跨鐵路立交橋現澆箱梁懸空支架設計與施工總結

廉強

（中交第一航務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構采用現澆連續(xù)箱梁施工，根據結構特點、施工效率及跨越鐵路線影響等因素，對預留門洞懸空支架支撐系統(tǒng)進行了設計優(yōu)化，為上跨鐵路橋梁施工提供了安全可靠、實施性較強的解決辦法。

1.工程概況、地質條件及特點

1.1 工程概況

橋梁全長240.23m，共三聯依次為：（23.5+33.23+23.5）+（4×20）+（4×20）m預應力混凝土連續(xù)箱梁，每聯橋由東、西2幅箱梁組成，設計寬度單幅14.5m，雙幅29m，箱梁混凝土標號為C50，總方量約6000m3。

1.2 地質條件

勘察結果表明，該區(qū)域的土層分布較有規(guī)律，勘察深度內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全風化大理巖、③2a強風化大理巖、③2b強風化大理巖、③3中風化大理巖。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

因跨越鐵路施工，支架預留門洞無法實現中間支撐，門洞跨度達12.77m，高5.8m，因跨度較大，對橫跨兩端的貝雷梁要求較高，經驗算，擬選用28榀國產標準“321”公路鋼橋桁架貝雷梁，縱向長度為15m；擬選用12組鋼管作為支撐，每組由2根φ420×10mm鋼管組成，每組鋼管間設置[10作橫撐，加強門洞整體穩(wěn)定性。

2.懸空支架設計與施工技術要點

2.1 預留門洞懸空支架設計

本項目鐵路預留門洞跨度12.77m，凈高5.8m，門洞基礎采用兩道30m×1.5m×1.2mC30鋼筋砼，頂面預埋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，增強整體穩(wěn)定性；鋼管柱上方設置雙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標準加強型貝雷架，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兜作隔離層；工字鋼上支滿堂腳手架，設置底托及頂托；滿堂腳手架頂部橫橋向鋪設10#工字鋼，間距600mm；滿堂腳手架上鋪設箱梁底模，底模由100mm×100mm方木及15mm厚竹膠板組成，方木鋪設凈間距150mm。

2.2 預留門洞懸空支架受力驗算

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 門洞貝雷梁驗算

雙排單層加強型貝雷梁技術參數：

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

三排單層加強型貝雷梁技術參數：

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型貝雷梁間距為0.9m。

（1）腹板下貝雷梁驗算。

計算荷載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，滿足要求。

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

最大剪力為Qmax=232.48kN＜698.9kN，滿足要求。

三排單層加強型貝雷梁撓度：

（2）空心箱室、翼緣板下貝雷梁驗算。

計算荷載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，滿足要求。

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

可得最大剪力為Qmax=144.43kN＜490.5kN，剪力滿足要求。

空心箱室、翼緣板下雙排單層加強型貝雷梁撓度為：

2.2.3 門洞鋼橫梁驗算

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設置6組鋼管立柱，計算雙400H型鋼時按五等跨連續(xù)梁進行力學性能分析。

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度為：

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

鋼橫梁跨中最大撓度為：

鋼橫梁跨中最大撓度滿足要求。

2.2.4 鋼管立柱強度驗算

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，以增強門洞整體穩(wěn)定性。

立桿計算長度取5380mm。

2.2.5 條形基礎和地基承載力驗算

（1）條形基礎配筋驗算。

假設條形基礎長15m，寬1.5m，高1.2m，砼標號為C30。

條形基礎承受線荷載為：

式中 ：As—鋼筋截面面積mm2；

fc—C30砼軸心抗壓強度15N/mm2；

b—矩形截面寬度1500mm；

fy—鋼筋抗拉強度設計值310N/mm2；

γd—結構系數，取1.2；

h0—截面有效高度1100mm；

As=1882.7mm2。

取鋼筋直徑為16mm，實取12根（即上下各配置6根φ16鋼筋做主筋），實際鋼筋配筋面積為2413.2mm2，縱向配筋滿足要求。對于梁高1200mm，箍筋直徑不宜小于6mm，結合施工現場情況箍筋采用φ10鋼筋，當梁高800mm

（2）地基承載力計算。

鋼管最大軸力（含鋼管自重）為：N=1750.24kN。

條形基礎重：2.6×1.5×1.2×26=121.68kN。

則地基受力為：1750.24+121.68=1871.92kN。

根據現場實際地質情況及地質勘查報告，條形基礎地基主要為強風化大理巖，地基土承載力450kPa。故條形基礎滿足施工及規(guī)范要求。

2.2.6 支架整體穩(wěn)定性驗算

按照圖紙設計要求，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。

著力點距基礎頂面取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)定性系數為0.948。

穩(wěn)定性系數125/21.42=5.83>1.3，滿足要求。

2.3 實施效果

本工程滿堂支架與門洞懸空支架縱、橫向布距一致，確保箱梁支架整體穩(wěn)定性，門洞支架嚴格按照規(guī)范要求執(zhí)行，經堆載預壓后，測量門洞預壓區(qū)跨中、1/4跨、支點部位的沉降位移觀測，跨中沉降8mm，位移無變化，滿足施工規(guī)范要求。箱梁混凝土澆筑完成后，混凝土表面平整，觀感質量較好。

3.施工經驗總結

（1）腹板下三排單層加強型貝雷梁跨中撓度設計值為3.47mm，空心箱室、翼緣板下雙排單層加強型貝雷梁跨中撓度設計值為3.23mm，現場實際測量腹板、空心箱室、翼緣板下貝雷梁跨中撓度均為8mm

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

（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，需要貝雷梁結構充分發(fā)揮材料特性，對材料性能的要求較高。在實際施工中，需從施工工藝上加以控制：1）加強貝雷梁之間的橫向連接，增強結構剛性和整體性；2）采用水平分層法現場澆筑混凝土，通過減小上部荷載來降低由于不均勻荷載產生的撓度變化對新澆筑混凝土的影響，先澆筑底板和腹板混凝土，再進行頂板混凝土的澆筑。

4.結語

跨鐵路橋梁施工技術難度較大，工藝操作較復雜，本文通過論述跨鐵路立交橋現澆箱梁懸空支架的設計與施工，驗證了設計計算與施工工藝的可行性與合理性，確保了大跨徑門洞支架體系施工安全，總結提煉了應用過程的經驗和教訓，具有較強的施工指導意義。