浅谈悬臂浇筑桥梁抗倾覆监理控制要点

浅谈悬臂浇筑桥梁抗倾覆监理控制要点

姚海波

江西中昌工程咨询监理有限公司 江西 南昌 330000

摘要:本文结合南昌市前湖立交主线桥跨昌九快速路主线桥悬臂浇筑箱梁，因箱梁自身存在结构尺寸差异，必将导致箱梁两端因自重不对称而产生的不平衡弯矩。我们将分析悬臂浇筑箱梁的抗倾覆和监理控制要点，以利于今后在此项工作中具有参考和指导意义。

关键字：悬臂施工；临时固结；不平衡弯矩；最不利荷载

前言

预应力混凝土连续箱梁悬臂浇筑施工，是以桥墩支座为中心沿顺桥向两侧，采用挂篮等设备对称逐段由边跨向跨中浇筑混凝土梁体，并逐段施加预应力的施工方法，所以控制平衡是悬臂浇筑法施工以达到抗倾覆成功的关键。但是在实际操作中,不平衡总是客观存在，在加上各种施工因素的存在，箱梁主墩中轴两边的必将出现荷载不平衡，为防止不平衡荷载产生的不对称弯矩而引起施工中出现主梁失稳，甚至严重的不平衡导致桥梁倒塌颠覆，必须采取适当的0#块临时固结措施，用临时支撑将不对称力矩传递到承台和桩基上以保证成桥的完全稳定可靠。

一、工程概况

南昌市前湖大道快速路前湖立交工程主线高架桥上跨昌九快速路，主要为现浇预应力混凝土连续箱梁结构，跨过昌九快速路处为PM6~PM9联，跨径（45+60+46m），因其跨度大，施工难度高，且要保证下方昌九快速路安全通行，故采用悬臂浇筑的预应力混凝土连续箱梁。

PM6~PM9箱室顶板厚28cm，底板厚26~82.7cm，腹板后55~75cm，分左右两幅，两幅桥宽3018~4508.4cm，PM7主墩箱梁对称，PM8主墩箱梁沿前进方向逐渐变宽，纵向划分分为0#块梁段、7个悬浇梁段段、边跨支架现浇段、边跨合拢段、中跨合拢段，0#块梁段节段长12m，梁高4m，一次浇筑成型，总方量407.4m3。其中PM8号主墩高12.246m。

二、悬臂浇筑成桥不平衡弯矩分析：

（1）对称浇筑不平衡弯矩分析：

在预应力混凝土连续箱梁悬臂浇筑施工中，其O# 块左右箱梁长度不对称，且腹板采用圆弧断面，虽最大合理优化了箱梁的结构尺寸，减少了箱梁的混凝土自重，但箱梁各节段的结构尺寸的差异，造成0#块左右的混凝土自重也不相同，在其自重和力臂的作用下，产生不平衡弯矩。

(2)PM8各节段的弯矩计算：

图 PM8横断面示意图

弯矩计算表：

通过弯矩计算表分析：在悬臂浇筑过施工程中，随着箱梁节段的增加，箱梁的不平衡弯值也在不断增大。当同时浇筑7#和7a#块时，此时因为箱梁的自重而产生的弯矩值最大，如发生挂篮、施工人员及混凝土坠落事故，这是我们监理单位最担心的事件。此时即使发生事故，我们也不希望引发箱梁的倒塌，避免带来更大的损失，必须采取适当的0#块临时固结措施，用临时支撑保证桥梁的整体安全稳定性。因本文篇幅有限，将不单独考虑挂篮、箱梁合拢的失稳情况。

（3）最大不平衡弯矩计算：

工况一：在同时浇筑7#节和7a#节完成时，7#节段发生挂篮坠落。

工况二：在同时浇筑7#节和7a#块完成时，7a#节段发生挂篮坠落。

综合分析，在PM8左幅7#节段和7a#节段施工对称浇筑共同完成时，如果7a#混凝土浇筑完成发生混凝土模板、施工人员和挂篮坠落事故最为不利，同时不平衡弯矩最大。

荷载系数取值：

1. 混凝土涨（缩）摸系数：±2.5%

2. 人工、振捣荷载及风荷载系数:1.4

3. 混凝土自重系数1.2

4. 混凝土自重：26KN/cm³

5. 挂篮重量：650KN

经计算可得最大不平衡弯矩为：70910KN.m

（3）箱梁最不利平衡时对风荷载考究：

风载计算：取12级台风的上限风速38.9m/s，基本风压： ，根据《港口工程荷载规范》，风荷载标准值按下列公式计算：W_k＝K₀K₁K₃K₅W₀=1×1.17×1×1.38×0.95=1.53kPa（K₀—设计风速重现期换算系数，取1.0；K₁—风载阻力系数，取1.17；K₃—地形、地理条件系数，取1.0；K₅—阵风风速系数，取1.38），假设7#侧风压向下，7a#侧风压向上，此时风载对PM8不平衡弯矩最大，箱梁7#侧顶板宽16m，7a#侧底板宽7m，7#侧长度29m、7a#侧长度27.7m考虑，按照悬臂计算，左右两侧不平衡弯矩为：

qL²/2=1.53*（16*29*29+7*27.7*27.7）/2=14402.6 KN.m，

最大不平衡弯矩为：85312.5 KN.m。

三、0#块临时固结抗倾覆设计及验算

1、0#块临时固结设计方案：

临时固结采用6根φ1000δ20mm钢管混凝土支撑在承台上，承台下部设灌注桩基础，临时固结的φ1000mm钢管混凝土中间设置1束φs15.2-19普通低松弛高强度预应力钢绞线，以确保施工安全，钢绞线标准强度1860MPa，E=1.95*105MPa，单根钢绞线有效面积139mm2，一段设P锚锚入承台底，张拉端设置在箱梁顶（穿过横隔墙至箱梁顶），以抵抗箱梁不平衡弯矩，混凝土标号C35。

2、0#块临时固结验算：

假设7#侧钢管混凝土支撑受力Rb，7a#侧钢管混凝土支撑受力Ra

（1）以RA为研究对象，根据力矩平衡公式可得：

Ra+Rb= 32324.1KN，

85321.5+Rb*0=G*3+6*Ra

计算得Rb=30380.8KN, Ra=-1943.3KN，说明在最不利平衡弯矩作用下，Ra出现向下的压力，未出现拉力，故可不设置锚固措施，但考虑到施工中各种因素影响，实际施工中，临时固结的φ1000mm钢管混凝土中间设置1束φs15.2-19普通低松弛高强度预应力钢绞线，以确保施工安全，钢绞线标准强度1860MPa，E=1.95*105MPa，单根钢绞线有效面积139mm2，一段设P锚锚入承台底，张拉端设置在箱梁顶（穿过横隔墙至箱梁顶），每个临时固结能承受的拉力为：

1860*0.75*139*19/1000=3684.2KN

（2）钢管混凝土稳定性验算：

根据上述可得，钢管混凝土最大压力F=Rb/6 -3684.2 =1379.2KN。

PM8号墩墩高12.246m，钢管长钢管采用Q345钢管，厚20mm，钢材强度设计值315N/mm2，屈服强度值345N/mm2，混凝土等级C35，根据钢管混凝土计算数据如下：

参数取值：钢管外径d (mm)：1000 ； 管壁厚度t (mm)：20；

钢材抗压强度设计值f (N/mm2)：315；钢材屈服强度值fy (N/mm2)：314

轴心压力N (KN)：3911； 最大弯矩Mx (KN·m)：3166.2；

计算长度l (mm)：12846； 钢材弹性模量E (N/mm2)：2.06*105；

等效弯矩系数βm：1.0； 混凝土强度等级C35则：混凝土抗压强度标准值fck为23.4 (N/mm2)，混凝土抗压强度设计值fc为16.7 (N/mm2)，

钢管内径d1=d-2t=960 (mm)， 混凝土截面面积Ac=πd1²/4 =7.2*10⁵(mm2)；

组合截面面积Asc=πd^2/4=7.9*10⁵(mm2)，

钢管截面面积As=Asc-Ac =6.2*10⁴(mm2)，

组合截面抵抗矩Wsc=Ascd/8 =9.8*10⁷(mm3)，含钢率α=As/Ac=0.085

套箍系数ξ=αfy/fck=1.25， 套箍系数ξ0=αf/fc=1.6，

系数B=7.483×10^-4fy+0.974=1.232， 系数C=-5.188×10^-3fck+0.0309=-0.090，

综合可得：

受压组合强度标准值fysc=(1.212+Bξ+Cξ²)fck=61.2 (N/mm2)；

受压组合强度设计值fsc=(1.212+Bξ0+Cξ²)fc =50.9(N/mm2)；

受压组合弹性模量Esc=(12.2×10-4+0.7284/fy)fyscEs=4.2*10⁴ (N/mm2)，温度折减系数kt=1.000，徐变折减系数kc=1.000，

由以上数据验算如下：

a、刚度验算

构件长细比λ=4*l/d=51.4<构件容许长细比[λ]=80，符合要求。

b、强度验算

N/Asc=7.45 (N/mm2)，0.2fscktkc=10.18 (N/mm2)，

当N/Asc<0.2fscktkc时，验算 N/1.4Asc+M/1.4Wsc≤fscktkc，

N/1.4Asc+M/1.4Wsc=26.6 ＜ fscktkc=50.9，符合要求。

c、稳定性验算

轴心受压构件稳定系数ψ取0.889，欧拉临界力NE=π²EscAsc/λ² =1.4*10⁵(KN)，N/ψAsc =8.38(N/mm2)，0.2fscktkc =10.18(N/mm2) ，当N/ψAsc<0.2fscktkc时，验算 N/1.4ψAsc+βmM/1.4Wsc(1-0.4N/NE)≤fscktkc，

计算得：

N/1.4ψAsc+βmM/1.4Wsc(1-0.4N/NE)= 26.9< fscktkc=50.9，符合要求。

四、悬浇箱梁测量监控

悬浇箱梁测量监控是桥梁形体控制、安全变形控制的重要环节。测量监控一方面要保证每段箱梁保持空间几何位置的正确，另一方面要保证不发生施工过程由于荷载作用变形过大而造成的质量安全事故。所以在施工过程中在施工单位实施正常测量程序的基础上还应委托有资质的第三方进行测量监控以确保桥梁施工的质量和安全。故应做到如下内容：

1. 梁体高程、线形、挠度、变形的监控必须编制测量监控方案，与整个施工过程配合。

2. 根据现场情况要求承包单位设置独立的现场监控体系，由专业测量工程师对梁体高程、挠度和平面位置等进行监控测量并做好记录。

3. 施工时应对支架的变形、节点位移和支架基础的沉陷、桥面标高进行观察，如发现超过允许值的变形、变位应及时采取措施予以加固。

4. 挂篮桁架行走前要测定已完梁断梁体的标高，并定出箱梁的中轴线。当解除挂篮的后锚固后，挂篮沿箱梁中轴线对称向前推进，每前进一段做一次同步观测，防止挂篮歪曲。

5. 实际监控梁体的变形，将梁实际标高与经设计单位根据挂篮实际重量计算的各节段梁体标高曲线对比，允许偏差为±10mm（或按设计）。

6. 在预应力箱梁浇筑前要在箱梁内预埋观测点观察悬臂浇筑混凝土前后梁体轴线，标高变化及张拉前后的标高变化，误差应在允许范围内，高程±10mm，中线5mm（或按设计）。

预应力张拉中，要用高程监控梁体上拱度的变化，张拉时主梁弹性上拱值与计算值之间按±15%控制，张拉完成后及时压浆和封锚。

五、结语

经过上述对悬臂浇筑箱梁抗倾覆方案的选择，临时支撑的稳定及变形的分析与计算，可以为后期的施工监理提供了可靠的安全保障，同时，为保证施工的安全可靠性，根据实际经验提出几点建议：（1）钢管群管之间应设置加劲肋，以防局部失稳。（2）建议在钢管底部预埋与承台同时浇筑，增强其与承台的整体性。（3）为防止合龙前出现较大的挠度，应有效控制梁体两端浇筑箱梁的体积差，防止挠度累加。

作者简介：

姚海波；男，汉族，本科学历，江西省萍乡市人，出生年月：1974年9月23日；高级工程师；主要从事道路、桥梁工程管理工作。 

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