跨越城市主干道之大跨度現澆箱梁施工技術

劉立榮，李義飛

(1.石家莊鐵道大學四方學院，河北石家莊 050031;2.中鐵六局集團有限公司，北京 100036)

京滬高速和動車組走行線(共五線)從北京南站西咽喉引出，在跨京開高速公路時采用(71+120+71)m三跨連續箱梁結構，平面上位于半徑R=800 m的圓曲線和部分緩和曲線上。按兩幅設計，左右幅分別為雙線、三線連續箱梁，箱梁全長262 m(分左右幅)。端支座處以及邊跨直線段和跨中處梁高為5.0 m，墩頂處梁高9.0 m，墩頂處平段長4.8 m，中跨跨中直線段長4.29 m，邊跨直線段長分別為13.84 m和14.07 m，其余梁段梁高按二次拋物線變化。雙線箱梁為單箱單室結構，邊支點處設置2.0 m厚的端橫隔梁，跨中合龍段設置厚0.6 m的中橫隔梁。箱梁橫斷面見圖1。

1 方案的比選及計算

1.1 采用現澆方案的理由

圖1 連續箱梁中墩橫斷面示意(單位:cm)

由于施工工期緊張，受外界影響較大，連續梁橋有效工期不足5個月，采用懸臂掛籃施工，施工周期較長，不能滿足總體工期要求。

1.2 現澆方案的比選

從方案的可行性、安全性、工期以及臨時工程量及設備、器材投入的大小等方面進行對比，最終確定采用方案4，見表1。

1.3 設計計算

1.3.1 樁身設計計算

采用人工挖孔灌注摩擦樁，直徑為1.2 m，樁中心距為3 m。根據樁頂承受最大軸壓力Pmax=2 296 kN，彎矩為1 607 kN·m的要求，取安全系數2.2，經計算得到入土深度為13 m。

1.3.2 樁頂帽梁設計

樁身直徑為1.2 m，樁中心距為3 m，樁頂帽梁高度為1.5 m，寬度1.8 m。帽梁采用C30混凝土澆筑，經計算受力滿足要求。

表1 方案比選

1.3.3 陰頭礎板尺寸設計計算

陰頭礎板的平面尺寸為280 mm×200 mm，承臺采用C25混凝土，混凝土彈性模量Ec=2.8×104MPa，混凝土軸心抗壓強度設計值為fcd=11.5 MPa，抗拉設計值ftd=1.23 MPa。陰頭礎板豎向荷載Fv=306 kPa，見圖2。承臺局部受壓強度驗算滿足受力要求。

圖2 陰頭礎板示意(單位:mm)

1.3.4 立柱墩計算

1)強度驗算。支撐立柱桁架弦桿軸壓力為290 kN，小于容許軸壓力508 kN，滿足受力要求。

2)穩定性驗算。計算假定:①軸心受壓構件;②計算長度為3 m;③豎向荷載取最大點支座反力，取值306 kN。穩定系數為 φ =0.591，σ =203 MPa，［σ］=230 MPa，滿足受力要求。

1.3.5 上頂梁計算

上頂梁材料為Q235，截面為熱軋工字鋼I25b，跨度為1.4 m。最大上頂梁單點反力為180 kN，兩個集中力間距為0.8 m。計算結果:上頂梁最大彎曲應力為144 MPa，最大剪應力為86 MPa，均滿足受力要求。

1.3.6 墊梁計算

墊梁放在排架式桁架立柱的上頂梁上。墊梁材料為Q235，截面為2×I40b，跨度為0.45 m。計算結果:墊梁最大彎曲應力為114 MPa，最大剪應力為90 MPa，滿足受力要求。

1.3.7 貝雷梁設計計算

根據現場支撐條件確定的計算跨度為12 m，20 m和25 m，簡支梁體系。其中12 m為單層加強型，20 m和25 m為雙層型，采用大型通用有限元分析軟件SAP2000對鋼橋結構進行三維空間有限元分析，桁架弦桿、腹桿采用框架單元。根據不同跨度的有限元模型建立加載工況，計算結果滿足受力要求。

2 方案的實施

2.1 支架施工

支架施工流程如下:人工挖孔樁→樁頂帽梁及預埋件→安裝貝雷片支柱、上頂梁、墊梁→安裝貝雷片組合梁→安裝硬防護體系→吊裝碗扣支架。

2.1.1 人工挖孔樁

通過現場勘查和精確的計算，為減少連續梁施工對京開公路的行車干擾，人工挖孔樁全部設置在主輔路之間的隔離帶和綠化帶上。人工挖孔樁直徑1.2 m，大跨中墩樁長14.0 m，其余13.0 m。要求進入粗圓礫層，在箱梁腹板范圍內按3.0 m間距布置，其它部位按3.0～5.0 m間距布置，見圖3。

圖3 人工挖孔樁基礎布置

2.1.2 樁頂帽梁及預埋件

在挖孔樁頂帽梁混凝土基礎上面連接貝雷梁支柱。支柱與基礎的連接采用貝雷片底部觸板焊接穿孔的鋼板，挖孔樁及條形基礎上預埋螺栓，預埋螺栓固定在加強鋼筋網片上，然后灌注樁頂帽梁混凝土。樁頂帽梁鋼筋采用φ12 mm，@200 mm，架立筋采用直徑8 mm的圓鋼@250 mm。預埋螺栓至邊緣距離為75 mm，預埋鋼板的直徑為900 mm，螺栓φ22 mm，共8個，每45°角一個。用組合鋼模現澆連續樁頂帽梁。施工過程中對于預埋螺栓無法精確預埋，導致貝雷柱礎板與預埋鋼板連接螺栓較少時，在貝雷柱調整水平后將未預埋螺栓及螺栓較少的鋼板與礎板進行焊接(礎板與預埋鋼板間墊50 mm×50 mm×20 mm的鋼板)，焊接完畢后灌注M50支座灌漿材料。

2.1.3 安裝貝雷片支柱、上頂梁、墊梁

臨時墩的立柱用貝雷片拼裝成排架式桁架。帽梁混凝土達到95%強度后，用汽車吊吊起貝雷片固定在帽梁上的預埋螺栓上，作為主跨的支撐立柱。貝雷片平行于主梁方向布置，單耳板朝下插入礎板，用桁架銷連接。排架式立柱在箱梁腹板范圍內橫向間距采用45 cm，其它范圍橫向間距采用90 cm。根據地面高程情況，設計兩種立柱，高度分別為4.5 m和6.0 m。排架式立柱之間用支撐架作縱、橫向系材，支撐立柱的頂部用特制的上頂梁作為支撐立柱的冠材，上頂梁為長1.8 m工字鋼25b。上頂梁上鋪設2根墊梁作為主梁的支點，墊梁橫向間距為0.8 m，每根墊梁由兩根40b工字鋼焊接而成，見圖4。上頂梁(25b工字鋼)與墊梁(40b工字鋼)搭接處可能存在縫隙，利用200 mm×50 mm×3 mm鋼板塞入縫中進行墊平。另外，上頂梁與墊梁利用長200 mm φ16鋼筋幫焊連接，每2 m一處。墊梁橫向由不同長度40b工字鋼組成，其橫向由200 mm×100 mm×10 mm鋼板焊接，保證墊梁的整體穩定性。

圖4 臨時墩排架式立柱(單位:mm)

2.1.4 安裝貝雷片組合梁

主跨承重主梁使用貝雷片拼裝而成。在地面將貝雷片組裝成12 m跨度的縱梁，2榀梁采用0.225 m橫向聯結系聯結成一組。貝雷梁跨度在11～25 m之間，所有貝雷梁的梁底高程為同一數值。貝雷梁在跨主路時凈高不小于4.5 m，跨輔路時凈高不小于3.5 m。每跨貝雷梁與排架式立柱正交布置，為便于貝雷梁的安裝和拆除，每跨為簡支結構。個別京開輔路受箱梁高度限制，其支撐主梁采用單層貝雷梁，并在上下弦安裝加強弦桿，其余都為雙層貝雷梁結構。考慮25 m跨度時支點處貝雷梁下弦桿的強度不夠，改用高抗彎貝雷片。貝雷梁的平面布置原則是，在箱梁腹板跨中受力部位按橫向間距22.5 cm布置，腹板其它部位按橫向間距45.0 cm布置，翼緣板和其它部位按橫向間距90.0 cm布置。

2.1.5 安裝硬防護體系

吊裝完貝雷梁后先橫穿橫向小槽鋼桁架，再安裝貝雷片底部小桁架。然后在貝雷片頂面滿鋪4 000 mm×200 mm×40 mm木板，在木板上再滿鋪薄鐵板，可以防止掉落重物影響既有公路的交通安全。

2.1.6 吊裝碗扣支架

測量放線→排架搭設→剪力撐設置→設置檢查梯、欄桿并掛安全網。

碗扣支架(壁厚3.5 mm，外徑48 mm)搭設嚴格根據測量放線布置，支架搭設寬度15.6 m，每側留出了80 cm寬工作平臺。底托采用45 cm長，可調范圍0～30 cm，使用中最長不宜超過20 cm。底托下支撐于10 cm×12 cm方木上。最上層支架根據實際高度，可將立桿調整為60 cm高或90 cm高，并選用部分可調范圍為0～60 cm的頂托，保證連續梁梁底線形。

支架橫橋向每4排設一道剪力撐(利用普通鋼管)，兩側設通長斜拉桿，縱向剪力撐僅最外側三排設置，剪力撐角度為45°～60°。支架頂部及檢查梯四周設1.5 m高的防護欄并掛安全網。

2.2 連續箱梁施工

施工工藝流程:支架預壓→卸載調整高程→鋪設底模→安設側模及翼緣底模→綁扎底板及腹板鋼筋→安裝波紋管→安裝端模及錨墊板→(穿束)安裝箱梁芯模→綁扎頂板鋼筋及預埋件→澆筑梁體混凝土→梁體混凝土養生→拆除箱梁芯模→首批預應力束張拉→首批張拉束孔道壓漿→拆除底模及膺架→橋面系施工→剩余束張拉及壓漿→封錨

3 結語

大跨度五線雙輻變截面箱梁施工采用的貝雷片拼裝成排架式桁架支撐立柱，貝雷梁棚架再結合碗扣式滿堂膺架的支撐體系，能充分發揮兩種器材的優越性，既滿足了施工技術要求，又增加了施工安全性。為同類型橋梁施工提供了借鑒參考。

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