跨越既有道路桥梁之门式墩盖梁施工技术浅析

刘志勇

（中铁建大桥工程局集团第一工程有限公司，辽宁 大连 116000）

0 引言

我国高速公路的发展迅猛，平原、丘陵地区高速公路网络已经形成。目前高速公路的建设区域多为山区，受山区特殊地形限制，高速公路跨越既有省道多采用门式墩盖梁，因门式墩盖梁为矩形，自重大，采用传统的抱箍法或钢棒法施工极难满足其支撑稳定性要求。保康至神农架高速公路高碑4 号大桥2#墩门式墩施工实例，通过选用钢管立柱+贝雷梁支撑组合体系能够保证施工期的安全又能保证既有省道的车辆通行，现场实际施工使用证明，该方法具有非常好的效果，本文将对此进行深入分析总结。

1 工程概况

新建保康至神农架高速公路高碑4 号大桥位于湖北省襄阳市保康县后坪镇高碑村，该桥桥址区属构造侵蚀中等切割中低山峡谷地貌区，桥梁跨越东流水河道及S336省道。高碑4号大桥2#墩（桩号为YK8+570）设计为门式墩，用来跨越省道S336，其中1#墩位于省道左侧河道中，2#墩位于省道右侧山体边坡上，2#墩盖梁底距省道路面净空为9.6m，盖梁尺寸为长20.8m×宽2.2m×高2.5m，净跨径17.2m。

2 门式墩施工技术及要点控制

2.1 方案的选择

高碑4 号大桥2#墩盖梁具有跨度大、自重大等特点，制定施工方案时需进行综合考虑，由于2#墩盖梁跨越S336 省道，为保证车辆通行则无法采用满堂支架施工，选取门式支撑体系作为临时结构施工盖梁较为合理。根据现场实际情况，采用混凝土基础+钢管立柱+贝雷梁组合支撑体系。

针对支撑体系承载力、钢管立柱抗压、贝雷桁架和工字钢分配梁的抗弯等方面进行验算，得出地基承载力满足700kPa、立柱采用Φ630 螺旋焊管、8+2 片单层加强型贝雷梁、分配梁使用I20工字钢，间距50cm 可满足施工需求，具体形式见图1。

图1 临时结构支撑体系立面图

2.2 临时结构基础的施工

基础使用C25 混凝土浇筑，省道左侧河道内基础采用扩大墩帽（钢筋混凝土）形式作为立柱基础，省道右侧基础直接坐落在开挖平整后的山体上，施工前进行地基承载力检测。基础施工需严格控制顶面高程，基础顶面高程=设计墩顶高程-[10cm（钢模板）+20cm（I20 工字钢）+160cm（贝雷梁、加强杆件）+63cm（I63 工字钢）+40cm（调节沙箱）+立柱高度]。基础混凝土浇筑前预埋10mm厚钢板（尺寸80×80cm）用于焊接立柱。

2.3 立柱的安装

立柱采用Φ630螺旋焊管，顶端采用调节高度法兰盘（见图2）。门式墩墩柱施工时，在墩顶向下4.0m 位置预埋钢板。墩柱施工完成后，使用人工配合汽车吊安装临时结构立柱，并采用I20a工字钢，连接立柱与桥梁墩柱预埋钢板，使得立柱与墩柱连接成整体，提高其稳定性。

图2 临时结构立柱法兰盘

2.4 调节沙箱及承重横梁的安装

立柱安装完成后，对立柱顶标高进行复核，确定调节沙箱标高，沙箱可调节高度至少保证20cm，否则由于预留空间不足会导致支撑体系拆除困难。承重横梁采用双拼I63a 工字钢，横梁采用人工配合汽车吊安装在沙箱上，并进行固定。

2.5 贝雷梁的安装

采用单层单排10 片（8+2）加强型贝雷梁，贝雷梁长度按临时结构设计图在地面进行单片组装，单片组装完毕后分四部分（2+3+3+2）吊装到承重横梁上。吊装贝雷片时，安全人员和现场工程师必须在现场监控指挥，同时，省道S336 进行交通管制，确保现场人员和施工的安全，在大风天气及下雨天气禁止吊装作业[1]。

2.6 分配梁的安装

贝雷梁安装经验收合格后，进行分配梁安装。分配梁采用I20 工字钢，纵向布置在贝雷桁架上，单根长度4.5m，横向间距50cm。悬臂贝雷片布置2根分配梁，间距100cm。分配梁严格按照临时结构布置图进行铺设，铺设间距用钢卷尺控制在±1cm之内。

2.7 盖梁底模的安装

在桥墩顶部凿出一条条凹痕，清理桥墩顶部的疏松混凝土，并在桥墩上放样桩的轴线，并作好标记。模板按照盖梁尺寸定做，能确保盖梁位置准确，尺寸大小的准确。底部模具铺好后进行平整调试，调试时要保证各个部件的受力均匀。在下部模具安装完毕后，对盖梁的位置和高度进行复测，通过后进行预压力观测点设置。

2.8 临时结构的预压

使用预制混凝土块进行预压，其预压质量是原设计质量的1.2 倍。预压分为三个阶段，分别为50%、100%、120%的质量预压。在对临时支撑物进行预压力监控期间，在加载50%和100%的质量时每8h 监测一次，共监测3 次，加载到120%时每12h 监测一次，共监测3 次，在每个监测站12h 内，每个监测站的沉降平均在0.5mm 以下；在36h 内，每个监测站的沉降平均在2.5mm 以下，判断为临时支撑物预压合格。卸料要分层进行，也就是从120%到70%,20%到0，在每个阶段卸料后，都要在1h 内进行恢复量的测定，并做好观测记录，确认所有的盖梁和模板都能通过检验，才能进行浇筑[2]。

2.9 钢筋的安装

门式墩盖梁钢筋骨架在钢筋加工场制作成半成品后运输至现场，使用人工配合汽车吊吊装至盖梁上进行焊接安装。

2.10 波纹管的安装

钢束管道采用Φ90mm 金属波纹管，用Φ12mm 钢筋定位，注意定位网片焊接牢固。定位钢筋网片沿着管道方向每100cm 设置一道，弯起控制点做加密处理。钢筋焊接时，焊接火花不得接触波纹管，以免将波纹管烧伤。如有烧伤，需用胶带将波纹管漏处进行密封，防止漏浆。波纹管安装完成后，插入PVC软管，防止混凝土浇筑过程中水泥浆进入造成波纹管堵塞。

2.11 支座垫石钢筋的安装

在盖梁钢筋骨架及模板安装固定完成后，测量人员对于模板位置与高程进行校核，准确无误后，进行支座垫石放样，安装支座垫石预埋钢筋。

2.12 混凝土的浇筑

盖梁钢筋与模板验收合格后，可浇筑混凝土。盖梁采用汽车泵泵铺混凝土，混凝土的坍落程度要达到泵铺的要求，从桥墩顶部开始，往左右两个方向进行分层浇筑，分层厚度为30cm，注浆速度不可太快，按先从低部到高位，从两边往中间均匀地灌入，再进行下层混凝土的捣固（捣固选择插入式振捣棒捣固），然后继续泵铺。施工时严格控制上部高度，且收浆平整[3]。

2.13 混凝土的养护

混凝土浇筑完成后及时进行养护，由于门式墩跨省道S336，为了不影响过往车辆通行还要保证养护质量，采用土工布养护，并用2 只150L 水桶放在盖梁上，水通过预留孔流出，并漫到盖梁各个位置，养护时间不得少于7d[4]。

2.14 钢绞线的安装及张拉

预应力钢束采用抗拉强度标准值σpk=1860MPa 的高强度低松弛钢绞线，两端采用低回缩夹片式锚具，钢绞线长度按设计尺寸下料安装。

盖梁混凝土强度达到设计强度的90%且养护时间不少于7d 之后可进行盖梁初张拉。先进行中间束张拉而后两端均匀对称张拉；首次张拉完成后及时架梁，待左右幅预制T梁安装完毕，对称张拉剩余全部钢束。

3 临时结构主要构件简算

3.1 结构荷载的组合计算

盖梁为钢筋混凝土结构，重度取26kN/m3；盖梁底模板、侧模板采用定型组合钢模，重度为0.75kN/m2；施工人员、材料及施工机具荷载按2.5kPa计；倾倒混凝土时产生的冲击荷载按4.0kPa 计；混凝土振捣产生的荷载按2.0kPa 计。综合以上计算，按照混凝土浇筑施工过程中不同工况对支架强度、刚度和稳定性进行计算，静载系数k1取1.2，动载系数k2取1.4，则门式墩盖梁施工产生的均布荷载为：Q=206.336kN/m。

3.2 分配梁I20a工字钢的强度验算

工字钢I20a 的力学特性：分配梁I20a 工字钢下方设置横梁采用加强型单层贝雷片10片（8+2），I20a工字钢为普通A3 钢材，经查表得到弹性模量E=2.1×105MPa，容 许 剪 应 力 [τ]=85MPa，容 许 弯 应 力 [σw]=145MPa。

I20a 工字钢截面力学特性：截面面积A=35.55cm2，惯性矩I=2369cm4，截面抵抗矩W=236.9cm3，单位重27.91kg/m。

根据结构荷载计算得单根分配梁I20a工字钢承受的均布荷载为：Q1=101.88kN/m，进而求得分配梁I20a工字钢最大正弯矩位于跨中Mmax=1.367kN·m，则I20a工字钢承受弯应力求得分配梁I20a工字钢最大剪力Vmax=22.923kN，则I20a工字钢承受剪应力求得挠度为综上计算得出分配梁I20a工字钢强度满足要求[5]。

3.3 贝雷梁强度验算

临时结构主梁采用加强型单层贝雷梁10 片（8+2），贝雷梁力学特性见表1，容许内力见表2。

表1 加强型与不加强型单排单层贝雷梁的几何特性

表2 加强贝雷梁的容许内力

根据施工方案，高碑4 号大桥2#墩盖梁临时结构计算跨径为16.5m，贝雷梁承受均布荷载为Q=206.336kN/m。计算求得贝雷梁跨中承受的最大弯矩为Mmax=7021.8kN·m≤[M]=13500kN·m；求得贝雷梁位于支点承受的最大剪力Vmax=1702.27kN≤［V］2452kN；求得最大挠度为0.2mm，小于允许最大挠度41mm，综上计算得出贝雷梁强度满足要求。

3.4 承重梁I63a工字钢验算

I63a 工字钢截面力学特性如下：截面面积A=154.59cm2，惯 性 矩I=94004cm4，截 面 抵 抗 矩W=2984.3cm3，单位重121.36kg/m。

根据荷载组合分配求得承重梁I63a工字钢最大正弯矩位于跨中Mmax=755.638kN·m，I63a工字钢承受弯应力σ=126.6MPa≤［σw］=145MPa；求得承重梁 I63a 工字钢最大剪力Vmax=843.84kN，则I63a 工字钢承受剪应力τ=27.29MPa≤［τ］=85MPa；求得挠度 1.76mm 小于容许挠度。综上计算得出承重梁I63a工字钢强度满足要求。

3.5 立柱Φ630mm×10mm钢管验算

Φ630mm×10mm 螺旋钢管截面力学特性：截面面积 194.68cm2，惯 性 矩 93639.592cm4，截 面 抵 抗 矩2972.7cm3，回转半径219mm。

根据荷载组合分配求得单根立柱承受压力为851.1kN，求得立柱承受轴向应力σ=43.71MPa≤［σ］=140MPa。经验算，Φ630mm×10mm 螺旋钢管强度满足施工要求。

4 结束语

跨越既有道路的门式墩盖梁的施工，常规施工方法很难满足现场施工要求，采用混凝土基础+钢管立柱+贝雷梁组合支撑体系作为临时结构进行跨越既有省道门式墩盖梁的施工，解决了门式墩盖梁自重大、跨度大、承载结构选择难的问题，既保障了门式墩盖梁施工期间的安全，又能满足既有省道正常通车的需求，此施工方法可为类似工程提供借鉴与参考。