中兴路北延下穿南京长江三桥高速公路组合钢便桥设计与施工

钱 涛

(江苏雷威建设工程有限公司，南京 210003)

1 工程概况

南京市雨花区中兴路北延工程南起绕城公路板桥汽渡连接线，北至秦淮新河防洪堤，全线长2670 m，路幅宽为50 m，在里程K0+769.179处直线下穿南京长江三桥高速公路连接线，此处路幅宽度56.6～61 m。三桥产权单位要求在施工中不中断连接线交通、不减少车道数量、不得采用上跨方案，施工时对三桥连接线影响时间应最短，并最大限度保证其畅通。

根据地质勘察报告，本区段地质条件较差，公路路基下卧层为淤泥质亚黏土覆盖，厚度为12.5～21.6 m，压缩比较高、微透水性，容许承载力为70 kPa。最终利用铁路D型24 m施工便梁，改制成组合式钢便桥来组织三桥高速公路连接线交通，下穿采用4孔(6+12.5+12.5+6)m分离式框架箱形结构。箱形桥总高8.3 m，总长65 m，分2节预制，每节32 m，中间设置1 m后浇带，采用中继间法顶进施工，顶程为86.3 m。箱顶距离高速公路路面平均高度为1.34 m(图1)。

图1 箱形桥横断面(单位:m)

2 交通现状及组织方案

本工程穿越高速公路路基部分位于4个匝道汇合处，主线为双向6车道，每个匝道为双车道，施工时只有两侧匝道通车、主线段暂未通车。根据交通现状，施工时将便桥设置在两侧匝道上来组织三桥连接线交通，主线段道路可以进行破除和铺设施工。进行便桥安装(或移装)时，需占用匝道，则提前将匝道与主线道路之间增设施工便道进行弯道顺接，以保证既有车道数量。

交通组织按两阶段进行，并不断交替改道通行。第一阶段为施工占用主线道路，车辆按原路线行驶;第二阶段为施工占用匝道出入口，车辆从施工便道绕行(图2)。

图2 临时钢便桥设置位置及交通组织示意

3 组合钢便桥桥跨结构设计和施工

3.1 D24型组合施工便桥与贝雷梁便桥的比较

用作高速公路的临时便桥结构一般采用贝雷梁结构较多，而本工程受便桥高度和多次拆装等因素影响，考虑了采用铁路专用D24型施工便梁组装结构，并对2种便桥结构特点进行了比较分析。

(1)贝雷梁便桥在公路施工中由于其轻巧灵活，应用比较广泛，但也有其不足。

①自身高度高，加强型贝雷梁高度达到170 cm，由于贝雷梁本身采用高强螺栓铰接连接，纵向和横向在车辆荷载作用下变形大、挠度大，行车速度受到较大限制，一般限速15～30 km/h，由此影响高速公路通过能力，造成运能损失。

②横向路面占用宽度宽，D24型便梁拼装成3车道，宽度为13.86 m，而采用贝雷梁拼装成3车道，路幅宽度将达到17.4 m，需加宽3.54 m。

③贝雷梁标准桥面系均为下承式结构，当拼装成三车道时会在路面上造成6道高约0.9 m、长24 m的主梁桁架，对高速公路行车造成安全隐患。

(2)D24型施工便梁可以发挥出其低高度、大跨度、高强度、空间大、安全储备高等特点，具体有以下几点。

①D24型便梁设计成上承式结构后，其桥面可与既有高速公路路面路幅基本相同，给司机提供良好的安全运行条件。

②在D24型便梁上设计有硬木垫层的组合式桥面结构，可对行车起到缓冲作用，同时也可以调节桥面纵、横坡度。

③D24型便梁具有跨度大、自重轻、自身结构高度低、拼装速度快的特点，可以满足下穿箱形框架立交顶进时低空结构尺寸。

④D24型便梁可多孔进行横向连接，灵活性较大。

⑤D24型便梁原设计可承载铁路机车重力，若用于公路汽车承载(活载为汽—20)，则具有较高的安全系数，按限速60 km/h行驶，可大大提高高速公路的运能。

根据长江三桥公司对立交桥顶进施工时要保证不中断行车、不减少车道的要求以及交通现状和公路行车的特点，初期拟采用贝雷梁便桥结构，后经调查研究、反复论证并征得三桥产权单位和交通管理部门同意，最终便桥设计采用了铁路D型施工便梁架设方案。

3.2 组合钢便桥设计和结构验算

(1)主梁结构体系

采用D24型便梁主梁、横梁和牛腿等主要构件，把下承式钢梁改为上承式钢梁。为满足2车道通行同时备用1车道，设计成横向3跨一联的组合钢便梁，组装后总宽为13.86 m，每联便桥采用4片纵梁和3孔横梁栓接而成(图3)。主梁基础采用钢筋混凝土扩大基础，底部留3 m深带土顶进，边坡按照1∶1(图4)。

图3 D24型组合钢便桥结构横断面(单位:mm)

图4 D24型组合钢便桥结构纵断面(单位:m)

(2)车道桥面体系

因组合后的主梁顶比横梁高0.21 m，为此把公路车道桥面设计成复合桥面，即在D24便梁横梁上铺设[10型钢作为桥面纵梁，上满铺10 cm×10 cm方木作为横梁，再铺12 mm厚钢板桥面，在12 mm厚桥面上焊接间距20 cm、厚6 mm、宽60 mm扁钢作为车道防滑条，用M18螺栓与D24便梁连接牢固，另外在主梁纵梁上直接套装6 mm厚花纹钢板。组装后的便桥两侧设置可拆卸防撞钢栏杆，立杆采用125H型钢，伸出桥面1.2 m高。底部焊接2道12 mm厚两层钢板并通过M18螺栓连接在纵梁外侧肋板上，立杆上焊接钢板卡槽，设置[18型钢横杆2道(图5)。

图5 便桥横梁上桥面系横断面(单位:mm)

架设好的便桥端部在路幅13.86 m范围与既有路面约有0.5 m宽空挡，此部位采用钢结构挡板隔离，其间采用砂加碎石人工夯实回填。因组装后的便桥为水平，而既有路面有纵横坡，安装后的便桥相比既有路面有不同程度高差，为了与既有路面顺坡对接形成顺畅路幅，采取在两端桥头以2%设置纵坡对接，用砂加碎石作为纵横坡调节填料，最后在填料上铺厚20 mm加防滑条钢板作为两端上桥过渡路面。

通过上述方法，建成后便桥路幅除在便桥两侧设有防撞标志外无任何遮挡之处，平坦顺畅，行车视线良好。由于D24型便梁组拼成3孔横向连接，整体刚度有较大改善，从实际运行情况来看，稳定性良好。

(3)结构验算

为了保证安全，按照相关规范、规定和公路行车特点进行了有关构件的验算。

计算荷载采用汽—20，限速60 km/h。不考虑钢梁荷载的横向分布，验算荷载以2车道荷载受力控制，主要检算主梁、横梁和主梁的拼接及桥面纵梁和桥面板。按不同荷载组合计算强度、挠度、剪切等，上述各项指标均能满足要求。

3.3 组合钢便桥的施工要点

(1)D24型施工便梁组装和架设

①钢便桥拼装前先设置拼装平台，在便桥两端基础位置搭设枕木垛，并用木板和钢板调整高程，使其4个支点处在同一水平面上。

②便桥拼装采用2台吊机配合安装，先吊装第1片纵梁至条基上，安装两侧和中间3道横梁，再对位安装另一片纵梁，同上完成第3和第4片纵梁，最后安装其余横梁。

③横梁安装时，根据操作面至横梁底高度，搭设临时横梁拼装平台，便于横梁安装就位。

(2)组合式钢便桥的养护

①钢便桥架设完成后，派专人24 h对钢便桥梁体及边坡进行巡检，发现问题及时处理。雨季施工时需加强雨前、雨中、雨后三检制度，确保钢便桥安全稳定。

②钢便桥在投入使用过程中，每日进行养护，检查螺栓松紧，并及时给丝扣上油。派专业人员检查构件是否有变形损坏，发现后立即更换。

(3)组合钢便桥的监测防护及注意事项

①便桥架设完成后在便桥的最外侧两道纵梁端部以及条基上便梁梁端位置布置了观测点，开通前和开通后对便桥的沉降和位移进行监测。

②第一次便桥架设后通车连续观测3 d，经观测，便桥端部的沉降量均在1 cm以内，且后2 d累计沉降量基本稳定，无位移。

③本工程在高速公路上占道施工，施工时做好现场隔离，并委派专人进行交通防护，防止车辆超速，特别是大型机械设备作业时，需设置警戒线，防止侵限危及高速公路行车安全。

④便桥使用施工过程中，全程加强对便桥基础的沉降观察，实行24 h值班制度。

⑤便梁构件主要采用螺栓连接，因其承受冲击和振动荷载较大，需24 h不间断对螺栓进行拧紧检查。

⑥便桥结构为加工组装而成，施工前对作业人员进行详细的安全技术交底，并对加工平台、加工组件进行逐件复核，保证拼装尺寸的质量。安装时，针对现场的道路进行精确定位，以保证框架桥主体结构就位准确(图6)。

图6 组装完成后的组合钢便桥桥面

4 结语

本工程于2009年11月开工，2010年7月完成箱身顶进施工并于次月恢复高速公路正常通车，有效工期约9个月。顶进施工为2个月，对三桥高速交通实际影响时间为1个月。尤其采用D24型铁路便梁组装成上承式组合钢便桥，对施工期间公路行车是有利的。根据本工程实践，D24型组合钢便桥拆除、纵移、组装及路面恢复5 d即可完成，基本保证了高速公路的畅通，大大减少了运输费用的损失。在全国公路运输特别繁忙同时具备条件的情况下，本工程方案可供相关单位借鉴参考。

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