高速公路現(xiàn)澆箱梁門洞支架設(shè)計(jì)

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摘要：國(guó)內(nèi)高速公路網(wǎng)絡(luò)日趨完善過(guò)程中，新建高速與既有高速路相互跨越聯(lián)通也非常普遍。尤其是新建高速公路匝道橋，往往以現(xiàn)澆箱梁方式跨越通過(guò)，保障既有高速公路車輛安全暢行是施工中關(guān)注的重點(diǎn)。本文通過(guò)工程實(shí)例，闡述門洞支架的選型設(shè)計(jì)與施工技術(shù)，為類似施工情況提供參考。

關(guān)鍵詞：高速公路；現(xiàn)澆箱梁；門洞支架

1工程概況

新建津?qū)幐咚貲匝道橋D5-D9#墩上部為現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力簡(jiǎn)支箱梁，孔跨結(jié)構(gòu)形式為4*35m。D6#～D7#墩、D7#～D8#墩,分跨既有津薊高速公路主線左右幅,匝道橋梁中心線與津薊主線路中心線斜交，交角約為52°。D匝道7#墩位于津薊高速主線中央綠化帶內(nèi)，6#墩、8#墩位置為津薊主線邊坡外側(cè)。預(yù)應(yīng)力簡(jiǎn)支箱梁結(jié)構(gòu)形式：截面類型為單箱雙室截面箱梁，梁腹板局部向內(nèi)側(cè)加厚。箱梁斷面尺寸：梁1.8m高；底板7.6m寬；腹板寬度0.7m；頂板寬10m。

2施工方案選擇

津薊高速為天津市區(qū)連接北部地區(qū)的重要干線高速，客運(yùn)、貨運(yùn)往來(lái)頻繁，車流量大，施工過(guò)程中要隨時(shí)保證通行需求。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)情況、D匝道橋設(shè)計(jì)要素及交通管理部門要求，擬采取梁-柱式門洞支架方案進(jìn)行施工。方案選擇需同時(shí)滿足以下受限條件：

2.1門洞通行凈空要求不小于5.0米。

2.2受匝道線路設(shè)計(jì)標(biāo)高限制，滿足門洞凈空要求后，梁底標(biāo)高至門洞頂部尺寸最低處不足1米，門洞過(guò)梁無(wú)法采用貝雷架組合。

2.3門洞凈寬不得小于7.5米，滿足標(biāo)準(zhǔn)兩車道寬度，確保兩車并排順利通行或特殊情況下超寬貨物車輛通行要求。

2.4匝道橋梁中心線與津薊主線路中心線斜交，交角約為52°，滿足門洞凈寬后實(shí)際門洞過(guò)梁順匝道橋方向跨徑達(dá)到10.8米。為確?，F(xiàn)澆梁施工期間津薊高速的行車通暢及安全，方案最終確定為：對(duì)橋位跨津薊高速路面處采用門洞支架，門洞支撐下部選用14m*1m*0.6m(長(zhǎng)*寬*高)的砼條形基礎(chǔ)與φ426mm鋼管立柱，立柱上部采用45a工字型鋼做橫梁、56c工字型鋼做縱梁，橋梁腹板下縱梁并排兩根進(jìn)行加密；縱梁上設(shè)碗扣支架以調(diào)整梁底標(biāo)高，支架縱橫向間距0.6*0.6m。普通段采用滿堂支架結(jié)構(gòu)。

3門洞支架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)檢算

3.1荷載計(jì)算參數(shù)梁體鋼筋混凝土容重按設(shè)計(jì)圖紙為2.6t/m3,(含結(jié)構(gòu)鋼筋、預(yù)應(yīng)力鋼束及混凝土)；全橋外模采用竹膠板，按0.5KN/m2計(jì)算；其他附加載荷包括人群機(jī)具活載、施工中的沖擊載荷和風(fēng)力載荷；人群機(jī)具活載按1KN/m2；施工中的沖擊載荷按3KN/m2；風(fēng)載Wk=0.3KN/m2。根據(jù)《建筑施工碗扣式腳手架安全技術(shù)規(guī)范》JGJ166-2008：永久荷載的分項(xiàng)系數(shù)，取1.2；計(jì)算結(jié)構(gòu)傾覆穩(wěn)定時(shí)，取0.9?？勺兒奢d的分項(xiàng)系數(shù)，取1.4。門洞支架結(jié)構(gòu)斷面形式如圖1。如圖1，56c工字鋼縱梁上設(shè)碗扣支架以調(diào)整梁底標(biāo)高，支架縱橫向間距按0.6*0.6m布置，受力布局常規(guī)合理，在此不再贅述模板、方木和碗扣支架立桿受力計(jì)算。重點(diǎn)對(duì)56c工字鋼縱梁、45a橫梁及φ426mm鋼管立柱的選型進(jìn)行受力檢算分析。

3.2對(duì)門洞支架56c縱向工字鋼進(jìn)行檢算?，F(xiàn)澆梁與既有道路斜交520，本著受力合理、材料節(jié)省的原則，工字鋼布置與現(xiàn)澆橋梁軸向一致，門洞條形基礎(chǔ)凈寬7.5m，工字鋼實(shí)際凈跨度為10.8m?？v梁工字鋼上布置滿堂支架，支架縱橫向間距為0.6m，因此一根工字鋼上有19根支架立桿。考慮受力情況，腹板部分處縱梁并列兩根工字鋼，腹腔底板下部按0.6m橫向間距設(shè)單根工字鋼。縱梁按單跨均布荷載進(jìn)行檢算。3.2.1腹板部分縱梁工字鋼檢算。a.腹板單根立桿受力檢算永久荷載為：N1=0.6*0.6（1.8m*2.6t/m3*10N/Kg+0.5KN/m2）+0.1KN=17.13KN可變荷載為：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碗扣支架立桿最大壓應(yīng)力：N=(1.2*(N1+G)+1.4*N2)=22.93KNb.縱向工字鋼縱向工字鋼均布載荷q=22.93*19根/10.8m=40.34KN/m(并列兩根)單根工字鋼所受均布載荷為40.34/2=20.17KN/m根據(jù)《公路橋涵鋼結(jié)構(gòu)及木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》JTJ025-86查表得56c工字鋼的W=2551cm3I=7.144*10-4m4[σ]=145MPa工字鋼由彎曲產(chǎn)生的正應(yīng)力：σ=M/W=0.125ql2/2.551*10-6=115MPa<[σ]=145MPa安全系數(shù)n=[σ]/σ=1.2工字鋼的最大撓度f(wàn)=5ql4/384EI=23.8mm<[f]=L/400=27.5mm3.2.2頂板+底板下部縱梁工字鋼檢算a.頂板+底板下部單根立桿受力檢算永久荷載為：N1=0.6*0.6（0.6m*2.6t/m3*10N/Kg+0.5KN/m2）+0.1KN=5.9KN可變荷載為：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碗扣支架立桿最大壓應(yīng)力：N=(1.2*(N1+G)+1.4*N2)=9.5KNb.縱向工字鋼縱向工字鋼均布載荷q=9.5*19根/10.8m=16.7KN/m根據(jù)《公路橋涵鋼結(jié)構(gòu)及木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》JTJ025-86查表得56c工字鋼的W=2551cm3I=7.144*10-4m4[σ]=145MPa工字鋼由彎曲產(chǎn)生的正應(yīng)力：σ=M/W=0.125ql2/2.551*10-6=95.4MPa<[σ]=145MPa安全系數(shù)n=[σ]/σ=1.5工字鋼的最大撓度f(wàn)=5ql4/384EI=19.7mm<[f]=L/400=27.5mm

3.3橫向工字鋼（兩根并列的45a工字鋼）選擇受力最大的箱梁實(shí)心腹板下部橫向門架受力進(jìn)行橫梁的檢算。實(shí)心腹板區(qū)域范圍分布設(shè)有8根縱向型鋼分配梁，長(zhǎng)度按11m計(jì)算，每米124kg/m。鋼管立柱橫向間距2.75m。均布載荷q=(20.17*11*8+1.24*11*8)/2/2/2.75=171.3KN/m（兩根并列的45a工字鋼）查表得45a工字鋼的W=1432.9cm3I=3.2241*10-4m4[σ]=145MPa工字鋼由彎曲產(chǎn)生的正應(yīng)力：σ=M/W=0.125ql2/1.4329*10-6=113MPa<[σ]=145MPa安全系數(shù)n=[σ]/σ=1.28工字鋼的最大撓度f(wàn)=5ql4/384EI=1.88mm<[f]=L/400=6.9mm

3.4對(duì)門型支架鋼管立柱進(jìn)行檢算：根據(jù)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50017-2003,管受壓構(gòu)件直徑與壁厚之比不大于100，則：426mm/8=53.25＜100，滿足規(guī)范要求。鋼管立柱上部受力:N=171.3*2.75=471KN查表直徑426鋼管截面積:A=1.05*10-2m2i=14.78cm長(zhǎng)細(xì)比:λ=l/i=5m/0.1478=33.8<[λ]=150查表得:ψ=0.906穩(wěn)定性：N/A=44.86N/mm2<ψ[f]=0.906*205N/mm2滿足規(guī)范與設(shè)計(jì)要求。

4門洞支架施工

4.1條形基礎(chǔ)施工

門洞支架基礎(chǔ)采用C30條形現(xiàn)澆砼基礎(chǔ)，基礎(chǔ)長(zhǎng)14m×寬1m×高0.6m，基礎(chǔ)可直接置于路面面層上，為便于拆除方便及保護(hù)現(xiàn)狀路面，條形基礎(chǔ)澆筑時(shí)分段設(shè)置真縫，并與路面采用油毛氈隔離。砼基礎(chǔ)澆注前對(duì)應(yīng)鋼管立柱位置預(yù)埋60*60*1cm厚鋼板。

4.2通道門洞施工

門洞鋼管采用Φ426mm鋼管樁，橫、縱向分配梁分別采用45a、56c型鋼，縱梁上設(shè)碗扣支架以調(diào)整梁底標(biāo)高，支架縱橫向間距0.6*0.6m，腹板下縱梁并排兩根進(jìn)行加密。門洞施工完成后，縱梁工字鋼之間橫向采用鋼筋焊接連接成整體，并鋪設(shè)竹膠板封閉工字鋼之間空隙，確保門洞上部無(wú)落物至行車道上。4.2.1根據(jù)通道平面位置，實(shí)測(cè)被交道的平面坐標(biāo)，據(jù)此放出門洞基礎(chǔ)軸線。4.2.2測(cè)出基礎(chǔ)軸線的地面高程，據(jù)此定出基礎(chǔ)高度、支墩高度。4.2.3基礎(chǔ)頂鋼板與鋼管立柱采用焊接方式連接，并設(shè)置小三角鋼板作為連接加勁肋，要求焊縫飽滿，焊接過(guò)程中要控制好立柱垂直度。4.2.4吊機(jī)配合安裝鋼管立柱排架，立柱鋼管焊接完后，安裝鋼管排架加勁斜撐；安裝支墩橫梁與鋼管柱頂焊接。橫梁用Ⅰ45a型鋼，根據(jù)橫梁規(guī)格定出立柱高度，安裝Ⅰ56c工字鋼縱向梁。4.2.5縱梁安裝好后，在其頂上鋪設(shè)10*10cm橫向分配方木，之后搭設(shè)滿堂支架，底托位于方木上，用頂托調(diào)節(jié)至箱梁底部安裝箱梁底模，進(jìn)行箱梁施工。4.2.6門洞的鋼管柱都涂光漆。掛文明施工提示牌。

4.3支架預(yù)壓施工

預(yù)壓目的:檢驗(yàn)滿堂支架及地基的強(qiáng)度及穩(wěn)定性，消除整個(gè)支架的塑形變形，消除地基的沉降變形，測(cè)量出支架的彈性變形。預(yù)壓材料:支架加載預(yù)壓采用砂袋法。箱梁的底腹板和翼板板鋪設(shè)完成后，沙袋的總重量為箱梁自重的110%。預(yù)壓范圍：完成安裝后，根據(jù)配重進(jìn)行箱梁結(jié)構(gòu)全斷面預(yù)壓。預(yù)壓沉降觀測(cè)點(diǎn)設(shè)置分別于每孔梁的底模位置，底板兩條邊緣線的0、L/4、L/2、3L/4、L位置，每個(gè)橫斷面上按左、中、右設(shè)3個(gè)點(diǎn)。沉降觀測(cè)采用精密水準(zhǔn)儀觀測(cè)指定點(diǎn)的標(biāo)高并做詳細(xì)記錄，每相鄰兩次做詳細(xì)的分析確定支架的穩(wěn)定情況，各觀測(cè)點(diǎn)位置支架頂拉水平線并吊線錘，錘尖下方對(duì)應(yīng)位置是鋼筋頭，在線錘與鋼筋頭重合處用紅油漆統(tǒng)一標(biāo)識(shí)，每階段預(yù)壓完成都量測(cè)標(biāo)識(shí)線錯(cuò)開的距離和水準(zhǔn)儀觀測(cè)結(jié)果進(jìn)行輔助驗(yàn)證。整體卸載后再次對(duì)觀測(cè)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量以確定整體支架的非彈性變形量。在模板上面按設(shè)計(jì)要求平放預(yù)壓荷載。具體為：第一次加載值為荷載重量的50%；第二次加載值為荷載重量的80%；第三次加載至荷載重量的110%。觀察按分級(jí)及時(shí)開展，最終荷載全部加載完畢后的24小時(shí)內(nèi)沉降量平均值小于1mm后即可視為沉降穩(wěn)定，進(jìn)入下一道工序。測(cè)出兩段荷載作用下支架將產(chǎn)生的彈性變形值及地基下沉值，將此彈性變形值、地基下沉值與施工控制中提出的因其它因素需要設(shè)置的預(yù)拱度疊加，算出施工時(shí)應(yīng)道采用的預(yù)拱度，按算出的預(yù)拱度調(diào)整底模標(biāo)高。

4.4施工期間道路導(dǎo)流安排

根據(jù)新建D匝道橋梁與既有道路的相對(duì)位置關(guān)系情況，可對(duì)交通導(dǎo)流作以下安排：4.4.1封閉左右幅快車道各3.75m，先施工7#墩兩側(cè)條形基礎(chǔ)及鋼管立柱安裝，慢車道作為行車通道，采用彩鋼板隔離防護(hù)，如圖2所示。施工期間除設(shè)置必要的交通警示標(biāo)志，還應(yīng)有交通安全值班員，對(duì)車流進(jìn)行監(jiān)控疏導(dǎo)，同時(shí)協(xié)調(diào)自身施工車輛進(jìn)出施工區(qū)域的交通安全。4.4.2封閉硬路基區(qū)域，施工6#、8#墩側(cè)條形基礎(chǔ)及鋼管立柱。門洞上部橫縱梁安裝由交管部門臨時(shí)交通管制，搭設(shè)調(diào)整完成后將車流導(dǎo)入門洞通行，如圖2。4.4.3箱梁砼張拉壓漿完畢強(qiáng)度合格后，首先拆除慢車道支架，設(shè)隔離防護(hù)設(shè)施，津薊主線車流慢車道通行；再拆除門洞及7#墩兩側(cè)支架，實(shí)現(xiàn)津薊高速主線車道完全通行。

5結(jié)論

根據(jù)本工程實(shí)踐證明，在橋下凈空受限情況下，門洞支架設(shè)計(jì)選用合適型鋼材料能節(jié)省操作空間，也能在較大跨度范圍內(nèi)得以應(yīng)用，施工方便、安全可靠，取得了很好的施工效果，可為類似橋梁施工提供參考借鑒。

參考文獻(xiàn)

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作者:鄭灶興 單位:中交第三公路工程局有限公司