現(xiàn)澆箱梁跨城市道路門洞的設(shè)計(jì)及施工

曹裕榮

（南通城欣市政工程有限公司 項(xiàng)目部，江蘇 南通 226011）

0 引言

隨著城鎮(zhèn)化的不斷推進(jìn)，高架橋、跨線橋等城建工程越來越多。而大規(guī)模的城市建設(shè)給市民的出行造成一定的干擾，在城市橋梁跨線施工中門洞的應(yīng)用應(yīng)能有效減少施工擾民的問題。[1]本文結(jié)合具體的工程實(shí)例，設(shè)計(jì)出一個(gè)鋼管支柱和工字鋼縱橫梁組成的門洞，在實(shí)際應(yīng)用中取得較好的效果，具有一定的參考價(jià)值。

1 工程概況

某大型橋梁工程上部結(jié)構(gòu)為預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁，采用滿堂支架現(xiàn)澆法施工。主線第三聯(lián)采用變截面連續(xù)箱梁結(jié)構(gòu)，梁高為1.8-2.7m，其中第二跨跨越城市現(xiàn)況道路，凈高為8.3m。為了確保現(xiàn)況道路的暢通，施工單位在現(xiàn)澆連續(xù)箱梁施工期間搭設(shè)一個(gè)機(jī)動(dòng)車及行人通行的門洞。

2 門洞總體設(shè)計(jì)

2.1 門洞布置形式

因?yàn)闃蛄壕€路與現(xiàn)況道路斜交，所以門洞布置時(shí)采用與橋梁線路斜交（夾角為8°）的形式，門洞平面布置如圖1所示。

圖1 門洞平面布置圖

根據(jù)對(duì)現(xiàn)況道路車流量的調(diào)查分析，門洞采用“雙向二車道+人行道”的布置形式，共四孔。各孔跨徑依次為2.9m、5.7m、5.7m、2.9m，凈高為4.5m。行車道通行凈寬為4.5m，人行道通行凈寬為1.8m，門洞立面圖如圖2所示。

圖2 門洞立面圖

2.2 門洞結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

（1）條形基礎(chǔ)。門洞采用5道C20混凝土條形基礎(chǔ)，直接澆筑在老瀝青路面上。中間3道條形基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)尺寸為1.2m×0.8m×21m，兩側(cè)條形基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)尺寸為1.0m×0.8m×21m。為了盡量避免車輛的碰撞，每道條形基礎(chǔ)的端頭均做成半圓形。在條形基礎(chǔ)上鋼管立柱所對(duì)應(yīng)的位置預(yù)埋鋼板，中間3排條形基礎(chǔ)的鋼板尺寸均為1 000mm×1 000mm×10mm，兩側(cè)條形基礎(chǔ)的鋼板尺寸均為600mm×600mm×10mm，鋼板預(yù)埋時(shí)位置準(zhǔn)確、表面水平。

（2）鋼管立柱。門洞中間3排鋼管立柱采用Ф800螺旋管，壁厚δ為8mm，兩側(cè)鋼管立柱采用Ф425螺旋管，壁厚δ為5mm。鋼管立柱焊接在條形基礎(chǔ)頂面預(yù)埋鋼板上，并且沿柱腳四周焊接加勁綴板。鋼管立柱頂部焊接鋼板調(diào)平墊層，Ф800鋼管調(diào)平鋼板尺寸為900mm×900mm×10mm，Ф425鋼管調(diào)平鋼板尺寸為500mm×500mm×10mm。各排鋼管立柱間設(shè)10#槽鋼斜撐以增加其穩(wěn)定性，門洞橫斷面圖如圖3所示。

圖3 門洞橫斷面圖

（3）縱橫梁及分配梁。門洞采用雙拼I40a工字鋼橫梁，架設(shè)于每排鋼管立柱頂部；采用I40a工字鋼縱梁，擱置在雙拼I40a工字鋼橫梁上。工字鋼縱梁順橋向布置，間距為900mm，在箱梁腹板下加密為600mm。I40a工字鋼縱梁上橫向鋪設(shè)I12.6工字鋼分配梁，間距為90cm，確保箱梁滿堂支架立桿底托支承在I12.6工字鋼與I40a工字鋼交叉處。

3 門洞結(jié)構(gòu)驗(yàn)算

3.1 施工荷載取值

新澆筑的鋼筋混凝土自重為26kN/m3；箱梁模板及方木自重取0.75kN/m2；施工人員、施工料具運(yùn)輸或堆放荷載，計(jì)算支架立柱時(shí)取1.0kN/m2，計(jì)算模板及方木分配梁時(shí)取2.5kN/m2；傾倒混凝土?xí)r產(chǎn)生的沖擊荷載按照導(dǎo)管傾倒考慮2.0kN/m2；振搗混凝土產(chǎn)生荷載2.0kN/m2。支架高度小于10m，不考慮支架自重及風(fēng)荷載影響。[2]

3.2 門洞材料計(jì)算參數(shù)

I40a工字鋼計(jì)算參數(shù)如下：彈性模量E為2.1×105MPa，剪切模量G為0.81×105MPa，腹板厚度δ為1.05cm，截面模量Ix為21 714cm4，截面抵抗距Wx為1 085.7 cm3，半截面面積距Sx為631.2 cm3，自重為0.676kN/m。

3.3 縱梁驗(yàn)算

在門洞范圍內(nèi)，箱梁橫斷面高度從1.94m漸變到1.8m?？紤]到安全儲(chǔ)備，計(jì)算時(shí)梁高取1.94m。通過對(duì)工字鋼縱梁上方對(duì)應(yīng)箱梁斷面面積的比較，中腹板處斷面面積為最大（該處面積為0.969m2），為最不利斷面。故選取中腹板下方I40a工字鋼縱梁進(jìn)行驗(yàn)算。箱梁結(jié)構(gòu)自重計(jì)算如式（1）所示。

Gx1=0.969m2×26kN/m3=25.194kN/m（1）

按《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》相關(guān)規(guī)定，荷載組合標(biāo)準(zhǔn)值為35.8kN/m。建立l=5.7m簡支梁計(jì)算模型，均布荷載q=35.8kN/m。經(jīng)驗(yàn)算，最大彎曲應(yīng)力σmax為133.9MPa，其低于規(guī)范值[σw]=145MPa，滿足要求；剪應(yīng)力τmax為 28.2MPa，其低于規(guī)范值 CT[τ]=85MPa，滿足要求；撓度 f為 10.8mm，其低于規(guī)范值[f]=14.25mm，滿足要求。由于受力最不利的I40a工字鋼縱梁的強(qiáng)度、剛度均滿足要求，則門洞所有工字鋼縱梁均滿足要求。

3.4 雙拼I40a工字鋼橫梁驗(yàn)算

雙拼I40a工字鋼橫梁直接承受I40a工字鋼縱梁傳遞的集中荷載。通過箱梁斷面法求得縱梁的線荷載，進(jìn)而求得橫梁處集中力，集中力分布以I40a工字鋼縱梁間距為準(zhǔn)。取受力最不利的中間一道工字鋼橫梁進(jìn)行驗(yàn)算，如圖4所示。

圖4 雙拼I40a橫梁受力簡圖

借助力學(xué)軟件對(duì)上述模型進(jìn)行驗(yàn)算，則最大彎曲應(yīng)力σmax為86.7MPa，其低于規(guī)范值[σw]=145MPa，滿足要求；剪應(yīng)力τmax為38.85MPa，其低于規(guī)范值CT[τ]=85MPa，滿足要求；撓度fmax為0.3mm，其低于規(guī)范值[f]=6.25mm，滿足要求。

（1）分配梁驗(yàn)算。箱梁滿堂支架搭設(shè)時(shí)，每根立桿底托支承在I12.6工字鋼分配梁與I40a工字鋼縱梁交叉處正上方，I12.6分配梁承受壓力，安全性能夠滿足要求。

（2）鋼管立柱驗(yàn)算。取受力最不利的中間一排D800鋼管立柱進(jìn)行驗(yàn)算，經(jīng)計(jì)算最大支座反力Rmax=492.367kN，即單根D800鋼管立柱（δ8）提供的最大支撐力為492.367kN，每根鋼管柱自重為846kg（鋼管長度L=4.5m），則單根D800鋼管立柱（δ8）的軸向力計(jì)算如式（2）所示。

查表得I=0.001 560 88m4，A=0.019 9m2，φ=0.9，則支撐鋼管所承受的壓應(yīng)力計(jì)算如式（3）所示，計(jì)算結(jié)果顯示其滿足要求。

3.5 混凝土條形基礎(chǔ)驗(yàn)算

基礎(chǔ)支承在老瀝青砼路面上，道路二灰碎石基層抗壓強(qiáng)度不小于0.8MPa。中間一排鋼管立柱承載力最大，以受力最不利的中間一排鋼管立柱下的條形基礎(chǔ)進(jìn)行驗(yàn)算。假設(shè)鋼管立柱壓力在混凝土基礎(chǔ)中以45°角擴(kuò)散，基底應(yīng)力擴(kuò)散面積計(jì)算如式（4）所示，老瀝青砼路面壓應(yīng)力計(jì)算如式（5）所示。計(jì)算結(jié)果顯示，地基承載力滿足要求。

通過對(duì)門洞縱橫梁及分配梁、鋼管立柱、混凝土條形基礎(chǔ)進(jìn)行驗(yàn)算，門洞的強(qiáng)度、剛度及穩(wěn)定性均滿足要求，能確保施工安全。

4 門洞施工要點(diǎn)

4.1 條形基礎(chǔ)施工

先由測(cè)量人員按設(shè)計(jì)樁號(hào)、角度放出條形基礎(chǔ)輪廓線，再將輪廓內(nèi)的老路面鑿毛，立模板澆注C20砼條形基礎(chǔ)。施工時(shí)要嚴(yán)格控制基礎(chǔ)頂面標(biāo)高及預(yù)埋件位置。

4.2 鋼管立柱及工字鋼橫梁吊裝

先按設(shè)計(jì)位置在條形基礎(chǔ)上彈線，再用汽車吊按線位吊裝鋼管立柱。對(duì)正后與預(yù)埋鋼板進(jìn)行焊接，并沿柱腳四周焊接加強(qiáng)綴板。每道條形基礎(chǔ)上的鋼管立柱吊裝完成后，在鋼管立柱之間焊接10#槽鋼斜撐以增強(qiáng)整體性。雙拼I40工字鋼橫梁在地面拼裝成整體后起吊安裝，安裝時(shí)按立柱頂鋼板上的軸線就位，檢查合格后采用電焊穩(wěn)定。所有焊接質(zhì)量均應(yīng)滿足規(guī)范要求。

4.3 工字鋼縱梁吊裝

先在工字鋼橫梁上放線，然后將工字鋼縱梁按線位吊放在橫梁上。在全部工字鋼縱梁吊裝完成后，用Φ28鋼筋將其交叉連接以增強(qiáng)穩(wěn)定性。連接完成后在縱梁上按設(shè)計(jì)要求鋪設(shè)I12.6工字鋼分配梁。

4.4 門洞支架預(yù)壓

門洞上方搭設(shè)碗扣支架、鋪設(shè)方木完成后按箱體重量的120%進(jìn)行超載預(yù)壓以檢查門洞結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，同時(shí)消除整個(gè)支撐體系的非彈性變形。

4.5 安全防護(hù)設(shè)施施工

通道兩側(cè)鋼管立柱采用密目安全網(wǎng)垂直封閉，通道頂縱向工字鋼下用竹膠板封閉防止墜物。門洞出入口設(shè)置安全防護(hù)筒，門洞內(nèi)設(shè)夜間警示燈。在門洞前后各30m距離處安裝限速、限高、限寬設(shè)施。

5 結(jié)束語

本文設(shè)計(jì)的門洞在實(shí)際應(yīng)用過程中，通過對(duì)整個(gè)支撐體系沉降觀測(cè)點(diǎn)的持續(xù)觀測(cè)，門洞支架的彈性與非彈性變形量均在預(yù)測(cè)范圍內(nèi)，且拆模后箱梁線形優(yōu)美，箱體未出現(xiàn)任何裂縫。實(shí)踐表明，門洞設(shè)計(jì)合理，鋼管立柱與工字鋼縱橫梁組成的門洞支架構(gòu)造簡單、安裝方便、穩(wěn)定性好，可以在要求交通不中斷的跨線橋梁施工中廣泛采用。

[1]張宇,李金強(qiáng),羅志佳,等.城市高架橋現(xiàn)澆箱梁大跨度門洞的設(shè)計(jì)及施工[J].橋梁建設(shè),2012(S1):144-147.

[2]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,2006.