 式中：d为钢管混凝土直径。 钢管混凝土柱轴心受压承载力公式为 安全系数计算公式为 满足要求。

1）螺旋钢管截面不得小于直径1 000 mm、壁厚20 mm，外观材质不得有严重锈蚀、弯曲变形等缺陷。

2）钢管混凝土立柱安装位置必须符合设计图纸要求，对应腹板位置要准确，钢管立柱垂直度要严格控制，经纬仪照线指挥，垂直度不应大于1/1 000，保证支撑能力，见图8。

3）该方案0号块支架与体外临时固结共同作用，预埋牛腿采用插板式，不得采用焊接，牛腿底部焊接承托加劲板，为保证整体稳定性，采用槽钢把钢管混凝土连接为整体结构，与墩身连接件必须焊接牢固，顶部分配横梁、纵梁连接固定，保证结构稳固。

4）钢管柱接长必须对接接头焊缝，接口处内衬套管，外贴加劲钢板，保证接头同心轴，接头焊缝厚度不小于管壁厚度。

1）目前临时固结设计无统一标准或规范，根据施工现场情况采用一侧挂篮及新浇注混凝土一同脱落的最不利工况计算倾覆力矩及竖向力，保证了连续梁T构施工安全。

2）笔者较系统地总结了连续梁施工中T构临时固结常用的设计方法和计算过程，为临时固结设计提供理论计算依据。

3）针对单箱三室构造连续梁体外临时固结设计与施工，明确受力模型，总结分析不同设计方法的优缺点。

【相关文献】

[1]郅友成.悬臂浇筑连续梁临时固结体系计算分析[J].铁道建筑技术,2014(S1)：61-. [2]史记青.多跨连续梁桥临时固结及其模拟方法研究[D].西安：长安大学,2012. [3]丁东.连续梁悬臂施工临时固结设计与检算[J].城市道桥与防洪,2013(7)：222-223.

[4]中华人民共和国住房和城乡建设部.混凝土结构设计规范：GB 50010—2010[S].北京：中国建筑工业出版社,2011.

[5]王彦虎,朱建华,张钊.超宽变截面0～#块支架及临时固结一体化施工技术研究[J].天津科技,2015(10)：72-76.

[6]国家铁道部经济规划研究院.铁路预应力混凝土连续梁（钢构）悬臂浇筑施工技术指南：TZ 324—2010[S].北京：中国铁道出版社,2010.