高速公路现浇跨线桥有限净空门洞支架设计及施工技术

柯利英 韦权 梁欢

【摘要：】为解决在有限净空下进行现浇跨线桥施工的难题，文章依托工程实例，采用H型钢代替传统的贝雷梁主梁、结合盘扣支架作为桥梁纵横坡调节体系的设计方案，既能满足现浇梁浇筑的要求，又能实现已有高速公路的正常运营。

【关键词：】高速公路;现浇;跨线桥;有限净空;门洞

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0 引言

高速公路枢纽互通跨线桥施工十分常见，其既要保证已有高速公路的正常通车运营，又要有足够的桥下净空保证最高的车辆能够正常通行。在有限净空下进行现浇跨线桥的施工，施工组织相对复杂且安全风险较大。目前相关工程案例相对较多，但形成指导性解决方案的案例较少。本文通过分析不同现浇支架结构的优劣及适用性，采用H型钢主梁代替传统贝雷梁支架的结构形式，满足了桥下净空要求及跨度要求。该支架体系已成功应用于工程实例，产生了良好的社会效益及经济效益。

1 工程概况

松旺至铁山港东岸公路铁山港互通跨线桥现浇箱梁跨越合山高速公路，桥下合山高速公路路基宽度为46 m，跨线桥道路路基宽度为9 m。跨线桥设置车辆通行的门洞，沿合山高速公路方向左右幅各设置1个，每个门洞净高≥5.2 m，每跨跨径为8.75 m，净宽为8 m。

2 门洞支架结构设计

2.1 结构选型

该现浇跨线桥下方门洞不仅作为防护结构，更重要的是作为现浇梁浇筑的承重结构，因此必须有足够的强度、刚度及稳定性。门洞下构已确定为钢管立柱及混凝土条形基础，因此只需考虑门洞上部结构选型。门洞每跨跨径为8.75 m，同时要求承载能力及抗弯能力强。工程首选贝雷梁作为主梁承重，但通过计算桥下门洞净空，贝雷梁高度过高，不适合在该桥应用。通过对比工字钢和H型钢，因工字钢高宽比较大，侧向抗弯及抗倾覆能力较弱，所以选用竖向、侧向抗弯及抗倾覆能力都相对较强的H型钢作为主梁承重结构。为方便调节桥梁纵横坡及卸落支架，在H型钢承重主梁上方设置盘扣支架作为调节体系，整个结构设计为少支架组合体系，门洞立面布置见图1。

2.2 门洞支架结构设计

根据现浇箱梁的荷载分布，对结构进行深入设计：门洞支架设4排406.4 mm×10 mm钢管支撑墩，螺旋焊缝钢管上选用36a双拼工字钢作为支架横梁，横梁上方选用HM544 mm×300 mm型钢作为纵梁，梁底范围外采用HM150 mm×100 mm型钢。门洞横断面布置见图2。

门洞横梁（平行合山高速公路方向）采用36a双拼工字钢，纵梁（垂直于合山高速公路中线方向）采用HM544 mm×300 mm型钢，门洞纵梁上方铺设6 mm厚钢板作为安全防护板，每排防护板的防护宽度为高速公路范围内顺桥两侧宽度并≥3 m，在安全防护板四周焊接钢围栏，用木板或密目网进行全封闭。钢板与纵梁焊接固定好，门洞上方搭设盘扣支架，在箱梁腹板底范围内的盘扣支架横向步距为60 cm，纵向步距为1 500 cm，顶托上设12工字钢作为纵向分配梁，12工字钢上方设横桥向双钢管横向分配梁，双钢管分配梁间距为20 cm。在门洞上挂“限高5 m”交通安全提示牌和施工安全标志牌。

2.3 门洞结构验算

2.3.1 结构有限元分析验算

通过建立Midas有限元模型，对支架整体强度和刚度进行验算，支架下构为单排钢管桩易失稳，应对支架进行屈曲分析及抗倾覆整体稳定性验算。

2.3.1.1 支架结构参数

支架结构材料参数见表1。Q235钢材抗弯强度设计值取215 MPa、抗剪强度设计值取125 MPa;Q345钢材抗弯强度设计值取310 MPa、抗剪强度设计值取180 MPa;Q195钢材抗剪强度设计值取100 MPa。

2.3.1.2 支架有限元模型

支架有限元模型（见图3）各相邻结构连接方式：门洞406.4 mm×10 mm螺旋管与基础采用固接;406.4 mm×10 mm螺旋管与双36a工字钢大横梁、双36a工字钢型钢大横梁与HM544 mm×300 mm型钢纵梁、盘扣式钢管顶与12工字钢纵梁、12工字钢纵梁与48 mm×3 mm双钢管横向分配梁都采用一般弹性连接。弹性连接参数分别为SDx=1e7 kN/m;SDy=100 kN/m;SDz=100 kN/m;SRx=0 kN/m;SRy=0 kN/m;SRz=0 kN/m。

荷载施加主要考虑支架结构自重、永久荷载和混凝土荷载，可变荷载有施工机具荷载及人员荷载。

（1）自重：直接施加在结构上，分项系数取1.0。

（2）永久荷载：取值为23.53 kN/m2，以面荷载形式加载在厚15 mm的竹胶板上，分项系数取1.2，静荷载按建模的每块板单元分别加载。

（3）可变荷载：取值为4.5 kN/m2，也以面荷載形式加载在厚15 mm的竹胶板上，分项系数取1.4。

运行分析后提取结构各杆件应力、应变如表2所示。由表2可知，各结构构件在浇筑混凝土最不利工况下应力、应变均满足要求，且还有较大的安全系数。

2.3.2 门洞扩大基础承载力验算

在高速公路路面上，按基础尺寸宽75 cm、高120 cm设置C20混凝土条形基础，螺旋焊缝钢管通过法兰盘与基础连接，荷载按45°扩散，基础荷载有效作用面积为0.75×（1.2+0.406 4+1.2）=2.10 m2，地基承受的最大荷载为581.12+0.75×1.2×2.6×25=639.76 kN，则最小地基承载力要求为639.76÷2.1=304.65 kPa，即门洞地基承载力需>304.65 kPa。考虑门洞基础设置在路面上，承载力能满足要求。

3 门洞支架施工关键技术

3.1 门洞及支架施工交通组织8F6B410A-37BC-4324-AF34-8648020BCCA8

结合现场实际施工情况及施工组织计划，考虑分八个步骤进行施工交通组织，具体如下：

步骤一：封闭合山高速公路右半幅，通行车辆改道至左半幅双向双车道通行。先进行合山高速公路右幅与C匝道拼接路基施工，利用C匝道路基作为进入右幅封闭区域的入口，拆除合山高速公路右幅外侧钢护栏，然后进行位于合山高速公路中央分隔带位置的互通1号跨线桥5#墩的桩基础、下部结构施工。桩基施工前拆除中央分隔带混凝土隔离墙，迁移管线，并对管线进行有效保护。桩基和墩柱施工完成后，进行现浇箱梁位于右半幅高速公路上的安全防护棚搭设。施工内容包括安全防护棚基础施工、立柱施工、横梁和纵梁搭设、钢板防护棚铺设、限宽限高架搭设及安全警示牌设置等。

步骤二：完成高速公路右半幅安全防护棚搭设和限宽限高架搭设后，封闭临时入口，恢复合山高速公路右半幅通行，将右半幅改为双向双车道通行，封闭合山高速公路左半幅，拆除合山高速公路左幅外侧钢护栏，在合山高速公路左侧边坡外填筑一条宽6 m的施工便道进入作业区域，该条便道作为进入合山高速公路左幅封闭区域的通道。然后进行互通1号跨线桥现浇箱梁位于合山高速公路左半幅上的安全防护棚搭设和限高限宽架搭设，完成安全防护棚搭设后，封闭临时入口。

步骤三：左幅安全防护棚搭設完成后，保持左幅封闭，进行左右幅安全防护棚上方现浇箱梁支架搭设、模板铺设。

步骤四：模板铺设完成后，在左半幅交通封闭的条件下，先进行左半幅范围内桥跨的支架预压。

步骤五：左半幅支架预压完成后卸载，恢复左半幅车辆双向双车道通行，封闭右半幅，对右半幅范围内的支架进行预压。

步骤六：右半幅支架预压完成后卸载，恢复左右半幅双向四车道通行，进行钢筋安装、箱梁浇筑和桥面系施工。

步骤七：完成现浇箱梁浇筑、桥面系施工后，拆除合山高速公路路面范围的现浇支架。现浇施工支架拆除后，封闭合山高速公路左半幅，改道至右半幅双向双车道通行。拆除左半幅安全防护棚和限高限宽架，左半幅安全防护棚拆除后，恢复临时入口处波形护栏安装，恢复中央分隔带管线和绿化，清扫路面，恢复左幅车辆通行。

步骤八：封闭合山高速公路右半幅，改道至左半幅双向双车道通行，拆除右半幅安全防护棚和限高限宽架，恢复临时入口钢护栏安装，恢复合山高速公路左右幅正常通行。

3.2 门洞基础施工

C20混凝土门洞基础设置在高速公路路面上及中央分隔带内。高速公路路面上的门洞基础尺寸按长21 m、宽75 cm、高120 cm设置条形基础，经计算门洞基础地基承载力应>304.65 kPa。中央分隔带处门洞基础在施工完桩基及下构后，用级配碎石回填中央分隔带，在顶面浇筑20 cm厚C15混凝土，作为门洞基础地基，然后进行门洞基础施工。路面上的门洞基础可直接利用路面作为地基进行基础施工。门洞基础下方每隔3 m设置200 mmPVC排水管，排除路面积水。

3.3 门洞立柱及支架搭设

门洞立柱采用406.4 mm×10 mm钢管，门洞基础上预埋16 mm×750 mm×750 mm钢板作为法兰盘，预设螺杆便于门洞基础与螺旋焊缝钢管连接。钢管立柱柱脚大样见图4。在每根螺旋焊缝钢管上、下面焊接16 mm×750 mm×750 mm钢板作为法兰盘，便于与门洞基础和工字钢横梁连接。

横向用[14槽钢进行斜撑。门洞立柱顶上面设置双拼36a工字钢作为支架横梁（平行高速公路方向），在横梁上面设置HM544 mm×300 mm型钢作为纵梁（垂直于高速公路中线方向）。门洞纵梁上方铺设6 mm厚钢板作为安全防护板，钢板与纵梁焊接固定好，上方搭设盘扣支架，支架顶托上设置纵向12号工字钢，工字钢上方铺设横向双钢管分配梁。在双钢管分配梁上放置1.5 cm厚竹胶合板，通过骑马螺栓及山形扣连接。

3.4 门洞限宽限高架搭设

在进行门洞施工的同时进行门洞限宽限高架施工。限高限宽架搭设在门洞前后方，距离门洞至少100～150 m。门洞限宽限高架采用门式结构，净宽为8 m，净高为5.1 m，基础采用长60 cm、宽60 cm、高120 cm的C20混凝土基础。在基础上预埋14 mm厚钢板，M30地脚螺栓。立柱采用168 mm×8 mm热轧无缝钢管，横杆采用双排60 mm×3.5 mm热轧无缝钢管。横杆间采用48 mm×3 mm热轧无缝钢管连接，立柱与基础间采用法兰盘连接，钢管间采用坡口焊焊接，立杆上涂黑黄相间的醒目条纹标志，条纹宽为20 cm，条纹方向垂直于立杆轴线，立杆设置斜杆支撑。

4 结语

高速公路现浇跨线桥施工错综复杂，一方面需要考虑门洞支架结构自身承重现浇混凝土的能力，需要满足强度、刚度和稳定性的要求;另一方面需要考虑已有高速公路的车辆正常运行，还要考虑桥下门洞净空及跨度的要求。通常跨度跟净空是存在相互矛盾的，要实现大跨度又得满足净空要求，承重主梁高度就不能过高，同时还需要考虑主梁的纵向及侧向刚度问题。本文通过合理比对及结构验算，采用H型钢作为承重主梁较为经济合理，既能满足跨度要求，又能满足净空要求。

这类工程还涉及在运营高速公路施工，风险很大，需要做好门洞及支架施工交通组织工作，门洞支架需严格按照相关规范设计尺寸，净高净空是关键把控点，应增设警示标识，避免发生安全事故。

参考文献：

[1]杜永清.上跨既有高速公路现浇连续箱梁门洞支架施工技术[J].科学之友，2011（5）：70-73.

[2]张育绮.高速公路跨既有线现浇连续箱梁门洞支架施工技术[J].长春工程学院学报（自然科学版），2018，19（1）：21-25.

[3]赵建民.大跨度大面积贝雷梁门洞支架体系设计与应用[J].施工技术，2017，46（S1）：394-399.

[4]郭成刚.跨高速公路现浇连续箱梁门洞支架设计及检算[J].山西建筑，2015，41（1）：179-182.

[5]梁朝安，欧阳平文，刘玉涛，等.大跨径门洞支架设计与施工技术[J].施工技术，2014，43（S2）：223-226.

[6]唐 英.现浇箱梁满堂支架大跨径通行门洞设计研究[J].科学技术创新，2021（5）：138-139.

[7]李向阳.跨高速桥梁大跨径低空间承重钢支架施工技术的选择与应用[J].绿色环保建材，2016（10）：86.

[8]李 杨.跨公路连续梁支架设计与计算分析[J].交通世界，2020（11）：121-122，125.

[9]王 宁.桥梁大跨径门洞支架的设计及施工[J].铁道勘察，2019，45（3）：104-108.8F6B410A-37BC-4324-AF34-8648020BCCA8