跨越既有道路橋梁之門式墩蓋梁施工技術(shù)淺析

劉志勇

（中鐵建大橋工程局集團(tuán)第一工程有限公司，遼寧 大連 116000）

0 引言

我國(guó)高速公路的發(fā)展迅猛，平原、丘陵地區(qū)高速公路網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)形成。目前高速公路的建設(shè)區(qū)域多為山區(qū)，受山區(qū)特殊地形限制，高速公路跨越既有省道多采用門式墩蓋梁，因門式墩蓋梁為矩形，自重大，采用傳統(tǒng)的抱箍法或鋼棒法施工極難滿足其支撐穩(wěn)定性要求。保康至神農(nóng)架高速公路高碑4 號(hào)大橋2#墩門式墩施工實(shí)例，通過選用鋼管立柱+貝雷梁支撐組合體系能夠保證施工期的安全又能保證既有省道的車輛通行，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際施工使用證明，該方法具有非常好的效果，本文將對(duì)此進(jìn)行深入分析總結(jié)。

1 工程概況

新建保康至神農(nóng)架高速公路高碑4 號(hào)大橋位于湖北省襄陽(yáng)市保康縣后坪鎮(zhèn)高碑村，該橋橋址區(qū)屬構(gòu)造侵蝕中等切割中低山峽谷地貌區(qū)，橋梁跨越東流水河道及S336省道。高碑4號(hào)大橋2#墩（樁號(hào)為YK8+570）設(shè)計(jì)為門式墩，用來(lái)跨越省道S336，其中1#墩位于省道左側(cè)河道中，2#墩位于省道右側(cè)山體邊坡上，2#墩蓋梁底距省道路面凈空為9.6m，蓋梁尺寸為長(zhǎng)20.8m×寬2.2m×高2.5m，凈跨徑17.2m。

2 門式墩施工技術(shù)及要點(diǎn)控制

2.1 方案的選擇

高碑4 號(hào)大橋2#墩蓋梁具有跨度大、自重大等特點(diǎn)，制定施工方案時(shí)需進(jìn)行綜合考慮，由于2#墩蓋梁跨越S336 省道，為保證車輛通行則無(wú)法采用滿堂支架施工，選取門式支撐體系作為臨時(shí)結(jié)構(gòu)施工蓋梁較為合理。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，采用混凝土基礎(chǔ)+鋼管立柱+貝雷梁組合支撐體系。

針對(duì)支撐體系承載力、鋼管立柱抗壓、貝雷桁架和工字鋼分配梁的抗彎等方面進(jìn)行驗(yàn)算，得出地基承載力滿足700kPa、立柱采用Φ630 螺旋焊管、8+2 片單層加強(qiáng)型貝雷梁、分配梁使用I20工字鋼，間距50cm 可滿足施工需求，具體形式見圖1。

圖1 臨時(shí)結(jié)構(gòu)支撐體系立面圖

2.2 臨時(shí)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)的施工

基礎(chǔ)使用C25 混凝土澆筑，省道左側(cè)河道內(nèi)基礎(chǔ)采用擴(kuò)大墩帽（鋼筋混凝土）形式作為立柱基礎(chǔ)，省道右側(cè)基礎(chǔ)直接坐落在開挖平整后的山體上，施工前進(jìn)行地基承載力檢測(cè)。基礎(chǔ)施工需嚴(yán)格控制頂面高程，基礎(chǔ)頂面高程=設(shè)計(jì)墩頂高程-[10cm（鋼模板）+20cm（I20 工字鋼）+160cm（貝雷梁、加強(qiáng)桿件）+63cm（I63 工字鋼）+40cm（調(diào)節(jié)沙箱）+立柱高度]。基礎(chǔ)混凝土澆筑前預(yù)埋10mm厚鋼板（尺寸80×80cm）用于焊接立柱。

2.3 立柱的安裝

立柱采用Φ630螺旋焊管，頂端采用調(diào)節(jié)高度法蘭盤（見圖2）。門式墩墩柱施工時(shí)，在墩頂向下4.0m 位置預(yù)埋鋼板。墩柱施工完成后，使用人工配合汽車吊安裝臨時(shí)結(jié)構(gòu)立柱，并采用I20a工字鋼，連接立柱與橋梁墩柱預(yù)埋鋼板，使得立柱與墩柱連接成整體，提高其穩(wěn)定性。

圖2 臨時(shí)結(jié)構(gòu)立柱法蘭盤

2.4 調(diào)節(jié)沙箱及承重橫梁的安裝

立柱安裝完成后，對(duì)立柱頂標(biāo)高進(jìn)行復(fù)核，確定調(diào)節(jié)沙箱標(biāo)高，沙箱可調(diào)節(jié)高度至少保證20cm，否則由于預(yù)留空間不足會(huì)導(dǎo)致支撐體系拆除困難。承重橫梁采用雙拼I63a 工字鋼，橫梁采用人工配合汽車吊安裝在沙箱上，并進(jìn)行固定。

2.5 貝雷梁的安裝

采用單層單排10 片（8+2）加強(qiáng)型貝雷梁，貝雷梁長(zhǎng)度按臨時(shí)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖在地面進(jìn)行單片組裝，單片組裝完畢后分四部分（2+3+3+2）吊裝到承重橫梁上。吊裝貝雷片時(shí)，安全人員和現(xiàn)場(chǎng)工程師必須在現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控指揮，同時(shí)，省道S336 進(jìn)行交通管制，確保現(xiàn)場(chǎng)人員和施工的安全，在大風(fēng)天氣及下雨天氣禁止吊裝作業(yè)[1]。

2.6 分配梁的安裝

貝雷梁安裝經(jīng)驗(yàn)收合格后，進(jìn)行分配梁安裝。分配梁采用I20 工字鋼，縱向布置在貝雷桁架上，單根長(zhǎng)度4.5m，橫向間距50cm。懸臂貝雷片布置2根分配梁，間距100cm。分配梁嚴(yán)格按照臨時(shí)結(jié)構(gòu)布置圖進(jìn)行鋪設(shè)，鋪設(shè)間距用鋼卷尺控制在±1cm之內(nèi)。

2.7 蓋梁底模的安裝

在橋墩頂部鑿出一條條凹痕，清理橋墩頂部的疏松混凝土，并在橋墩上放樣樁的軸線，并作好標(biāo)記。模板按照蓋梁尺寸定做，能確保蓋梁位置準(zhǔn)確，尺寸大小的準(zhǔn)確。底部模具鋪好后進(jìn)行平整調(diào)試，調(diào)試時(shí)要保證各個(gè)部件的受力均勻。在下部模具安裝完畢后，對(duì)蓋梁的位置和高度進(jìn)行復(fù)測(cè)，通過后進(jìn)行預(yù)壓力觀測(cè)點(diǎn)設(shè)置。

2.8 臨時(shí)結(jié)構(gòu)的預(yù)壓

使用預(yù)制混凝土塊進(jìn)行預(yù)壓，其預(yù)壓質(zhì)量是原設(shè)計(jì)質(zhì)量的1.2 倍。預(yù)壓分為三個(gè)階段，分別為50%、100%、120%的質(zhì)量預(yù)壓。在對(duì)臨時(shí)支撐物進(jìn)行預(yù)壓力監(jiān)控期間，在加載50%和100%的質(zhì)量時(shí)每8h 監(jiān)測(cè)一次，共監(jiān)測(cè)3 次，加載到120%時(shí)每12h 監(jiān)測(cè)一次，共監(jiān)測(cè)3 次，在每個(gè)監(jiān)測(cè)站12h 內(nèi)，每個(gè)監(jiān)測(cè)站的沉降平均在0.5mm 以下；在36h 內(nèi)，每個(gè)監(jiān)測(cè)站的沉降平均在2.5mm 以下，判斷為臨時(shí)支撐物預(yù)壓合格。卸料要分層進(jìn)行，也就是從120%到70%,20%到0，在每個(gè)階段卸料后，都要在1h 內(nèi)進(jìn)行恢復(fù)量的測(cè)定，并做好觀測(cè)記錄，確認(rèn)所有的蓋梁和模板都能通過檢驗(yàn)，才能進(jìn)行澆筑[2]。

2.9 鋼筋的安裝

門式墩蓋梁鋼筋骨架在鋼筋加工場(chǎng)制作成半成品后運(yùn)輸至現(xiàn)場(chǎng)，使用人工配合汽車吊吊裝至蓋梁上進(jìn)行焊接安裝。

2.10 波紋管的安裝

鋼束管道采用Φ90mm 金屬波紋管，用Φ12mm 鋼筋定位，注意定位網(wǎng)片焊接牢固。定位鋼筋網(wǎng)片沿著管道方向每100cm 設(shè)置一道，彎起控制點(diǎn)做加密處理。鋼筋焊接時(shí)，焊接火花不得接觸波紋管，以免將波紋管燒傷。如有燒傷，需用膠帶將波紋管漏處進(jìn)行密封，防止漏漿。波紋管安裝完成后，插入PVC軟管，防止混凝土澆筑過程中水泥漿進(jìn)入造成波紋管堵塞。

2.11 支座墊石鋼筋的安裝

在蓋梁鋼筋骨架及模板安裝固定完成后，測(cè)量人員對(duì)于模板位置與高程進(jìn)行校核，準(zhǔn)確無(wú)誤后，進(jìn)行支座墊石放樣，安裝支座墊石預(yù)埋鋼筋。

2.12 混凝土的澆筑

蓋梁鋼筋與模板驗(yàn)收合格后，可澆筑混凝土。蓋梁采用汽車泵泵鋪混凝土，混凝土的坍落程度要達(dá)到泵鋪的要求，從橋墩頂部開始，往左右兩個(gè)方向進(jìn)行分層澆筑，分層厚度為30cm，注漿速度不可太快，按先從低部到高位，從兩邊往中間均勻地灌入，再進(jìn)行下層混凝土的搗固（搗固選擇插入式振搗棒搗固），然后繼續(xù)泵鋪。施工時(shí)嚴(yán)格控制上部高度，且收漿平整[3]。

2.13 混凝土的養(yǎng)護(hù)

混凝土澆筑完成后及時(shí)進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，由于門式墩跨省道S336，為了不影響過往車輛通行還要保證養(yǎng)護(hù)質(zhì)量，采用土工布養(yǎng)護(hù)，并用2 只150L 水桶放在蓋梁上，水通過預(yù)留孔流出，并漫到蓋梁各個(gè)位置，養(yǎng)護(hù)時(shí)間不得少于7d[4]。

2.14 鋼絞線的安裝及張拉

預(yù)應(yīng)力鋼束采用抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值σpk=1860MPa 的高強(qiáng)度低松弛鋼絞線，兩端采用低回縮夾片式錨具，鋼絞線長(zhǎng)度按設(shè)計(jì)尺寸下料安裝。

蓋梁混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的90%且養(yǎng)護(hù)時(shí)間不少于7d 之后可進(jìn)行蓋梁初張拉。先進(jìn)行中間束張拉而后兩端均勻?qū)ΨQ張拉；首次張拉完成后及時(shí)架梁，待左右幅預(yù)制T梁安裝完畢，對(duì)稱張拉剩余全部鋼束。

3 臨時(shí)結(jié)構(gòu)主要構(gòu)件簡(jiǎn)算

3.1 結(jié)構(gòu)荷載的組合計(jì)算

蓋梁為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，重度取26kN/m3；蓋梁底模板、側(cè)模板采用定型組合鋼模，重度為0.75kN/m2；施工人員、材料及施工機(jī)具荷載按2.5kPa計(jì)；傾倒混凝土?xí)r產(chǎn)生的沖擊荷載按4.0kPa 計(jì)；混凝土振搗產(chǎn)生的荷載按2.0kPa 計(jì)。綜合以上計(jì)算，按照混凝土澆筑施工過程中不同工況對(duì)支架強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性進(jìn)行計(jì)算，靜載系數(shù)k1取1.2，動(dòng)載系數(shù)k2取1.4，則門式墩蓋梁施工產(chǎn)生的均布荷載為：Q=206.336kN/m。

3.2 分配梁I20a工字鋼的強(qiáng)度驗(yàn)算

工字鋼I20a 的力學(xué)特性：分配梁I20a 工字鋼下方設(shè)置橫梁采用加強(qiáng)型單層貝雷片10片（8+2），I20a工字鋼為普通A3 鋼材，經(jīng)查表得到彈性模量E=2.1×105MPa，容 許 剪 應(yīng) 力 [τ]=85MPa，容 許 彎 應(yīng) 力 [σw]=145MPa。

I20a 工字鋼截面力學(xué)特性：截面面積A=35.55cm2，慣性矩I=2369cm4，截面抵抗矩W=236.9cm3，單位重27.91kg/m。

根據(jù)結(jié)構(gòu)荷載計(jì)算得單根分配梁I20a工字鋼承受的均布荷載為：Q1=101.88kN/m，進(jìn)而求得分配梁I20a工字鋼最大正彎矩位于跨中Mmax=1.367kN·m，則I20a工字鋼承受彎應(yīng)力求得分配梁I20a工字鋼最大剪力Vmax=22.923kN，則I20a工字鋼承受剪應(yīng)力求得撓度為綜上計(jì)算得出分配梁I20a工字鋼強(qiáng)度滿足要求[5]。

3.3 貝雷梁強(qiáng)度驗(yàn)算

臨時(shí)結(jié)構(gòu)主梁采用加強(qiáng)型單層貝雷梁10 片（8+2），貝雷梁力學(xué)特性見表1，容許內(nèi)力見表2。

表1 加強(qiáng)型與不加強(qiáng)型單排單層貝雷梁的幾何特性

表2 加強(qiáng)貝雷梁的容許內(nèi)力

根據(jù)施工方案，高碑4 號(hào)大橋2#墩蓋梁臨時(shí)結(jié)構(gòu)計(jì)算跨徑為16.5m，貝雷梁承受均布荷載為Q=206.336kN/m。計(jì)算求得貝雷梁跨中承受的最大彎矩為Mmax=7021.8kN·m≤[M]=13500kN·m；求得貝雷梁位于支點(diǎn)承受的最大剪力Vmax=1702.27kN≤［V］2452kN；求得最大撓度為0.2mm，小于允許最大撓度41mm，綜上計(jì)算得出貝雷梁強(qiáng)度滿足要求。

3.4 承重梁I63a工字鋼驗(yàn)算

I63a 工字鋼截面力學(xué)特性如下：截面面積A=154.59cm2，慣 性 矩I=94004cm4，截 面 抵 抗 矩W=2984.3cm3，單位重121.36kg/m。

根據(jù)荷載組合分配求得承重梁I63a工字鋼最大正彎矩位于跨中Mmax=755.638kN·m，I63a工字鋼承受彎應(yīng)力σ=126.6MPa≤［σw］=145MPa；求得承重梁 I63a 工字鋼最大剪力Vmax=843.84kN，則I63a 工字鋼承受剪應(yīng)力τ=27.29MPa≤［τ］=85MPa；求得撓度 1.76mm 小于容許撓度。綜上計(jì)算得出承重梁I63a工字鋼強(qiáng)度滿足要求。

3.5 立柱Φ630mm×10mm鋼管驗(yàn)算

Φ630mm×10mm 螺旋鋼管截面力學(xué)特性：截面面積 194.68cm2，慣 性 矩 93639.592cm4，截 面 抵 抗 矩2972.7cm3，回轉(zhuǎn)半徑219mm。

根據(jù)荷載組合分配求得單根立柱承受壓力為851.1kN，求得立柱承受軸向應(yīng)力σ=43.71MPa≤［σ］=140MPa。經(jīng)驗(yàn)算，Φ630mm×10mm 螺旋鋼管強(qiáng)度滿足施工要求。

4 結(jié)束語(yǔ)

跨越既有道路的門式墩蓋梁的施工，常規(guī)施工方法很難滿足現(xiàn)場(chǎng)施工要求，采用混凝土基礎(chǔ)+鋼管立柱+貝雷梁組合支撐體系作為臨時(shí)結(jié)構(gòu)進(jìn)行跨越既有省道門式墩蓋梁的施工，解決了門式墩蓋梁自重大、跨度大、承載結(jié)構(gòu)選擇難的問題，既保障了門式墩蓋梁施工期間的安全，又能滿足既有省道正常通車的需求，此施工方法可為類似工程提供借鑒與參考。