跨干线公路低净空现浇梁门洞支架设计及应用

王猛WANG Meng

（上海公路桥梁（集团）有限公司，上海 200433）

0 引言

现浇箱梁广泛地应用于大跨度、多孔桥梁的设计之中[1，2]，现浇箱梁一般采用满堂式支架法施工[3]，满堂支架法在保安全、保质量、提效率等方面均有突出的优势[4]。但在现浇箱梁跨越道路的情况下，要求在现浇箱梁的施工过程中保证既有道路的交通通畅和交通安全，现浇箱梁采用常规满堂式支架法不可行[5]。该情况一般可采用门洞支架法或者对原有道路进行改道解决[6]。对于车流量大、重型车辆通行较多的干线公路，采用门洞支架具有一定的风险，而对原有道路改道成本较高[7]。因此，本文结合安阳至罗山高速公路项目主线跨省道310 桥工程，对门洞支架结构及施工方式进行了优化，文中详细地阐明了支架设计、施工及交通组织要点，为类似的跨干线公路低净空现浇梁工程施工提供参考。

1 工程概况

安罗高速魏丘互通主线跨S310 桥与310 省道交叉，交角50°。桥梁起点至终点桩号为K116+679-K116+964，全长285m，分为左右两幅结构。左幅桥梁宽度为21.598米至23.645m，右幅桥梁宽度为27.459m 至33.117m。跨越310 省道处设置一联（30+45+30）现浇预应力混凝土连续箱梁，采用门洞支架与满堂支架相结合的方式施工。本桥现浇梁高度2.4m，桥下净空5.45m。

被交道310 省道为二级公路，双车道，设计时速60公里/小时，路基宽24m，路面宽15m，沥青混凝土路面。安罗高速魏邱互通处计划将原310 省道加宽为一级公路，路基加宽至25.5m，路面加宽至24m，加宽段总长为1506m。

2 门洞支架方案选择

为确保项目施工进度，并为后期现浇梁桥面施工提供便利，经研究决定，在省道拼宽施工之前，先行实施跨省道现浇梁施工。现场情况如图1 所示。对于跨公路区域之外，根据地质条件、材料费用等因素，决定采用盘扣支架搭设。为保证既有公路通行，在现浇梁跨越既有公路区域，需设置门洞，且门洞净空至少为5m，宽度最小为3.75m。根据现场情况，由于桥下净空有限，门洞支架无法采用钢管支墩与贝雷梁纵梁结合的形式，因此最终选定钢管支墩配合工字钢纵梁的方案。

图1 主线与被交道交叉处现场情况

3 门洞支架设计及验算

3.1 支架结构形式

支架立柱采用φ426×10mm 钢管，间距为3m。支架顺桥向设五排支墩，每排9 个钢管立柱，钢管通过预埋在混凝土基础内的预埋钢板进行固定；柱顶顺桥向设置双40a工字钢横梁；横梁顶设30b 工字钢纵梁，间距为60cm，现浇梁腹板下方间距缩短至15cm；纵梁上铺设8.5cm×8.5cm方木，间距为20cm；方木上铺设竹胶板，厚度1.5cm；支架在梁边处搭设施工平台。支架断面如图2 所示。

图2 支架断面图

3.2 门洞支架验算

3.2.1 设计荷载

①梁体混凝土容重取26kN/m3，计算时将支架纵梁所受荷载分为现浇箱梁翼缘板、箱室及腹板三类区域，翼缘板下纵梁承受荷载5.6kN/m，箱室下纵梁承受荷载9.4kN/m，腹板下纵梁承受荷载4.8kN/m。②振捣荷载q振捣=2kN/m2。③施工荷载q施工=3kN/m2。④模板荷载q模板=2.5kN/m2。⑤恒载安全系数取1.2，活载安全系数取1.4。

3.2.2 材料特性

魏邱互通主线跨S310 桥门洞支架横梁、纵梁及立柱等钢构件的屈服强度均为235MPa。混凝土条形基础强度为C30。

3.2.3 支架验算

采用有限元软件MIDAS/Civil 建模计算。模型中工字钢横梁、工字钢纵梁、钢管立柱设为梁单元。纵梁与横梁间设为弹性连接，横梁与钢管立柱设为刚性连接，钢管底部按固定支座设置。模型如图3 所示。

图3 支架模型图

①纵梁计算。纵梁选用工30b，最大跨度6.2m。模拟结果如图4 所示。纵梁最大组合应力148.6MPa，最大弯曲应力σmax=145.8MPa，最大剪应力τmax=36.65MPa；均满足设计要求[σ]≤190MPa，[τ]≤110MPa。通过仿真计算可得，纵梁受到的最大挠曲值fmax=6.48mm，[f]≤6200/400=15.5mm，满足设计要求。

图4 纵梁应力云图

②承重横梁计算。承重横梁规格为工40a，跨度3m。模拟结果如图5 所示。承重横梁最大组合应力137.1MPa，最大弯曲应力σmax=134.2MPa，最大剪应力τmax=59.3MPa；均满足设计要求[σ]≤190MPa，[τ]≤110MPa。通过仿真计算可得，纵梁受到的最大挠曲值fmax=2.12mm，[f]≤3000/400=7.5mm，满足设计要求。

图5 横梁应力云图

③钢管立柱计算。钢管规格φ426×10mm，高度3.5m。模拟结果如图6 所示。立柱截面积0.0131m2，最大反力876kN，最大组合应力98.2MPa，满足设计要求。

图6 钢管立柱应力云图

根据钢结构设计规范，稳定系数φX=0.957，稳定性验算：

综上，钢管立柱的强度及稳定性满足规范要求。

④基础计算。立柱基础宽1m、高0.8m。模拟结果显示，立柱所受最大反力为876kN。立柱底部设置方形钢板，钢板尺寸为0.6×0.6m，荷载经钢板传递至基础。荷载在基础内按照45°角传递，基础底面受力区域宽1m，长2.2m。经计算，基底平均应力398.2kPa。基础下方为既有公路，承载力实测为650kPa 以上，满足要求。

4 门洞支架施工及交通组织

4.1 门洞支架施工

门洞支架施工流程如图7 所示。

图7 门洞支架施工工艺流程

4.1.1 支架基础施工

门洞基础材料为C30 混凝土，其规格为长26m、宽1m、高0.8m。基础在专用预制场地分段加工制作。施工过程中，提前埋设预埋钢板，确保基础轴线与钢板轴线位于同一直线上。门洞基础依托现有省道沥青路面，安装时采用运输车将混凝土基础运送至门洞场地并进行吊装，吊装前对沥青路面基底进行细砂调平。

4.1.2 安装钢管立柱及横梁

钢管立柱选用φ426×10mm 钢管。立柱通过吊车吊装，焊接于预埋钢板上。相邻立柱通过加装斜撑的方式进行连接，以增强其稳定性。为确保立柱安装速度及精度，同一排钢管立柱安装时，先安装两端的两根立柱，采用水平尺测量以确保其垂直度。在已经安装好两根立柱底部及顶部拉线，用于控制其余立柱安装精度。立柱顶设有砂筒，采用焊接方式固定在立柱顶部。横梁选用双拼工40a，采用地面连接，整体吊装的方式进行安装，安装过程中，需确保位置精确，尽量减小偏差，降低立柱的偏心受压。横梁如需接长，接头位置应设在钢管立柱顶部中心处。

4.1.3 安装工字钢纵梁

纵梁分为四跨，选用30b 型工字钢。纵梁采用在地面加工成型，单根吊装的方法逐跨进行施工。纵梁与横梁采用焊接方式进行连接，在纵梁与横梁交叉点处，放置楔形块调节纵梁坡度，并使纵横梁连接紧密。安装重点为现浇箱梁腹板下方的纵梁，安装时测量员需在横梁上放样出现浇梁腹板下方的纵梁位置。腹板下方纵梁放样后，可依据图纸设计的纵梁间距，采用卷尺放样出箱梁箱室及翼缘板下方纵梁位置。

4.1.4 安装模板及方木

纵梁上横桥向设8.5cm×8.5cm 方木，方木间距20cm。翼板处方木由设置在纵梁之上的钢管支架支撑，方木安装完毕后，检查方木间距，检查合格方可铺设底模。

4.1.5 现浇梁主体工程施工

箱梁采用二次浇筑成型,第一次浇筑底板及腹板，第二次浇筑剩余部分。浇筑结合面需进行凿毛、清洗,以保证结合面强度。在第二次浇筑前将护栏钢筋、泄水孔等预埋件安装到位。养生采用土工布覆盖洒水养生，养生时间不少于7 天。

4.1.6 模板及支架拆除

与交警配合展开交通管制，占用半幅两车道作为施工区域，另外半幅车道保持通车。在交通管制后，安排叉车托举顶部纵向分配梁将其移出门洞，在门洞外侧设置一台吊机设备，负责吊装工字钢、立柱等起重工作，把材料全部转移到门洞外侧，在立柱开始拆除时，采用叉车托举立柱顶部横向工字钢将其连带立柱整体移出门洞。所有拆除工序结束后，恢复道路的正常通行。

4.2 交通组织

针对新建桥梁与既有道路的相对位置关系，对交通导流作出如下安排：施工前，协同相关单位及广播电台等相关部门，开展交通调流准备工作，派专人负责与交叉路段相关部门的联络。确保交通安全标志、安全防护用品、围挡等安全保障物资提前充足准备。对所有上路的施工器具进行事先调试，保障施工机具的正常运转。

在各主要路口设立交通标识，提醒前方施工信息，以减少施工对道路交通的影响，并在路口摆放交通引导牌。道路两侧分别设立管控区域，管控区划分为六个部分。如图8 所示。

图8 交通组织示意图

警告区及缓冲区设限高架，并在其上安装夜间警示标志和照明设施。限速控制在20 公里/小时，同时在警告区内持续提示前方限高4.5m。上游过渡区和缓冲区的布置如图8 所示。在门洞支架前方设置防撞桶、警示灯等前方限宽、限高标志。工作区门洞支架内部5m 间距布置照明灯，以确保夜间行驶的安全。

5 支架变形观测

为了监测门洞支架在应用过程中的稳定性，在进行现浇梁浇筑之前，需在门洞支架上设置支架变形监测点。监测点的布置遵循以下规定：沿混凝土结构纵向，每排钢管支墩顶部设置一个监测断面，共设置5 处监测断面；每个监测断面上的监测点数量为9 个，呈对称布置；在底模上按照上述原则布置监测点后，在底模监测点的投影面上，即支架底部地面上增设监测点。浇筑过程中变形监测数据如表1 所示。

表1 浇筑过程中门洞支架变形数据

根据表1 的数据，可知在现浇梁浇筑完成后，门洞支架的最大竖向位移发生在跨中的支墩处，其位移值为1.14mm，数值符合安全及规范的要求。门洞支架的竖向位移在不同的施工阶段有所变化，浇筑后的6 小时内，位移变化速率较大，随着时间的推移逐渐减小。因此，在施工初期，应加强对门洞支架的检查，如有必要，可以对门洞支架跨中处的钢管支墩进行加固，以确保施工的安全性。

6 结语

本文以安阳至罗山高速公路项目魏邱互通主线跨S310 桥施工为工程背景，依据有限元软件，对门洞支架的整体结构进行建模及验算分析，对跨干线公路低净空现浇梁钢栈桥门洞支架的设计、施工方案等方面进行了阐述。通过有限元软件计算分析，魏邱互通主线跨S310 桥门洞支架结构各项力学性能符合规范要求。结合实际支架施工、后续使用及变形观测情况分析，该类型门洞支架施工便捷、使用安全可靠，具备推广应用于跨公路段现浇梁支架的潜力。