浅析大纵坡大平曲线现浇箱梁施工技术

【摘要】

以S3公路地面系统1标段S32立交人非坡道桥为对象，针对人非坡道桥为满足立交范围内上跨下穿净空要求及非机动车行车规范，设置为8.333%大纵坡、顺桥向每18m一平台、 最小转弯半径37.1m。通过满堂支架设置单元满足转弯半径小；通过浇筑顺序、速度控制满足大纵坡；通过顶板、铺装、沥青铺装满足18m一平台转折线。

【关键词】

现浇箱梁、纵坡、平曲线、折线、施工技术 1 工程背景

S3公路作为上海市高速公路网“一环十二射”的重要射线公路，也是沿海大通道的重要组成部分，还是浦东新区、奉贤及临港地区出省的重要通道。

随着浦东周康航社区的成熟、迪士尼乐园的开园、奉贤奉城及海湾组团的开发，S3公路的建成对完善上海市干线公路网、贯通沿海大通道、加快沿线地区的开发建设具有重要意义。

图1S3公路线位示意图

S3地面系统作为S3高速的地面道路系统，起打通路网、承担周康航社区主要出行需求的重要任务。同时S3地面系统与轨交16号线伴行10公里，为后续地铁沿线地块开发起重要支撑作用。

2、现场布置情况

S3地面系统跨越申嘉湖采用高架桥形式，机动车道通过辅道桥跨越，非机动车与行人通过坡道桥，双向人非集中跨越。原设计为地道方案，经优化为跨线桥形式，主要为现浇非预应力钢筋混凝土箱梁结构，其中跨越申嘉湖高速、S3公路立交匝道为钢箱梁。

图2 人非坡道桥断面形式

设计人非坡道桥需依次跨越五灶港、下穿罗山南路辅道桥、上跨SNW匝道、申嘉湖高速、SWN匝道，平面与纵向线型受制约因素较多。为满足高速公路净空>5m、人非道路净空>2.5m要求，辅道桥下穿点标高16.5m，SNW匝道跨越点标高20.567m，申嘉湖跨越点14.1m，SWN匝道跨越点13.826m，整体线型起伏较大。

图3人非坡道桥线位平面图

平曲线人非坡道桥墩号为PD01-PD29，共计28跨，分成7联，总长度

580.28m，桥面结构宽度12.8m。其中，最高点为上跨SNW匝道，桥面高度13.2m，除最高跨外，纵坡为±8.333%的有16跨。PD17-19、PD23-24为钢箱梁，其余上部结构均为C40钢筋混凝土现浇连续箱梁（非预应力），现浇箱梁共25跨分5联。

图4人非坡道桥纵坡参数表

坡道桥现浇箱梁均为单箱双室截面。为满足双向人非通行需求，箱梁顶板宽度13m，底板宽度为7.8m，悬臂长度2m，箱梁结构高度为1.5m。箱室截面变化呈梭形。因箱梁结构采取两次浇筑完成，第一次浇筑至顶板腋下位置。

图5人非坡道桥

横断面

3、平曲线控制技术

人非坡道桥平面设置呈倒“几”字型布置，具有转弯半径小、直线长度短特点，根据其平曲线特点前期提出满堂盘扣支架及少支架法两种工法方案进行比选。

平曲线控制技术中关键需要解决的是支撑体系如何随平曲线小半径转弯而扭转，从而通过可靠性及经济性分析决定实际施工中采取的工法方案。

满堂支架的难度在于盘扣式支架的模数与平曲线很难契合，基于此提出了由多个满堂支架的矩形模块通过扇形钢管支架进行连接；但满堂支架也存在需处理全桥范围地基基础的不经济性。

少支架法具有地基基础处理工作量小的经济性，但需要多次体系转换的受力体系优化工作量巨大。

图6人非坡道桥平面线形图 3.1 满堂支架模块+横向联系杆

弯曲段满堂支架遵循以直代曲，折角扇形区域处不满足盘扣支架纵、横向间距设置，扇形区内立杆采用盘扣立杆，其余水平向采用普通扣件钢管连接。

图7“以直代曲”扇形区域支架平面布置示意图

坡道桥PD04-08、PD12-16、PD24-26设置平曲线，满堂支架部分纵向间距、横向间距按照直线段满堂支架间距布置，弯折角出采用普通钢管扣件加密连接。

全线需进行地基处理，换填40cm以上建筑旧料+15cm C20素砼，纵向全部硬化，宽度沿结构投影面两侧超宽1m。地基承载力应满足在150kPa以上（通过地基承载力检测，以消除地基的非弹性沉降，达到梁体施工时的承载力要求）；后浇筑素混凝土并设置排水，控制平整度。

3.2 少支架法：贝雷梁+满堂支架

通过贝雷梁及上下方型钢将荷载传递至钢立柱再传递基础地面，力经过多次横纵向转换传递。在结构平曲线设置区域内，因贝雷梁尺寸模数固定，贝雷梁平面布置优化复杂，贝雷梁无法确保间距均匀平行设置。同时，转折位置贝雷梁前后交错放置，支架安装及拆除过程较为复杂。

图8少支架法横断面布置图

根据贝雷梁力学性质，贝雷梁竖杆处作为竖向传导力最佳支点，受限于平曲线半径小、贝雷梁模数固定等条件，对于相邻贝雷梁连接处碰撞问题及支点无法坐落于贝雷梁竖杆位置问题需逐点优化，局部位置需支架超宽设置。

图9贝雷梁平面布置图 4、纵坡控制技术

无论满堂支架和少支架法，支架顶部均为盘扣式支架。通过控制自由端长度小于65cm，支架搭设顶部自由段高度小于650mm。自由端超过允许范围时增加纵横向水平拉杆。支架上部顶层步距应小于下面标准步距（1500mm），顶层步距为500~1000mm。超过即满足支架间隙可以增设水平横向钢管连接。

图10满堂支架立面布置图

图11少支架法立面布置图

工字钢与顶托缝隙采用木楔填充塞进，填充率不小于50%。

图12木楔填塞细部构造图 该支架安全性验算如下： 1、长细比验算：

l01=hˊ+2ka=1000+2×0.7×320=1448mm l0=ηh=1.2×1500=1800mm

λ＝λ=max[l01，l0]/i=1800/14.48=124.309≤150 满足要求！ 2、风荷载计算：

Mw＝γ0×γL×φc×1.5×ωk×la×h2/10＝1.1×0.9×0.9×1.5×0.051×0.9×1.52/10＝0.014kN·m

3、立杆稳定性验算： 顶部立杆段：

横梁和腹板底立杆所受轴力N1=Rmax4=28.5kN 箱室底立杆所受轴力N2=Rmax5=28.39kN 翼缘板底立杆所受轴力N3=Rmax6=20.266kN

N顶部=max(N1,N2,N3)=max(28.5,28.39,20.266)=28.5kN λ1=l01/i=1448/15.9=91.069

查表得, φ=0.519 不考虑风荷载时：

f＝ N顶部/(φA)＝40633/(0.519×493)＝158.805N/mm2≤[f]＝300N/mm2

满足要求！ 考虑风荷载时：

Nw=N顶部+Mw/lb=40.633+0.014/0.6=40.656kN

f＝ Nw/(φA)+ Mw/W＝40656.005/(0.519×493)+0.014×106/5150＝161.575N/mm2≤[f]＝300N/mm2

满足要求！ 非顶部立杆段：

横梁和腹板底立杆所受轴力

N4=Rmax4+γ0×γGG3kH=40.633+1.1×1.3×0.15×8=42.349kN

箱室底立杆所受轴力

N5=Rmax5+γ0×γGG3kH=28.39+1.1×1.3×0.15×8=30.106kN

翼缘板底立杆所受轴力

N6=Rmax6+γ0×γGG3kH=20.266+1.1×1.3×0.15×8=21.982kN

N非顶部=max(N4,N5,N6)=max(42.349,30.106,21.982)=42.349kN λ=l0/i=1800/15.9=113.208 查表得, φ1=0.386 不考虑风荷载时：

f＝ N非顶部/(φ1A)＝42349/(0.386×493)＝222.54N/mm2≤[f]＝300N/mm2

满足要求！ 考虑风荷载时：

N2w=N非顶部+Mw/lb=42.349+0.014/0.6=42.372kN f＝ N2w/(φ1A)+ Mw/W＝

42372.005/(0.386×493)+0.014×106/5150＝225.341N/mm2≤[f]＝300N/mm2

满足要求！ 4基础计算

取中横梁处立杆受力28.5KN计算，立杆高度按最高11.5米计算。 箱梁在夯实碾压原有大于40cm厚硬骨料，然后浇注10cm厚C20砼进行硬化，砼抗压强度fc＝9.6 MPa。立杆下设100×100钢垫板上部结构传至基础顶面的最大轴心力为

Nmax=28.5kN/0.01=2.85 MPa≤1.254*1*9.6=12.04 MPa 满足要求！

立杆荷载通过硬化层和基础层，应力按硬骨料渣扩散角取30°，砼扩散角取40°，传至地基上，根据立杆间距，可近似认为荷载传至地基上是均匀分布。

作用于地基上均布荷载： 垫板底面的平均压力

计算垫板底面积A1=（2tg40×0.1+2tg30×0.4+0.1）2=0.532m2 P＝Nmax/(mf×A1)=(28.5/(0.4×0.532)

＝127.77kPa≤fak＝150kPa 满足要求！

不同于满堂支架法，少支架法需考虑大纵坡情况下整体支架及混凝土浇筑时产生的水平推力，故钢支撑需额外与立柱间形成固结。

实际浇筑期间，通过现场工艺试验控制初凝时间和塌落度，对箱梁顶部折线段顶板线型进行控制。

5、满堂支架与少支架法的比较

由于上海推行少支架法替代满堂支架法施工，针对人非坡道桥本次现浇箱梁的线型设计，进行如下工艺比较：

表2少支架法和满堂支架法工艺比较

序号 施工工少支架法 满堂支架法 艺比较 1 施工前期准备 较容易，需要对承台顶较容易，需要提前对整面进行清理安装钢立柱，梁个现浇场地进行场地处理；投影区域无需另外场地处理。 对平曲线进行放样，对满堂支架模块进行放样，复核横向联系钢管长度。 2 度 施工难较难，需依次安装钢立柱、贝雷梁、工字钢转换较容易，盘扣支架依次安装，按6m为界设置水平层、木方模板。同时曲线段剪刀撑，按规范设置纵向小贝雷梁受力节点与盘扣步距斜杆。 吻合较困难，需对贝雷梁进行交错布置。 3 受力情况分析 支架荷载经工字钢、贝荷载经满堂支架传至地雷梁、钢立柱多次转换，受基，受力明确；满堂支力体系不明确。 架模块计算及横向联系钢管受力容易计算。 4 安拆期间风险 拆除期间风险大，贝雷拆除期间风险小，在布梁、工字钢均位于已完成现设防坠网、生命绳的基础浇箱梁投影面下，且离地间上，人工拆除的部分为模距较低，拆除工况恶劣。 板、木方、盘扣支架，风险可控。 5 施工经济性 费用较高，主要是拟合费用较低，费用主要为平曲线需设置的贝雷梁及钢场地处理及支架周转材料费立柱多，周转材料重复利用用。 率低。 通过上述比较，最终确定采用满堂支架的方案进行人非坡道桥现浇箱梁施工。 6、结语

经本项目实践验证，满堂支架工艺在本工程的现场实际工况条件下是切实可行的。通过满堂支架设置模块，可尽最大可能拟合平曲线线型；同时通过灵活加设横向连杆控制顶部自由端长度，满足整体支架受力稳定；通过合理控制混凝土塌落度区间，控制初凝时间，确保折线段顶板角度。

本工程通过上述施工技术优化，从支架角度解决了平曲线施工难点，从施工控制角度解决了大纵坡施工难点。随着上海中心区域向周边拓展，高速立交抬升后增设地面辅道的情况逐渐增多，本工程案例可作为后续在复杂地形、多边界条件情况下改建、新建人非通道桥作技术积累和铺垫。

参考文献

[1] 满堂钢管支架现浇箱梁的设计探讨[J]. 杨旭.中国新技术新产品,2011(04)

[2] 采用加强型贝雷梁基础的桥梁支架施工工艺[J]. 周力毅.黄赣萍.周鑫.公路工程,2012,37(05)

[3] 高速公路桥梁满堂支架现浇箱梁施工探讨[J]. 刘景雷.公路交通科技(应用技术版),2015,11(06)

[4] 现浇混凝土简支箱梁的满堂支架法施工[J]. 李祥营.山西建筑2016,42(05)

[5] 满堂支架现浇预应力钢筋混凝土箱梁桥的施工技术与管理[J]. 张坤球.公路. 2015,60(03)