跨越城市主干道之大跨度现浇箱梁施工技术

刘立荣，李义飞

(1.石家庄铁道大学四方学院，河北石家庄 050031;2.中铁六局集团有限公司，北京 100036)

京沪高速和动车组走行线(共五线)从北京南站西咽喉引出，在跨京开高速公路时采用(71+120+71)m三跨连续箱梁结构，平面上位于半径R=800 m的圆曲线和部分缓和曲线上。按两幅设计，左右幅分别为双线、三线连续箱梁，箱梁全长262 m(分左右幅)。端支座处以及边跨直线段和跨中处梁高为5.0 m，墩顶处梁高9.0 m，墩顶处平段长4.8 m，中跨跨中直线段长4.29 m，边跨直线段长分别为13.84 m和14.07 m，其余梁段梁高按二次抛物线变化。双线箱梁为单箱单室结构，边支点处设置2.0 m厚的端横隔梁，跨中合龙段设置厚0.6 m的中横隔梁。箱梁横断面见图1。

1 方案的比选及计算

1.1 采用现浇方案的理由

图1 连续箱梁中墩横断面示意(单位:cm)

由于施工工期紧张，受外界影响较大，连续梁桥有效工期不足5个月，采用悬臂挂篮施工，施工周期较长，不能满足总体工期要求。

1.2 现浇方案的比选

从方案的可行性、安全性、工期以及临时工程量及设备、器材投入的大小等方面进行对比，最终确定采用方案4，见表1。

1.3 设计计算

1.3.1 桩身设计计算

采用人工挖孔灌注摩擦桩，直径为1.2 m，桩中心距为3 m。根据桩顶承受最大轴压力Pmax=2 296 kN，弯矩为1 607 kN·m的要求，取安全系数2.2，经计算得到入土深度为13 m。

1.3.2 桩顶帽梁设计

桩身直径为1.2 m，桩中心距为3 m，桩顶帽梁高度为1.5 m，宽度1.8 m。帽梁采用C30混凝土浇筑，经计算受力满足要求。

表1 方案比选

1.3.3 阴头础板尺寸设计计算

阴头础板的平面尺寸为280 mm×200 mm，承台采用C25混凝土，混凝土弹性模量Ec=2.8×104MPa，混凝土轴心抗压强度设计值为fcd=11.5 MPa，抗拉设计值ftd=1.23 MPa。阴头础板竖向荷载Fv=306 kPa，见图2。承台局部受压强度验算满足受力要求。

图2 阴头础板示意(单位:mm)

1.3.4 立柱墩计算

1)强度验算。支撑立柱桁架弦杆轴压力为290 kN，小于容许轴压力508 kN，满足受力要求。

2)稳定性验算。计算假定:①轴心受压构件;②计算长度为3 m;③竖向荷载取最大点支座反力，取值306 kN。稳定系数为 φ =0.591，σ =203 MPa，［σ］=230 MPa，满足受力要求。

1.3.5 上顶梁计算

上顶梁材料为Q235，截面为热轧工字钢I25b，跨度为1.4 m。最大上顶梁单点反力为180 kN，两个集中力间距为0.8 m。计算结果:上顶梁最大弯曲应力为144 MPa，最大剪应力为86 MPa，均满足受力要求。

1.3.6 垫梁计算

垫梁放在排架式桁架立柱的上顶梁上。垫梁材料为Q235，截面为2×I40b，跨度为0.45 m。计算结果:垫梁最大弯曲应力为114 MPa，最大剪应力为90 MPa，满足受力要求。

1.3.7 贝雷梁设计计算

根据现场支撑条件确定的计算跨度为12 m，20 m和25 m，简支梁体系。其中12 m为单层加强型，20 m和25 m为双层型，采用大型通用有限元分析软件SAP2000对钢桥结构进行三维空间有限元分析，桁架弦杆、腹杆采用框架单元。根据不同跨度的有限元模型建立加载工况，计算结果满足受力要求。

2 方案的实施

2.1 支架施工

支架施工流程如下:人工挖孔桩→桩顶帽梁及预埋件→安装贝雷片支柱、上顶梁、垫梁→安装贝雷片组合梁→安装硬防护体系→吊装碗扣支架。

2.1.1 人工挖孔桩

通过现场勘查和精确的计算，为减少连续梁施工对京开公路的行车干扰，人工挖孔桩全部设置在主辅路之间的隔离带和绿化带上。人工挖孔桩直径1.2 m，大跨中墩桩长14.0 m，其余13.0 m。要求进入粗圆砾层，在箱梁腹板范围内按3.0 m间距布置，其它部位按3.0～5.0 m间距布置，见图3。

图3 人工挖孔桩基础布置

2.1.2 桩顶帽梁及预埋件

在挖孔桩顶帽梁混凝土基础上面连接贝雷梁支柱。支柱与基础的连接采用贝雷片底部触板焊接穿孔的钢板，挖孔桩及条形基础上预埋螺栓，预埋螺栓固定在加强钢筋网片上，然后灌注桩顶帽梁混凝土。桩顶帽梁钢筋采用φ12 mm，@200 mm，架立筋采用直径8 mm的圆钢@250 mm。预埋螺栓至边缘距离为75 mm，预埋钢板的直径为900 mm，螺栓φ22 mm，共8个，每45°角一个。用组合钢模现浇连续桩顶帽梁。施工过程中对于预埋螺栓无法精确预埋，导致贝雷柱础板与预埋钢板连接螺栓较少时，在贝雷柱调整水平后将未预埋螺栓及螺栓较少的钢板与础板进行焊接(础板与预埋钢板间垫50 mm×50 mm×20 mm的钢板)，焊接完毕后灌注M50支座灌浆材料。

2.1.3 安装贝雷片支柱、上顶梁、垫梁

临时墩的立柱用贝雷片拼装成排架式桁架。帽梁混凝土达到95%强度后，用汽车吊吊起贝雷片固定在帽梁上的预埋螺栓上，作为主跨的支撑立柱。贝雷片平行于主梁方向布置，单耳板朝下插入础板，用桁架销连接。排架式立柱在箱梁腹板范围内横向间距采用45 cm，其它范围横向间距采用90 cm。根据地面高程情况，设计两种立柱，高度分别为4.5 m和6.0 m。排架式立柱之间用支撑架作纵、横向系材，支撑立柱的顶部用特制的上顶梁作为支撑立柱的冠材，上顶梁为长1.8 m工字钢25b。上顶梁上铺设2根垫梁作为主梁的支点，垫梁横向间距为0.8 m，每根垫梁由两根40b工字钢焊接而成，见图4。上顶梁(25b工字钢)与垫梁(40b工字钢)搭接处可能存在缝隙，利用200 mm×50 mm×3 mm钢板塞入缝中进行垫平。另外，上顶梁与垫梁利用长200 mm φ16钢筋帮焊连接，每2 m一处。垫梁横向由不同长度40b工字钢组成，其横向由200 mm×100 mm×10 mm钢板焊接，保证垫梁的整体稳定性。

图4 临时墩排架式立柱(单位:mm)

2.1.4 安装贝雷片组合梁

主跨承重主梁使用贝雷片拼装而成。在地面将贝雷片组装成12 m跨度的纵梁，2榀梁采用0.225 m横向联结系联结成一组。贝雷梁跨度在11～25 m之间，所有贝雷梁的梁底高程为同一数值。贝雷梁在跨主路时净高不小于4.5 m，跨辅路时净高不小于3.5 m。每跨贝雷梁与排架式立柱正交布置，为便于贝雷梁的安装和拆除，每跨为简支结构。个别京开辅路受箱梁高度限制，其支撑主梁采用单层贝雷梁，并在上下弦安装加强弦杆，其余都为双层贝雷梁结构。考虑25 m跨度时支点处贝雷梁下弦杆的强度不够，改用高抗弯贝雷片。贝雷梁的平面布置原则是，在箱梁腹板跨中受力部位按横向间距22.5 cm布置，腹板其它部位按横向间距45.0 cm布置，翼缘板和其它部位按横向间距90.0 cm布置。

2.1.5 安装硬防护体系

吊装完贝雷梁后先横穿横向小槽钢桁架，再安装贝雷片底部小桁架。然后在贝雷片顶面满铺4 000 mm×200 mm×40 mm木板，在木板上再满铺薄铁板，可以防止掉落重物影响既有公路的交通安全。

2.1.6 吊装碗扣支架

测量放线→排架搭设→剪力撑设置→设置检查梯、栏杆并挂安全网。

碗扣支架(壁厚3.5 mm，外径48 mm)搭设严格根据测量放线布置，支架搭设宽度15.6 m，每侧留出了80 cm宽工作平台。底托采用45 cm长，可调范围0～30 cm，使用中最长不宜超过20 cm。底托下支撑于10 cm×12 cm方木上。最上层支架根据实际高度，可将立杆调整为60 cm高或90 cm高，并选用部分可调范围为0～60 cm的顶托，保证连续梁梁底线形。

支架横桥向每4排设一道剪力撑(利用普通钢管)，两侧设通长斜拉杆，纵向剪力撑仅最外侧三排设置，剪力撑角度为45°～60°。支架顶部及检查梯四周设1.5 m高的防护栏并挂安全网。

2.2 连续箱梁施工

施工工艺流程:支架预压→卸载调整高程→铺设底模→安设侧模及翼缘底模→绑扎底板及腹板钢筋→安装波纹管→安装端模及锚垫板→(穿束)安装箱梁芯模→绑扎顶板钢筋及预埋件→浇筑梁体混凝土→梁体混凝土养生→拆除箱梁芯模→首批预应力束张拉→首批张拉束孔道压浆→拆除底模及膺架→桥面系施工→剩余束张拉及压浆→封锚

3 结语

大跨度五线双辐变截面箱梁施工采用的贝雷片拼装成排架式桁架支撑立柱，贝雷梁棚架再结合碗扣式满堂膺架的支撑体系，能充分发挥两种器材的优越性，既满足了施工技术要求，又增加了施工安全性。为同类型桥梁施工提供了借鉴参考。

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