跨高速公路现浇箱梁门洞支架设计与施工

郑灶兴

（中交第三公路工程局有限公司，北京 100020）

1 工程概况

新建津宁高速D 匝道桥D5-D9#墩上部为现浇预应力简支箱梁，孔跨结构形式为4*35m 。D6#～D7# 墩、D7#～D8#墩,分跨既有津蓟高速公路主线左右幅,匝道桥梁中心线与津蓟主线路中心线斜交，交角约为52°。D 匝道7#墩位于津蓟高速主线中央绿化带内，6#墩、8#墩位置为津蓟主线边坡外侧。预应力简支箱梁结构形式：截面类型为单箱双室截面箱梁，梁腹板局部向内侧加厚。箱梁断面尺寸：梁1.8m 高；底板7.6m 宽；腹板宽度0.7m；顶板宽10m。

2 施工方案选择

津蓟高速为天津市区连接北部地区的重要干线高速，客运、货运往来频繁，车流量大，施工过程中要随时保证通行需求。结合现场情况、D 匝道桥设计要素及交通管理部门要求，拟采取梁-柱式门洞支架方案进行施工。方案选择需同时满足以下受限条件：

2.1 门洞通行净空要求不小于5.0 米。

2.2 受匝道线路设计标高限制，满足门洞净空要求后，梁底标高至门洞顶部尺寸最低处不足1 米，门洞过梁无法采用贝雷架组合。

2.3 门洞净宽不得小于7.5 米，满足标准两车道宽度，确保两车并排顺利通行或特殊情况下超宽货物车辆通行要求。

2.4 匝道桥梁中心线与津蓟主线路中心线斜交，交角约为52°，满足门洞净宽后实际门洞过梁顺匝道桥方向跨径达到10.8 米。

为确保现浇梁施工期间津蓟高速的行车通畅及安全，方案最终确定为：对桥位跨津蓟高速路面处采用门洞支架，门洞支撑下部选用14m*1m*0.6m(长*宽*高)的砼条形基础与φ426mm 钢管立柱，立柱上部采用45a工字型钢做横梁、56c 工字型钢做纵梁，桥梁腹板下纵梁并排两根进行加密；纵梁上设碗扣支架以调整梁底标高，支架纵横向间距0.6*0.6m。普通段采用满堂支架结构。

3 门洞支架结构设计检算

3.1 荷载计算参数

梁体钢筋混凝土容重按设计图纸为2.6t/m3,(含结构钢筋、预应力钢束及混凝土)；

全桥外模采用竹胶板，按0.5KN/m2计算；

其他附加载荷包括人群机具活载、施工中的冲击载荷和风力载荷；

人群机具活载按1KN/m2；

施工中的冲击载荷按3KN/m2；

风载Wk=0.3KN/ m2。

根据《建筑施工碗扣式脚手架安全技术规范》JGJ166-2008：永久荷载的分项系数，取1.2；计算结构倾覆稳定时，取0.9。

可变荷载的分项系数，取1.4。

门洞支架结构断面形式如图1。

如图1，56c 工字钢纵梁上设碗扣支架以调整梁底标高，支架纵横向间距按0.6*0.6m 布置，受力布局常规合理，在此不再赘述模板、方木和碗扣支架立杆受力计算。重点对56c 工字钢纵梁、45a 横梁及φ426mm 钢管立柱的选型进行受力检算分析。

图1 门洞支架结构断面图

3.2 对门洞支架56c 纵向工字钢进行检算。

现浇梁与既有道路斜交520，本着受力合理、材料节省的原则，工字钢布置与现浇桥梁轴向一致，门洞条形基础净宽7.5m，工字钢实际净跨度为10.8m。纵梁工字钢上布置满堂支架，支架纵横向间距为0.6m，因此一根工字钢上有19 根支架立杆。考虑受力情况，腹板部分处纵梁并列两根工字钢，腹腔底板下部按0.6m 横向间距设单根工字钢。纵梁按单跨均布荷载进行检算。

3.2.1 腹板部分纵梁工字钢检算

a.腹板单根立杆受力检算

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

可变荷载为：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

碗扣支架立杆最大压应力：

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

b.纵向工字钢

纵向工字钢均布载荷q=22.93*19 根/10.8m=40.34KN/m (并列两根)单根工字钢所受均布载荷为40.34/2=20.17 KN/m

根据《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》JTJ 025-86

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

工字钢由弯曲产生的正应力：

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

安全系数n=[σ]/σ=1.2

工字钢的最大挠度f=5ql4/384EI=23.8mm＜[f]=L/400=27.5mm

3.2.2 顶板+底板下部纵梁工字钢检算

a.顶板+底板下部单根立杆受力检算

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

可变荷载为：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

碗扣支架立杆最大压应力：

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

b.纵向工字钢

纵向工字钢均布载荷q=9.5*19 根/10.8m=16.7KN/m

根据《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》JTJ 025-86

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

工字钢由弯曲产生的正应力：

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

安全系数n=[σ]/σ=1.5

工字钢的最大挠度f=5ql4/384EI=19.7mm＜[f]=L/400=27.5mm

3.3 横向工字钢（两根并列的45a 工字钢）

选择受力最大的箱梁实心腹板下部横向门架受力进行横梁的检算。实心腹板区域范围分布设有8 根纵向型钢分配梁，长度按11m 计算，每米124kg/m。钢管立柱横向间距2.75m。

均布载荷 q =(20.17*11*8 +1.24*11*8)/2/2/2.75=171.3KN/m （两根并列的45a 工字钢）

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

工字钢由弯曲产生的正应力：

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

安全系数n=[σ]/σ=1.28

工字钢的最大挠度f=5ql4/384EI=1.88mm＜[f]=L/400=6.9mm

3.4 对门型支架钢管立柱进行检算：

根据《钢结构设计规范》GB 50017-2003,管受压构件直径与壁厚之比不大于100，则：426mm/8=53.25＜100，满足规范要求。

钢管立柱上部受力:N=171.3*2.75=471KN

查表直径426 钢管截面积:A=1.05*10-2m2i=14.78cm

长细比:λ=l/i=5m/0.1478=33.8＜[λ]=150

查表得:ψ=0.906

稳定性：N/A=44.86N/mm2＜ψ[f]=0.906*205N/mm2

满足规范与设计要求。

4 门洞支架施工

4.1 条形基础施工

门洞支架基础采用C30 条形现浇砼基础，基础长14m×宽1m×高0.6m，基础可直接置于路面面层上，为便于拆除方便及保护现状路面，条形基础浇筑时分段设置真缝，并与路面采用油毛毡隔离。砼基础浇注前对应钢管立柱位置预埋60*60*1cm 厚钢板。

4.2 通道门洞施工

门洞钢管采用Φ426mm 钢管桩，横、纵向分配梁分别采用45a、56c 型钢，纵梁上设碗扣支架以调整梁底标高，支架纵横向间距0.6*0.6m，腹板下纵梁并排两根进行加密。门洞施工完成后，纵梁工字钢之间横向采用钢筋焊接连接成整体，并铺设竹胶板封闭工字钢之间空隙，确保门洞上部无落物至行车道上。

图3 津蓟高速门洞行车导流示意图二

4.2.1 根据通道平面位置，实测被交道的平面坐标，据此放出门洞基础轴线。

4.2.2 测出基础轴线的地面高程，据此定出基础高度、支墩高度。

4.2.3 基础顶钢板与钢管立柱采用焊接方式连接，并设置小三角钢板作为连接加劲肋，要求焊缝饱满，焊接过程中要控制好立柱垂直度。

4.2.4 吊机配合安装钢管立柱排架，立柱钢管焊接完后，安装钢管排架加劲斜撑；安装支墩横梁与钢管柱顶焊接。横梁用Ⅰ45a 型钢，根据横梁规格定出立柱高度，安装Ⅰ56c 工字钢纵向梁。

4.2.5 纵梁安装好后，在其顶上铺设10*10cm 横向分配方木，之后搭设满堂支架，底托位于方木上，用顶托调节至箱梁底部安装箱梁底模，进行箱梁施工。

4.2.6 门洞的钢管柱都涂光漆。挂文明施工提示牌。

4.3 支架预压施工

预压目的: 检验满堂支架及地基的强度及稳定性，消除整个支架的塑形变形，消除地基的沉降变形，测量出支架的弹性变形。

预压材料:支架加载预压采用砂袋法。箱梁的底腹板和翼板板铺设完成后，沙袋的总重量为箱梁自重的110%。预压范围：完成安装后，根据配重进行箱梁结构全断面预压。

预压沉降观测点设置分别于每孔梁的底模位置，底板两条边缘线的0、L/4、L/2、3L/4、L 位置，每个横断面上按左、中、右设3 个点。沉降观测采用精密水准仪观测指定点的标高并做详细记录，每相邻两次做详细的分析确定支架的稳定情况，各观测点位置支架顶拉水平线并吊线锤，锤尖下方对应位置是钢筋头，在线锤与钢筋头重合处用红油漆统一标识，每阶段预压完成都量测标识线错开的距离和水准仪观测结果进行辅助验证。整体卸载后再次对观测点进行测量以确定整体支架的非弹性变形量。

在模板上面按设计要求平放预压荷载。具体为：第一次加载值为荷载重量的50%；第二次加载值为荷载重量的80%；第三次加载至荷载重量的110%。

观察按分级及时开展，最终荷载全部加载完毕后的24 小时内沉降量平均值小于1mm 后即可视为沉降稳定，进入下一道工序。

测出两段荷载作用下支架将产生的弹性变形值及地基下沉值，将此弹性变形值、地基下沉值与施工控制中提出的因其它因素需要设置的预拱度叠加，算出施工时应道采用的预拱度，按算出的预拱度调整底模标高。

4.4 施工期间道路导流安排

根据新建D 匝道桥梁与既有道路的相对位置关系情况，可对交通导流作以下安排：

4.4.1 封闭左右幅快车道各3.75m，先施工7#墩两侧条形基础及钢管立柱安装，慢车道作为行车通道，采用彩钢板隔离防护，如图2 所示。施工期间除设置必要的交通警示标志，还应有交通安全值班员，对车流进行监控疏导，同时协调自身施工车辆进出施工区域的交通安全。

图2 津蓟高速行车导游示意图一

4.4.2 封闭硬路基区域，施工6#、8#墩侧条形基础及钢管立柱。门洞上部横纵梁安装由交管部门临时交通管制，搭设调整完成后将车流导入门洞通行，如图2。

4.4.3 箱梁砼张拉压浆完毕强度合格后，首先拆除慢车道支架，设隔离防护设施，津蓟主线车流慢车道通行；再拆除门洞及7#墩两侧支架，实现津蓟高速主线车道完全通行。

5 结论

根据本工程实践证明，在桥下净空受限情况下，门洞支架设计选用合适型钢材料能节省操作空间，也能在较大跨度范围内得以应用，施工方便、安全可靠，取得了很好的施工效果，可为类似桥梁施工提供参考借鉴。