京滬高速鐵路特殊橋梁施工方法研究

許三平

(中鐵第四勘察設(shè)計院集團有限公司，武漢 430063)

1 概述

京滬高速鐵路徐州至上海段正線大中橋總數(shù)138座，共521.9 km，占正線建筑長度的81.2%。徐滬段由于路網(wǎng)發(fā)達、控制點多，特殊結(jié)構(gòu)多是京滬高速鐵路橋梁的一個顯著特點，全線共設(shè)特殊結(jié)構(gòu)300余處，主要結(jié)構(gòu)類型有連續(xù)梁拱、系桿拱、連續(xù)梁等。鑒于此，特殊結(jié)構(gòu)橋梁的施工是京滬高鐵能否順利完成控制因素。一般情況下，連續(xù)梁拱采用“先梁后拱”的施工方法，系桿拱通常采用“先梁后拱”，主跨48 m及以下連續(xù)梁宜采用膺架法現(xiàn)澆的施工方法，主跨48 m以上連續(xù)梁采用懸臂灌注法施工。

隨著現(xiàn)場施工的不斷深入，部分架梁控制工點特殊結(jié)構(gòu)施工已制約了架梁工期，還有部分航道交通管制等因素，常規(guī)施工方法無法滿足現(xiàn)場需要。在充分論證的前提下，設(shè)計提出了系桿拱采用“先拱后梁”法施工、連續(xù)梁拱拱肋施工采用“整體縱移”、大跨度連續(xù)梁采用膺架施工等“非常規(guī)”施工方法。結(jié)合京滬高速鐵路徐滬段施工組織，研究了主跨56～100 m連續(xù)梁針對不同支架條件下膺架施工方法施工圖，目前，以上特殊結(jié)構(gòu)橋梁施工均已完成，并已順利通車。

2 施工方案研究

京滬高速鐵路特殊結(jié)構(gòu)橋梁施工方法根據(jù)不同結(jié)構(gòu)類型主要分整體膺架施工(主要使用小跨度連續(xù)梁)、大節(jié)段膺架施工(大跨度連續(xù)梁)、懸臂灌注法施工(組合結(jié)構(gòu)主梁、大跨度連續(xù)梁)、先梁后拱及先拱后梁施工(系桿拱)、拱肋支架拼裝(拱肋)、拱肋整體縱移(拱肋)等。由于膺架施工周期短，在受工期控制或施工組織控制的預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁(如在梁場附近，控制架梁工期)最適合采用;懸臂灌注法施工主要適用于跨越航道及立交的大跨度連續(xù)梁;先梁后拱施工方法主要適用于可搭設(shè)支架的系桿拱橋，先拱后梁施工主要適用于受立交、通航限制無法搭設(shè)支架的系桿拱。拱肋支架拼裝適用于具備搭設(shè)支架條件的拱肋;拱肋整體縱移適用于工期受限制的拱肋施工。

2.1 系桿拱

京滬高速鐵路徐滬段共設(shè)系桿拱21處，其中大部分系桿拱具備搭設(shè)支架條件，設(shè)計采用“先梁后拱”的施工方法，主要施工步驟為:搭設(shè)支架→支架預(yù)壓→現(xiàn)澆拱腳及系梁混凝土→張拉系梁預(yù)應(yīng)力→系梁上搭設(shè)拱肋支架→安裝拱肋→泵送鋼管混凝土→張拉吊桿?！跋攘汉蠊啊笔┕し椒üに嚦墒?、施工周期快，是系桿拱橋的理想施工方法。但由于蘇南河道航運繁忙，部分系桿拱跨越受通航限制的航道，由于航道部門要求，通航水域無法搭設(shè)支架，設(shè)計研究采用“先拱后梁”的施工方法，其主要施工步驟為:支架施工拱腳→纜索吊裝拱肋節(jié)段(或采用浮吊整體吊裝)→合龍后灌注管內(nèi)混凝土→張拉系桿→支架現(xiàn)澆靠拱腳段系梁→拱肋鋼管混凝土灌注→分段掛籃現(xiàn)澆各節(jié)段系梁混凝土。目前，“先拱后梁”施工系桿拱設(shè)計及施工處于國內(nèi)同行業(yè)先進水平。圖1為“先拱后梁”法施工吊裝拱肋實景。

圖1 “先拱后梁”法施工吊裝拱肋

2.2 連續(xù)梁拱

連續(xù)梁拱一般采用“先梁后拱”施工方法，主要施工步驟如下:利用掛籃懸臂澆筑主梁→合龍主梁邊孔→拆除臨時支墩→合龍主梁中孔→以橋面為工作面，支架拼裝鋼管拱肋(或原位拼裝豎向轉(zhuǎn)體)→依次灌注拱肋上弦管、下弦管、綴板內(nèi)混凝土→按指定次序張拉吊桿，調(diào)整吊桿力→張拉主梁后期鋼索→施工橋面系→調(diào)整吊桿力到成橋設(shè)計索力。

京滬高速鐵路徐滬段丹昆特大橋跨婁江采用(70+136+70)m連續(xù)梁拱，主橋墩號716號、717號。由于該工點為控制工點，若采用常規(guī)先施工主梁再拼裝施工拱肋的施工方法，則無法滿足鋪設(shè)無砟軌道工期要求。為了滿足工期的要求，在京滬高鐵(70+136+70)m連續(xù)梁拱北側(cè)引橋710號墩～715號墩五孔簡支梁橋面范圍，搭設(shè)鋼管樁拼裝拱肋支架，用汽車吊將鋼管拱拱肋逐段吊裝到支架上進行焊接拼裝。按相關(guān)要求將拱肋、拱肋橫撐及相關(guān)配件在地面上分節(jié)段焊接到位后，由汽車吊將拱肋逐段吊裝到梁面預(yù)先搭設(shè)的鋼管支架上，吊裝拱肋時遵循左右對稱、前后對稱的原則，最大不平衡安裝不超過1個吊裝節(jié)段。

拱肋安裝按照如下步驟進行:①確定支架在梁面上的具體位置并澆筑混凝土基礎(chǔ)、插打拼拱鋼管樁→②安裝架拱鋼管支架、鋼管支架連接系及拉纜風繩→③檢查架拱鋼管支架、驗收合格后進行拱肋節(jié)段及橫撐的安裝，邊安裝邊調(diào)整線形→④兩側(cè)拱肋對稱安裝(預(yù)留合龍段)→⑤安裝合龍段→⑥安裝橫撐→⑦整體焊接。

鋼管拱拼裝完成后，采用鋼絞線將拱腳預(yù)緊;最后拆除支架，實現(xiàn)整個鋼管拱整體滑移(圖2)?；频轿缓鬂仓澳_混凝土。

圖2 拱肋“整體縱移”

2.3 連續(xù)梁

一般來說，主跨 48 m梁聯(lián)長 113.3 m，混凝土1 400 m3左右，采用支架施工一次成橋比較合理，但在無法搭設(shè)支架或地基處理困難的工點也可采用懸灌施工。主跨56 m及以上連續(xù)梁，從受力角度采用懸灌法施工是較為合理的，但考慮現(xiàn)場實際情況，在條件容許情況下，也可采用膺架法現(xiàn)澆施工。主跨56 m連續(xù)梁由于聯(lián)長達到137.5 m，若采用通長索，預(yù)應(yīng)力損失大，受力不合理。同時混凝土高達1 850 m3，混凝土澆筑困難。但考慮工期因素，在增加混凝土供應(yīng)的前提下，綜合考慮采用膺架法一次成橋也是可行的。主跨56 m以上由于混凝土方量大，預(yù)應(yīng)力配置困難，無法采用一次成橋，若采用膺架法施工，必須分段。

(1)節(jié)段劃分

主跨48 m梁及以下連續(xù)梁，聯(lián)長均小于113.3 m，為方便施工，不宜分節(jié)段施工，采用一次成橋。主跨56 m連續(xù)梁雖然混凝土方量較大，而一旦分節(jié)段施工至少需分3個節(jié)段，加上合龍段，勢必使工期加長，而懸灌施工節(jié)段也不多，相比之下膺架法采用現(xiàn)澆施工意義不大?？紤]增加混凝土供應(yīng)量，一次澆筑成橋相對合理一些。主跨64、72 m連續(xù)梁由于混凝土方量大，預(yù)應(yīng)力配置困難，不宜采用一次成橋，設(shè)計采用分5個節(jié)段，2個合龍段。主跨80 m連續(xù)梁一般考慮采用分 5個節(jié)段，2個合龍段。但蘊藻浜特大橋DK1292+059.405 ～DK1292+237.105 處跨越翔江公路和顧江河，由于線路與公路交角只有34°，支架設(shè)置比較困難。若采用常規(guī)分節(jié)，跨中張拉時，跨中托空，支架受力不均勻，由于受道路限制，支架無法加強，合龍段支架不能滿足要求。為此，設(shè)計研究了在跨中設(shè)合龍段方案，全梁設(shè)6個節(jié)段，1個合龍段。主跨100 m連續(xù)梁一般考慮采用分5個節(jié)段，2個合龍段。蘊藻浜跨滬寧鐵路處既有線與高鐵交角只有21°，跨鐵路貝雷梁受鐵路凈空限制，無法加強?？缰袕埨瓡r，跨中托空，支架受力不均勻，合龍段支架不能滿足要求。為此，設(shè)計研究了在跨中設(shè)合龍段方案，全梁設(shè)6個節(jié)段，1個合龍段，滿足了支架受力要求。

(2)施工順序

①(40+64+40)m及(40+72+40)m連續(xù)梁(圖3)

②(60+100+60)m連續(xù)梁(一)(圖4)

圖3 (40+64+40)m及(40+72+40)m連續(xù)梁施工順序(單位:mm)

圖4 (60+100+60)m連續(xù)梁施工順序(一)

③(60+100+60)m連續(xù)梁(二)(圖5)

3 特殊施工方法橋梁設(shè)計要點

3.1 結(jié)構(gòu)尺寸

為方便模板周轉(zhuǎn)及配合下部結(jié)構(gòu)及凈空要求，系桿拱、連續(xù)梁拱、連續(xù)梁不同施工方法結(jié)構(gòu)尺寸、材料類型原則上保持一致，連續(xù)梁內(nèi)部輪廓根據(jù)受力計算確定。

3.2 縱向計算

圖5 (60+100+60)m連續(xù)梁施工順序(二)

由于采用不同的施工方法，各種施工工況下結(jié)構(gòu)的體系、受力模式、工作特點各不相同，特別是“先拱后梁”施工方法系梁合龍前，由于拱肋承受的荷載不斷增加，拱腳必然會產(chǎn)生較大的水平推力，設(shè)計考慮在墩頂設(shè)置臨時固結(jié)，并張拉4束無黏結(jié)高強低松弛預(yù)應(yīng)力鋼絞線，以平衡墩頂產(chǎn)生的水平推力。因此不同施工方法的結(jié)構(gòu)受力模式是不同的，結(jié)構(gòu)計算時應(yīng)結(jié)合施工步驟仿真計算。

縱向計算一般采用橋梁博士3.0、BSAS、MIDAS2006程序建立平面有限元模型進行施工階段及運營階段分析，計算恒載、預(yù)應(yīng)力、收縮徐變、體系溫度、局部溫差、支座不均勻沉降、活載等荷載，得出支反力及內(nèi)力、應(yīng)力、強度、變形等。

經(jīng)計算，各種跨度、不同施工方法施工階段、運營階段技術(shù)指標均能滿足規(guī)范要求。

3.3 橫向計算

橫向計算一般為運營階段控制，由于系桿拱、連續(xù)梁拱結(jié)構(gòu)尺寸、材料類型各種施工方法完全一致，故不同施工方法橫向計算均能滿足設(shè)計要求。連續(xù)梁橋面寬、梁高、結(jié)構(gòu)截面尺寸、橫向預(yù)應(yīng)力、截面配筋與懸灌施工方法連續(xù)梁基本一致，故大跨度連續(xù)梁膺架施工方法橫向計算也能滿足設(shè)計要求。

3.4 動力仿真

由于系桿拱、連續(xù)梁拱結(jié)構(gòu)尺寸、材料類型各種施工方法完全一致。連續(xù)梁外輪廓與懸灌梁基本一致，內(nèi)輪廓也相差甚微，可以認為整個梁體剛度與懸灌施工方法連續(xù)梁基本一致，采用現(xiàn)澆施工方法后，梁后期徐變也較懸灌施工小，所以特殊結(jié)構(gòu)橋梁采用不同施工方法動力性能能滿足高速行車要求。

3.5 支架、掛籃設(shè)計

無論是系桿拱、連續(xù)梁拱還是大跨度連續(xù)梁，支架及掛籃的設(shè)計顯得尤為重要，稍有不慎將會付出慘痛的代價，公路上支架垮塌、掛籃出現(xiàn)故障的現(xiàn)象比較多，鐵路上也有類似情況發(fā)生。支架、掛籃的設(shè)計要結(jié)合梁體施工順序、預(yù)應(yīng)力張拉、地基處理以及支架本身安全系數(shù)等因素綜合考慮。施工前認真閱讀設(shè)計圖紙及說明，構(gòu)件加工及安裝施工均應(yīng)嚴格按圖紙要求進行，如果因特殊情況需要進行結(jié)構(gòu)調(diào)整，應(yīng)及時與設(shè)計人員溝通聯(lián)系。支架鋼管均預(yù)先在加工廠進行加工，然后現(xiàn)場逐根吊裝，測量控制垂直度和頂高程。對于軟弱地基處理效果，需通過現(xiàn)場復(fù)合地基載荷試驗來確定其承載力特征值及相關(guān)參數(shù)，并以此為依據(jù)計算基礎(chǔ)處理后承載力特征值。施工期間，在澆筑混凝土前，注意天氣情況預(yù)報，應(yīng)避開在超出設(shè)計條件的氣象情況下進行施工。支架及模板體系預(yù)拱度應(yīng)參考計算書和設(shè)計要求及預(yù)壓結(jié)果嚴格設(shè)置，確保梁頂成橋線形。

4 經(jīng)濟效益

系桿拱、連續(xù)梁拱根據(jù)不同的邊界條件采用不同的施工方法，適應(yīng)性強、可最大限度滿足施工組織的需要，從而降低了工程造價，具有良好的經(jīng)濟效益。

在一般情況下大跨連續(xù)梁采用懸灌施工，由于張拉齡期等指標要求，使每節(jié)段周期一般都在7～10 d，采用現(xiàn)澆一般可縮短工期30～80 d，因此無論從工期還是從工程造價上看都是比較經(jīng)濟的。

從施工現(xiàn)場的情況來看，很多連續(xù)梁采用了膺架法施工，原因如下:部分連續(xù)梁位于梁場附近，為了盡快疏通架梁通道;受地方行政審批影響，部分連續(xù)梁按懸臂灌注法施工已無法按期完成等。

采用現(xiàn)澆連續(xù)梁主要有以下優(yōu)勢:現(xiàn)澆連續(xù)梁與相同跨度懸灌施工梁相比，可以最大限度地節(jié)省工期;在地基地質(zhì)條件較好的情況下，可以節(jié)省工程投資。根據(jù)不同道路條件采用不同施工方法，可以適用于受道路通行限制的支架敷設(shè)。根據(jù)張拉后支架受力工況，采用不同施工方法的現(xiàn)澆施工，使支架受力更合理，安全有保障。

5 結(jié)語

不同特殊結(jié)構(gòu)橋梁根據(jù)邊界條件的不同可選擇適合的施工方法，為高速鐵路特殊結(jié)構(gòu)橋梁施工提供了新的思路，開拓了視野，具有很好的社會、經(jīng)濟效益，為客運專線鐵路特殊結(jié)構(gòu)橋梁建設(shè)提供了有益的借鑒。

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