跨高速公路現(xiàn)澆箱梁門洞支架設(shè)計與施工

鄭灶興

（中交第三公路工程局有限公司，北京 100020）

1 工程概況

新建津?qū)幐咚貲 匝道橋D5-D9#墩上部為現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力簡支箱梁，孔跨結(jié)構(gòu)形式為4*35m 。D6#～D7# 墩、D7#～D8#墩,分跨既有津薊高速公路主線左右幅,匝道橋梁中心線與津薊主線路中心線斜交，交角約為52°。D 匝道7#墩位于津薊高速主線中央綠化帶內(nèi)，6#墩、8#墩位置為津薊主線邊坡外側(cè)。預(yù)應(yīng)力簡支箱梁結(jié)構(gòu)形式：截面類型為單箱雙室截面箱梁，梁腹板局部向內(nèi)側(cè)加厚。箱梁斷面尺寸：梁1.8m 高；底板7.6m 寬；腹板寬度0.7m；頂板寬10m。

2 施工方案選擇

津薊高速為天津市區(qū)連接北部地區(qū)的重要干線高速，客運、貨運往來頻繁，車流量大，施工過程中要隨時保證通行需求。結(jié)合現(xiàn)場情況、D 匝道橋設(shè)計要素及交通管理部門要求，擬采取梁-柱式門洞支架方案進行施工。方案選擇需同時滿足以下受限條件：

2.1 門洞通行凈空要求不小于5.0 米。

2.2 受匝道線路設(shè)計標(biāo)高限制，滿足門洞凈空要求后，梁底標(biāo)高至門洞頂部尺寸最低處不足1 米，門洞過梁無法采用貝雷架組合。

2.3 門洞凈寬不得小于7.5 米，滿足標(biāo)準(zhǔn)兩車道寬度，確保兩車并排順利通行或特殊情況下超寬貨物車輛通行要求。

2.4 匝道橋梁中心線與津薊主線路中心線斜交，交角約為52°，滿足門洞凈寬后實際門洞過梁順匝道橋方向跨徑達到10.8 米。

為確保現(xiàn)澆梁施工期間津薊高速的行車通暢及安全，方案最終確定為：對橋位跨津薊高速路面處采用門洞支架，門洞支撐下部選用14m*1m*0.6m(長*寬*高)的砼條形基礎(chǔ)與φ426mm 鋼管立柱，立柱上部采用45a工字型鋼做橫梁、56c 工字型鋼做縱梁，橋梁腹板下縱梁并排兩根進行加密；縱梁上設(shè)碗扣支架以調(diào)整梁底標(biāo)高，支架縱橫向間距0.6*0.6m。普通段采用滿堂支架結(jié)構(gòu)。

3 門洞支架結(jié)構(gòu)設(shè)計檢算

3.1 荷載計算參數(shù)

梁體鋼筋混凝土容重按設(shè)計圖紙為2.6t/m3,(含結(jié)構(gòu)鋼筋、預(yù)應(yīng)力鋼束及混凝土)；

全橋外模采用竹膠板，按0.5KN/m2計算；

其他附加載荷包括人群機具活載、施工中的沖擊載荷和風(fēng)力載荷；

人群機具活載按1KN/m2；

施工中的沖擊載荷按3KN/m2；

風(fēng)載Wk=0.3KN/ m2。

根據(jù)《建筑施工碗扣式腳手架安全技術(shù)規(guī)范》JGJ166-2008：永久荷載的分項系數(shù)，取1.2；計算結(jié)構(gòu)傾覆穩(wěn)定時，取0.9。

可變荷載的分項系數(shù)，取1.4。

門洞支架結(jié)構(gòu)斷面形式如圖1。

如圖1，56c 工字鋼縱梁上設(shè)碗扣支架以調(diào)整梁底標(biāo)高，支架縱橫向間距按0.6*0.6m 布置，受力布局常規(guī)合理，在此不再贅述模板、方木和碗扣支架立桿受力計算。重點對56c 工字鋼縱梁、45a 橫梁及φ426mm 鋼管立柱的選型進行受力檢算分析。

圖1 門洞支架結(jié)構(gòu)斷面圖

3.2 對門洞支架56c 縱向工字鋼進行檢算。

現(xiàn)澆梁與既有道路斜交520，本著受力合理、材料節(jié)省的原則，工字鋼布置與現(xiàn)澆橋梁軸向一致，門洞條形基礎(chǔ)凈寬7.5m，工字鋼實際凈跨度為10.8m。縱梁工字鋼上布置滿堂支架，支架縱橫向間距為0.6m，因此一根工字鋼上有19 根支架立桿。考慮受力情況，腹板部分處縱梁并列兩根工字鋼，腹腔底板下部按0.6m 橫向間距設(shè)單根工字鋼。縱梁按單跨均布荷載進行檢算。

3.2.1 腹板部分縱梁工字鋼檢算

a.腹板單根立桿受力檢算

永久荷載為：N1=0.6*0.6（1.8m*2.6t/m3*10N/Kg+0.5KN/m2）+0.1KN =17.13KN

可變荷載為：N2=0.6*0.6* (1KN/m2+3KN/m2+0.3N/m2)=1.55KN

碗扣支架自重：G=1*7.05Kg/根*10+4*2.47Kg/根*10=0.17KN

碗扣支架立桿最大壓應(yīng)力：

N=(1.2*(N1+G)+ 1.4*N2)=22.93 KN

b.縱向工字鋼

縱向工字鋼均布載荷q=22.93*19 根/10.8m=40.34KN/m (并列兩根)單根工字鋼所受均布載荷為40.34/2=20.17 KN/m

根據(jù)《公路橋涵鋼結(jié)構(gòu)及木結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》JTJ 025-86

查表得56c 工字鋼的W=2551cm3I=7.144*10-4m4[σ]=145MPa

工字鋼由彎曲產(chǎn)生的正應(yīng)力：

σ=M/W=0.125ql2/2.551*10-6=115MPa＜[σ]=145MPa

安全系數(shù)n=[σ]/σ=1.2

工字鋼的最大撓度f=5ql4/384EI=23.8mm＜[f]=L/400=27.5mm

3.2.2 頂板+底板下部縱梁工字鋼檢算

a.頂板+底板下部單根立桿受力檢算

永 久 荷 載 為：N1=0.6*0.6 （0.6m*2.6t/m3*10N/Kg+0.5KN/m2）+0.1KN =5.9KN

可變荷載為：N2=0.6*0.6*(1KN/m2+3KN/m2+0.3N/m2)=1.55KN

碗 扣 支 架 自 重：G=1*7.05Kg/根*10+4*2.47Kg/根*10=0.17KN

碗扣支架立桿最大壓應(yīng)力：

N=(1.2*(N1+G)+ 1.4*N2)=9.5 KN

b.縱向工字鋼

縱向工字鋼均布載荷q=9.5*19 根/10.8m=16.7KN/m

根據(jù)《公路橋涵鋼結(jié)構(gòu)及木結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》JTJ 025-86

查表得56c 工字鋼的W=2551cm3I=7.144*10-4m4[σ]=145MPa

工字鋼由彎曲產(chǎn)生的正應(yīng)力：

σ=M/W=0.125ql2/2.551*10-6=95.4MPa＜[σ]=145MPa

安全系數(shù)n=[σ]/σ=1.5

工字鋼的最大撓度f=5ql4/384EI=19.7mm＜[f]=L/400=27.5mm

3.3 橫向工字鋼（兩根并列的45a 工字鋼）

選擇受力最大的箱梁實心腹板下部橫向門架受力進行橫梁的檢算。實心腹板區(qū)域范圍分布設(shè)有8 根縱向型鋼分配梁，長度按11m 計算，每米124kg/m。鋼管立柱橫向間距2.75m。

均布載荷 q =(20.17*11*8 +1.24*11*8)/2/2/2.75=171.3KN/m （兩根并列的45a 工字鋼）

查表得45a 工字鋼的W=1432.9cm3I=3.2241*10-4m4[σ]=145MPa

工字鋼由彎曲產(chǎn)生的正應(yīng)力：

σ=M/W=0.125ql2/1.4329*10-6=113MPa＜[σ]=145MPa

安全系數(shù)n=[σ]/σ=1.28

工字鋼的最大撓度f=5ql4/384EI=1.88mm＜[f]=L/400=6.9mm

3.4 對門型支架鋼管立柱進行檢算：

根據(jù)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》GB 50017-2003,管受壓構(gòu)件直徑與壁厚之比不大于100，則：426mm/8=53.25＜100，滿足規(guī)范要求。

鋼管立柱上部受力:N=171.3*2.75=471KN

查表直徑426 鋼管截面積:A=1.05*10-2m2i=14.78cm

長細比:λ=l/i=5m/0.1478=33.8＜[λ]=150

查表得:ψ=0.906

穩(wěn)定性：N/A=44.86N/mm2＜ψ[f]=0.906*205N/mm2

滿足規(guī)范與設(shè)計要求。

4 門洞支架施工

4.1 條形基礎(chǔ)施工

門洞支架基礎(chǔ)采用C30 條形現(xiàn)澆砼基礎(chǔ)，基礎(chǔ)長14m×寬1m×高0.6m，基礎(chǔ)可直接置于路面面層上，為便于拆除方便及保護現(xiàn)狀路面，條形基礎(chǔ)澆筑時分段設(shè)置真縫，并與路面采用油毛氈隔離。砼基礎(chǔ)澆注前對應(yīng)鋼管立柱位置預(yù)埋60*60*1cm 厚鋼板。

4.2 通道門洞施工

門洞鋼管采用Φ426mm 鋼管樁，橫、縱向分配梁分別采用45a、56c 型鋼，縱梁上設(shè)碗扣支架以調(diào)整梁底標(biāo)高，支架縱橫向間距0.6*0.6m，腹板下縱梁并排兩根進行加密。門洞施工完成后，縱梁工字鋼之間橫向采用鋼筋焊接連接成整體，并鋪設(shè)竹膠板封閉工字鋼之間空隙，確保門洞上部無落物至行車道上。

圖3 津薊高速門洞行車導(dǎo)流示意圖二

4.2.1 根據(jù)通道平面位置，實測被交道的平面坐標(biāo)，據(jù)此放出門洞基礎(chǔ)軸線。

4.2.2 測出基礎(chǔ)軸線的地面高程，據(jù)此定出基礎(chǔ)高度、支墩高度。

4.2.3 基礎(chǔ)頂鋼板與鋼管立柱采用焊接方式連接，并設(shè)置小三角鋼板作為連接加勁肋，要求焊縫飽滿，焊接過程中要控制好立柱垂直度。

4.2.4 吊機配合安裝鋼管立柱排架，立柱鋼管焊接完后，安裝鋼管排架加勁斜撐；安裝支墩橫梁與鋼管柱頂焊接。橫梁用Ⅰ45a 型鋼，根據(jù)橫梁規(guī)格定出立柱高度，安裝Ⅰ56c 工字鋼縱向梁。

4.2.5 縱梁安裝好后，在其頂上鋪設(shè)10*10cm 橫向分配方木，之后搭設(shè)滿堂支架，底托位于方木上，用頂托調(diào)節(jié)至箱梁底部安裝箱梁底模，進行箱梁施工。

4.2.6 門洞的鋼管柱都涂光漆。掛文明施工提示牌。

4.3 支架預(yù)壓施工

預(yù)壓目的: 檢驗滿堂支架及地基的強度及穩(wěn)定性，消除整個支架的塑形變形，消除地基的沉降變形，測量出支架的彈性變形。

預(yù)壓材料:支架加載預(yù)壓采用砂袋法。箱梁的底腹板和翼板板鋪設(shè)完成后，沙袋的總重量為箱梁自重的110%。預(yù)壓范圍：完成安裝后，根據(jù)配重進行箱梁結(jié)構(gòu)全斷面預(yù)壓。

預(yù)壓沉降觀測點設(shè)置分別于每孔梁的底模位置，底板兩條邊緣線的0、L/4、L/2、3L/4、L 位置，每個橫斷面上按左、中、右設(shè)3 個點。沉降觀測采用精密水準(zhǔn)儀觀測指定點的標(biāo)高并做詳細記錄，每相鄰兩次做詳細的分析確定支架的穩(wěn)定情況，各觀測點位置支架頂拉水平線并吊線錘，錘尖下方對應(yīng)位置是鋼筋頭，在線錘與鋼筋頭重合處用紅油漆統(tǒng)一標(biāo)識，每階段預(yù)壓完成都量測標(biāo)識線錯開的距離和水準(zhǔn)儀觀測結(jié)果進行輔助驗證。整體卸載后再次對觀測點進行測量以確定整體支架的非彈性變形量。

在模板上面按設(shè)計要求平放預(yù)壓荷載。具體為：第一次加載值為荷載重量的50%；第二次加載值為荷載重量的80%；第三次加載至荷載重量的110%。

觀察按分級及時開展，最終荷載全部加載完畢后的24 小時內(nèi)沉降量平均值小于1mm 后即可視為沉降穩(wěn)定，進入下一道工序。

測出兩段荷載作用下支架將產(chǎn)生的彈性變形值及地基下沉值，將此彈性變形值、地基下沉值與施工控制中提出的因其它因素需要設(shè)置的預(yù)拱度疊加，算出施工時應(yīng)道采用的預(yù)拱度，按算出的預(yù)拱度調(diào)整底模標(biāo)高。

4.4 施工期間道路導(dǎo)流安排

根據(jù)新建D 匝道橋梁與既有道路的相對位置關(guān)系情況，可對交通導(dǎo)流作以下安排：

4.4.1 封閉左右幅快車道各3.75m，先施工7#墩兩側(cè)條形基礎(chǔ)及鋼管立柱安裝，慢車道作為行車通道，采用彩鋼板隔離防護，如圖2 所示。施工期間除設(shè)置必要的交通警示標(biāo)志，還應(yīng)有交通安全值班員，對車流進行監(jiān)控疏導(dǎo)，同時協(xié)調(diào)自身施工車輛進出施工區(qū)域的交通安全。

圖2 津薊高速行車導(dǎo)游示意圖一

4.4.2 封閉硬路基區(qū)域，施工6#、8#墩側(cè)條形基礎(chǔ)及鋼管立柱。門洞上部橫縱梁安裝由交管部門臨時交通管制，搭設(shè)調(diào)整完成后將車流導(dǎo)入門洞通行，如圖2。

4.4.3 箱梁砼張拉壓漿完畢強度合格后，首先拆除慢車道支架，設(shè)隔離防護設(shè)施，津薊主線車流慢車道通行；再拆除門洞及7#墩兩側(cè)支架，實現(xiàn)津薊高速主線車道完全通行。

5 結(jié)論

根據(jù)本工程實踐證明，在橋下凈空受限情況下，門洞支架設(shè)計選用合適型鋼材料能節(jié)省操作空間，也能在較大跨度范圍內(nèi)得以應(yīng)用，施工方便、安全可靠，取得了很好的施工效果，可為類似橋梁施工提供參考借鑒。