上跨既有鐵路現(xiàn)澆混凝土構(gòu)筑物支撐結(jié)構(gòu)形式研究

黃晶晶

（中鐵十六局集團第四工程有限公司，北京 101400）

上跨既有鐵路現(xiàn)澆混凝土構(gòu)筑物支撐結(jié)構(gòu)形式研究

黃晶晶

（中鐵十六局集團第四工程有限公司，北京 101400）

結(jié)合巴達鐵路申家灘上行特大橋門式墩的工程實踐，介紹由貝雷梁組成的鋼支撐結(jié)構(gòu)形式在上跨既有鐵路現(xiàn)澆混凝土施工中的應用。

上跨既有鐵路；貝雷梁；鋼管立柱；倒角支撐；砂箱

【DOI】10.13616/j.cnki.gcjsysj.2016.07.074

1 工程概況

巴達鐵路申家灘上行特大橋位于四川省達州市境內(nèi)，地處川東北山區(qū)，地勢險要，該橋沿既有襄渝線并行接入襄渝線，其中25#~27#門式墩上跨既有襄渝線，與既有襄渝線以9.94°上跨立交。上部結(jié)構(gòu)設計采用32m簡支“T”形梁，下部結(jié)構(gòu)采用樁基承臺基礎、門式橋墩，25#～27#門式墩凈跨分別為：19.5m、19m和19m，蓋梁截面尺寸（寬×高）為：2.9m×2.5m。

申家灘上行特大橋門式墩位于川東北山嶺地區(qū)，交通條件及現(xiàn)場施工環(huán)境極差，門式墩蓋梁施工主要存在以下幾個難點。

1)現(xiàn)場吊裝環(huán)境差。申家灘門式墩位于山嶺凹地處，門式墩上跨既有鐵路橋，吊裝高度大于30m，且受既有鐵路橋影響，吊裝視線差增加了吊裝難度。

2)門式墩墩跨度大，跨度達15m，因上跨既有鐵路不能采用滿堂支架支撐等相似形式的支撐結(jié)構(gòu)形式，采用一般的桿件結(jié)構(gòu)，跨中撓度達不到要求，因此對承重結(jié)構(gòu)的撓度要求比較高。

3)申家灘上行特大橋門式墩上跨既有鐵路，承重結(jié)構(gòu)吊裝需在圖定的封鎖點時間內(nèi)完成，既有襄渝線的封鎖時間為45min，留給施工的時間只有30min，在這30min中需完成門式墩蓋梁承重結(jié)構(gòu)吊裝和固定工作，時間極其緊張。

4)門式墩蓋梁與既有襄渝線接觸網(wǎng)承力索之間空間狹小，蓋梁施工完成后，蓋梁承重結(jié)構(gòu)拆除施工難度大。

2 方案比選

隨著我國建設工程的快速發(fā)展，門式墩大量應用于鐵路、公路及市政工程中，按門式墩蓋梁形成方式主要分為現(xiàn)澆和預制兩種，針對本項目，門式墩蓋梁設計采用現(xiàn)澆施工。施工前期，曾考慮優(yōu)化門式墩蓋梁結(jié)構(gòu)形式，建議蓋梁改為鋼箱梁，場外預制成型，一次吊裝就位。門式墩蓋梁采用預制鋼箱梁有著施工時間短、對既有線的干擾最小的優(yōu)點，但預制梁本身重量較大，針對本項目受地形條件和既有鐵路的影響，交通條件極差，大型吊裝設備無法進場，不能滿足預制梁吊裝需求。因此，將門式墩蓋梁結(jié)構(gòu)改為預制鋼箱梁形式不適合本項目。

門式墩蓋梁采用現(xiàn)澆法施工，常用的承重結(jié)構(gòu)有滿堂支架、型鋼支撐及貝雷片支撐等方式。

針對本項目門式墩上跨既有線橋梁的特點，滿堂支架法施工不適用于本項目。

選用型鋼作為門式墩蓋梁的直接受力結(jié)構(gòu)，針對本項目門式墩跨度大的特點，為確保不與既有鐵路設備發(fā)生接觸，型鋼兩端支撐點的間距不得小于14.5m，跨中撓度不得大于24.17mm，在型鋼選型過程中，考慮使用常用最大型號的工字鋼I63c，按滿鋪考慮，再通過計算機模擬檢算，驗算其撓度是否滿足規(guī)范要求，通過檢算，跨中撓度為26.43mm。不能滿足規(guī)范要求，因此采用型鋼支撐不適用于本項目。

貝雷片支撐在門式墩施工中已得到廣泛應用，施工技術(shù)相對也比較成熟。本項目門式墩采用貝雷片支撐，需滿足貝雷梁安裝空間的需要。本項目門式墩上跨既有襄渝線，蓋梁底部距既有鐵路接觸網(wǎng)承力索線最小只有1.9m，貝雷片標準高度為1.5m，上下加設加強弦桿后，結(jié)構(gòu)高度為1.7m，再加上上部的縱梁和底模的高度，蓋梁底部空間全部利用完畢。按此安裝后，貝雷梁與既有鐵路接觸網(wǎng)承力索剛好貼著，承力索為高壓帶電體，電壓高達27.5kV，存在巨大的安全隱患。若不能解決這個問題，將不能采用貝雷片作為蓋梁的支撐結(jié)構(gòu)。通過與鐵路設備管理單位溝通咨詢，在保證既有鐵路運營安全的前提下，可以適當調(diào)整接觸網(wǎng)線結(jié)構(gòu)高度，這樣的話，通過調(diào)整接觸網(wǎng)線結(jié)構(gòu)高度，能使貝雷片與既有接觸網(wǎng)承力索之間有一定的空隙。再輔助一些防電措施，能確保施工作業(yè)環(huán)境安全。

通過詳細的調(diào)查研究，最終選擇貝雷片作為門式墩蓋梁的主要承重結(jié)構(gòu)，倒角部分采用碗扣式腳手架支撐，即貝雷梁支撐結(jié)構(gòu)形式為貝雷片+碗扣式腳手架。貝雷片為標準件，屬桁架結(jié)構(gòu)，將貝雷片組裝成貝雷梁，直接承受蓋梁重量。選擇貝雷片作為門式墩承重結(jié)構(gòu)有如下優(yōu)點：

1）受力性能好。貝雷片為桁架結(jié)構(gòu)與常規(guī)的桿件相比，受力性能能提高30%。

2)運輸方便、組裝快速。貝雷片常規(guī)尺寸為3m×1.5m（長×高），體積較小，運輸方便，特別適用于交通條件比較差的工程；貝雷片與貝雷片之間可通過銷釘快速鏈接固定。

3)靈活性高。貝雷片與貝雷片之間可通過支撐架鏈接組成框架結(jié)構(gòu)，且可通過調(diào)整支撐架的尺寸來調(diào)整貝雷梁框架結(jié)構(gòu)的寬度，通過這一點可靈活調(diào)整門式墩蓋梁施工平臺的寬度。

4)吊裝一次成型。可根據(jù)門式墩的跨度，提前將貝雷片在場外組裝好，在規(guī)定的封鎖時間內(nèi)一次吊裝完成，并本身為框架結(jié)構(gòu)能保持自身的穩(wěn)定性，節(jié)約了加固的時間。

5)跨中撓度變形小。通過力學驗算得出貝雷梁跨中撓度不到20mm，小于規(guī)范允許值。

3 方案設計

3.1 下部支撐結(jié)構(gòu)方案

下部結(jié)構(gòu)豎向支撐結(jié)構(gòu)由鋼管立柱承擔，鋼管立柱尺寸為：管徑準630mm，壁厚10mm。蓋梁兩側(cè)各設置1排鋼管立柱，跨度為14.7m，鋼管中心正好各自對應上倒角點。每側(cè)設置4根鋼管，鋼管與鋼管之間間距為135cm。

鋼管頂部采用20mm鋼板進行封閉，鋼板上方設置砂箱，砂箱的承載力不小于200t。砂箱的高度為30cm高，分上、下兩半部分。

砂箱頂部設置工字鋼橫梁，橫梁采用3根I320a工字鋼并焊而成，工字鋼內(nèi)外側(cè)在對應砂箱位置處采用10mm鋼板加肋，加肋間距為20cm。

3.2 上部支撐結(jié)構(gòu)方案

門式墩蓋梁確定采用貝雷片作為支撐結(jié)構(gòu)后，需確定貝雷片的組合形式。門式墩蓋梁除蓋梁倒角以外，跨度為14.7m，貝雷片的組合長度選定為15m，每排由5片貝雷片組成，為加強貝雷片的受力性能，在貝雷片上、下底部加設加強弦桿，如此，貝雷片的受力性能將增強一倍，大量減少貝雷片的使用數(shù)量，一方面節(jié)約了成本，另一方面相對來說也加快了施工進度。

為確保門式墩蓋梁施工的安全，考慮蓋梁本身的荷載及施工過程中的活載，確定貝雷梁的數(shù)量。最終貝雷梁的組合形式為：共12排貝雷片，每排貝雷片由5片標準貝雷片組成，長15m，貝雷片上下加設加強弦桿；每3排貝雷片組成1組貝雷梁，由標準支撐架連接，共4組貝雷梁。

4 蓋梁支撐結(jié)構(gòu)受力及穩(wěn)定性分析

4.1 蓋梁支撐結(jié)構(gòu)計算模型

利用大型通用有限元軟件Midas/civil建立門式鋼支架模型，除貝雷梁斜桿采用桁架單元模擬、防電板采用板單元模擬外，其他結(jié)構(gòu)構(gòu)件均采用梁單元模擬。

門式鋼支撐包括鋼管柱、橫梁和貝雷梁，共劃分為2584個單元，其中梁單元2162個，桁架單元400個，板單元22個；節(jié)點1696個；鋼管柱底面、側(cè)面固結(jié)，柱頂固結(jié)橫梁，橫梁約束貝雷梁各向位移。結(jié)構(gòu)整體模型見圖1。

圖1 結(jié)構(gòu)整體模型

4.2 貝雷梁受力分析

4.2.1 位移

貝雷梁位移限值為L/600=23.8mm。根據(jù)檢算結(jié)果，貝雷梁在橋墩蓋梁荷載作用下的最大位移為20.714mm，加上下行風荷載后最大位移為20.722mm，均小于位移限值，因此結(jié)構(gòu)安全。

4.2.2 剪應力

《鐵路橋梁鋼結(jié)構(gòu)設計規(guī)范》規(guī)定的Q235鋼材的剪應力容許值為80MPa，Q345鋼材的剪應力容許值為120MPa。根據(jù)檢算結(jié)果，貝雷梁的最大剪應力為79.6MPa，出現(xiàn)在弦桿位置，小于規(guī)范的容許值，因此結(jié)構(gòu)是安全的。

4.2.3 組合應力

《鐵路橋梁鋼結(jié)構(gòu)設計規(guī)范》規(guī)定的Q345鋼材的應力容許值為210MPa，屈服強度為345MPa。根據(jù)檢算結(jié)果，貝雷梁的最大組合應力為180.5MPa，出現(xiàn)在下弦桿支座處，小于規(guī)范的容許值，因此結(jié)構(gòu)是安全的。

4.3 橫梁受力分析

橫梁主要承受由貝雷梁傳遞下來的荷載，在自重+貝雷梁傳遞下來的荷載作用下，根據(jù)檢算結(jié)果，橫梁最大的位移為2.2mm，與橫梁跨度比值為1/2750。

橫梁的最大剪應力為26.4MPa，小于《鐵路橋梁鋼結(jié)構(gòu)設計規(guī)范》規(guī)定的Q235鋼材剪切容許應力80MPa；橫梁的最大組合應力為31.4MPa，小于Q235鋼材的容許應力140MPa，結(jié)構(gòu)安全。

4.4 鋼管立柱受力分析

4.4.1 位移

根據(jù)檢算結(jié)果，鋼管柱在蓋梁施工過程中的變形不大，最大位移為2mm；列車風荷載對鋼管柱的變形影響較小。

4.4.2 應力

《鐵路橋梁鋼結(jié)構(gòu)設計規(guī)范》規(guī)定的Q235鋼材的應力容許值為140MPa，根據(jù)檢算結(jié)果，鋼管柱的最大組合應力為56.2MPa，小于規(guī)范的容許值，因此結(jié)構(gòu)是安全的。

4.5 支撐結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性

將門式鋼支撐自重作為不變荷載，將橋墩蓋梁荷載+下行風荷載作為可變荷載，得到結(jié)構(gòu)的第一階失穩(wěn)系數(shù)為11.3。由于第一階失穩(wěn)系數(shù)大于1，所以門式鋼支架不會出現(xiàn)失穩(wěn)破壞。

5 結(jié)語

申家灘上行特大橋上跨既有襄渝線門式墩施工，施工作業(yè)環(huán)境差、上跨既有繁忙干線鐵路，受既有線干擾極大，施工安全風險極高。通過現(xiàn)場認真研究，選擇貝雷梁作為門式墩蓋梁的承重結(jié)構(gòu)，有受力性能好、組裝方便、靈活性好、吊裝一次成型及跨中撓度小等優(yōu)點，有效解決存在的困難。

【1】耿慶軍.跨級有線門式墩施工技術(shù)[J].黑龍江科技信息，2009（4）：185-185.

【2】李航.跨級有線門式墩貝雷梁支架施工方案探討[J].中國科技博覽，2011（25）：45-45.

【3】汪海旺.成綿樂鐵路客運專線跨既有寶成線門式墩帽梁支架施工技術(shù)[J].鐵道標準設計，2011（5）：45-47.

Research on the Form of the Support Structure of the Existing Cast-in-place Concrete StructuresAcross of Existing Railway

HUANGJing-jing
(ChinaRailway16thBureauGroupFourthEngineeringCo.Ltd.,Beijing101400,China)

Binding ofBada railway Shenjiatan uplink bridge portal pier engineering practice,the paper introduced consisting ofBailey beamof steel support structureinacrossexistingrailwaypouringconcreteconstructionintheapplication.

acrossexistinglines;Baileybeam;steelpipecolumn;chamferingsupport;sandbox

U448.17

A

1007-9467（2016）07-0118-02

2016-6-3

黃晶晶（1985～），男，江蘇啟東人，工程師，從事技術(shù)管理方面的研究，（電子信箱）13905300903@163.com。