现浇箱梁跨城市道路门洞的设计及施工

曹裕荣

（南通城欣市政工程有限公司 项目部，江苏 南通 226011）

0 引言

随着城镇化的不断推进，高架桥、跨线桥等城建工程越来越多。而大规模的城市建设给市民的出行造成一定的干扰，在城市桥梁跨线施工中门洞的应用应能有效减少施工扰民的问题。[1]本文结合具体的工程实例，设计出一个钢管支柱和工字钢纵横梁组成的门洞，在实际应用中取得较好的效果，具有一定的参考价值。

1 工程概况

某大型桥梁工程上部结构为预应力混凝土连续箱梁，采用满堂支架现浇法施工。主线第三联采用变截面连续箱梁结构，梁高为1.8-2.7m，其中第二跨跨越城市现况道路，净高为8.3m。为了确保现况道路的畅通，施工单位在现浇连续箱梁施工期间搭设一个机动车及行人通行的门洞。

2 门洞总体设计

2.1 门洞布置形式

因为桥梁线路与现况道路斜交，所以门洞布置时采用与桥梁线路斜交（夹角为8°）的形式，门洞平面布置如图1所示。

图1 门洞平面布置图

根据对现况道路车流量的调查分析，门洞采用“双向二车道+人行道”的布置形式，共四孔。各孔跨径依次为2.9m、5.7m、5.7m、2.9m，净高为4.5m。行车道通行净宽为4.5m，人行道通行净宽为1.8m，门洞立面图如图2所示。

图2 门洞立面图

2.2 门洞结构设计

（1）条形基础。门洞采用5道C20混凝土条形基础，直接浇筑在老沥青路面上。中间3道条形基础结构尺寸为1.2m×0.8m×21m，两侧条形基础结构尺寸为1.0m×0.8m×21m。为了尽量避免车辆的碰撞，每道条形基础的端头均做成半圆形。在条形基础上钢管立柱所对应的位置预埋钢板，中间3排条形基础的钢板尺寸均为1 000mm×1 000mm×10mm，两侧条形基础的钢板尺寸均为600mm×600mm×10mm，钢板预埋时位置准确、表面水平。

（2）钢管立柱。门洞中间3排钢管立柱采用Ф800螺旋管，壁厚δ为8mm，两侧钢管立柱采用Ф425螺旋管，壁厚δ为5mm。钢管立柱焊接在条形基础顶面预埋钢板上，并且沿柱脚四周焊接加劲缀板。钢管立柱顶部焊接钢板调平垫层，Ф800钢管调平钢板尺寸为900mm×900mm×10mm，Ф425钢管调平钢板尺寸为500mm×500mm×10mm。各排钢管立柱间设10#槽钢斜撑以增加其稳定性，门洞横断面图如图3所示。

图3 门洞横断面图

（3）纵横梁及分配梁。门洞采用双拼I40a工字钢横梁，架设于每排钢管立柱顶部；采用I40a工字钢纵梁，搁置在双拼I40a工字钢横梁上。工字钢纵梁顺桥向布置，间距为900mm，在箱梁腹板下加密为600mm。I40a工字钢纵梁上横向铺设I12.6工字钢分配梁，间距为90cm，确保箱梁满堂支架立杆底托支承在I12.6工字钢与I40a工字钢交叉处。

3 门洞结构验算

3.1 施工荷载取值

新浇筑的钢筋混凝土自重为26kN/m3；箱梁模板及方木自重取0.75kN/m2；施工人员、施工料具运输或堆放荷载，计算支架立柱时取1.0kN/m2，计算模板及方木分配梁时取2.5kN/m2；倾倒混凝土时产生的冲击荷载按照导管倾倒考虑2.0kN/m2；振捣混凝土产生荷载2.0kN/m2。支架高度小于10m，不考虑支架自重及风荷载影响。[2]

3.2 门洞材料计算参数

I40a工字钢计算参数如下：弹性模量E为2.1×105MPa，剪切模量G为0.81×105MPa，腹板厚度δ为1.05cm，截面模量Ix为21 714cm4，截面抵抗距Wx为1 085.7 cm3，半截面面积距Sx为631.2 cm3，自重为0.676kN/m。

3.3 纵梁验算

在门洞范围内，箱梁横断面高度从1.94m渐变到1.8m。考虑到安全储备，计算时梁高取1.94m。通过对工字钢纵梁上方对应箱梁断面面积的比较，中腹板处断面面积为最大（该处面积为0.969m2），为最不利断面。故选取中腹板下方I40a工字钢纵梁进行验算。箱梁结构自重计算如式（1）所示。

Gx1=0.969m2×26kN/m3=25.194kN/m（1）

按《公路桥涵施工技术规范》相关规定，荷载组合标准值为35.8kN/m。建立l=5.7m简支梁计算模型，均布荷载q=35.8kN/m。经验算，最大弯曲应力σmax为133.9MPa，其低于规范值[σw]=145MPa，满足要求；剪应力τmax为 28.2MPa，其低于规范值 CT[τ]=85MPa，满足要求；挠度 f为 10.8mm，其低于规范值[f]=14.25mm，满足要求。由于受力最不利的I40a工字钢纵梁的强度、刚度均满足要求，则门洞所有工字钢纵梁均满足要求。

3.4 双拼I40a工字钢横梁验算

双拼I40a工字钢横梁直接承受I40a工字钢纵梁传递的集中荷载。通过箱梁断面法求得纵梁的线荷载，进而求得横梁处集中力，集中力分布以I40a工字钢纵梁间距为准。取受力最不利的中间一道工字钢横梁进行验算，如图4所示。

图4 双拼I40a横梁受力简图

借助力学软件对上述模型进行验算，则最大弯曲应力σmax为86.7MPa，其低于规范值[σw]=145MPa，满足要求；剪应力τmax为38.85MPa，其低于规范值CT[τ]=85MPa，满足要求；挠度fmax为0.3mm，其低于规范值[f]=6.25mm，满足要求。

（1）分配梁验算。箱梁满堂支架搭设时，每根立杆底托支承在I12.6工字钢分配梁与I40a工字钢纵梁交叉处正上方，I12.6分配梁承受压力，安全性能够满足要求。

（2）钢管立柱验算。取受力最不利的中间一排D800钢管立柱进行验算，经计算最大支座反力Rmax=492.367kN，即单根D800钢管立柱（δ8）提供的最大支撑力为492.367kN，每根钢管柱自重为846kg（钢管长度L=4.5m），则单根D800钢管立柱（δ8）的轴向力计算如式（2）所示。

查表得I=0.001 560 88m4，A=0.019 9m2，φ=0.9，则支撑钢管所承受的压应力计算如式（3）所示，计算结果显示其满足要求。

3.5 混凝土条形基础验算

基础支承在老沥青砼路面上，道路二灰碎石基层抗压强度不小于0.8MPa。中间一排钢管立柱承载力最大，以受力最不利的中间一排钢管立柱下的条形基础进行验算。假设钢管立柱压力在混凝土基础中以45°角扩散，基底应力扩散面积计算如式（4）所示，老沥青砼路面压应力计算如式（5）所示。计算结果显示，地基承载力满足要求。

通过对门洞纵横梁及分配梁、钢管立柱、混凝土条形基础进行验算，门洞的强度、刚度及稳定性均满足要求，能确保施工安全。

4 门洞施工要点

4.1 条形基础施工

先由测量人员按设计桩号、角度放出条形基础轮廓线，再将轮廓内的老路面凿毛，立模板浇注C20砼条形基础。施工时要严格控制基础顶面标高及预埋件位置。

4.2 钢管立柱及工字钢横梁吊装

先按设计位置在条形基础上弹线，再用汽车吊按线位吊装钢管立柱。对正后与预埋钢板进行焊接，并沿柱脚四周焊接加强缀板。每道条形基础上的钢管立柱吊装完成后，在钢管立柱之间焊接10#槽钢斜撑以增强整体性。双拼I40工字钢横梁在地面拼装成整体后起吊安装，安装时按立柱顶钢板上的轴线就位，检查合格后采用电焊稳定。所有焊接质量均应满足规范要求。

4.3 工字钢纵梁吊装

先在工字钢横梁上放线，然后将工字钢纵梁按线位吊放在横梁上。在全部工字钢纵梁吊装完成后，用Φ28钢筋将其交叉连接以增强稳定性。连接完成后在纵梁上按设计要求铺设I12.6工字钢分配梁。

4.4 门洞支架预压

门洞上方搭设碗扣支架、铺设方木完成后按箱体重量的120%进行超载预压以检查门洞结构的稳定性，同时消除整个支撑体系的非弹性变形。

4.5 安全防护设施施工

通道两侧钢管立柱采用密目安全网垂直封闭，通道顶纵向工字钢下用竹胶板封闭防止坠物。门洞出入口设置安全防护筒，门洞内设夜间警示灯。在门洞前后各30m距离处安装限速、限高、限宽设施。

5 结束语

本文设计的门洞在实际应用过程中，通过对整个支撑体系沉降观测点的持续观测，门洞支架的弹性与非弹性变形量均在预测范围内，且拆模后箱梁线形优美，箱体未出现任何裂缝。实践表明，门洞设计合理，钢管立柱与工字钢纵横梁组成的门洞支架构造简单、安装方便、稳定性好，可以在要求交通不中断的跨线桥梁施工中广泛采用。

[1]张宇,李金强,罗志佳,等.城市高架桥现浇箱梁大跨度门洞的设计及施工[J].桥梁建设,2012(S1):144-147.

[2]周水兴,何兆益,邹毅松.路桥施工计算手册[M].北京:人民交通出版社,2006.