廉維國(guó)

（中鐵十八局集團(tuán)第五工程有限公司，天津 300451）

1 工程概況

港塘路天津大道立交工程跨既有線津沽公路與津沽公路交叉部位有主線左右幅14#～15#墩位，跨度為24m，為普通現(xiàn)澆箱梁，梁高1.5m，與津沽路交叉里程為津沽K43+750；Z1匝道與津沽公路交叉區(qū)域?yàn)?#～5#墩位，跨度為33m，為預(yù)應(yīng)力現(xiàn)澆箱梁，梁高1.75m，與津沽路交叉里程為津沽K43+900；Z2匝道與津沽路交叉區(qū)域?yàn)?#～8#墩位，跨度為30m，為預(yù)應(yīng)力現(xiàn)澆箱梁，梁高1.75m，與津沽路交叉里程為津沽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)

津沽公路作為貨運(yùn)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(guò)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津沽公路。跨越津沽公路現(xiàn)澆箱梁門洞設(shè)置原則，保證津沽公路通行的順暢性。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(guò)路部位的門式支架設(shè)置兩個(gè)門洞，每個(gè)門洞凈寬為7m，限高4.8m。門洞基礎(chǔ)采用混凝土條形基礎(chǔ)，條形基礎(chǔ)高寬均為1.0m，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（以Z2匝道布置為例）：

支墩均采用φ600鋼管柱，柱間距為2m，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40cm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12m，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)9m。縱梁頂上兩層方木，橫向15cm×15cm，凈間距為0.15m；縱向10cm×10cm，凈間距為0.2m。方木頂上鋪設(shè)箱梁底模板。

圖1 混凝土條形基礎(chǔ)平面布置

2.2 受力計(jì)算

2.2.1 荷載計(jì)算

箱梁結(jié)構(gòu)每延米荷載計(jì)算：

（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=4.55m2，混泥土容重取25kN/m，則在門洞上的橋梁荷載每延米箱梁自重為G砼=118.3kN/m（如圖2所示）。

圖2 Z1箱梁最危險(xiǎn)截面

（2）模板計(jì)算。

箱梁底模、翼緣板模板均采用1.5cm厚木膠板，側(cè)模采用定制鋼模，平均每延米400kg/m?，F(xiàn)澆箱梁頂寬為7.76m，箱梁底寬3.52m，主要受力范圍為翼緣板下5.73m范圍內(nèi)；箱梁腹板周長(zhǎng)為6.15m；箱梁木模外緣長(zhǎng)為5.26m；2個(gè)門洞凈寬均為6m。模板容重為7.5kN/m3。經(jīng)計(jì)算每延米模板自重為G模板=5.28kN/m。

（3）方木計(jì)算（密度取7.5kN/m3）。

經(jīng)計(jì)算縱梁頂上方木每延米總重為G方木=6.5kN/m。

（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)》查得，以上荷載取2.5kPa，經(jīng)計(jì)算每延米的堆放荷載G人機(jī)料=20kN/m。

（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2.0kPa，每處作用面積按1.0m2計(jì)，則此處傾倒混凝土的集中荷載F1=1×2.0=2.0kN。

（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2.0kPa，振搗作用半徑按0.5m計(jì)，則此處振搗棒產(chǎn)生的集中荷載為F2=1.6kN，則驗(yàn)算截面的集中荷載F=F1+F2=3.6kN。

2.2.2 縱梁驗(yàn)算

由于橋梁走向與津沽路之間屬于斜交，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7m的門洞工字鋼的凈距為8m，采用長(zhǎng)度為12m的I40b工字鋼作為縱梁（如圖3所示）。

圖3 縱梁受力簡(jiǎn)圖

I40b工字鋼自重q工字鋼=0.738kN/m，查型鋼表可知I40b工字鋼的慣性矩IX=2.278×108mm4，截面抵抗矩WX=1140cm3，腹板厚度δ=12.5mm，IX/SX=33.6cm。

（1）強(qiáng)度驗(yàn)算。

作用在工字鋼上的線荷載（此處安全系數(shù)取1.2）

作用在工字鋼上的集中荷載為

最大彎矩：

線荷載q產(chǎn)生的彎矩M1=ql2/8=180.83×82/8=1446.67kN·m

集中荷載F產(chǎn)生的荷載M2=Fl/4=3.6×8/4=7.2kN·m

設(shè)滿足以上應(yīng)力需要工字鋼的數(shù)量為n，則n=σ/［σW］=1275.3MPa/145MPa=8.8（根）（式中σW為彎曲容許應(yīng)力，經(jīng)查路橋計(jì)算手冊(cè)可得σW=145MPa）。

由上式可知，底板5.73m范圍內(nèi)有8.8根工字鋼即可滿足應(yīng)力要求，則工字鋼在均勻布置的情況下間距為5.73/8.8=0.65m。

為提高安全系數(shù)，箱梁底板工字鋼布置間距為0.6m。

（2）剛度驗(yàn)算。

工字鋼每0.6m一根時(shí)，箱梁底板共布置11根。則每根工字鋼上的線荷載為q1=q/11=180.83/11=16.4kN/m，

滿足要求。

主線橋計(jì)算方式同上，經(jīng)計(jì)算箱梁底板工字鋼每1.2m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12m，工字鋼頂上采用1cm厚、30cm寬、12m長(zhǎng)鋼板進(jìn)行橫向鎖結(jié)。

I40b工字鋼自重q工字鋼=73.8kg/m，慣性矩IX=22780cm4，截面抵抗矩WX=1140cm3，腹板厚度δ=12.5mm，IX/SX=33.6cm。

鋼管柱間距為2m，在梁底板5.73m范圍內(nèi)計(jì)算工字鋼受力情況，計(jì)算方式同上，經(jīng)計(jì)算分配梁滿足要求。

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)?個(gè)門洞有一半的上部荷載均作用于中墩處）：鋼管柱高3m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

單根Φ600×10mm鋼管承受荷載N=1448.44kN/4根=362.11kN

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年內(nèi)最大風(fēng)力為0.6kN/m2，鋼管慣性矩Ix=80675.313cm4，截面面積A=185.354cm2，l=350cm，截面抵抗矩W=π（D4-d4）/32D=2687.8138cm3，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)），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

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?；A(chǔ)長(zhǎng)31m，寬1m，高1.2m。

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

混凝土條形基礎(chǔ)自重

津沽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50cm。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2m，回填區(qū)域分層逐級(jí)壓實(shí)，每層25cm。處理方式見(jiàn)圖4。

圖4 津沽路路肩基礎(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1m。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10cm×10cm方木作豎向背肋，間距30cm，采用普通鋼管雙拼作為橫向背肋，設(shè)置上中下3道，并設(shè)置對(duì)拉絲上中下3道，間距60cm。澆筑混凝土前將鋼筋骨架按配筋圖綁扎完畢和鋼管柱基礎(chǔ)的預(yù)埋鋼板（如圖5）水平固定?；炷翝仓r(shí)，采用插入式振搗棒進(jìn)行振搗。

圖5 預(yù)埋鋼板示意圖

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。鋼管柱采用吊車進(jìn)行安裝，采用焊接形式，將鋼管柱焊接到預(yù)埋鋼板，安裝時(shí)為保證鋼管柱的垂直度，安裝過(guò)程要用水平尺進(jìn)行控制（具體焊接方式見(jiàn)圖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。

在鋼管柱安裝完畢后，施工門洞上部沙桶、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（見(jiàn)圖7）。

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(shū)中的計(jì)算長(zhǎng)度在工字鋼中精確標(biāo)出標(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，也保證了工字鋼有效的工作長(zhǎng)度。

圖6 鋼管柱與預(yù)埋鋼板焊接示意圖

圖7 沙桶及雙拼工字鋼結(jié)構(gòu)圖

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，在搭好的支架上的堆放砂袋，重量不小于箱梁自重的1.2倍。施工前，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2h觀測(cè)一次，連續(xù)兩次觀測(cè)沉降量不超過(guò)3mm，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2.0mm（不含測(cè)量誤差），一般梁跨預(yù)壓時(shí)間為3d。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(guò)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)束語(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)算普遍，施工簡(jiǎn)單，且安全可靠，成效明顯，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］JTG/T F50－2011. 公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范［S］.

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