城市橋梁跨既有鐵路營(yíng)業(yè)線施工關(guān)鍵技術(shù)

黃羲鐘

摘 要：

金橋大道跨鐵路橋是中國(guó)第一跨陸地斜拉橋，是湖北省武漢市重點(diǎn)工程武漢大道重要控制部分，主梁采用掛籃一次性懸澆施工，掛籃主要構(gòu)件自重387t，梁段澆筑最重達(dá)805t，為國(guó)內(nèi)第一。掛籃懸澆施工過(guò)程中為確保施工結(jié)構(gòu)安全，加快施工進(jìn)度，在掛籃荷載試驗(yàn)方面進(jìn)行深入研究。結(jié)合實(shí)際情況，將掛籃整體預(yù)壓施工方案調(diào)整為將掛藍(lán)分解各構(gòu)件預(yù)壓施工，確保臨近鐵路既有線施工安全，縮短了掛籃施工周期，節(jié)約了施工成本。

關(guān)鍵詞：

斜拉橋；掛籃；靜載試驗(yàn)；施工方案；優(yōu)化

中圖分類(lèi)號(hào)：TB

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

doi：10.19311/j.cnki.16723198.2016.10.089

1 工程概況

武漢市黃浦大街——金橋大道快速通道工程（工農(nóng)兵路～三金潭立交）跨京廣鐵路橋工程橋梁全長(zhǎng)260m，跨度組成為138m+（81+41）m，為獨(dú)塔雙索面預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁斜拉橋，橋式布置圖詳見(jiàn)圖1。138m主梁主跨由北向南跨越京廣、合武線、動(dòng)車(chē)運(yùn)用所站線、位于金橋大道下穿鐵路橋涵的正上方，公鐵交叉現(xiàn)狀鐵路共有11股道，均為電氣化鐵路。

主梁為雙邊箱梁截面形式，橋面標(biāo)準(zhǔn)寬度39.0m，從里程K2+346.144至K2+177.6方向由39m寬漸變至49.899m。主跨分MB1號(hào)～MB21號(hào)共21個(gè)節(jié)段，除塔梁固結(jié)段（0號(hào)、1號(hào)節(jié)段）、主跨MB15號(hào)～MB21號(hào)節(jié)段采用支架現(xiàn)澆外，主跨MB2號(hào)～MB14號(hào)節(jié)段（共13節(jié)段）均采用掛籃懸臂澆筑施工。

2 施工特點(diǎn)

（1）施工技術(shù)難度大。金橋項(xiàng)目是武漢歷史上的第一座陸上斜拉橋，大橋創(chuàng)下國(guó)內(nèi)同類(lèi)型橋梁的三項(xiàng)記錄：主跨138m為全國(guó)陸地斜拉橋跨度第一；橋體重量為國(guó)內(nèi)同類(lèi)橋第一；橋面也是同類(lèi)橋第一寬度，最寬處近達(dá)50m。

（2）主梁掛籃懸澆施工難度大。主梁為雙邊箱梁截面形式，主跨側(cè)主梁變寬段主梁頂板寬度由39.00m線性變寬至49.899m（詳見(jiàn)圖2）。采用掛籃施工，梁體混凝土（285～304m3）一次性澆筑完成。掛籃施工荷載在國(guó)內(nèi)同類(lèi)橋最大。

（3）主梁掛籃懸澆施工跨11股電氣化鐵路線，安全風(fēng)險(xiǎn)大。

3 掛籃靜載試驗(yàn)原有施工方案

為驗(yàn)證掛籃結(jié)構(gòu)的可靠性，消除非彈性變形，量測(cè)彈性變形值，確保施工安全。本掛籃靜載試驗(yàn)主要對(duì)主桁架、前后懸吊系統(tǒng)及底模平臺(tái)系統(tǒng)（含滑道梁及吊掛點(diǎn)），檢驗(yàn)其受力狀況和變形情況，為箱梁懸澆施工控制提供參考數(shù)據(jù)。

主跨主梁混凝土澆注從MB2節(jié)段開(kāi)始采用掛籃施工，掛籃預(yù)壓安排在MB2節(jié)段進(jìn)行，預(yù)壓荷載模擬梁段混凝土等效加載。連續(xù)梁懸澆最重節(jié)段MB16節(jié)段塊重805t，試驗(yàn)荷載取最大荷載的1.2倍，即966t。

加載時(shí)采用混凝土預(yù)制塊壓重，現(xiàn)場(chǎng)預(yù)制砼塊尺寸3.0m×1.0m×0.6m，重量為4.32t/個(gè)，計(jì)224個(gè)。

3.1 施工流程

（1）主跨MB1節(jié)段采用支架現(xiàn)澆施工，支架搭設(shè)完畢后，底模采用掛籃底模系統(tǒng)（滑道梁、下橫梁、縱梁、防護(hù)平臺(tái)）。

（2）主梁MB1節(jié)段現(xiàn)澆完成后，及時(shí)張拉縱向施工預(yù)應(yīng)力鋼束及橫隔板預(yù)應(yīng)力束，預(yù)應(yīng)力張拉完成后，在主跨側(cè)0、1#節(jié)段拼裝掛籃主桁架。

（3）完善防護(hù)設(shè)施、掛籃驗(yàn)收。1#斜拉索掛設(shè)完成，掛籃走行至主跨MB2節(jié)段，開(kāi)始掛籃整體預(yù)壓、觀測(cè)、卸載、驗(yàn)收。

3.2 掛籃預(yù)壓

混凝土預(yù)制塊采用2臺(tái)塔吊及25t汽車(chē)吊（在橋面上停放一臺(tái)）吊裝。預(yù)壓試驗(yàn)?zāi)M混凝土澆筑時(shí)施工順序進(jìn)行，按照0→20%→50%→80%→90%→100%→110%→120%分級(jí)加載。過(guò)程中按前后、左右兩側(cè)對(duì)稱(chēng)進(jìn)行（含堆碼重量及堆碼位置的對(duì)稱(chēng)）。

在每級(jí)加載完成后，暫停3小時(shí)，安排專(zhuān)人檢查掛籃的關(guān)鍵受力部位的桿件，特別是焊縫、拼接部位及銷(xiāo)軸等，測(cè)量人員觀測(cè)測(cè)量掛籃主要構(gòu)件的變形。在壓重塊堆碼全部完成后，持1d，進(jìn)行測(cè)量觀測(cè)，人工檢查掛籃各部分變形，拼接部位等有無(wú)松動(dòng)現(xiàn)象。

壓重的拆除按加載反程序進(jìn)行，卸載順序120%→80%→40%→0，遵照前后對(duì)稱(chēng)、左右對(duì)稱(chēng)的原則逐步、分級(jí)卸除壓重荷載。受主塔塔吊資源分配的影響，預(yù)壓開(kāi)始至卸載完成預(yù)計(jì)需要12d。

3.3 情況分析

優(yōu)點(diǎn)：掛籃拼裝完成后整體預(yù)壓，能夠準(zhǔn)確模擬施工荷載檢驗(yàn)掛籃的各構(gòu)件的受力狀況和變形情況。

不利條件：靜載試驗(yàn)的荷載太大，預(yù)制塊數(shù)量較多，堆碼高度高（局部達(dá)4.7m），受吊裝機(jī)械的影響，施工操作難度大且施工時(shí)間較長(zhǎng)；掛籃（對(duì)應(yīng)主梁MB2節(jié)段）正處在京廣上行貨車(chē)聯(lián)絡(luò)線正上方，預(yù)壓涉及塔吊侵入鐵路線安全風(fēng)險(xiǎn)較大。

4 掛籃靜載試驗(yàn)實(shí)施施工方案

通過(guò)對(duì)掛籃原有靜載試驗(yàn)方案深入分析，為確保鐵路既有線營(yíng)運(yùn)安全，加快施工進(jìn)度采用對(duì)掛籃各主要受力構(gòu)件分別進(jìn)行靜載試驗(yàn)。

4.1 主要構(gòu)件靜載試驗(yàn)

（1）滑道梁的前后結(jié)構(gòu)受力吊掛點(diǎn)進(jìn)行千斤頂反頂試驗(yàn)；

（2）底模系統(tǒng)下橫梁及下縱梁均布荷載試驗(yàn)；

（3）主桁鋼箱梁后鉤板試驗(yàn)；

（4）前吊掛鋼吊帶（含錨梁、銷(xiāo)軸）張拉試驗(yàn)；

（5）對(duì)主桁采用千斤頂對(duì)稱(chēng)加載法進(jìn)行加載試驗(yàn)。。

本試驗(yàn)方法建立的基礎(chǔ)是力學(xué)結(jié)構(gòu)內(nèi)力平衡原理，其特點(diǎn)是將兩片主桁架對(duì)稱(chēng)拼裝，利用液壓千斤頂加載，通過(guò)控制讀數(shù)大小來(lái)控制加載、減載過(guò)程，并可以反復(fù)試驗(yàn)，其觀測(cè)點(diǎn)便于布置、觀測(cè)。由于掛籃施工時(shí)前端撓度主要是由于主桁架的變形引起的，試驗(yàn)時(shí)要測(cè)出力與位移的關(guān)系曲線，作為施工時(shí)調(diào)整底模板的依據(jù)。

4.2 掛籃主要構(gòu)件靜載試驗(yàn)

4.2.1 滑道梁的前后結(jié)構(gòu)受力吊掛點(diǎn)進(jìn)行千斤頂反頂試驗(yàn)

滑道梁前吊掛及前臨時(shí)吊掛采用鋼吊帶+扁擔(dān)梁及千斤頂進(jìn)行反頂試驗(yàn)來(lái)檢測(cè)滑道梁吊掛吊點(diǎn)的受力。后吊掛采用Φ32mm精軋螺紋鋼筋+扁擔(dān)梁及千斤頂進(jìn)行反頂試驗(yàn)來(lái)檢測(cè)滑道梁后吊掛吊點(diǎn)的受力。試驗(yàn)荷載按照MB14節(jié)段前后吊點(diǎn)最大荷載的120%控制加載采用0→20%→40%→60%→80%→100%→120%分級(jí)加載和120%→80%→40%→0分級(jí)卸載。每級(jí)加載到位后，用肉眼、放大鏡等檢查焊縫外觀情況，并做好記錄。掛籃滑道梁吊掛點(diǎn)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)照片詳見(jiàn)圖5。

4.2.2 前吊掛鋼吊帶（含錨梁、銷(xiāo)軸）張拉試驗(yàn)

掛籃前吊掛鋼帶材質(zhì)為Q345B，單根長(zhǎng)度為701m，寬180mm，板厚為20mm，每根鋼吊帶采用通長(zhǎng)鋼板切割而成，無(wú)對(duì)接焊縫。鋼吊帶銷(xiāo)軸直徑為Φ80mm，全橋共16根。根據(jù)掛籃計(jì)算結(jié)果顯示，單根前吊掛最大軸力為57.9t，按120%荷載控制?，F(xiàn)場(chǎng)通過(guò)鋼管立柱+錨梁+千斤頂進(jìn)行反頂來(lái)檢測(cè)鋼吊帶及銷(xiāo)軸等受力狀況。掛籃前吊掛現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)照片詳見(jiàn)圖6。

4.2.3 三角主桁架試驗(yàn)

主桁采用千斤頂對(duì)稱(chēng)加載法進(jìn)行加載試驗(yàn)。試驗(yàn)荷載按MB14節(jié)段前后吊點(diǎn)最大荷載的120%控制。掛籃現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)照片詳見(jiàn)圖7。

4.2.4 底模下橫梁及下縱梁均布荷載試驗(yàn)

每組下橫梁長(zhǎng)54.0m，由3根Ⅰ32b組成，每根Ⅰ32b腹板兩側(cè)通長(zhǎng)焊接10mm鋼板，3根Ⅰ32b采用斷焊連接后，Ⅰ32b上下面通長(zhǎng)貼16mm鋼板。下縱梁由Ⅰ25b組成，全長(zhǎng)8.3m，分成6.3+2.0m兩段組成，其中6.3m段下縱梁無(wú)對(duì)接縫，安放在下橫梁上（間距50m），承載節(jié)段混凝土及施工荷載，2.0m段下縱梁作為施工平臺(tái)，與6.30段下縱梁采用螺栓連接。掛籃底模等效均布荷載結(jié)構(gòu)布置圖詳見(jiàn)圖8。

MB16節(jié)段（砼量304m3）與MB1節(jié)段（砼量28400m3）荷載相差約54t，但箱梁節(jié)段寬度由50m變至42.28m，對(duì)應(yīng)橫斷面橫隔板及頂板每延米4.123m3/m，重量約84.4t，單位截面荷載相當(dāng)。因此，通過(guò)MB1節(jié)段混凝土施工荷載對(duì)下橫梁及下縱梁進(jìn)行檢驗(yàn)。

4.2.5 后鉤板試驗(yàn)

后墊座及后鉤板安裝在主桁鋼箱梁后錨固位置，用于主桁鋼箱梁的錨固支墊及走行時(shí)防傾覆。掛籃走行分主桁走行及底模系統(tǒng)走行兩步，后鉤板僅用于主桁鋼箱梁走行時(shí)防止傾覆。掛籃主桁走行時(shí)最不利工況為：節(jié)段混凝土澆筑完及斜拉索掛設(shè)張拉結(jié)束，主桁鋼箱梁前移至下一節(jié)段位置且后錨固尚未進(jìn)行時(shí)。此時(shí)主桁架前端懸臂8.6m，后端擱置在走道梁上為1065m，根據(jù)圖9顯示掛籃主桁重心仍處在走道梁上。

為檢驗(yàn)掛籃主桁走行時(shí)后鉤板的防傾覆能力，根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)條件擬在主桁拼裝完成后，通過(guò)在主桁鋼箱梁上焊接牛腿，通過(guò)千斤頂反頂?shù)姆绞竭M(jìn)行試驗(yàn)（詳見(jiàn)圖10）。主桁架（含主桁鋼箱梁、聯(lián)接系、鋼立柱、鋼拉帶及銷(xiāo)軸）的重量統(tǒng)計(jì)，每片主桁架平均重量為1472t/8=18.4t，取主桁架重量為后鉤板的試驗(yàn)荷載。

在試驗(yàn)前通過(guò)主桁后錨固梁及精軋螺紋鋼筋將主桁鋼箱梁與已澆筑節(jié)段錨固連接（后錨固梁上預(yù)留25mm空隙），防止千斤頂頂壓將后鉤板損壞造成主桁鋼箱梁傾覆。因加載荷載相對(duì)較小，一次性對(duì)稱(chēng)加載到位。荷載加載完成后，用肉眼、放大鏡等檢查焊縫外觀情況，并做好記錄。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)掛籃靜載試驗(yàn)方案優(yōu)化，避開(kāi)了在既有線上方堆載的不利條件；對(duì)主桁架采用液壓千斤頂加載，可以通過(guò)控制讀數(shù)大小來(lái)控制加載、減載過(guò)程，并可以反復(fù)試驗(yàn)，其觀測(cè)點(diǎn)布置位置便于觀測(cè)，準(zhǔn)確度較高。同時(shí)為縮短主梁掛籃懸澆施工周期（8d/節(jié)段）創(chuàng)造了有利條件，目前金橋大道跨鐵路橋工程已按期竣工通車(chē)。由此可見(jiàn)掛籃分解預(yù)壓施工方案安全可靠，經(jīng)濟(jì)合理、有效加快了施工進(jìn)度，為今后類(lèi)似工程具有借鑒意義和推廣價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

[1]金橋大道跨鐵路橋施工組織設(shè)計(jì)[Z].

[2]金橋大道跨鐵路橋主梁掛籃計(jì)算書(shū)[Z].