高速公路現澆跨線橋有限凈空門洞支架設計及施工技術

柯利英 韋權 梁歡

【摘要：】為解決在有限凈空下進行現澆跨線橋施工的難題，文章依托工程實例，采用H型鋼代替傳統的貝雷梁主梁、結合盤扣支架作為橋梁縱橫坡調節體系的設計方案，既能滿足現澆梁澆筑的要求，又能實現已有高速公路的正常運營。

【關鍵詞：】高速公路;現澆;跨線橋;有限凈空;門洞

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0 引言

高速公路樞紐互通跨線橋施工十分常見，其既要保證已有高速公路的正常通車運營，又要有足夠的橋下凈空保證最高的車輛能夠正常通行。在有限凈空下進行現澆跨線橋的施工，施工組織相對復雜且安全風險較大。目前相關工程案例相對較多，但形成指導性解決方案的案例較少。本文通過分析不同現澆支架結構的優劣及適用性，采用H型鋼主梁代替傳統貝雷梁支架的結構形式，滿足了橋下凈空要求及跨度要求。該支架體系已成功應用于工程實例，產生了良好的社會效益及經濟效益。

1 工程概況

松旺至鐵山港東岸公路鐵山港互通跨線橋現澆箱梁跨越合山高速公路，橋下合山高速公路路基寬度為46 m，跨線橋道路路基寬度為9 m?？缇€橋設置車輛通行的門洞，沿合山高速公路方向左右幅各設置1個，每個門洞凈高≥5.2 m，每跨跨徑為8.75 m，凈寬為8 m。

2 門洞支架結構設計

2.1 結構選型

該現澆跨線橋下方門洞不僅作為防護結構，更重要的是作為現澆梁澆筑的承重結構，因此必須有足夠的強度、剛度及穩定性。門洞下構已確定為鋼管立柱及混凝土條形基礎，因此只需考慮門洞上部結構選型。門洞每跨跨徑為8.75 m，同時要求承載能力及抗彎能力強。工程首選貝雷梁作為主梁承重，但通過計算橋下門洞凈空，貝雷梁高度過高，不適合在該橋應用。通過對比工字鋼和H型鋼，因工字鋼高寬比較大，側向抗彎及抗傾覆能力較弱，所以選用豎向、側向抗彎及抗傾覆能力都相對較強的H型鋼作為主梁承重結構。為方便調節橋梁縱橫坡及卸落支架，在H型鋼承重主梁上方設置盤扣支架作為調節體系，整個結構設計為少支架組合體系，門洞立面布置見圖1。

2.2 門洞支架結構設計

根據現澆箱梁的荷載分布，對結構進行深入設計：門洞支架設4排406.4 mm×10 mm鋼管支撐墩，螺旋焊縫鋼管上選用36a雙拼工字鋼作為支架橫梁，橫梁上方選用HM544 mm×300 mm型鋼作為縱梁，梁底范圍外采用HM150 mm×100 mm型鋼。門洞橫斷面布置見圖2。

門洞橫梁（平行合山高速公路方向）采用36a雙拼工字鋼，縱梁（垂直于合山高速公路中線方向）采用HM544 mm×300 mm型鋼，門洞縱梁上方鋪設6 mm厚鋼板作為安全防護板，每排防護板的防護寬度為高速公路范圍內順橋兩側寬度并≥3 m，在安全防護板四周焊接鋼圍欄，用木板或密目網進行全封閉。鋼板與縱梁焊接固定好，門洞上方搭設盤扣支架，在箱梁腹板底范圍內的盤扣支架橫向步距為60 cm，縱向步距為1 500 cm，頂托上設12工字鋼作為縱向分配梁，12工字鋼上方設橫橋向雙鋼管橫向分配梁，雙鋼管分配梁間距為20 cm。在門洞上掛“限高5 m”交通安全提示牌和施工安全標志牌。

2.3 門洞結構驗算

2.3.1 結構有限元分析驗算

通過建立Midas有限元模型，對支架整體強度和剛度進行驗算，支架下構為單排鋼管樁易失穩，應對支架進行屈曲分析及抗傾覆整體穩定性驗算。

2.3.1.1 支架結構參數

支架結構材料參數見表1。Q235鋼材抗彎強度設計值取215 MPa、抗剪強度設計值取125 MPa;Q345鋼材抗彎強度設計值取310 MPa、抗剪強度設計值取180 MPa;Q195鋼材抗剪強度設計值取100 MPa。

2.3.1.2 支架有限元模型

支架有限元模型（見圖3）各相鄰結構連接方式：門洞406.4 mm×10 mm螺旋管與基礎采用固接;406.4 mm×10 mm螺旋管與雙36a工字鋼大橫梁、雙36a工字鋼型鋼大橫梁與HM544 mm×300 mm型鋼縱梁、盤扣式鋼管頂與12工字鋼縱梁、12工字鋼縱梁與48 mm×3 mm雙鋼管橫向分配梁都采用一般彈性連接。彈性連接參數分別為SDx=1e7 kN/m;SDy=100 kN/m;SDz=100 kN/m;SRx=0 kN/m;SRy=0 kN/m;SRz=0 kN/m。

荷載施加主要考慮支架結構自重、永久荷載和混凝土荷載，可變荷載有施工機具荷載及人員荷載。

（1）自重：直接施加在結構上，分項系數取1.0。

（2）永久荷載：取值為23.53 kN/m2，以面荷載形式加載在厚15 mm的竹膠板上，分項系數取1.2，靜荷載按建模的每塊板單元分別加載。

（3）可變荷載：取值為4.5 kN/m2，也以面荷載形式加載在厚15 mm的竹膠板上，分項系數取1.4。

運行分析后提取結構各桿件應力、應變如表2所示。由表2可知，各結構構件在澆筑混凝土最不利工況下應力、應變均滿足要求，且還有較大的安全系數。

2.3.2 門洞擴大基礎承載力驗算

在高速公路路面上，按基礎尺寸寬75 cm、高120 cm設置C20混凝土條形基礎，螺旋焊縫鋼管通過法蘭盤與基礎連接，荷載按45°擴散，基礎荷載有效作用面積為0.75×（1.2+0.406 4+1.2）=2.10 m2，地基承受的最大荷載為581.12+0.75×1.2×2.6×25=639.76 kN，則最小地基承載力要求為639.76÷2.1=304.65 kPa，即門洞地基承載力需>304.65 kPa?？紤]門洞基礎設置在路面上，承載力能滿足要求。

3 門洞支架施工關鍵技術

3.1 門洞及支架施工交通組織8F6B410A-37BC-4324-AF34-8648020BCCA8

結合現場實際施工情況及施工組織計劃，考慮分八個步驟進行施工交通組織，具體如下：

步驟一：封閉合山高速公路右半幅，通行車輛改道至左半幅雙向雙車道通行。先進行合山高速公路右幅與C匝道拼接路基施工，利用C匝道路基作為進入右幅封閉區域的入口，拆除合山高速公路右幅外側鋼護欄，然后進行位于合山高速公路中央分隔帶位置的互通1號跨線橋5#墩的樁基礎、下部結構施工。樁基施工前拆除中央分隔帶混凝土隔離墻，遷移管線，并對管線進行有效保護。樁基和墩柱施工完成后，進行現澆箱梁位于右半幅高速公路上的安全防護棚搭設。施工內容包括安全防護棚基礎施工、立柱施工、橫梁和縱梁搭設、鋼板防護棚鋪設、限寬限高架搭設及安全警示牌設置等。

步驟二：完成高速公路右半幅安全防護棚搭設和限寬限高架搭設后，封閉臨時入口，恢復合山高速公路右半幅通行，將右半幅改為雙向雙車道通行，封閉合山高速公路左半幅，拆除合山高速公路左幅外側鋼護欄，在合山高速公路左側邊坡外填筑一條寬6 m的施工便道進入作業區域，該條便道作為進入合山高速公路左幅封閉區域的通道。然后進行互通1號跨線橋現澆箱梁位于合山高速公路左半幅上的安全防護棚搭設和限高限寬架搭設，完成安全防護棚搭設后，封閉臨時入口。

步驟三：左幅安全防護棚搭設完成后，保持左幅封閉，進行左右幅安全防護棚上方現澆箱梁支架搭設、模板鋪設。

步驟四：模板鋪設完成后，在左半幅交通封閉的條件下，先進行左半幅范圍內橋跨的支架預壓。

步驟五：左半幅支架預壓完成后卸載，恢復左半幅車輛雙向雙車道通行，封閉右半幅，對右半幅范圍內的支架進行預壓。

步驟六：右半幅支架預壓完成后卸載，恢復左右半幅雙向四車道通行，進行鋼筋安裝、箱梁澆筑和橋面系施工。

步驟七：完成現澆箱梁澆筑、橋面系施工后，拆除合山高速公路路面范圍的現澆支架?，F澆施工支架拆除后，封閉合山高速公路左半幅，改道至右半幅雙向雙車道通行。拆除左半幅安全防護棚和限高限寬架，左半幅安全防護棚拆除后，恢復臨時入口處波形護欄安裝，恢復中央分隔帶管線和綠化，清掃路面，恢復左幅車輛通行。

步驟八：封閉合山高速公路右半幅，改道至左半幅雙向雙車道通行，拆除右半幅安全防護棚和限高限寬架，恢復臨時入口鋼護欄安裝，恢復合山高速公路左右幅正常通行。

3.2 門洞基礎施工

C20混凝土門洞基礎設置在高速公路路面上及中央分隔帶內。高速公路路面上的門洞基礎尺寸按長21 m、寬75 cm、高120 cm設置條形基礎，經計算門洞基礎地基承載力應>304.65 kPa。中央分隔帶處門洞基礎在施工完樁基及下構后，用級配碎石回填中央分隔帶，在頂面澆筑20 cm厚C15混凝土，作為門洞基礎地基，然后進行門洞基礎施工。路面上的門洞基礎可直接利用路面作為地基進行基礎施工。門洞基礎下方每隔3 m設置200 mmPVC排水管，排除路面積水。

3.3 門洞立柱及支架搭設

門洞立柱采用406.4 mm×10 mm鋼管，門洞基礎上預埋16 mm×750 mm×750 mm鋼板作為法蘭盤，預設螺桿便于門洞基礎與螺旋焊縫鋼管連接。鋼管立柱柱腳大樣見圖4。在每根螺旋焊縫鋼管上、下面焊接16 mm×750 mm×750 mm鋼板作為法蘭盤，便于與門洞基礎和工字鋼橫梁連接。

橫向用[14槽鋼進行斜撐。門洞立柱頂上面設置雙拼36a工字鋼作為支架橫梁（平行高速公路方向），在橫梁上面設置HM544 mm×300 mm型鋼作為縱梁（垂直于高速公路中線方向）。門洞縱梁上方鋪設6 mm厚鋼板作為安全防護板，鋼板與縱梁焊接固定好，上方搭設盤扣支架，支架頂托上設置縱向12號工字鋼，工字鋼上方鋪設橫向雙鋼管分配梁。在雙鋼管分配梁上放置1.5 cm厚竹膠合板，通過騎馬螺栓及山形扣連接。

3.4 門洞限寬限高架搭設

在進行門洞施工的同時進行門洞限寬限高架施工。限高限寬架搭設在門洞前后方，距離門洞至少100～150 m。門洞限寬限高架采用門式結構，凈寬為8 m，凈高為5.1 m，基礎采用長60 cm、寬60 cm、高120 cm的C20混凝土基礎。在基礎上預埋14 mm厚鋼板，M30地腳螺栓。立柱采用168 mm×8 mm熱軋無縫鋼管，橫桿采用雙排60 mm×3.5 mm熱軋無縫鋼管。橫桿間采用48 mm×3 mm熱軋無縫鋼管連接，立柱與基礎間采用法蘭盤連接，鋼管間采用坡口焊焊接，立桿上涂黑黃相間的醒目條紋標志，條紋寬為20 cm，條紋方向垂直于立桿軸線，立桿設置斜桿支撐。

4 結語

高速公路現澆跨線橋施工錯綜復雜，一方面需要考慮門洞支架結構自身承重現澆混凝土的能力，需要滿足強度、剛度和穩定性的要求;另一方面需要考慮已有高速公路的車輛正常運行，還要考慮橋下門洞凈空及跨度的要求。通?？缍雀鷥艨帐谴嬖谙嗷ッ艿?，要實現大跨度又得滿足凈空要求，承重主梁高度就不能過高，同時還需要考慮主梁的縱向及側向剛度問題。本文通過合理比對及結構驗算，采用H型鋼作為承重主梁較為經濟合理，既能滿足跨度要求，又能滿足凈空要求。

這類工程還涉及在運營高速公路施工，風險很大，需要做好門洞及支架施工交通組織工作，門洞支架需嚴格按照相關規范設計尺寸，凈高凈空是關鍵把控點，應增設警示標識，避免發生安全事故。

參考文獻：

[1]杜永清.上跨既有高速公路現澆連續箱梁門洞支架施工技術[J].科學之友，2011（5）：70-73.

[2]張育綺.高速公路跨既有線現澆連續箱梁門洞支架施工技術[J].長春工程學院學報（自然科學版），2018，19（1）：21-25.

[3]趙建民.大跨度大面積貝雷梁門洞支架體系設計與應用[J].施工技術，2017，46（S1）：394-399.

[4]郭成剛.跨高速公路現澆連續箱梁門洞支架設計及檢算[J].山西建筑，2015，41（1）：179-182.

[5]梁朝安，歐陽平文，劉玉濤，等.大跨徑門洞支架設計與施工技術[J].施工技術，2014，43（S2）：223-226.

[6]唐 英.現澆箱梁滿堂支架大跨徑通行門洞設計研究[J].科學技術創新，2021（5）：138-139.

[7]李向陽.跨高速橋梁大跨徑低空間承重鋼支架施工技術的選擇與應用[J].綠色環保建材，2016（10）：86.

[8]李 楊.跨公路連續梁支架設計與計算分析[J].交通世界，2020（11）：121-122，125.

[9]王 寧.橋梁大跨徑門洞支架的設計及施工[J].鐵道勘察，2019，45（3）：104-108.8F6B410A-37BC-4324-AF34-8648020BCCA8