跨越既有道路橋梁之門式墩蓋梁施工技術淺析

劉志勇

（中鐵建大橋工程局集團第一工程有限公司，遼寧 大連 116000）

0 引言

我國高速公路的發展迅猛，平原、丘陵地區高速公路網絡已經形成。目前高速公路的建設區域多為山區，受山區特殊地形限制，高速公路跨越既有省道多采用門式墩蓋梁，因門式墩蓋梁為矩形，自重大，采用傳統的抱箍法或鋼棒法施工極難滿足其支撐穩定性要求。保康至神農架高速公路高碑4 號大橋2#墩門式墩施工實例，通過選用鋼管立柱+貝雷梁支撐組合體系能夠保證施工期的安全又能保證既有省道的車輛通行，現場實際施工使用證明，該方法具有非常好的效果，本文將對此進行深入分析總結。

1 工程概況

新建保康至神農架高速公路高碑4 號大橋位于湖北省襄陽市保康縣后坪鎮高碑村，該橋橋址區屬構造侵蝕中等切割中低山峽谷地貌區，橋梁跨越東流水河道及S336省道。高碑4號大橋2#墩（樁號為YK8+570）設計為門式墩，用來跨越省道S336，其中1#墩位于省道左側河道中，2#墩位于省道右側山體邊坡上，2#墩蓋梁底距省道路面凈空為9.6m，蓋梁尺寸為長20.8m×寬2.2m×高2.5m，凈跨徑17.2m。

2 門式墩施工技術及要點控制

2.1 方案的選擇

高碑4 號大橋2#墩蓋梁具有跨度大、自重大等特點，制定施工方案時需進行綜合考慮，由于2#墩蓋梁跨越S336 省道，為保證車輛通行則無法采用滿堂支架施工，選取門式支撐體系作為臨時結構施工蓋梁較為合理。根據現場實際情況，采用混凝土基礎+鋼管立柱+貝雷梁組合支撐體系。

針對支撐體系承載力、鋼管立柱抗壓、貝雷桁架和工字鋼分配梁的抗彎等方面進行驗算，得出地基承載力滿足700kPa、立柱采用Φ630 螺旋焊管、8+2 片單層加強型貝雷梁、分配梁使用I20工字鋼，間距50cm 可滿足施工需求，具體形式見圖1。

圖1 臨時結構支撐體系立面圖

2.2 臨時結構基礎的施工

基礎使用C25 混凝土澆筑，省道左側河道內基礎采用擴大墩帽（鋼筋混凝土）形式作為立柱基礎，省道右側基礎直接坐落在開挖平整后的山體上，施工前進行地基承載力檢測。基礎施工需嚴格控制頂面高程，基礎頂面高程=設計墩頂高程-[10cm（鋼模板）+20cm（I20 工字鋼）+160cm（貝雷梁、加強桿件）+63cm（I63 工字鋼）+40cm（調節沙箱）+立柱高度]。基礎混凝土澆筑前預埋10mm厚鋼板（尺寸80×80cm）用于焊接立柱。

2.3 立柱的安裝

立柱采用Φ630螺旋焊管，頂端采用調節高度法蘭盤（見圖2）。門式墩墩柱施工時，在墩頂向下4.0m 位置預埋鋼板。墩柱施工完成后，使用人工配合汽車吊安裝臨時結構立柱，并采用I20a工字鋼，連接立柱與橋梁墩柱預埋鋼板，使得立柱與墩柱連接成整體，提高其穩定性。

圖2 臨時結構立柱法蘭盤

2.4 調節沙箱及承重橫梁的安裝

立柱安裝完成后，對立柱頂標高進行復核，確定調節沙箱標高，沙箱可調節高度至少保證20cm，否則由于預留空間不足會導致支撐體系拆除困難。承重橫梁采用雙拼I63a 工字鋼，橫梁采用人工配合汽車吊安裝在沙箱上，并進行固定。

2.5 貝雷梁的安裝

采用單層單排10 片（8+2）加強型貝雷梁，貝雷梁長度按臨時結構設計圖在地面進行單片組裝，單片組裝完畢后分四部分（2+3+3+2）吊裝到承重橫梁上。吊裝貝雷片時，安全人員和現場工程師必須在現場監控指揮，同時，省道S336 進行交通管制，確保現場人員和施工的安全，在大風天氣及下雨天氣禁止吊裝作業[1]。

2.6 分配梁的安裝

貝雷梁安裝經驗收合格后，進行分配梁安裝。分配梁采用I20 工字鋼，縱向布置在貝雷桁架上，單根長度4.5m，橫向間距50cm。懸臂貝雷片布置2根分配梁，間距100cm。分配梁嚴格按照臨時結構布置圖進行鋪設，鋪設間距用鋼卷尺控制在±1cm之內。

2.7 蓋梁底模的安裝

在橋墩頂部鑿出一條條凹痕，清理橋墩頂部的疏松混凝土，并在橋墩上放樣樁的軸線，并作好標記。模板按照蓋梁尺寸定做，能確保蓋梁位置準確，尺寸大小的準確。底部模具鋪好后進行平整調試，調試時要保證各個部件的受力均勻。在下部模具安裝完畢后，對蓋梁的位置和高度進行復測，通過后進行預壓力觀測點設置。

2.8 臨時結構的預壓

使用預制混凝土塊進行預壓，其預壓質量是原設計質量的1.2 倍。預壓分為三個階段，分別為50%、100%、120%的質量預壓。在對臨時支撐物進行預壓力監控期間，在加載50%和100%的質量時每8h 監測一次，共監測3 次，加載到120%時每12h 監測一次，共監測3 次，在每個監測站12h 內，每個監測站的沉降平均在0.5mm 以下；在36h 內，每個監測站的沉降平均在2.5mm 以下，判斷為臨時支撐物預壓合格。卸料要分層進行，也就是從120%到70%,20%到0，在每個階段卸料后，都要在1h 內進行恢復量的測定，并做好觀測記錄，確認所有的蓋梁和模板都能通過檢驗，才能進行澆筑[2]。

2.9 鋼筋的安裝

門式墩蓋梁鋼筋骨架在鋼筋加工場制作成半成品后運輸至現場，使用人工配合汽車吊吊裝至蓋梁上進行焊接安裝。

2.10 波紋管的安裝

鋼束管道采用Φ90mm 金屬波紋管，用Φ12mm 鋼筋定位，注意定位網片焊接牢固。定位鋼筋網片沿著管道方向每100cm 設置一道，彎起控制點做加密處理。鋼筋焊接時，焊接火花不得接觸波紋管，以免將波紋管燒傷。如有燒傷，需用膠帶將波紋管漏處進行密封，防止漏漿。波紋管安裝完成后，插入PVC軟管，防止混凝土澆筑過程中水泥漿進入造成波紋管堵塞。

2.11 支座墊石鋼筋的安裝

在蓋梁鋼筋骨架及模板安裝固定完成后，測量人員對于模板位置與高程進行校核，準確無誤后，進行支座墊石放樣，安裝支座墊石預埋鋼筋。

2.12 混凝土的澆筑

蓋梁鋼筋與模板驗收合格后，可澆筑混凝土。蓋梁采用汽車泵泵鋪混凝土，混凝土的坍落程度要達到泵鋪的要求，從橋墩頂部開始，往左右兩個方向進行分層澆筑，分層厚度為30cm，注漿速度不可太快，按先從低部到高位，從兩邊往中間均勻地灌入，再進行下層混凝土的搗固（搗固選擇插入式振搗棒搗固），然后繼續泵鋪。施工時嚴格控制上部高度，且收漿平整[3]。

2.13 混凝土的養護

混凝土澆筑完成后及時進行養護，由于門式墩跨省道S336，為了不影響過往車輛通行還要保證養護質量，采用土工布養護，并用2 只150L 水桶放在蓋梁上，水通過預留孔流出，并漫到蓋梁各個位置，養護時間不得少于7d[4]。

2.14 鋼絞線的安裝及張拉

預應力鋼束采用抗拉強度標準值σpk=1860MPa 的高強度低松弛鋼絞線，兩端采用低回縮夾片式錨具，鋼絞線長度按設計尺寸下料安裝。

蓋梁混凝土強度達到設計強度的90%且養護時間不少于7d 之后可進行蓋梁初張拉。先進行中間束張拉而后兩端均勻對稱張拉；首次張拉完成后及時架梁，待左右幅預制T梁安裝完畢，對稱張拉剩余全部鋼束。

3 臨時結構主要構件簡算

3.1 結構荷載的組合計算

蓋梁為鋼筋混凝土結構，重度取26kN/m3；蓋梁底模板、側模板采用定型組合鋼模，重度為0.75kN/m2；施工人員、材料及施工機具荷載按2.5kPa計；傾倒混凝土時產生的沖擊荷載按4.0kPa 計；混凝土振搗產生的荷載按2.0kPa 計。綜合以上計算，按照混凝土澆筑施工過程中不同工況對支架強度、剛度和穩定性進行計算，靜載系數k1取1.2，動載系數k2取1.4，則門式墩蓋梁施工產生的均布荷載為：Q=206.336kN/m。

3.2 分配梁I20a工字鋼的強度驗算

工字鋼I20a 的力學特性：分配梁I20a 工字鋼下方設置橫梁采用加強型單層貝雷片10片（8+2），I20a工字鋼為普通A3 鋼材，經查表得到彈性模量E=2.1×105MPa，容 許 剪 應 力 [τ]=85MPa，容 許 彎 應 力 [σw]=145MPa。

I20a 工字鋼截面力學特性：截面面積A=35.55cm2，慣性矩I=2369cm4，截面抵抗矩W=236.9cm3，單位重27.91kg/m。

根據結構荷載計算得單根分配梁I20a工字鋼承受的均布荷載為：Q1=101.88kN/m，進而求得分配梁I20a工字鋼最大正彎矩位于跨中Mmax=1.367kN·m，則I20a工字鋼承受彎應力求得分配梁I20a工字鋼最大剪力Vmax=22.923kN，則I20a工字鋼承受剪應力求得撓度為綜上計算得出分配梁I20a工字鋼強度滿足要求[5]。

3.3 貝雷梁強度驗算

臨時結構主梁采用加強型單層貝雷梁10 片（8+2），貝雷梁力學特性見表1，容許內力見表2。

表1 加強型與不加強型單排單層貝雷梁的幾何特性

表2 加強貝雷梁的容許內力

根據施工方案，高碑4 號大橋2#墩蓋梁臨時結構計算跨徑為16.5m，貝雷梁承受均布荷載為Q=206.336kN/m。計算求得貝雷梁跨中承受的最大彎矩為Mmax=7021.8kN·m≤[M]=13500kN·m；求得貝雷梁位于支點承受的最大剪力Vmax=1702.27kN≤［V］2452kN；求得最大撓度為0.2mm，小于允許最大撓度41mm，綜上計算得出貝雷梁強度滿足要求。

3.4 承重梁I63a工字鋼驗算

I63a 工字鋼截面力學特性如下：截面面積A=154.59cm2，慣 性 矩I=94004cm4，截 面 抵 抗 矩W=2984.3cm3，單位重121.36kg/m。

根據荷載組合分配求得承重梁I63a工字鋼最大正彎矩位于跨中Mmax=755.638kN·m，I63a工字鋼承受彎應力σ=126.6MPa≤［σw］=145MPa；求得承重梁 I63a 工字鋼最大剪力Vmax=843.84kN，則I63a 工字鋼承受剪應力τ=27.29MPa≤［τ］=85MPa；求得撓度 1.76mm 小于容許撓度。綜上計算得出承重梁I63a工字鋼強度滿足要求。

3.5 立柱Φ630mm×10mm鋼管驗算

Φ630mm×10mm 螺旋鋼管截面力學特性：截面面積 194.68cm2，慣 性 矩 93639.592cm4，截 面 抵 抗 矩2972.7cm3，回轉半徑219mm。

根據荷載組合分配求得單根立柱承受壓力為851.1kN，求得立柱承受軸向應力σ=43.71MPa≤［σ］=140MPa。經驗算，Φ630mm×10mm 螺旋鋼管強度滿足施工要求。

4 結束語

跨越既有道路的門式墩蓋梁的施工，常規施工方法很難滿足現場施工要求，采用混凝土基礎+鋼管立柱+貝雷梁組合支撐體系作為臨時結構進行跨越既有省道門式墩蓋梁的施工，解決了門式墩蓋梁自重大、跨度大、承載結構選擇難的問題，既保障了門式墩蓋梁施工期間的安全，又能滿足既有省道正常通車的需求，此施工方法可為類似工程提供借鑒與參考。