既有鐵路線旁無落地支撐架條件下高橋墩蓋梁施工

錢大懷 中鐵二十四局集團有限公司

嘉閔高架橋是上海西部地區(qū)新辟的南北向快速通道，其中在閔行區(qū)春申路沿線上跨既有滬春線、滬昆線及在建滬杭客專線，公路高架橋計上跨11股鐵路線（含規(guī)劃滬杭城際鐵路），并與鐵路線形成四層立體交叉橋，從下至上分別是：既有滬春鐵路、既有滬昆鐵路、規(guī)劃滬杭城際鐵路為地面線路，第二層為金山鐵路支線，第三層為在建滬杭客專，第四層即為本次在建嘉閔高架公路春申鐵路段。由于公路高架處于四層立交最高層，臨近鐵路兩側(cè)墩身多以超40m高度跨越鐵路線，其立柱建筑高度屬于上海市最高，尤其墩頂高低端蓋梁，截面尺寸為：15.84m×4.45（1.65）m、蓋梁懸臂長、混凝土一次澆注量達140.8m3(詳見圖1)。同時本次上跨鐵路高架橋橋址多位于當?shù)乇敝窀酆拥乐谢蜓匕?，受既有鐵路線和河道的雙重制約，在建滬杭客專同步施工的道路和場地干擾，加之施工設(shè)備進場和吊裝作業(yè)場地的缺乏，造成蓋梁施工十分困難。

圖1 Z8、Y8立柱蓋梁與既有線位置圖

1 蓋梁方案的構(gòu)想與比選

蓋梁側(cè)模采用定型鋼模板，底模采用竹膠板加工制作，模板采用側(cè)包底施工工藝，由吊車配合安裝。鋼筋在加工場地加工為成品和半成品，根據(jù)蓋梁高度和施工條件采用整體吊裝或直接在立柱頂部安裝。蓋梁砼采用一次性澆筑，砼由自建拌合站供應(yīng)，泵送入模。針對本次超40m高墩的長大蓋梁施工，最大難度在于如何建立穩(wěn)固的支撐體系問題。

1.1 碗扣式滿堂落地支撐體系

優(yōu)點：設(shè)計、驗算簡單，安裝方便。

缺點：需要有較寬闊的地面支持，不適宜施工場地狹小的區(qū)域，更不能在河道中使用；高支撐架本體安全防護措施要求高。另根據(jù)上海市的相關(guān)建設(shè)單位規(guī)定：高度大于30m橋墩不允許用落地支撐架進行水平混凝土施工。由于本工程橋墩高度均大于40m，不滿足建設(shè)單位的規(guī)定要求，不宜采用。

1.2 鋼桁架托架

優(yōu)點：不占用地面，可以工廠制作，現(xiàn)場吊裝不僅簡單方便，安裝周期短，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定受力均勻。

缺點：一次性投入大，再利用率低。

1.3 貝雷片支撐架

優(yōu)點：貝雷片為定型產(chǎn)品，現(xiàn)場吊裝簡單方便，安裝周期短，不占用地面，可以反復(fù)使用，較經(jīng)濟。

缺點：整個支撐托架重心較高，不如鋼桁架托架穩(wěn)定性好。

根據(jù)三個方案的分析比較，參考上海市公路高架路其它施工標段的經(jīng)驗，從使用貝雷片作高柱墩蓋梁施工承托層的情況看，蓋梁混凝土澆筑后存在變形量偏大問題。經(jīng)過比選論證，我們確定鋼桁架托架作為最優(yōu)方案。

2 臨近既有線蓋梁施工的防護措施

既有滬春線、滬昆線均為電氣化鐵路，高墩施工過程中為避免高空墜物擊毀接觸網(wǎng)線或打擊運行通過列車，防止造成嚴重事故，需對既有線進行嚴密防護。

2.1 電氣化線路的改造

（1）施工前確定施工影響范圍內(nèi)的電氣化立柱，則必須進行移位。由于立柱腕臂在絕緣瓷瓶以外部分都為帶27.5KV的高壓帶電體，如不對立柱進行移位，無法對腕臂做防電處理，因此必須做好危及行車安全的防護措施。

（2）把施工影響范圍內(nèi)的回流線進行換線，把裸露的鋁芯線改成絕緣電纜架空或落地填埋保護。

2.2 蓋梁施工范圍既有線上方封鎖搭設(shè)全覆蓋防護棚

既有滬春線和滬昆線均為電氣化鐵路，防護棚凈高為12.2m，沿線間距3.5m，跨徑為20.4m。防護棚架基礎(chǔ)采用混凝土條形基礎(chǔ)，立柱采用￠500mm壁厚12mm鋼管，橫梁采用45a工字鋼，主縱梁采用45a工字鋼，其余縱梁采用10#槽鋼，面板采用18mm膠合板和3mm鍍鋅鐵板（詳見圖2）。

圖2 滬春線防護棚橫斷面圖

3 蓋梁托架（結(jié)構(gòu)）設(shè)計及力學分析驗算

3.1 蓋梁托架（結(jié)構(gòu)）設(shè)計

考慮到蓋梁施工的特點及本標段蓋梁多處于河道內(nèi)，墩身高、地基承載力差，不適合采用落地式支架施工，蓋梁采用預(yù)埋銷棒和鋼桁架托架方法進行施工。鋼桁架托架具體結(jié)構(gòu)如圖3、圖7所示：

圖3 鋼桁架托架宗斷面結(jié)構(gòu)

3.1.1 銷棒預(yù)留孔

在墩柱施工時，預(yù)先將鋼管安裝到墩柱的預(yù)定標高，控制好鋼管的水平度及間距，定位鋼筋按50cm一道固定，在鋼管兩端套Φ10螺旋鋼筋并將鋼管的兩端用膠帶封死，防止水泥漿流入。每個墩柱上共預(yù)埋2個銷棒孔，銷棒采用直徑140mm的45號圓鋼加工而成，預(yù)埋孔采用直徑150mm的鋼管。在預(yù)留孔端部安裝鋼筋網(wǎng)片，墩柱砼施工時應(yīng)嚴格控制施工質(zhì)量，加強振搗，保證預(yù)埋孔處的砼密實。

3.1.2 安裝銷棒、牛腿

在墩身施工完成后，利用墩頂平臺搭設(shè)臨時的施工平臺(采用型鋼加工一個小型的吊籃，利用吊車提升至銷棒預(yù)留孔位置，然后用鋼絲繩將吊籃拴在墩柱頂部的預(yù)留主筋上（詳見圖4)，用以安裝銷棒和牛腿。在預(yù)埋管位置敲出預(yù)留孔，清理里面的水泥漿等雜物，沖洗干凈，保證孔內(nèi)無毛刺、砂石等雜物。將加工好的銷棒插入預(yù)埋孔內(nèi)，然后安裝牛腿。牛腿采用20和25mm厚鋼板加工而成，應(yīng)嚴格按照設(shè)計制作，保證每條焊縫的質(zhì)量。

圖4 安全施工平臺示意圖

3.1.3 安裝型鋼桁架

銷棒牛腿安裝完成后，再安裝型鋼桁架。上桁架采用H600型鋼，下桁架采用H400型鋼，待兩片型鋼桁架安裝定位好后，采用H300型鋼將其連接成整體并加剪刀撐，在桁架上橫梁上設(shè)置4道Φ28精軋螺紋鋼，下橫梁設(shè)置2道，在兩片桁架內(nèi)的精軋螺紋鋼上套Φ48鋼管，外側(cè)用螺母擰緊，以保證其整體受力，使蓋梁支架具有足夠的穩(wěn)定性。桁架頂標高控制在蓋梁底標高20cm～40cm，以方便在桁架上搭設(shè)支架。

蓋梁施工人員通道采用定型爬梯，現(xiàn)場組拼，爬梯安裝好后按規(guī)范要求進行檢查驗收。

3.1.4 三角托架搭設(shè)

在安裝好的支架上架設(shè)制作好的三角托架，托架采用[14a和[10a槽鋼制作。三角托架架設(shè)到桁架后之間用槽鋼相連。三角托架上再鋪設(shè)一層方木，方木間距20cm，方木上再架設(shè)模板。三角托架采用每根立桿下的鋼楔調(diào)整高度，鋼楔焊接至桁架的H60型鋼上（詳見圖5）。

圖5 三角托架示意圖

3.1.5 支架防傾覆措施

在超高支架外側(cè)設(shè)置抗風索，利用抗風索拉住支架，提高支架穩(wěn)定性（詳見圖6）。

圖6 鋼管支架防傾覆示意圖

3.2 蓋梁托架（結(jié)構(gòu)）設(shè)計及力學分析驗算

3.2.1 蓋梁結(jié)構(gòu)圖

圖7 蓋梁結(jié)構(gòu)圖

3.2.2 荷載確定

蓋梁砼自重： G1=2165(kN);

鋼模自重： G2=57×7.7×3×2=26.6(kN);

三角支架： G3=213.3×4=85.4(kN);

I28： G4=47.86×14×3.05=20.5(kN);

H60 型鋼支架：G5=2×（17.64+9.8）×132.8+2×47.86×（2×5+

2.9×4 ）=93.6(kN);

方木自重： 查規(guī)范知方木荷載為5kN/m3，則：G6=(0.1×0.12×3.05) ×5×78=14.3(kN);

施工人員、機具重量，查規(guī)范荷載按2.5kN/m2，則：

G7=15.84×3.05×2.5=120.9(kN)；

查規(guī)范振搗砼產(chǎn)生的荷載為2kN/m2，砼澆筑產(chǎn)生的沖擊荷載為2kN/m2，則：G8=15.84×3.05×(2+2)=193.3(kN);

荷載分項系數(shù)：靜荷載為1.2，活荷載為1.4。

3.2.3 橫梁、主梁及鋼銷棒驗算

（1）橫梁驗算：簡化分析受力情況見圖8。

圖8橫梁受力圖

橫梁采用I28的工鋼，28a工字鋼的截面矩w=508cm3，慣性矩I=7115cm4，彈性模量E=2.1×105N/mm2;

作用于橫梁上的總荷載：G=[（G1+G2+G3+G4+G6）×1.2+G7×1.4]/(15.84×3.05)=63kN/m2;

間距按1m計算，橫梁所受荷載q=63×1=63kN/m;

彎矩 M=1/2×q×L3×X×[(1-a/X) ×(1+2a/L3)-X/L3];

已知 a=0.15m，L3=3.05m，當 X=a+L3/2=0.15+3.05/2=1.675m時彎矩、撓度最大;

M=1/2×63×3.05×1.675×[(1-0.15/1.675) ×(1+0.3/3.05)-1.675/3.05]=72.5kN·m;

應(yīng)力 σ=M/w=72.5×103/508=142.7MPa＜［σ］=210(MPa);

撓度 f=qL4/384EI×(5-24×a2/L2)=72.5×103×3.054/(384×2.1×1011×7115×10-8)×(5-24×0.152/3.052)=5.4(mm);

f/L4=5.4/3050=1/564<1/400

通過以上計算分析，28a工字鋼主梁滿足施工要求

（2）主梁驗算：簡化分析受力情況見圖9。

圖9 主梁受力圖

主梁采用H60型鋼，H60型鋼的截面矩w=3343cm3，慣性矩I=97287cm4，彈性模作用于橫梁上的總荷載：G=[（G1+G2+G3+G4+G5+G6+G7）×1.2+G8×1.4]/(15.84×3.05)=69kN/m2;主梁間距按1.5m計算，主梁所受荷載q=69×1.5=103.5kN/m，考慮到主梁支模采用I28型工鋼焊接三角支架支撐懸臂主梁的穩(wěn)定性，驗算其懸臂部分彎矩，M=1/2×q×x2;最大彎矩M=1/2×103.5×1.67×1.67=145kN·m; 應(yīng)力 σ=M/w=145×103/3343=43MPa＜［σ］=215Mpa，f/L<1/400。

（3）鋼棒鋼驗算。采用直徑dcm鋼棒，兩端各外露0.1m，鋼棒的性質(zhì)如下：

慣性矩I=πd4/32;

考慮安全系數(shù)為2，則有直徑d>12.35cm鋼銷棒支撐主梁滿足施工要求。結(jié)論：按照以上布置的方木、工字鋼、鋼棒均能滿足受力要求

4 蓋梁托架的試壓

為驗證高墩蓋梁支撐體系的安全可靠性，檢驗鋼銷棒的剛度和抗剪強度以及銷孔處砼的抗剪能力，并盡量消除鋼桁架本身承重變形量。首件制的蓋梁托架拼裝好后首先進行加載試驗。

根據(jù)計算，采用鋼銷棒法施工蓋梁過程中，鋼銷棒最大受力約84t，按照1.5倍的安全系數(shù)考慮，試驗擬用126t的荷載作用于每個銷棒牛腿上，檢驗托架的安全穩(wěn)定性，鋼銷棒對墩柱砼的損壞情況，鋼銷棒材料是否能夠承受施工荷載，對鋼銷棒的整體剛度的影響。

5 蓋梁施工工藝

蓋梁施工工藝流程詳見圖10。

圖10 蓋梁施工工藝流程圖

6 蓋梁托架拆除

在蓋梁預(yù)應(yīng)力張拉完成后，再進行蓋梁支架（托架）的拆除工作。操作步驟如下：

（1）利用三角托架下鋼楔子進行降模，然后抽出模板，拆除三角托架。

（2）待三角托架拆除完后進行桁架的拆除，桁架尺寸較大，拆除時應(yīng)安排專門的安全人員和吊裝人員現(xiàn)場統(tǒng)一協(xié)調(diào)指揮。

（3）桁架拆除完后再拆除牛腿及銷棒，在蓋梁上吊操作平臺下來進行拆除。

（4）銷棒法施工最后還要銷棒預(yù)埋孔修補，先用石子將預(yù)埋管填實，留一段用砼填塞密實，待砼達到一定強度后再用調(diào)配好的水泥砂漿修補砼表面，保證砼外觀。

7 結(jié)束語

嘉閔上跨鐵路公路工程臨近既有線，其超40m高墩在不具備落地支架困難條件下，通過采用埋銷棒和鋼桁架托架方法成功地解決了高空長大蓋梁施工這一難題，同時通過臨近的既有線上方設(shè)置全覆蓋防護棚，解決了既有電氣化鐵路安全防護問題，可為后續(xù)類似工程提供了良好的借鑒。