跨干線公路低凈空現澆梁門洞支架設計及應用

王猛WANG Meng

（上海公路橋梁（集團）有限公司，上海 200433）

0 引言

現澆箱梁廣泛地應用于大跨度、多孔橋梁的設計之中[1，2]，現澆箱梁一般采用滿堂式支架法施工[3]，滿堂支架法在保安全、保質量、提效率等方面均有突出的優勢[4]。但在現澆箱梁跨越道路的情況下，要求在現澆箱梁的施工過程中保證既有道路的交通通暢和交通安全，現澆箱梁采用常規滿堂式支架法不可行[5]。該情況一般可采用門洞支架法或者對原有道路進行改道解決[6]。對于車流量大、重型車輛通行較多的干線公路，采用門洞支架具有一定的風險，而對原有道路改道成本較高[7]。因此，本文結合安陽至羅山高速公路項目主線跨省道310 橋工程，對門洞支架結構及施工方式進行了優化，文中詳細地闡明了支架設計、施工及交通組織要點，為類似的跨干線公路低凈空現澆梁工程施工提供參考。

1 工程概況

安羅高速魏丘互通主線跨S310 橋與310 省道交叉，交角50°。橋梁起點至終點樁號為K116+679-K116+964，全長285m，分為左右兩幅結構。左幅橋梁寬度為21.598米至23.645m，右幅橋梁寬度為27.459m 至33.117m。跨越310 省道處設置一聯（30+45+30）現澆預應力混凝土連續箱梁，采用門洞支架與滿堂支架相結合的方式施工。本橋現澆梁高度2.4m，橋下凈空5.45m。

被交道310 省道為二級公路，雙車道，設計時速60公里/小時，路基寬24m，路面寬15m，瀝青混凝土路面。安羅高速魏邱互通處計劃將原310 省道加寬為一級公路，路基加寬至25.5m，路面加寬至24m，加寬段總長為1506m。

2 門洞支架方案選擇

為確保項目施工進度，并為后期現澆梁橋面施工提供便利，經研究決定，在省道拼寬施工之前，先行實施跨省道現澆梁施工。現場情況如圖1 所示。對于跨公路區域之外，根據地質條件、材料費用等因素，決定采用盤扣支架搭設。為保證既有公路通行，在現澆梁跨越既有公路區域，需設置門洞，且門洞凈空至少為5m，寬度最小為3.75m。根據現場情況，由于橋下凈空有限，門洞支架無法采用鋼管支墩與貝雷梁縱梁結合的形式，因此最終選定鋼管支墩配合工字鋼縱梁的方案。

圖1 主線與被交道交叉處現場情況

3 門洞支架設計及驗算

3.1 支架結構形式

支架立柱采用φ426×10mm 鋼管，間距為3m。支架順橋向設五排支墩，每排9 個鋼管立柱，鋼管通過預埋在混凝土基礎內的預埋鋼板進行固定；柱頂順橋向設置雙40a工字鋼橫梁；橫梁頂設30b 工字鋼縱梁，間距為60cm，現澆梁腹板下方間距縮短至15cm；縱梁上鋪設8.5cm×8.5cm方木，間距為20cm；方木上鋪設竹膠板，厚度1.5cm；支架在梁邊處搭設施工平臺。支架斷面如圖2 所示。

圖2 支架斷面圖

3.2 門洞支架驗算

3.2.1 設計荷載

①梁體混凝土容重取26kN/m3，計算時將支架縱梁所受荷載分為現澆箱梁翼緣板、箱室及腹板三類區域，翼緣板下縱梁承受荷載5.6kN/m，箱室下縱梁承受荷載9.4kN/m，腹板下縱梁承受荷載4.8kN/m。②振搗荷載q振搗=2kN/m2。③施工荷載q施工=3kN/m2。④模板荷載q模板=2.5kN/m2。⑤恒載安全系數取1.2，活載安全系數取1.4。

3.2.2 材料特性

魏邱互通主線跨S310 橋門洞支架橫梁、縱梁及立柱等鋼構件的屈服強度均為235MPa。混凝土條形基礎強度為C30。

3.2.3 支架驗算

采用有限元軟件MIDAS/Civil 建模計算。模型中工字鋼橫梁、工字鋼縱梁、鋼管立柱設為梁單元。縱梁與橫梁間設為彈性連接，橫梁與鋼管立柱設為剛性連接，鋼管底部按固定支座設置。模型如圖3 所示。

圖3 支架模型圖

①縱梁計算。縱梁選用工30b，最大跨度6.2m。模擬結果如圖4 所示。縱梁最大組合應力148.6MPa，最大彎曲應力σmax=145.8MPa，最大剪應力τmax=36.65MPa；均滿足設計要求[σ]≤190MPa，[τ]≤110MPa。通過仿真計算可得，縱梁受到的最大撓曲值fmax=6.48mm，[f]≤6200/400=15.5mm，滿足設計要求。

圖4 縱梁應力云圖

②承重橫梁計算。承重橫梁規格為工40a，跨度3m。模擬結果如圖5 所示。承重橫梁最大組合應力137.1MPa，最大彎曲應力σmax=134.2MPa，最大剪應力τmax=59.3MPa；均滿足設計要求[σ]≤190MPa，[τ]≤110MPa。通過仿真計算可得，縱梁受到的最大撓曲值fmax=2.12mm，[f]≤3000/400=7.5mm，滿足設計要求。

圖5 橫梁應力云圖

③鋼管立柱計算。鋼管規格φ426×10mm，高度3.5m。模擬結果如圖6 所示。立柱截面積0.0131m2，最大反力876kN，最大組合應力98.2MPa，滿足設計要求。

圖6 鋼管立柱應力云圖

根據鋼結構設計規范，穩定系數φX=0.957，穩定性驗算：

綜上，鋼管立柱的強度及穩定性滿足規范要求。

④基礎計算。立柱基礎寬1m、高0.8m。模擬結果顯示，立柱所受最大反力為876kN。立柱底部設置方形鋼板，鋼板尺寸為0.6×0.6m，荷載經鋼板傳遞至基礎。荷載在基礎內按照45°角傳遞，基礎底面受力區域寬1m，長2.2m。經計算，基底平均應力398.2kPa。基礎下方為既有公路，承載力實測為650kPa 以上，滿足要求。

4 門洞支架施工及交通組織

4.1 門洞支架施工

門洞支架施工流程如圖7 所示。

圖7 門洞支架施工工藝流程

4.1.1 支架基礎施工

門洞基礎材料為C30 混凝土，其規格為長26m、寬1m、高0.8m。基礎在專用預制場地分段加工制作。施工過程中，提前埋設預埋鋼板，確保基礎軸線與鋼板軸線位于同一直線上。門洞基礎依托現有省道瀝青路面，安裝時采用運輸車將混凝土基礎運送至門洞場地并進行吊裝，吊裝前對瀝青路面基底進行細砂調平。

4.1.2 安裝鋼管立柱及橫梁

鋼管立柱選用φ426×10mm 鋼管。立柱通過吊車吊裝，焊接于預埋鋼板上。相鄰立柱通過加裝斜撐的方式進行連接，以增強其穩定性。為確保立柱安裝速度及精度，同一排鋼管立柱安裝時，先安裝兩端的兩根立柱，采用水平尺測量以確保其垂直度。在已經安裝好兩根立柱底部及頂部拉線，用于控制其余立柱安裝精度。立柱頂設有砂筒，采用焊接方式固定在立柱頂部。橫梁選用雙拼工40a，采用地面連接，整體吊裝的方式進行安裝，安裝過程中，需確保位置精確，盡量減小偏差，降低立柱的偏心受壓。橫梁如需接長，接頭位置應設在鋼管立柱頂部中心處。

4.1.3 安裝工字鋼縱梁

縱梁分為四跨，選用30b 型工字鋼。縱梁采用在地面加工成型，單根吊裝的方法逐跨進行施工。縱梁與橫梁采用焊接方式進行連接，在縱梁與橫梁交叉點處，放置楔形塊調節縱梁坡度，并使縱橫梁連接緊密。安裝重點為現澆箱梁腹板下方的縱梁，安裝時測量員需在橫梁上放樣出現澆梁腹板下方的縱梁位置。腹板下方縱梁放樣后，可依據圖紙設計的縱梁間距，采用卷尺放樣出箱梁箱室及翼緣板下方縱梁位置。

4.1.4 安裝模板及方木

縱梁上橫橋向設8.5cm×8.5cm 方木，方木間距20cm。翼板處方木由設置在縱梁之上的鋼管支架支撐，方木安裝完畢后，檢查方木間距，檢查合格方可鋪設底模。

4.1.5 現澆梁主體工程施工

箱梁采用二次澆筑成型,第一次澆筑底板及腹板，第二次澆筑剩余部分。澆筑結合面需進行鑿毛、清洗,以保證結合面強度。在第二次澆筑前將護欄鋼筋、泄水孔等預埋件安裝到位。養生采用土工布覆蓋灑水養生，養生時間不少于7 天。

4.1.6 模板及支架拆除

與交警配合展開交通管制，占用半幅兩車道作為施工區域，另外半幅車道保持通車。在交通管制后，安排叉車托舉頂部縱向分配梁將其移出門洞，在門洞外側設置一臺吊機設備，負責吊裝工字鋼、立柱等起重工作，把材料全部轉移到門洞外側，在立柱開始拆除時，采用叉車托舉立柱頂部橫向工字鋼將其連帶立柱整體移出門洞。所有拆除工序結束后，恢復道路的正常通行。

4.2 交通組織

針對新建橋梁與既有道路的相對位置關系，對交通導流作出如下安排：施工前，協同相關單位及廣播電臺等相關部門，開展交通調流準備工作，派專人負責與交叉路段相關部門的聯絡。確保交通安全標志、安全防護用品、圍擋等安全保障物資提前充足準備。對所有上路的施工器具進行事先調試，保障施工機具的正常運轉。

在各主要路口設立交通標識，提醒前方施工信息，以減少施工對道路交通的影響，并在路口擺放交通引導牌。道路兩側分別設立管控區域，管控區劃分為六個部分。如圖8 所示。

圖8 交通組織示意圖

警告區及緩沖區設限高架，并在其上安裝夜間警示標志和照明設施。限速控制在20 公里/小時，同時在警告區內持續提示前方限高4.5m。上游過渡區和緩沖區的布置如圖8 所示。在門洞支架前方設置防撞桶、警示燈等前方限寬、限高標志。工作區門洞支架內部5m 間距布置照明燈，以確保夜間行駛的安全。

5 支架變形觀測

為了監測門洞支架在應用過程中的穩定性，在進行現澆梁澆筑之前，需在門洞支架上設置支架變形監測點。監測點的布置遵循以下規定：沿混凝土結構縱向，每排鋼管支墩頂部設置一個監測斷面，共設置5 處監測斷面；每個監測斷面上的監測點數量為9 個，呈對稱布置；在底模上按照上述原則布置監測點后，在底模監測點的投影面上，即支架底部地面上增設監測點。澆筑過程中變形監測數據如表1 所示。

表1 澆筑過程中門洞支架變形數據

根據表1 的數據，可知在現澆梁澆筑完成后，門洞支架的最大豎向位移發生在跨中的支墩處，其位移值為1.14mm，數值符合安全及規范的要求。門洞支架的豎向位移在不同的施工階段有所變化，澆筑后的6 小時內，位移變化速率較大，隨著時間的推移逐漸減小。因此，在施工初期，應加強對門洞支架的檢查，如有必要，可以對門洞支架跨中處的鋼管支墩進行加固，以確保施工的安全性。

6 結語

本文以安陽至羅山高速公路項目魏邱互通主線跨S310 橋施工為工程背景，依據有限元軟件，對門洞支架的整體結構進行建模及驗算分析，對跨干線公路低凈空現澆梁鋼棧橋門洞支架的設計、施工方案等方面進行了闡述。通過有限元軟件計算分析，魏邱互通主線跨S310 橋門洞支架結構各項力學性能符合規范要求。結合實際支架施工、后續使用及變形觀測情況分析，該類型門洞支架施工便捷、使用安全可靠，具備推廣應用于跨公路段現澆梁支架的潛力。