張育綺

(中鐵十八局集團(tuán)第四工程有限公司，天津 300350)

1　工程實(shí)例概況

某高速公路立交工程跨既有公路，與該公路交叉部位有主線左右幅14#～15#墩位，跨度為24 m，為普通現(xiàn)澆箱梁，梁高1.5 m，與既有公路交叉里程為K43+750；Z1匝道與既有公路交叉區(qū)域?yàn)?#～5#墩位，跨度為33 m，為預(yù)應(yīng)力現(xiàn)澆箱梁，梁高1.75 m，與既有公路路交叉里程為K43+900；Z2匝道與既有公路路交叉區(qū)域?yàn)?#～8#墩位，跨度為30 m，為預(yù)應(yīng)力現(xiàn)澆箱梁，梁高1.75 m，與既有公路路交叉里程為既有K43+600。

2　門洞支架的設(shè)計(jì)與受力計(jì)算

2.1　門洞支架設(shè)計(jì)

既有公路作為客運(yùn)、貨運(yùn)的重要通道，車流量很大，在施工時(shí)需要保持通行狀態(tài)，連續(xù)梁過路部分采用混凝土條形基礎(chǔ)上螺旋鋼管支架工字鋼的組合方式跨越既有公路?？缭郊扔泄番F(xiàn)澆箱梁門洞設(shè)置原則是保證既有公路通行的順暢性。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查及工程本身的特點(diǎn)以及交管部門的要求，決定每個(gè)過路部位的門式支架設(shè)置兩個(gè)門洞，每個(gè)門洞凈寬為7 m，限高4.8 m。門洞基礎(chǔ)采用混凝土條形基礎(chǔ)，條形基礎(chǔ)高寬均為1.0 m，采用C20混凝土進(jìn)行澆筑?；炷翖l形基礎(chǔ)布置如圖1所示。

圖1　條形基礎(chǔ)布置

支墩均采用φ600鋼管柱，柱間距為2 m，鋼管柱采用焊接的形式固定在預(yù)埋在混凝土基礎(chǔ)內(nèi)的鋼板上。鋼管柱頂設(shè)置40 cm高沙箱(由于梁底與現(xiàn)狀路之間的凈空較低，為保證限高要求，支架的橫梁與箱梁底模之間只能鋪設(shè)兩層方木，為保證后續(xù)架子的拆除，此處設(shè)置沙箱用作拆除支架時(shí)調(diào)節(jié)高度)，沙箱頂設(shè)置I40b雙拼工字鋼，長(zhǎng)度12 m，工字鋼間采用焊接形式進(jìn)行固定。I40b雙拼工字鋼頂設(shè)置I40b工字鋼作為縱梁，工字鋼長(zhǎng)9 m?？v梁頂上兩層方木，橫向15 cm×15 cm，凈間距為0.15 m；縱向10 cm×10 cm，凈間距為0.2 m。方木頂上鋪設(shè)箱梁底模板。

2.2　受力計(jì)算

2.2.1荷載計(jì)算

2.2.1.1梁體自重計(jì)算(按Z1匝道4#～5#跨計(jì)算)

選用靠墩柱處箱梁截面作為危險(xiǎn)截面，該危險(xiǎn)截面面積S=4.55 m2，在門洞上的橋梁荷載：

箱梁自重：G砼=4.55×2.6×10=118.3 kN/m

2.2.1.2模板計(jì)算

箱梁底模、翼緣板模板均采用1.5 cm厚木膠板，側(cè)模采用定制鋼模，平均質(zhì)量為400 kg/延米。現(xiàn)澆箱梁頂寬為7.76 m，箱梁底寬3.52 m，主要受力范圍為翼緣板下5.73 m范圍內(nèi)；箱梁腹板周長(zhǎng)為6.15 m；箱梁木模外緣長(zhǎng)為5.26 m；兩個(gè)門洞凈寬均為6 m。模板容重為7.5 kN/m3。則每延米：

G模板=(6.15+5.26)×0.015×0.75 t/m3×10+4=5.28(kN/m)

2.2.1.3方木計(jì)算(密度取7.5 kN/m3)

經(jīng)計(jì)算縱梁頂上方木總重為：

G方木=[(1/0.3)×0.152×8+(8/0.3)×1×0.12]×7.5=6.5(kN/m)

2.2.1.4施工人員、施工料具運(yùn)輸、堆放荷載計(jì)算

由《路橋施工計(jì)算手冊(cè)》[1]查得，以上荷載取2.5 kPa，則

q人、機(jī)、料=2.5×8=20 kN/m(q是指均布荷載)

2.2.1.5傾倒混凝土?xí)r產(chǎn)生的沖擊荷載計(jì)算

由《路橋施工計(jì)算手冊(cè)》查得，該均布荷載取2.0 kPa，每處作用面積按1.0 m2計(jì)，則：F1=1×2.0=2.0 kN

2.2.1.6振搗混凝土產(chǎn)生的荷載計(jì)算

由《路橋施工計(jì)算手冊(cè)》查得，該均布荷載取2.0 kPa，振搗作用半徑按0.5 m計(jì)，則：F2=π×0.52×2.0=1.6 kN。

2.2.1.7集中荷載計(jì)算

F=F1+F2=3.6 kN。

2.2.2縱梁驗(yàn)算

由于橋梁走向與既有路之間屬于斜交，本著受力合理原則，工字鋼在滿足受力的情況下，盡量與橋的方向一致，所以凈寬為7 m的門洞工字鋼的凈距為8 m，采用長(zhǎng)度為12 m的I40b工字鋼作為縱梁。

I40b工字鋼自重q工字鋼=73.8 kg/m，慣性矩IX=22 780 cm4，截面抵抗矩WX=1 140 cm3，腹板厚度δ=12.5 mm，IX/SX=33.6 cm。

2.2.2.1強(qiáng)度驗(yàn)算[2]

作用在工字鋼上的線荷載：

q=[G砼+G模板+G方木+q人機(jī)料]×1.2+q工字鋼=[118.3+5.28+6.5+20]×1.2+0.738=180.83 kN/m；

作用在工字鋼上的集中荷載為：

F=F1+F2=3.6 kN；

最大彎矩：

M1=ql2/8=180.83×82÷8=1 446.67 kN·m，

M2=Fl/4=3.6×8÷4=7.2 kN·m，

Mmax=M1+M2=1 453.87 kN·m，

ó=M/W=1 453.87×106/1 140×103=1 275.3 MPa，

n=ó/[óW]=1 275.3 MPa/145 MPa=8.8根，

5.73/8.8=0.65 m。

因此，箱梁底板工字鋼每0.6 m一根就能滿足要求。

2.2.2.2剛度驗(yàn)算[2]

工字鋼每0.6 m一根時(shí)，箱梁底板布置為11根。

f=5ql4/(11×384EIx)=5×180.83×103×84/(11×384×2.1×22 780)=18.3 mm<8 000÷400=20 mm。

滿足要求。

2.2.2.3抗剪驗(yàn)算

Q=1/2×180.83×8+1/2×3.6=725.12 kN，

τ=QSx/Ixδ=(725.12×103)/(336×10×12.5)=17.26 MPa<85 MPa(已考慮1.2的安全系數(shù))。

主線橋計(jì)算方式同上，經(jīng)計(jì)算箱梁底板工字鋼每1.2 m一根就能滿足要求。

2.2.3分配梁受力檢算

分配梁采用雙拼I40b工字鋼，長(zhǎng)度12 m，工字鋼頂上采用1 cm厚、30 cm寬、12 m長(zhǎng)的鋼板進(jìn)行橫向鎖結(jié)。

I40b工字鋼自重q工字鋼=73.8 kg/m，慣性矩IX=22 780 cm4，截面抵抗矩WX=1 140 cm3，腹板厚度δ=12.5 mm，IX/SX=33.6 cm。

鋼管柱間距為2 m，在梁底板5.73 m范圍內(nèi)計(jì)算工字鋼受力情況即可。

2.2.3.1強(qiáng)度驗(yàn)算

作用在工字鋼上的線荷載：

q自重=q工字鋼×1.2×2=1.78 kN/m；

2 m范圍內(nèi)分配的荷載：

F=180.83×2/5.73×8+3.6/2×2/5.73 kN=505.56 kN；

最大彎矩：

M1=ql2/8=1.78×22÷8=0.89 kN·m，

M2=Fl/4=505.56×2÷4=252.78 kN·m，

Mmax=M1+M2=253.67 kN·m，

ó=M/W=253.67×106/1 140×2×103=111.25 MPa，

ó=111.25 MPa<[óW]=145 MPa，

滿足要求。

2.2.3.2剛度驗(yàn)算

f=Fl3/(2×384EIx)=505.56×103×23/(2×384×2.1×22 780)=0.11 mm<2 000÷400=5 mm。

滿足撓度要求。

2.2.3.3抗剪驗(yàn)算

Q=1/2×505.56+0.89×2/2=253.67 kN，

τ=(QSm/Imδ)/2=(253.67×103)/(336×12.5×2)=30.19 MPa<85 MPa。

滿足要求。

主線計(jì)算方法同上，經(jīng)計(jì)算，工字鋼每0.7 m一根就能滿足要求。

2.2.4鋼管支墩結(jié)構(gòu)受力檢算

取中墩上鋼管柱做檢算：(因?yàn)閮蓚€(gè)門洞有一半的上部荷載均作用于中墩處)鋼管柱高3 m，在容許長(zhǎng)細(xì)比范圍內(nèi)。

此處只需驗(yàn)算匝道即可，中間鋼管支墩承受上部傳來(lái)的荷載為：

N=180.83×8+3.6×0.5=1 448.44 kN。

單根Φ600×10 mm鋼管承受荷載為：N=1 448.44 kN÷4根=362.11 kN。

鋼管穩(wěn)定性計(jì)算模型為一端固結(jié)一端自由。經(jīng)查詢塘沽本地100 a內(nèi)最大風(fēng)力為0.6 kN/m2，鋼管慣性矩Ix=80 675.313 cm4，截面面積A=185.354 cm2，l=350 cm，截面抵抗矩W=π(D4-d4)/32D=2 687.813 8 cm3，長(zhǎng)細(xì)比λ=l0/i；i=(I/A)1/2；l0=ul；u=2(u為長(zhǎng)度因數(shù)，一端固定一端自由的細(xì)長(zhǎng)桿取2)，故λ=700/20.86=33.5<150(受壓桿件的柱結(jié)構(gòu)容許長(zhǎng)細(xì)比為150)穩(wěn)定性符合要求。

由λ查軸心受壓桿件的穩(wěn)定系數(shù)表，

Φ=0.909；MW=1/2ql2=0.36×3.52=4.41 kN·M，

σ=N/ΦA(chǔ)+MW/W=362.11 kN/0.909[π/4(R2-r2)]+4.41/2 687.813 8=21.45+0.001 6=21.452 MPa<140 MPa。

穩(wěn)定性符合要求。

2.2.5基礎(chǔ)檢算

以2#混凝土基礎(chǔ)為例。

采用鋼筋混凝土條形基礎(chǔ)，承受上部傳來(lái)的荷載產(chǎn)生的壓強(qiáng)為：

鋼管自重：

G1=152 kg/m×3 m/根×11根=50.16 kN；

混凝土條形基礎(chǔ)自重：

G2=25×1.0×1.2×25 kN/m3=750 kN，

P=(N+G1+G2)/S=(1 448.44+750+50.16)/(25×1)=89.94 kPa;

既有公路路面與地基基礎(chǔ)能滿足施工要求。

3　支架施工

3.1　條形基礎(chǔ)地基處理

由于門洞寬度的需要，條形一部分要處在路肩部位，占用路肩部位寬約50 cm。需將路緣石拆除后清除路肩處表面素土，清除至路基結(jié)構(gòu)層回填山皮土，為保證地基穩(wěn)定性，回填區(qū)域以路面邊緣為基準(zhǔn)向外擴(kuò)張2 m，回填區(qū)域分層逐級(jí)壓實(shí)，每層25 cm，處理方式如圖2。

圖2　既有路路肩基礎(chǔ)處理方式

為保證施工后鋼管柱結(jié)構(gòu)安全，門洞基礎(chǔ)邊緣與鋼管柱邊緣保證一定的安全距離，以防止車輛撞到鋼管柱，條形基礎(chǔ)端距第一根鋼管柱距離為1 m。同時(shí)，在門洞基礎(chǔ)兩側(cè)安置防撞砂桶，以保證門洞的安全性。

門洞基礎(chǔ)定位采用坐標(biāo)定位法，即門洞設(shè)計(jì)完成后，在橋梁平面布置圖上標(biāo)明門洞位置，并查出各點(diǎn)坐標(biāo)，門洞施工前按照坐標(biāo)定位基礎(chǔ)，以保證門洞基礎(chǔ)位置的準(zhǔn)確性。

條形基礎(chǔ)模板采用木膠板，采用10 cm×10 cm方木作豎向背肋，間距30 cm，采用普通鋼管雙拼設(shè)置上中下三道作為橫向背肋，并設(shè)置上中下三道對(duì)拉絲，間距60 cm。澆筑混凝土前將鋼筋骨架按配筋圖綁扎完畢與鋼管柱基礎(chǔ)的預(yù)埋鋼板(如圖3～4)水平固定。混凝土澆筑時(shí)，采用插入式振搗棒進(jìn)行振搗。

圖3　預(yù)埋鋼板平面圖

圖4　預(yù)埋鋼板立面圖

3.2　鋼管柱安裝

在條形基礎(chǔ)施工完畢后即進(jìn)行鋼管柱的安裝。利用吊車進(jìn)行安裝鋼管柱，采用焊接形式，將鋼管柱焊接到預(yù)埋鋼板上，安裝時(shí)為保證鋼管柱的垂直度，安裝過程要用水平尺進(jìn)行控制(具體焊接方式如圖5～6)。為保證鋼管柱的穩(wěn)定性，鋼管柱之間采用10槽鋼焊接剪刀撐進(jìn)行加固連接。

圖5　鋼管柱與預(yù)埋鋼板焊接平面圖

圖6　鋼管柱與預(yù)埋鋼板焊接立面圖

在鋼管柱安裝完畢后，施工門洞上部的沙桶、雙拼工字鋼以及I40b工字鋼等。沙桶與鋼管柱之間以及雙拼工字鋼與沙桶之間均采用焊接形式固定(如圖7)。

圖7　沙桶及雙拼工字鋼結(jié)構(gòu)圖

3.3　安放工字鋼

縱向工字鋼采用I40b工字鋼，工字鋼與條形基礎(chǔ)垂直放置。由于工字鋼的搭設(shè)與橋梁走向有一定的夾角，所以在安裝工字鋼前統(tǒng)一按照計(jì)算書中的計(jì)算長(zhǎng)度在工字鋼中精確標(biāo)出，并留有明顯痕跡，工字鋼的間距在雙拼工字剛上由橋梁中點(diǎn)向橋梁邊排布，用記號(hào)筆將間距標(biāo)出。用25T吊車進(jìn)行吊裝，在安裝時(shí)將I40b工字鋼上的標(biāo)記與雙拼工字上的標(biāo)記相對(duì)應(yīng)，既保證了工字鋼之間的間距，也保證了工字鋼的有效工作長(zhǎng)度。

3.4　支架預(yù)壓

支架預(yù)壓的目的：檢查支架的安全性，確保施工安全。消除地基非彈性形變和支架非彈性形變的影響，有利于橋面線形控制。本工程擬按跨段分段預(yù)壓法進(jìn)行預(yù)壓，預(yù)壓方法依據(jù)箱梁砼重量分布情況，在搭好的支架上堆放砂袋，重量不小于箱梁自重的1.2倍。施工前，將每袋砂石按標(biāo)準(zhǔn)重進(jìn)行分包準(zhǔn)備好，然后用汽車吊進(jìn)行吊裝就位，并按箱梁結(jié)構(gòu)形式合理布置砂袋數(shù)量。

1)加載順序：分3級(jí)加載，第1、2次分別加載總重的30%，第3次加載總重40%。

2)預(yù)壓觀測(cè)：觀測(cè)位置設(shè)在每跨的L/2，L/4處及墩部處，每組分左、中、右3個(gè)點(diǎn)。在點(diǎn)位處固定觀測(cè)桿，以便于沉降觀測(cè)。

采用水準(zhǔn)儀進(jìn)行沉降觀測(cè)，布設(shè)好觀測(cè)桿后，加載前測(cè)定出其桿頂標(biāo)高。第1次加載后，每2 h觀測(cè)1次，連續(xù)兩次觀測(cè)沉降量不超過3 mm，或沉降量為0時(shí)，進(jìn)行第2次加載，按此步驟，直至第3次加載完畢。第3次加載沉降穩(wěn)定后，可進(jìn)行卸載。

支架日沉降量不得大于2.0 mm(不含測(cè)量誤差)，一般梁跨預(yù)壓時(shí)間為3 d。卸壓完成后，要再次復(fù)測(cè)各控制點(diǎn)標(biāo)高，以便得出支架和地基的彈性形變量(等于卸壓后標(biāo)高減去持荷后所測(cè)標(biāo)高)，用總沉降量(即支架持荷后穩(wěn)定沉降量)減去彈性形變量為支架和地基的非彈性形變(即塑性變形)量。預(yù)壓完成后要根據(jù)預(yù)壓成果通過可調(diào)頂托調(diào)整支架的標(biāo)高。

3)卸載：人工配合吊車吊運(yùn)砂袋均勻卸載，卸載的同時(shí)繼續(xù)觀測(cè)。卸載完成后記錄好觀測(cè)值以便計(jì)算支架及地基綜合形變。根據(jù)觀測(cè)記錄，整理出預(yù)壓沉降結(jié)果，調(diào)整箱梁底板及懸臂的預(yù)拱高度。

4　結(jié)語(yǔ)

本工程實(shí)例的跨線橋施工，采用鋼管柱支架工字鋼的支架形式，門洞支架的設(shè)計(jì)得當(dāng)，力學(xué)計(jì)算比較普遍，施工也比較簡(jiǎn)單，安全可靠，成效比較明顯，對(duì)類似工程的施工有借鑒意義。

[1] 周水興，何兆益，鄒毅松.路橋施工計(jì)算手冊(cè)[M].北京：人民交通出版社，2001.

[2] 江正榮，朱國(guó)梁.簡(jiǎn)明施工手冊(cè)[M].4版.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2016.