跨鐵路立交橋現(xiàn)澆箱梁懸空支架設(shè)計(jì)與施工總結(jié)

廉強(qiáng)

（中交第一航務(wù)工程局有限公司路橋分公司，天津 300461）

某跨鐵路立交橋上部結(jié)構(gòu)采用現(xiàn)澆連續(xù)箱梁施工，根據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、施工效率及跨越鐵路線(xiàn)影響等因素，對(duì)預(yù)留門(mén)洞懸空支架支撐系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)優(yōu)化，為上跨鐵路橋梁施工提供了安全可靠、實(shí)施性較強(qiáng)的解決辦法。

1.工程概況、地質(zhì)條件及特點(diǎn)

1.1 工程概況

橋梁全長(zhǎng)240.23m，共三聯(lián)依次為：（23.5+33.23+23.5）+（4×20）+（4×20）m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁，每聯(lián)橋由東、西2幅箱梁組成，設(shè)計(jì)寬度單幅14.5m，雙幅29m，箱梁混凝土標(biāo)號(hào)為C50，總方量約6000m3。

1.2 地質(zhì)條件

勘察結(jié)果表明，該區(qū)域的土層分布較有規(guī)律，勘察深度內(nèi)的主要土層自上而下依次為人工填土層（Qml）：①素填土、夾層碎石；殘積土層（Qel）：②殘積土；基巖（粉子山群Pt1-2fza）③1全風(fēng)化大理巖、③2a強(qiáng)風(fēng)化大理巖、③2b強(qiáng)風(fēng)化大理巖、③3中風(fēng)化大理巖。各層地基承載力容許值如表1所示。

表1 地基土承載力基本容許值[fa0]

1.3 工程特點(diǎn)

因跨越鐵路施工，支架預(yù)留門(mén)洞無(wú)法實(shí)現(xiàn)中間支撐，門(mén)洞跨度達(dá)12.77m，高5.8m，因跨度較大，對(duì)橫跨兩端的貝雷梁要求較高，經(jīng)驗(yàn)算，擬選用28榀國(guó)產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)“321”公路鋼橋桁架貝雷梁，縱向長(zhǎng)度為15m；擬選用12組鋼管作為支撐，每組由2根φ420×10mm鋼管組成，每組鋼管間設(shè)置[10作橫撐，加強(qiáng)門(mén)洞整體穩(wěn)定性。

2.懸空支架設(shè)計(jì)與施工技術(shù)要點(diǎn)

2.1 預(yù)留門(mén)洞懸空支架設(shè)計(jì)

本項(xiàng)目鐵路預(yù)留門(mén)洞跨度12.77m，凈高5.8m，門(mén)洞基礎(chǔ)采用兩道30m×1.5m×1.2mC30鋼筋砼，頂面預(yù)埋24塊110cm×70cm×1.5cm鋼板；鋼管柱采用24組雙排φ420×10mm鋼管，高5.4m，頂端采用1.5cm厚鋼板封閉，間距2.6m×12.77m；橫橋向相鄰兩根鋼管柱上下2.5m采用[10槽鋼做水平連接，增強(qiáng)整體穩(wěn)定性；鋼管柱上方設(shè)置雙400mm×400mm H型鋼做橫梁，橫梁上每隔1m加1cm厚鋼板作肋板，支撐立柱橫梁上架設(shè)標(biāo)準(zhǔn)加強(qiáng)型貝雷架，橫橋向布置間距為0.9m+0.526m+0.45m×4+0.9m+0.45m×6+0.9m+0.45m×6+0.9m+0.45m×5+0.9m；橫橋向鋪墊10#工字鋼，工字鋼間距600mm，并在工字鋼周邊鋪墊100mm×100mm方木、竹膠板及防墜安全網(wǎng)兜作隔離層；工字鋼上支滿(mǎn)堂腳手架，設(shè)置底托及頂托；滿(mǎn)堂腳手架頂部橫橋向鋪設(shè)10#工字鋼，間距600mm；滿(mǎn)堂腳手架上鋪設(shè)箱梁底模，底模由100mm×100mm方木及15mm厚竹膠板組成，方木鋪設(shè)凈間距150mm。

2.2 預(yù)留門(mén)洞懸空支架受力驗(yàn)算

2.2.1 荷載組成

（1）箱梁砼自重G1：

腹板：2.1×26=54.6kN/m2，空心箱底板、翼緣板：（0.45+0.18）/2×26=8.19kN/m2。

（2）模板支架自重G2：

模板體系：1.5kN/m2，方木自重取7.5kN/m3，10#工字鋼自重0.11kN/m，貝雷梁：2.5kN/m2。

（3）施工荷載G3：2.8kN/m2。

（4）振搗荷載：水平方向取2.0kN/m2，豎向取4.0 kN/m2。

2.2.2 門(mén)洞貝雷梁驗(yàn)算

雙排單層加強(qiáng)型貝雷梁技術(shù)參數(shù)：

E=2.1×105MPa，I=11.55×109mm4，W=15.4×106mm3，[M]=3375.0kN·m，[Q]=490.5kN。

三排單層加強(qiáng)型貝雷梁技術(shù)參數(shù)：

E=2.1×105MPa，I=17.32×109mm4，W=23.1×106mm3，[M]=4809.4kN·m，[Q]=698.9kN。

貝雷梁橫向布置：腹板下采用三排單層加強(qiáng)型貝雷梁間距為0.45m；空心箱室、翼緣板下采用雙排單層加強(qiáng)型貝雷梁間距為0.9m。

（1）腹板下貝雷梁驗(yàn)算。

計(jì)算荷載q=0.45×［1.2×（54.6+1.5+7.5×0.1+2.5）+1.4×（2.8+4）］+0.6×1.2×0.11=36.41kN/m。

貝雷梁跨內(nèi)彎矩為：Mmax=1/8ql2=1/8×36.41×12.77×12.77=742.19kN·m。

可得腹板下最大彎矩為：Mmax=742.19kN·m＜4809.4 kN·m，滿(mǎn)足要求。

腹板下三排單層加強(qiáng)型貝雷梁剪力為：QA=1/2ql=1/2×36.41×12.77=232.48kN。

最大剪力為Qmax=232.48kN＜698.9kN，滿(mǎn)足要求。

三排單層加強(qiáng)型貝雷梁撓度：

（2）空心箱室、翼緣板下貝雷梁驗(yàn)算。

計(jì)算荷載q=0.9×[1.2×(8.19+1.5+7.5×0.1+2.5)+1.4×(2.8+4)]+0.6×1.2×0.11=22.62kN/m。

貝雷梁跨內(nèi)彎矩為：Mmax=1/8ql2=1/8×22.62×12.77×12.77=461.09kN·m。

空心箱室、翼緣板下最大彎矩為：Mmax=461.09kN·m＜3375.0kN·m，滿(mǎn)足要求。

空心箱室、翼緣板下雙排單層加強(qiáng)型貝雷梁剪力為：QA=1/2ql=1/2×22.62×12.77=144.43kN。

可得最大剪力為Qmax=144.43kN＜490.5kN，剪力滿(mǎn)足要求。

空心箱室、翼緣板下雙排單層加強(qiáng)型貝雷梁撓度為：

2.2.3 門(mén)洞鋼橫梁驗(yàn)算

整體箱梁受力分析貝雷梁傳遞到橫橋向雙400H型鋼的作用力，以雙400H型鋼由6組等跨立柱支撐，跨距2600mm。400H型鋼高400mm，寬400mm，腹板厚13mm，翼緣板厚21mm，型鋼自重1.684kN/m，截面抵抗矩W=3268cm3，截面慣性矩I=65361cm4，截面面積A=21454mm2。

雙H型鋼承受砼重：10.92×15×26/(15×14.25)=19.92 kN/m2。

線(xiàn)荷載：q=15×[1.2×(19.92+1.5+7.5×0.1+2.5)+1.4×(2.8+4)]+0.6×1.2×0.11+1.2×1.684×2=590.98kN/m。

橫向每隔2.6m設(shè)置6組鋼管立柱，計(jì)算雙400H型鋼時(shí)按五等跨連續(xù)梁進(jìn)行力學(xué)性能分析。

雙H型鋼承受彎矩為：

如圖1鋼橫梁彎矩圖所示，可知鋼橫梁承受最大彎矩為：Mmax=419.48kN·m。

圖1 鋼橫梁彎矩圖

鋼橫梁承受剪力為：

如圖2鋼橫梁剪力圖所示，鋼橫梁承受最大剪力為：Qmax=931.15kN。

圖2 鋼橫梁剪力圖

鋼橫梁承受最大剪力強(qiáng)度為：

τ剪=Qmax/(2A)=931150/(2×21454)=21.7N/mm2<[τ]=125N/mm2，滿(mǎn)足要求。

鋼橫梁跨中最大撓度為：

鋼橫梁跨中最大撓度滿(mǎn)足要求。

2.2.4 鋼管立柱強(qiáng)度驗(yàn)算

鋼管立柱共由24組鋼管支撐，每組由2根φ420×10mm鋼管并排組成。

由鋼橫梁剪力圖可知，最大支座反力為：N=931.15+808.22+10.87=1750.24kN。

φ420×10mm鋼管立柱下端與110cm×70cm×1.5cm鋼板連接，立柱間布置兩道橫撐，以增強(qiáng)門(mén)洞整體穩(wěn)定性。

立桿計(jì)算長(zhǎng)度取5380mm。

2.2.5 條形基礎(chǔ)和地基承載力驗(yàn)算

（1）條形基礎(chǔ)配筋驗(yàn)算。

假設(shè)條形基礎(chǔ)長(zhǎng)15m，寬1.5m，高1.2m，砼標(biāo)號(hào)為C30。

條形基礎(chǔ)承受線(xiàn)荷載為：

式中 ：As—鋼筋截面面積mm2；

fc—C30砼軸心抗壓強(qiáng)度15N/mm2；

b—矩形截面寬度1500mm；

fy—鋼筋抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值310N/mm2；

γd—結(jié)構(gòu)系數(shù)，取1.2；

h0—截面有效高度1100mm；

As=1882.7mm2。

取鋼筋直徑為16mm，實(shí)取12根（即上下各配置6根φ16鋼筋做主筋），實(shí)際鋼筋配筋面積為2413.2mm2，縱向配筋滿(mǎn)足要求。對(duì)于梁高1200mm，箍筋直徑不宜小于6mm，結(jié)合施工現(xiàn)場(chǎng)情況箍筋采用φ10鋼筋，當(dāng)梁高800mm

（2）地基承載力計(jì)算。

鋼管最大軸力（含鋼管自重）為：N=1750.24kN。

條形基礎(chǔ)重：2.6×1.5×1.2×26=121.68kN。

則地基受力為：1750.24+121.68=1871.92kN。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際地質(zhì)情況及地質(zhì)勘查報(bào)告，條形基礎(chǔ)地基主要為強(qiáng)風(fēng)化大理巖，地基土承載力450kPa。故條形基礎(chǔ)滿(mǎn)足施工及規(guī)范要求。

2.2.6 支架整體穩(wěn)定性驗(yàn)算

按照?qǐng)D紙?jiān)O(shè)計(jì)要求，支架水平荷載取上部荷載的5%，則支架受水平推力為：

F=26×10.92×15×5%=4258.8×5%=212.94kN。

每組立柱受水平推力為F=212.94/12=17.75kN。

著力點(diǎn)距基礎(chǔ)頂面取5.8/2m，M=17.75×5.8/2= 51.48 kN·m。

支架（含橫、斜撐）自重取1.5kN/m2，每組鋼管柱承受豎向壓力為N=1.5×5.8=8.7kN。

支架穩(wěn)定性系數(shù)為0.948。

穩(wěn)定性系數(shù)125/21.42=5.83>1.3，滿(mǎn)足要求。

2.3 實(shí)施效果

本工程滿(mǎn)堂支架與門(mén)洞懸空支架縱、橫向布距一致，確保箱梁支架整體穩(wěn)定性，門(mén)洞支架?chē)?yán)格按照規(guī)范要求執(zhí)行，經(jīng)堆載預(yù)壓后，測(cè)量門(mén)洞預(yù)壓區(qū)跨中、1/4跨、支點(diǎn)部位的沉降位移觀測(cè)，跨中沉降8mm，位移無(wú)變化，滿(mǎn)足施工規(guī)范要求。箱梁混凝土澆筑完成后，混凝土表面平整，觀感質(zhì)量較好。

3.施工經(jīng)驗(yàn)總結(jié)

（1）腹板下三排單層加強(qiáng)型貝雷梁跨中撓度設(shè)計(jì)值為3.47mm，空心箱室、翼緣板下雙排單層加強(qiáng)型貝雷梁跨中撓度設(shè)計(jì)值為3.23mm，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際測(cè)量腹板、空心箱室、翼緣板下貝雷梁跨中撓度均為8mm

（2）連續(xù)箱梁在結(jié)構(gòu)重力和荷載的作用下，主梁受彎（跨中截面承受正彎矩，中間支點(diǎn)截面承受負(fù)彎矩，通常支點(diǎn)截面負(fù)彎矩比跨中截面正彎矩大）。由于連續(xù)結(jié)構(gòu)可以充分發(fā)揮貝雷梁的材料特性，能夠有效促進(jìn)結(jié)構(gòu)輕型化，因此多跨連續(xù)貝雷梁在現(xiàn)澆梁施工中具有廣闊的應(yīng)用前景。

（3）多跨連續(xù)貝雷梁在施工中發(fā)揮了積極作用，但也存在不足，由于支架上承受的初期混凝土荷載并非均布的，需要貝雷梁結(jié)構(gòu)充分發(fā)揮材料特性，對(duì)材料性能的要求較高。在實(shí)際施工中，需從施工工藝上加以控制：1）加強(qiáng)貝雷梁之間的橫向連接，增強(qiáng)結(jié)構(gòu)剛性和整體性；2）采用水平分層法現(xiàn)場(chǎng)澆筑混凝土，通過(guò)減小上部荷載來(lái)降低由于不均勻荷載產(chǎn)生的撓度變化對(duì)新澆筑混凝土的影響，先澆筑底板和腹板混凝土，再進(jìn)行頂板混凝土的澆筑。

4.結(jié)語(yǔ)

跨鐵路橋梁施工技術(shù)難度較大，工藝操作較復(fù)雜，本文通過(guò)論述跨鐵路立交橋現(xiàn)澆箱梁懸空支架的設(shè)計(jì)與施工，驗(yàn)證了設(shè)計(jì)計(jì)算與施工工藝的可行性與合理性，確保了大跨徑門(mén)洞支架體系施工安全，總結(jié)提煉了應(yīng)用過(guò)程的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，具有較強(qiáng)的施工指導(dǎo)意義。