论红旗路高架桥混凝土小箱梁在特殊工况条件下半幅架梁的建设管理论文_林元志

摘要：本文从建设单位建设管理的角度对处于繁忙交通量、高架桥设计施工受制于220kV高压线走廊的特殊工况条件下的半幅架梁进行理论论证和实践，并成功实现了半幅架梁，达到了建设管理安全、质量、进度、经济的目标，对今后类似工程具备一定的借鉴意义。

关键词：高架桥 小箱梁 特殊工况 半幅架梁 建设管理

引言：随着社会经济发展，采用高架桥进行快速化改造城市旧路的工程逐渐增多，由于高压铁塔位于本项目高架桥横向中央位置导致架桥机无法实现横移对称架梁，部分桥跨会出现连续两跨半幅架梁的特殊工况，若发生质量安全事故，将是灾难性的后果。本文采用架梁施工方案比选法、半幅架梁结构受力变化的简易复核计算法、专家论证法、现场监测法、应急处置法等措施履行建设单位管理者职责，确保架梁过程的安全、质量、进度、造价可控，架梁施工顺利进行。

1.工程概况

顺德区红旗路快速化改造工程路线西起于顺德区高赞大桥东引道，东止于海尾立交西侧引道，路线基本沿用现状红旗路线位并严格按现状220kV高压铁塔位置进行修正，桥梁孔跨已最大限度考虑高压铁塔影响因素进行布置。设置主线双向六车道高架桥、桥下设双向六车道辅道。主线高架桥采用一级公路标准，设计速度80km/h；辅路采用城市主干路标准，设计速度50km/h；调头匝道采用城市次干路标准，设计速度40km/h；主线高架上下匝道桥梁采用40km/h。红旗路主线高架桥全长4151.8米，共计138个桥跨，其中五个平交口上部结构采用钢叠合梁进行跨越，其余上部结构为预应力混凝土预制小箱梁，受高压线走廊及高压铁塔位置的影响，全桥各桥跨难以统一标准跨度，采用多组标准跨径进行设计。临近本项目线路两侧的住宅商铺厂房林立、现状道路交通繁忙、线路中间存在220kV高压走廊、盖梁上设置两幅桥梁，而高压铁塔位于两幅桥梁中间，因此施工组织面临的社会环境及场地条件极为复杂。

2.特殊工况条件下的架梁施工方案比选

2.1桥梁结构概况

桥梁下部结构采用群桩承台基础，桥墩采用双柱矩形墩、桥墩高度（7~11.5）m，盖梁为大悬臂倒T型盖梁，盖梁上设置两幅桥梁，高压铁塔位于两幅桥梁中间。左右各4片混凝土小箱梁对称布置于大悬臂倒T型盖梁上。

2.2全幅对称架梁施工方案分析

对预制小箱梁的架设，常规架梁方式为采用架桥机对每一个桥跨内的小箱梁进行对称架梁。因220kV高压线铁塔位于桥梁横向中间，位于该区域的桥跨架桥机无法直接横移实现对称架梁。若非要采用对称架梁施工，方案一是每当遇到高压铁塔时，反复拆装架桥机进行架梁，该方案工效极低，不切合实际；方案二是采用顶推法实现对称架梁施工，但顶推法架设小箱梁施工因其施工安全风险控制及工效相对架桥机架梁属于相对落后工艺，在近年已经很少采用，熟练操作工人已经很难找，不推荐使用；方案三是用吊车配合架桥机进行架梁，即架桥机架设左幅小箱梁的同时吊车在地面上起吊小箱梁至右幅盖梁上实现对称架梁，反之亦然。若采用方案三将会出现如下风险：

（1）小箱梁起吊重量130吨左右，220kV高压线下吊车架梁作业的高度空间受限，且须占用交通繁忙的城市主干道进行作业，施工组织难度大、施工安全风险控制难度大，一旦出现安全事故将是灾难性的。

（2）现状城市主干道两侧无拓宽改道条件且周边无可改道通行路网接纳本道路的车辆通行，因此无法实现吊车架梁一侧的单向全封闭车辆通行，若采取分路段按施工时序进行封路，架梁作业周期长，会造成桥下现有交通拥堵、甚至瘫痪。

（3）施工工期控制风险增大、施工成本明显增加，不利于本项目的建设管理目标实现。

2.3半幅非对称架梁施工方案分析

受220kV高压铁塔位置影响区域采用半幅非对称架梁时，将投入两台架桥机进行小箱梁架设，架桥机完成拼装并检验合格后，由桥梁两端桥台相向架梁。当架桥机行至高压铁塔跨及其下一跨时，因架桥机无法越过高压铁塔直接横移至另半幅进行架梁，而对向的架桥机也未行至相应的孔跨，从而出现连续两跨半幅无法完成架梁的特殊工况、且为继续架设后续孔跨的小箱梁还须利用已架设的半幅桥梁进行梁上运梁，大悬臂盖梁将出现较大偏心荷载。对于未架梁的半幅桥梁待对向架桥机行至时进行补架梁。全桥受高压铁塔影响架桥机无法直接横移进行全幅对称架梁的共有34个桥跨，分别为位于15#、20#、27#、33#、41#、49#、54#、60#、68#、75#、83#、91#、98#、106#、112#、120#、129#等17个墩位处的盖梁上，以上墩位两侧小箱梁跨径以33#墩两侧小箱梁跨径最大，其小箱梁跨径达35m长。可见，半幅架梁的桥跨数量多，因此采取半幅架梁具备工期保障上和经济上的优势，风险是桥梁下部结构的承载力能否满足这种特殊工况的要求。

施工方针对这种工况建模进行结构计算，计算结果显示该工况导致桥梁下部结构受力变化大的是未架梁一侧的桥墩出现拉力，但桥墩钢筋混凝土结构处于弹性受拉阶段且有富余。设计方采用与施工方不同的软件进行计算，计算结果基本一致。

施工方和监理方认为可以实施半幅架梁。但设计方认为桥墩原设计为受压构件，实施半幅架梁后变成受拉构件，且拉力主要靠桥墩锚固于盖梁内钢筋的握裹力承担，存在失效的风险，不建议实施半幅架梁。争议僵持不下，作为建设方的管理者必须协调处理好，以确保工程进度、质量、安全及投资，将采取的管理方法是验证施工方、设计方的计算结果，组织专家进行论证，强化施工监测及应急保障。

3.半幅非对称架梁的简易复核性结构验算

3.1半幅非对称架梁对桥梁结构受力的影响

半幅架梁对于桥梁下部结构最不利工况是连续两跨完成半幅架梁且在其上运梁，为尽量减少偏载，运梁行车通道选择靠近中间的两片小箱梁作为运梁通道。属于这种工况的全桥共有17处桥梁下部结构，限于篇幅，本文仅列33#墩位处的下部结构计算分析，其它墩位处采用同样的分析计算方法。

因施工方和设计方已经用专业计算软件进行过结构计算，作为建设方采用简易的复核性计算即可。根据桥梁下部构造盖梁、桥墩、承台、群桩基础结构组成特点，可按二维平面结构体系模型采用《结构力学求解器》求解结构内力和结构位移。通过计算半幅架梁且梁上运梁、全幅架梁且梁上运梁两种工况结构受力进行比较，得出结构受力变化情况。

3.1.1计算参数

35m小箱梁边梁混凝土50.5、中梁47.7，盖梁混凝土240，混凝土容重取26，运梁炮车重按3.5吨考虑，桥墩计算高度取11.5m、盖梁长度28.4m，桥墩单墩截面尺寸为（2×2.1）m。连续两跨完成半幅架梁时，作用到盖梁上的集中力依次用F1、F2、F3、F4表示（由中梁至边梁顺序）。

3.1.2恒载计算

盖梁换算成等截面平头盖梁的均布荷载为：

q=240×26÷28.4m=219.7；

小箱梁中梁重：47.7×26=1240.2kN；

小箱梁边梁重：50.5×26=1313.0kN；

3.1.3活载计算

按运输35m边梁作为验算荷载，运梁车行车轨迹位于靠中间的两片中梁上，运梁缓慢行驶时冲击系数取1.2，活载为：

1.2×（1313.0+35）=1617.6kN

当运梁车行至连续两跨完成半幅架梁的中间时，作用到两侧均为半幅架梁的支座上的力为1617.6kN÷2=808.8kN，靠中间的两片中梁下的受力分别为：808.8kN÷2=404.4kN，因此作用到盖梁上的集中力为：

F1=1240.2+404.4=1644.6kN

F2=1240.2kN+404.4=1644.6kN

F3=1240.2kN

F4=1313.0kN

图一：连续两跨半幅架梁且梁上运梁盖梁和桥墩受力简图（尺寸单位：m）

图二：全幅架梁且梁上运梁受力简图（尺寸单位：m）

3.1.4受力计算结果分析

通过《结构力学求解器》软件建立二维平面结构模型，输入位移约束，输入材料性质，分别加载全幅架梁后梁上运梁荷载、连续两跨半幅架梁且梁上运梁荷载（两种工况桥墩自重荷载未输入），根据求解结果有：

半幅架梁的下构的剪力、弯矩与全幅架梁时相比基本处在全幅架梁时所受剪力、弯矩包络范围、变化相对较小，但桥墩轴力变化最大，远离架梁侧的桥墩由受压构件变成受拉构件、出现约2231kN拉力，靠近架梁侧轴压力为14313kN（轴力图见图三、图四，限于篇幅剪力、弯矩图略）。考虑桥墩自重产生的轴压力后，该计算结果与设计方、施工方计算结果基本一致。

图三：连续两跨半幅架梁且梁上运梁轴力计算结果

图四：全幅架梁且梁上运梁轴力计算结果

3.2半幅架梁对桥墩结构受力影响的验算

3.2.1桥墩抗拉承载力验算

桥墩混凝土强度等级为C40，其抗拉强度设计值=1.65MPa，弹性模量Ec=3.25×MPa。钢筋采用HRB400，抗拉强度设计值=330MPa，弹性模量Es=2.0×MPa。

混凝土达到抗拉强度设计值时的应变为：

ε==1.65÷（3.25×）=5.077×

钢筋发生和混凝土同样应变时的拉应力为：

σ=Es×ε=2.0××5.077×=10.15MPa

受拉桥墩配置HRB400钢筋110根、直径为32mm，受拉桥墩钢筋混凝土处于弹性变形阶段的抗拉承载力为：

=1.65××2×2.1+10.15××110×0.25×3.142×32×32×=7828kN

考虑桥墩自重轴向压力的作用时，桥墩顶面为受最大拉力处，即承受2231kN拉力。

K=7828÷2231=3.5，桥墩钢筋混凝土处于弹性变形阶段的抗拉承载力为半幅架梁且梁上运梁时所受拉力2231kN的3.5倍，验算通过。

3.2.2桥墩抗压承载力验算

桥墩自重：2.1×2×11.5×26=1255.8kN，桥墩在半幅架梁且梁上运梁工况条件下承受的压力为14313kN，桥墩底面承受的最大压力为：

14313+1255.8=15568.8kN，压应力为：15568.8÷（2.1×2）=3.7MPa，远小于C40混凝土抗压强度设计值18.4MPa，验算通过。

从结构承载力验算数据看上，结构安全储备是充足的，其它墩位的结构验算表明结构承载力安全储备是充足的，面对是否能够实施半幅架梁的争议，具备组织专家进行论证的意义。

4.组织半幅非对称架梁方案专家论证

为解决是否执行半幅非对称架梁方案的争议控制施工安全风险，严格执行危险性较大工程专家论证制度、完善建设程序，根据有关规定由建设方、监理方、施工方分别聘请相关专家一共五人对半幅非对称架梁方案进行论证。专家组在论证半幅架梁方案时，认为建设方、设计方、施工方对桥梁下部结构受力验算是正确的，主流声音是方案可行，但个别专家认为该方案实施风险极大，风险在于承受拉力的桥墩锚入盖梁的钢筋与盖梁混凝土握裹力在运梁荷载反复作用下及架梁施工工期内桥墩不是一瞬间承受拉力存在失效的风险。反驳该观点的其他专家认为钢筋混凝土结构设计原理能够成立就是因为钢筋混凝土握裹力形成后是不会失效才会成立的，架梁工期时间相对结构使用寿命100年来说是短暂的，受拉桥墩墩顶截面所受拉力处在弹性变形阶段且还有相当多的富余。两种观点僵持不下，经专家组闭门会议讨论，最终达成的专家组意见是：原则同意半幅架梁方案，但要加强架梁施工监测、尽快完成未架梁半幅的补架梁施工。设计方未再坚持原意见，基于此，作为建设方同意监理方和施工方按专家组结论严格执行。

5.半幅架梁施工监测及应急预案

5.1半幅架梁的施工监测

对存在半幅架梁工况的盖梁和桥墩进行动态观测是否出现裂缝，即从架设完成相应墩位一跨半幅梁开始进行观测，下一跨半幅架梁每架设一片梁后立即进行观测，形成连续两跨梁半幅架梁的工况后，观测半天未发现异常后再进行梁上运梁。此后，每次在半幅工况条件下进行梁上运梁的前后均进行盖梁桥墩的裂缝检查。

5.2半幅架梁应急预案

建立建设方、监理方、施工方三方的应急联动措施，重点要求施工方编制和落实应急预案，特别落实应急物资和人员。若发现盖梁或桥墩出现裂缝时能够及时进行加固、反压或减载，杜绝发生安全事故。

6.结论

作为建设方的项目管理者，通过架梁方案分析、结构受力简易复核性计算、组织专家论证、强化施工监测和应急处置要求等管理措施，确保了半幅非对称架梁方案是可行的、风险是可控的。实践证明，桥墩盖梁均未出现裂缝，本项目高架桥已于2018年10月顺利建成通车，实现了安全、质量、进度、经济的建设管理目标。

参考文献：

公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范JTG D62-2004（2018年版在2018年11月开始实施，本项目2018年10月已通车，因此采用2004版）

作者简介：林元志，路桥工程师、公路一级建造师、交通部甲级造价师，主要从事路桥工程建设及施工的管理和技术工作。

论文作者:林元志

论文发表刊物:《基层建设》2019年第7期

论文发表时间:2019/6/24

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