永武高速公路永安吉山互通大角度斜交跨线桥现浇箱梁支架施工技术

永武高速公路永安吉山互通大角度斜交跨线桥现浇箱

梁支架施工技术

廖福星

（三明市高速公路有限责任公司，三明 365000）

摘 要 山区高速公路建设因受地形限制，造成大角度斜交跨线桥较多，再加上建设施工的不同步，给现浇尤其是支架施工增加了难度。本文通过永武高速公路永安吉山互通大角度斜交跨线桥现浇箱梁支架施工实例为山区高速公路分期建设的多层互通跨线桥支架施工提供一个参考。

关键词 高速公路 大角度 斜交跨线桥 支架 施工

1工程概况

福建永安吉山高速公路枢纽互通连接泉三（泉南线泉州至永安段）、永武（长深线永安至武平段）、永宁（泉南线永安至宁化段）三条高速公路，设计方案为十字混合式枢纽互通式立体交叉（一级立体交叉工程），立面布置共四层，泉南线为最高层，长深线与各匝道相互跨越为中间两层，F匝道为最底层。整个互通共分泉三、永武、永宁三期建设。

泉南线1#桥为互通内最高的桥，右幅全桥长度为377m，上部构造采用（4×25)+(27.5+37.5+27.5)＋（30+22.5）m预应力连续现浇箱梁（现浇）＋5×25预应力混凝土连续T梁（预制），共计14孔，其中第三联（第八、九孔）为整体现浇，第八孔跨径为30m，上跨泉三线B匝道桥，斜交角140.61°，图纸设计施工顺序为0#台→9#墩。

由于吉山枢纽互通分三期建设，在永武项目进场施工该桥时，泉三线B匝道桥（现浇箱梁结构）除路面外其余工程已施工完成，路面

工程也正准备开始施工。因此，泉南线1#桥现浇施工时既要保证支架自身的安全又要保证B匝道桥的结构安全，同时还要满足B匝道桥的正常施工和桥面通行。

2支架方案的选择

经与B匝道桥的设计单位沟通，如果支架基础落在该桥上，将对桥面结构受力产生不利影响，由于当时没有此种受力类型的模拟验算，不能确保已建成的B匝道桥的结构安全。因此，泉南线1#桥第三联现浇箱梁支架基础无法落在B匝道桥面上。综合各方因素考虑，决定采用支架基础落在B匝道桥面外的大跨度门式支架。具体方案如下：

在泉南线1#桥7#~8#墩之间设4排条形基础，其中靠近墩身处2排平行于墩身布置，每条形基础立υ425钢管桩4根；中间两排基础则移至B匝道桥面以外，沿泉三线B匝道桥面外沿布设。

因1#桥与B匝道桥斜交夹角大，造成贝雷片顺桥向直接跨越B匝道桥时跨增大，最大为19.067m（见管桩平面布置示意图），为最大程度减小大跨径施工时挠度的影响，采取沿泉三线B匝道桥面外沿两侧增设管桩及纵向布设贝雷片作为门式支架以减小与泉三线B匝道桥斜交夹角的措施。通过支架受力计算，获得贝雷片跨B匝道桥时的跨径为16.479m时材料（贝雷片）最省。

管桩与基础连接处采用钢板焊接。钢管桩上铺横向工字钢，工字钢上用贝雷片作为纵向梁，贝雷片顺纵向布设，两两组合成一组，共布设8组。贝雷用槽钢和顶托调平（参见图1管桩平面布置示意图）。

3具体施工方法 3.1基础

对路基进行压实处理，遇不良地段进行片石换填，现浇宽1.6m厚0.30m的C25钢筋混凝土作基础,钢筋采用底部布20cm×20cm间距的钢筋网,保护层厚度为7cm。

3.2支架

1#桥第8跨长30m，设六排钢管桩，中间支墩采用Φ425四排共18根钢管桩，布置靠近B匝道桥护栏且与之平行，壁厚8mm，钢管桩顶部采用两根40b工字钢焊接作为大横梁，贝雷桁架片两两组合成一

幅。贝雷片每两片接连为整体，同时用Φ48钢管每隔4m将全部贝雷片连接。

图2 小横梁、纵梁及顶托平面布置荷载计算示意图

贝雷片上大横梁为两根槽钢用Φ48钢管焊接（共焊10个钢管，每根四面满焊，见图2顶托示意图）。顶托插入槽钢上钢管内，支撑纵向小纵梁（小纵梁采用10号工字钢，见顶托示意图）。

调平：采用顶托调平。

纵向小纵梁：小纵梁采用10号工字钢, 铺设在顶托之上。 小横梁：采用10×10的方木横铺在小纵梁上，在跨中净间距为20cm，在梁体端头3.5m范围内为10cm～15cm 。

模 板：采用1.15cm厚竹胶板。

4结构验算

4.1荷载计算

根据公路桥涵施工技术规范主要由以下荷载组成：

（1）砼荷载。

30m梁跨：在梁端1.5m的范围内为19.8×25=495kN/m, 其中腹板重：440/8=55kN/m2 ；在梁距端1.5~3.5m的范围内为线型变化荷载，平均为[（14.15+8.095）/2]×25=278.1kN/m，其中腹板重：（278.1-30）/8=31.01kN/m2；梁中为8.095×25=202.375kN/m, 其中腹板重：（202.375-30）/8=21.55kN/m2。

其中：翼缘板每m重:［(0.15+0.45)×2/2］×2.5×2=3t 计0.75t/ m2，翼缘板处荷载q=7.5+2.0+1+2=12.65 kN/m2。

（2）方料、模板自重按1. 0kN/ m2计。

（3）施工人员和施工机具行走荷载：2 .0kN/ m2。 （4）振捣砼产生的荷载：2 kN/ m2。

（5）30m梁跨贝雷片自重:中间墩270 kg/片×6片×8组÷18m=1.44t/m。

其余部分270 kg/片×2片×4组÷6m=0.72t/m。

2、荷载分布

根据梁体断面图，第八跨跨中砼荷载可简化如图3布置模式。

图3 30.0m梁砼荷载分布图（圆柱墩）

其他荷载只计算人员、施工机具行走荷载2.0kN/m2、振捣砼产生的荷载2.0kN/m2、方料及模板荷载1.00kN/m2。

根据对称原理可将贝雷片及临时支座受力（以贝雷片跨中为计算断面，按简支梁计算）布置简化成图4。

图4 30.0m梁验算贝雷梁及支座受力计算简图

Q1+Q2=276.775×17.48=4838.027kN Q1=Q2=4838.027/2=2419.014kN 得：Q1=2419.014kN,Q2=2419.014kN

4．3计算贝雷片受力

将荷载简化成均布荷载，求最大弯矩（该支架平均跨长为16.48m，计算按16.48m计）。

Mmax=qL2/8=9396.18kN?m

标准国产贝雷片桁片允许弯矩975 kN?m，假设每片贝雷片均匀受力，Mmax/ M0=9396.18/975=9.637片。根据施工及受力需要，共布置16片贝雷片，如图5所示。

图5 墩身处钢管桩及贝雷片布置图

贝雷片挠度计算：

假设所有荷载为14片贝雷片承担，以均布荷载q=276.775/14=19.77kN/m，跨度L=16.48m的简支梁计算，

f=5×qL4/(384×EI)=5×19.77×103×16.484/(384×2.1×105×106×250500×10-8)=36.1mm≤L/400=41.2mm

通过以上计算贝雷桁架片满足要求，而在施工时是贝雷桁架片两片连成一幅，增加了其整体性受力。

4.4 钢管桩及工字钢受力验算 受力计算图如图6和图7所示。

钢管桩受荷载为Q1=2419.014KN。将Q1平均分配到14片贝雷桁架进行计算求得：

q1~ q14=2419.014/14=172.79kN

图6 钢管柱及工字钢受力计算图

图7 钢管桩及工字钢受力计算图

求得: Q左1（15）=261.363kN, Q左2(16)= 475.038KN, Q右3(17)= 444.648kN，Q右3(18)= 447.593kN，Q右2(19)= 460.869kN，Q右1(20)= 329.550kN

大横梁（工字钢）最大弯矩在Q左2处Mmax=129.381kN?m， 最大剪力在Q左3与Q左2之间Tmax=300.340kN

（1）工字钢受力计算。

大横梁为两根40b型工字钢如图8焊接。

钢管桩顶大横梁（两根40b工字满焊）

A=2×94.07cm2 Ix=2×22781cm4 Wx=2×1139 cm3

根据以上计算最大弯矩：Mmax=129.381kN?m，

最大剪力：Tmax=300.34kN

剪应力τmax=Tmax/A=300.34 /(2×94.07)=15.96MPa<[τ]=125MPa

σmax=Mmax/W=129.381×103/（1139×2）=56.8MPa 弯曲容许应力[ σ]=210MPa >56.8MPa

所以采用2根40b工字钢能满足要求。因以上计算都为将连续梁简化为简支梁计算，未考虑连续对力和弯矩的分配，并且在计算时都是取最不利情况验算，所以上的计算是保守的。

（2）钢管桩受力计算。

假设一端荷载全部由4根钢管桩承担，则每根荷载： Q =2419.014/4=604.75kN

计算最大受力的临时钢管立柱支墩受力,Qmax=Q=604.75kN

算法1：钢管立柱按Φ425mm壁厚8mm的钢管计，沿垂直方向每隔6～9m在平面和空间内设置了平面联系,钢管桩按最高19m计算。

钢管立柱为细长压杆用欧拉公式计算压杆稳定性，压杆的长度系数μ取1（按一端固定，另一端可移动但不能转动）：Pcr=π2EI/（μL）2

A=104.803cm2 I=22.7886×10-5 E=210Gpa L=19 Rmax= Q右3=604.75kN

Pcr=π2EI/（μL）2=1308.365kN≥Rmax =604.75kN 又因钢管立柱沿垂直方向每隔6～9m在平面和空间内设置了平面联系，大大减小了钢管立柱的自长度，增加了钢管立柱的整体性。其轴心受压荷载应远大于Pcr（计算如下），因此压杆是稳定的。

算法2：按压弯杆件计，钢管桩之间每隔6～9m设置一道水平面横向连接，假设有10cm的偏心受压，偏心受压弯矩：M=60.475kN?m，为保守计取L=9m。

L=9m

i=（4252+4092）1/2/4=147.4589 A=（4252-4092）×π/4=104.83cm2

W=0.0982×(D4-d4)/D=0.0982×(42.54-40.94)/42.5=1072.68 cm

3

λ=L/i=9/147.4589=61.03 查表内插得υ1=0.6417

λe=αL0ix/(hiy)=1.8×9000/425=38.12

查表内插得υ2=0.8234,取μ=1

σ=N/Aυ1+M/υ2Wμ=604.75/(104.83×0.6417)+ 60.475/(1×0.8234×1072.68)

=90.584MPa≤210MPa

通过以上计算钢管桩满足要求。在施工过程中，靠墩身处钢管桩通过平面连接的槽钢可与墩身紧密相抱，以增加整体稳定性。跨中临时支墩可通过增加钢管立柱（共9根）和平面、空间连接来增加其整体稳定性。又因实际施工中贝雷桁架片为连续钢构，而上述计算时按简支计算，所以实际靠墩身处钢管桩受力要较计算小，而跨中临时支墩要较计算大（通过增加跨中钢管立柱加强）。

5 结束语

目前，泉南线1#桥已施工完成，通过对此段箱梁顶面高程、横纵坡度进行复测，均能够满足设计图纸和技术规范要求，并且顶面平整度较好。模板拆除后翼缘板线形流畅，底板大面平顺无波浪起伏和凹凸现象；腹板、底板砼色泽一致，无明显施工接缝，整体形象美观，达到预期目的。

查表内插得υ2=0.8234,取μ=1

σ=N/Aυ1+M/υ2Wμ=604.75/(104.83×0.6417)+ 60.475/(1×0.8234×1072.68)

=90.584MPa≤210MPa

通过以上计算钢管桩满足要求。在施工过程中，靠墩身处钢管桩通过平面连接的槽钢可与墩身紧密相抱，以增加整体稳定性。跨中临时支墩可通过增加钢管立柱（共9根）和平面、空间连接来增加其整体稳定性。又因实际施工中贝雷桁架片为连续钢构，而上述计算时按简支计算，所以实际靠墩身处钢管桩受力要较计算小，而跨中临时支墩要较计算大（通过增加跨中钢管立柱加强）。

5 结束语

目前，泉南线1#桥已施工完成，通过对此段箱梁顶面高程、横纵坡度进行复测，均能够满足设计图纸和技术规范要求，并且顶面平整度较好。模板拆除后翼缘板线形流畅，底板大面平顺无波浪起伏和凹凸现象；腹板、底板砼色泽一致，无明显施工接缝，整体形象美观，达到预期目的。

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