跨路混凝土现浇箱梁门洞的设计与施工

廉维国

（中铁十八局集团第五工程有限公司，天津 300451）

1 工程概况

港塘路天津大道立交工程跨既有线津沽公路与津沽公路交叉部位有主线左右幅14#～15#墩位，跨度为24m，为普通现浇箱梁，梁高1.5m，与津沽路交叉里程为津沽K43+750；Z1匝道与津沽公路交叉区域为4#～5#墩位，跨度为33m，为预应力现浇箱梁，梁高1.75m，与津沽路交叉里程为津沽K43+900；Z2匝道与津沽路交叉区域为7#～8#墩位，跨度为30m，为预应力现浇箱梁，梁高1.75m，与津沽路交叉里程为津沽K43+600。

2 门洞支架的设计与受力计算

2.1 门洞支架设计

津沽公路作为货运重要通道，车流量很大，在施工时需要保持通行状态，连续梁过路部分采用混凝土条形基础上螺旋钢管支架工字钢的组合方式跨越津沽公路。跨越津沽公路现浇箱梁门洞设置原则，保证津沽公路通行的顺畅性。经现场调查及工程本身的特点以及交管部门的要求，决定每个过路部位的门式支架设置两个门洞，每个门洞净宽为7m，限高4.8m。门洞基础采用混凝土条形基础，条形基础高宽均为1.0m，采用C20混凝土进行浇筑。混凝土条形基础布置如图1所示（以Z2匝道布置为例）：

支墩均采用φ600钢管柱，柱间距为2m，钢管柱采用焊接的形式固定在预埋在混凝土基础内的钢板上。钢管柱顶设置40cm高沙箱（由于梁底与现状路之间的净空较低，为保证限高要求，支架的横梁与箱梁底模之间只能铺设两层方木，为保证后续架子的拆除，此处设置沙箱用作拆除支架时调节高度），沙箱顶设置I40b双拼工字钢，长度12m，工字钢间采用焊接形式进行固定。I40b双拼工字钢顶设置I40b工字钢作为纵梁，工字钢长9m。纵梁顶上两层方木，横向15cm×15cm，净间距为0.15m；纵向10cm×10cm，净间距为0.2m。方木顶上铺设箱梁底模板。

图1 混凝土条形基础平面布置

2.2 受力计算

2.2.1 荷载计算

箱梁结构每延米荷载计算：

（1）梁体自重计算（按Z1匝道4#～5#跨计算）。

选用靠墩柱处箱梁截面作为危险截面，该危险截面面积S=4.55m2，混泥土容重取25kN/m，则在门洞上的桥梁荷载每延米箱梁自重为G砼=118.3kN/m（如图2所示）。

图2 Z1箱梁最危险截面

（2）模板计算。

箱梁底模、翼缘板模板均采用1.5cm厚木胶板，侧模采用定制钢模，平均每延米400kg/m。现浇箱梁顶宽为7.76m，箱梁底宽3.52m，主要受力范围为翼缘板下5.73m范围内；箱梁腹板周长为6.15m；箱梁木模外缘长为5.26m；2个门洞净宽均为6m。模板容重为7.5kN/m3。经计算每延米模板自重为G模板=5.28kN/m。

（3）方木计算（密度取7.5kN/m3）。

经计算纵梁顶上方木每延米总重为G方木=6.5kN/m。

（4）施工人员、施工料具运输、堆放荷载计算。

由《路桥施工计算手册》查得，以上荷载取2.5kPa，经计算每延米的堆放荷载G人机料=20kN/m。

（5）倾倒混凝土时产生的冲击荷载计算。

由《路桥施工计算手册》查得，该均布荷载取2.0kPa，每处作用面积按1.0m2计，则此处倾倒混凝土的集中荷载F1=1×2.0=2.0kN。

（6）振捣混凝土产生的荷载计算。

由《路桥施工计算手册》查得，该均布荷载取2.0kPa，振捣作用半径按0.5m计，则此处振捣棒产生的集中荷载为F2=1.6kN，则验算截面的集中荷载F=F1+F2=3.6kN。

2.2.2 纵梁验算

由于桥梁走向与津沽路之间属于斜交，本着受力合理原则，工字钢在满足受力的情况下，尽量与桥的方向一致，所以净宽为7m的门洞工字钢的净距为8m，采用长度为12m的I40b工字钢作为纵梁（如图3所示）。

图3 纵梁受力简图

I40b工字钢自重q工字钢=0.738kN/m，查型钢表可知I40b工字钢的惯性矩IX=2.278×108mm4，截面抵抗矩WX=1140cm3，腹板厚度δ=12.5mm，IX/SX=33.6cm。

（1）强度验算。

作用在工字钢上的线荷载（此处安全系数取1.2）

作用在工字钢上的集中荷载为

最大弯矩：

线荷载q产生的弯矩M1=ql2/8=180.83×82/8=1446.67kN·m

集中荷载F产生的荷载M2=Fl/4=3.6×8/4=7.2kN·m

设满足以上应力需要工字钢的数量为n，则n=σ/［σW］=1275.3MPa/145MPa=8.8（根）（式中σW为弯曲容许应力，经查路桥计算手册可得σW=145MPa）。

由上式可知，底板5.73m范围内有8.8根工字钢即可满足应力要求，则工字钢在均匀布置的情况下间距为5.73/8.8=0.65m。

为提高安全系数，箱梁底板工字钢布置间距为0.6m。

（2）刚度验算。

工字钢每0.6m一根时，箱梁底板共布置11根。则每根工字钢上的线荷载为q1=q/11=180.83/11=16.4kN/m，

满足要求。

主线桥计算方式同上，经计算箱梁底板工字钢每1.2m一根就能满足要求。

2.2.3 分配梁受力检算

分配梁采用双拼I40b工字钢，长度12m，工字钢顶上采用1cm厚、30cm宽、12m长钢板进行横向锁结。

I40b工字钢自重q工字钢=73.8kg/m，惯性矩IX=22780cm4，截面抵抗矩WX=1140cm3，腹板厚度δ=12.5mm，IX/SX=33.6cm。

钢管柱间距为2m，在梁底板5.73m范围内计算工字钢受力情况，计算方式同上，经计算分配梁满足要求。

2.2.4 钢管支墩结构受力检算

取中墩上钢管柱做检算（因为2个门洞有一半的上部荷载均作用于中墩处）：钢管柱高3m在容许长细比范围内。

此处只需验算匝道即可，中间钢管支墩承受上部传来的荷载

单根Φ600×10mm钢管承受荷载N=1448.44kN/4根=362.11kN

钢管稳定性计算模型为一端固结一端自由。经查询塘沽本地100年内最大风力为0.6kN/m2，钢管惯性矩Ix=80675.313cm4，截面面积A=185.354cm2，l=350cm，截面抵抗矩W=π（D4-d4）/32D=2687.8138cm3，长细比λ=l0/i；i=（I/A）1/2；l0=ul；u=2（u为长度因数），故λ=700/20.86=33.5＜150（受压杆件的柱结构容许长细比为150）稳定性符合要求。

由λ查轴心受压杆件的稳定系数表

稳定性符合要求。

2.2.5 基础检算

以2#混凝土基础为例。基础长31m，宽1m，高1.2m。

采用钢筋混凝土条形基础，承受上部传来的荷载产生的压强为：

钢管自重

混凝土条形基础自重

津沽公路路面与地基基础能满足施工要求。

3 支架施工

3.1 条形基础地基处理

由于门洞宽度的需要，条形一部分要处在路肩部位，占用路肩部位宽约50cm。需将路缘石拆除后清除路肩处表面素土，清除至路基结构层回填山皮土。为保证地基稳定性，回填区域以路面边缘为基准向外扩张2m，回填区域分层逐级压实，每层25cm。处理方式见图4。

图4 津沽路路肩基础处理方式

为保证施工后钢管柱结构安全，门洞基础边缘与钢管柱边缘保证一定的安全距离，以防止车辆撞到钢管柱，条形基础端距第一根钢管柱距离为1m。同时，在门洞基础两侧安置防撞砂桶，以保证门洞的安全性。

门洞基础定位采用坐标定位法，即门洞设计完成后，在桥梁平面布置图上标明门洞位置，并查出各点坐标，门洞施工前按照坐标定位基础，以保证门洞基础位置的准确性。

条形基础模板采用木胶板，采用10cm×10cm方木作竖向背肋，间距30cm，采用普通钢管双拼作为横向背肋，设置上中下3道，并设置对拉丝上中下3道，间距60cm。浇筑混凝土前将钢筋骨架按配筋图绑扎完毕和钢管柱基础的预埋钢板（如图5）水平固定。混凝土浇筑时，采用插入式振捣棒进行振捣。

图5 预埋钢板示意图

3.2 钢管柱安装

在条形基础施工完毕后即进行钢管柱的安装。钢管柱采用吊车进行安装，采用焊接形式，将钢管柱焊接到预埋钢板，安装时为保证钢管柱的垂直度，安装过程要用水平尺进行控制（具体焊接方式见图6）。为保证钢管柱的稳定性，钢管柱之间采用10槽钢焊接剪刀撑进行加固连接。

在钢管柱安装完毕后，施工门洞上部沙桶、双拼工字钢以及I40b工字钢等。沙桶与钢管柱之间以及双拼工字钢与沙桶之间均采用焊接形式固定（见图7）。

3.3 安放工字钢

纵向工字钢采用I40b工字钢，工字钢与条形基础垂直放置。由于工字钢的搭设与桥梁走向有一定的夹角，所以在安装工字钢前统一按照计算书中的计算长度在工字钢中精确标出标出，并留有明显痕迹，工字钢的间距在双拼工字刚上由桥梁中点向桥梁边排布，用记号笔将间距标出。用25t吊车进行吊装，在安装时将I40b工字钢上标记与双拼工字上的标记相对应，既保证了工字钢之间的间距，也保证了工字钢有效的工作长度。

图6 钢管柱与预埋钢板焊接示意图

图7 沙桶及双拼工字钢结构图

3.4 支架预压

支架预压的目的：检查支架的安全性，确保施工安全。消除地基非弹性形变和支架非弹性形变的影响，有利于桥面线形控制。本工程拟按跨段分段预压法进行预压，预压方法依据箱梁砼重量分布情况，在搭好的支架上的堆放砂袋，重量不小于箱梁自重的1.2倍。施工前，每袋砂石按标准重进行分包准备好，然后用汽车吊进行吊装就位，并按箱梁结构形式合理布置砂袋数量。

（1）加载顺序：分3级加载，第1、2次分别加载总重的30%，第3次加载总重40%。

（2）预压观测：观测位置设在每跨的L/2，L/4处及墩部处，每组分左、中、右3个点。在点位处固定观测杆，以便于沉降观测。

采用水准仪进行沉降观测，布设好观测杆后，加载前测定出其杆顶标高。第1次加载后，每2h观测一次，连续两次观测沉降量不超过3mm，或沉降量为0时，进行第2次加载，按此步骤，直至第3次加载完毕。第3次加载沉降稳定后，可进行卸载。

支架日沉降量不得大于2.0mm（不含测量误差），一般梁跨预压时间为3d。卸压完成后，要再次复测各控制点标高，以便得出支架和地基的弹性形变量（等于卸压后标高减去持荷后所测标高），用总沉降量（即支架持荷后稳定沉降量）减去弹性形变量为支架和地基的非弹性形变（即塑性变形）量。预压完成后，要根据预压成果通过可调顶托调整支架的标高。

（3）卸载：人工配合吊车吊运砂袋均匀卸载，卸载的同时继续观测。卸载完成后记录好观测值以便计算支架及地基综合形变。根据观测记录，整理出预压沉降结果，调整箱梁底板及悬臂的预拱高度。

4 结束语

本工程实例的跨线桥施工，采用钢管柱支架工字钢的支架形式，门洞支架的设计得当，力学计算普遍，施工简单，且安全可靠，成效明显，对类似工程的施工有借鉴意义。

［1］ 周水兴，何兆益，邹毅松. 路桥施工计算手册［M］.北京：人民交通出版社，2001.

［2］JTG/T F50－2011. 公路桥涵施工技术规范［S］.

［3］ 江正荣，朱国梁. 简明施工手册（4版）［M］.北京：中国建筑工业出版社，2016.