鐵路客專整體箱梁現(xiàn)澆支架大跨度門洞設(shè)計(jì)及施工關(guān)鍵技術(shù)

錢傳頂

摘要： 本文結(jié)合工程實(shí)例，詳細(xì)闡述了采用碗扣式鋼管架作為鐵路客運(yùn)專線雙線整體箱梁現(xiàn)澆滿堂支架及萬(wàn)能桿件與貝雷桁架組合設(shè)置大跨度鐵路通行門洞的設(shè)計(jì)方案。并對(duì)支撐系統(tǒng)的主要承重結(jié)構(gòu)進(jìn)行了承載安全檢算。以期能對(duì)其它類似項(xiàng)目的施工起到一些借鑒作用。

Abstract： Combined with the engineering example， this paper introduces the design planning of large span railway traffic openings intercalated by the cast full support and universal bar and Bailey truss of the bowl-buckle passenger double dedicated line integral box girder. The safety inspection of main load-bearing structure of the support system is carried out to provide some reference for other similar projects.

關(guān)鍵詞： 客專雙線整體箱梁；碗扣式鋼管架；萬(wàn)能桿件；貝雷桁架；通行門洞

Key words： passenger double dedicated line integral box girder；bowl-buckle steel pipe rack；universal rod body；Bailey truss；access opening

中圖分類號(hào)：U445 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2017）02-0166-03

0 引言

滿堂支架現(xiàn)澆箱梁因易于控制施工質(zhì)量及梁體線型，安全性好，施工難度低等特點(diǎn)，在條件允許下為優(yōu)先采用的施工方法。隨著我國(guó)鐵路、公路橋梁建設(shè)的發(fā)展，滿堂支架法現(xiàn)澆梁的支撐系統(tǒng)亦朝著大噸位、大跨度方向發(fā)展，采用常規(guī)的鋼管腳手架桿件搭設(shè)滿堂支架及普通型鋼設(shè)置門洞的承載能力有限。如何實(shí)現(xiàn)在大噸位箱梁、高橋墩及大斷面等特殊情況下的梁體滿堂支架施工是橋梁建設(shè)技術(shù)人員所面臨的現(xiàn)實(shí)難題。

本文結(jié)合了作者的施工實(shí)例，詳細(xì)闡述了鐵路客運(yùn)專線大噸位雙線整體箱梁采用碗扣式鋼管架作支撐系統(tǒng)的滿堂支架法現(xiàn)澆，以及采用萬(wàn)能桿件與貝雷桁架組合設(shè)置跨越雙線鐵路的通行門洞的設(shè)計(jì)及施工方案，并對(duì)支撐系統(tǒng)關(guān)鍵受力結(jié)構(gòu)進(jìn)行了承載力驗(yàn)算，希望能夠?yàn)闃蛄汗こ碳夹g(shù)人員在其他相類工程的支撐方案設(shè)計(jì)時(shí)提供一些思路。

1 工程概況

****鐵路客專****大橋起訖里程為DK289+103.82～DK290+376.58，橋梁總長(zhǎng)1300.62m，本大橋第27孔采用40m雙線簡(jiǎn)支整體箱梁跨越***鐵路。

箱梁采用等高變截面形式，總長(zhǎng)40.6m。梁高268.6cm，梁頂寬1220cm，梁底寬265cm，箱梁中間標(biāo)準(zhǔn)段腹板厚69.7cm，頂板厚44.8cm，底板厚42.4cm。

箱梁采用滿堂支架現(xiàn)澆施工，所跨的鐵路為雙線，線間距為4.6m，因條件限制，兩股道之間不能設(shè)置臨時(shí)支撐墩。則支架需設(shè)置跨度達(dá)12m門洞以保持鐵路的正常運(yùn)營(yíng)。

本項(xiàng)目的箱梁為客專雙線整體箱梁，具有大斷面、大噸位及質(zhì)量要求高等特點(diǎn)。故對(duì)于支架的基底處理，支架采用的材料及搭設(shè)形式，鐵路通行門洞支墩、縱梁采用的材料等均不同于普通的支架現(xiàn)澆梁，對(duì)其安全性及承載能力的要求大幅提高。采用何種安全可靠的現(xiàn)澆支撐方案為本項(xiàng)目急需解決的難題。

2 支架及門洞設(shè)計(jì)方案研究及制定

2.1 支架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案

經(jīng)過對(duì)常用的多種支架形式的適用性及承載能力進(jìn)行的比對(duì)及評(píng)價(jià)，本項(xiàng)目最終決定采用新型的碗扣式鋼管腳手架方案。碗扣式的核心部件是碗扣接頭，由上下碗扣、限位銷及橫桿接頭等組成，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、接頭結(jié)構(gòu)合理、承壓桿件采用軸向連接、力學(xué)性能好、工作安全可靠、施工簡(jiǎn)便等特點(diǎn)。完全能夠滿足本項(xiàng)目的施工要求。本項(xiàng)目碗扣式滿堂支架布置如圖1所示。

按設(shè)計(jì)范圍進(jìn)行支架地基的處理加固，清除地基表面的軟弱地層，坑洼處分層回填碎石并夯實(shí)，如果地面傾斜過大而整成一同水平面工程量較大時(shí)挖成臺(tái)階。平整好的地面用16噸壓路機(jī)碾壓平實(shí)后，鋪15cm厚的碎石并碾壓密實(shí)，再在碎石層上澆筑厚度15cmC20混凝土墊層，墊層寬度較支架寬度大1m左右，并在場(chǎng)地四周挖設(shè)排水溝，避免雨水浸泡地基而降低承載力。在墊層上按照支架立柱所對(duì)應(yīng)位置鋪設(shè)15cm×15cm支墊方木以分散及傳遞壓力。

支架寬度考慮工人操作、材料堆置及運(yùn)輸?shù)男枰?，本?xiàng)目支架的兩側(cè)寬度較箱梁超寬1.8m，以作為工作平臺(tái)。

本次設(shè)計(jì)首先對(duì)滿堂支架進(jìn)行了承載驗(yàn)算，以明確定支架每根立桿所承受豎向壓力的大小，從而確定了鋼管立桿的縱向間距：腹板下立桿橫橋向間距為30cm，底板及兩側(cè)翼緣板部下立桿橫橋向間距為60cm；立桿縱向間距均為90cm，支架的橫桿步距為120cm，用橫桿使所有立桿聯(lián)成整體；為了一步確保支架的整體穩(wěn)定性，橫向每隔4排立桿設(shè)置一道剪刀撐。縱向每隔3排立桿設(shè)置一道剪刀撐。

立桿下端均安裝專用底座，立桿頂端安裝可調(diào)節(jié)高度的頂托，以便調(diào)整支架高度及拆除模板起到卸落作用。

頂托上為縱梁，縱梁采用15cm×20cm方木，縱梁上擺放12cm×15cm方木橫梁，其間距設(shè)置為40cm。在橫梁即可鋪設(shè)箱梁的底模及安設(shè)箱梁側(cè)模支撐桁架。

2.2 鐵路通行門洞設(shè)置方案

進(jìn)行簡(jiǎn)支箱梁現(xiàn)澆施工時(shí)，為了確保鐵路運(yùn)營(yíng)的正常進(jìn)行，現(xiàn)澆支架需設(shè)置門洞，經(jīng)與鐵路局運(yùn)輸及工務(wù)管理部門溝通、協(xié)調(diào)，最終鐵路局審核同意擬設(shè)置的門洞凈寬為11m，凈高為6m，以滿足鐵路安全行車要求。

經(jīng)計(jì)算，鐵路門洞兩側(cè)支撐需承受豎向荷載達(dá)6773.4kN，如果選用大型構(gòu)件，在鐵路兩側(cè)進(jìn)行安裝存在諸多困難。本項(xiàng)目門洞支墩使用了承載能力強(qiáng)，且能在不使用起重機(jī)械的情況下人力進(jìn)行安裝的萬(wàn)能桿件。

門洞縱梁的承載計(jì)算跨度達(dá)12m，整體箱梁自重及施工等荷載使縱梁產(chǎn)生非常大的彎矩，普通型材難以承受。本項(xiàng)目采用了貝雷桁架組拼成門洞縱梁。鐵路通車門洞結(jié)構(gòu)設(shè)置如圖2所示。

萬(wàn)能桿件支墩采用C20鋼筋混凝土基礎(chǔ)，其尺寸為16.6m×2.6m×1.0m（長(zhǎng)×寬×高），基礎(chǔ)頂面標(biāo)高為259.80m，以確保建成后門洞凈高滿足設(shè)計(jì)。

澆筑支墩混凝土?xí)r，按設(shè)計(jì)位置預(yù)埋連接萬(wàn)能桿件N21支承靴的螺栓，待混凝土強(qiáng)度達(dá)到要求后安裝N21支承靴，立桿使用N1、N2兩種桿件雙拼接高，在立桿頂部也安裝N21支承靴形成平臺(tái)后，在支承靴上放置2I32a工字鋼墊梁，工字鋼墊梁上擺放貝雷桁架縱梁（腹板下縱梁間距為0.8m，底板及翼緣板下為1m）?？v梁之間按間距每2m安裝一個(gè)支撐架，將貝雷桁架連接成穩(wěn)固的承載整體。貝雷桁架縱梁上按間距60cm設(shè)置10cm×15cm方木分配梁。分配梁上滿鋪厚度為3mm的鋼板，形成對(duì)鐵路的防護(hù)棚罩，避免在施工時(shí)工具、材料跌落在鐵路上影響行車安全，鋼板上可直接鋪設(shè)箱梁底模。

3 支架預(yù)壓施工

支架搭完后需進(jìn)行預(yù)壓，一方面以檢驗(yàn)支架整體承載的安全性。另一方面通過預(yù)先施加荷載，清除支架各結(jié)構(gòu)間存在的非彈性變形和地基的非彈性沉陷，促使支架在箱梁砼澆注時(shí)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。同時(shí)也獲得了施工荷載施加于支架時(shí)其產(chǎn)生的彈性變形值，以準(zhǔn)確設(shè)置支架的預(yù)拱度，使?jié)仓瓿傻南淞悍显O(shè)計(jì)的線型及標(biāo)高。

采用砂袋堆載進(jìn)行箱梁預(yù)壓，砂袋堆碼位置及重量與箱梁自重分布曲線一致，以盡量模擬施工時(shí)支架的承載情況?？紤]堆載物品及人工操作時(shí)的偏差，堆載取1.2的不均勻系數(shù)。

在堆載區(qū)域設(shè)置觀測(cè)點(diǎn)，其分布于每跨兩端、1/8跨、1/4跨及跨中。每個(gè)觀測(cè)斷面在底板兩側(cè)、梁體中心線處及翼緣板外側(cè)各布設(shè)一處觀測(cè)點(diǎn)，同時(shí)在地基上在對(duì)應(yīng)位置也布設(shè)觀測(cè)點(diǎn)。

堆載達(dá)到總荷載50%和100%后均要量測(cè)各觀測(cè)點(diǎn)的標(biāo)高值；加載100%荷載后持荷24h后再次量測(cè)各觀測(cè)點(diǎn)的標(biāo)高變化情況，如果24h內(nèi)的累計(jì)沉降量≯1.5mm則判斷支架及地基已沉降到位，可卸壓并再次復(fù)測(cè)卸壓后各觀測(cè)點(diǎn)標(biāo)高；否則繼續(xù)持荷預(yù)壓至滿足要求為止。

根據(jù)量測(cè)值計(jì)算出支架及地基彈性變形值，并根據(jù)預(yù)壓成果調(diào)整支架各部位標(biāo)高。

4 滿堂支架及門洞結(jié)構(gòu)承載驗(yàn)算

在方案優(yōu)化及最終確定過程中均對(duì)支架及門洞的所有承載構(gòu)件進(jìn)行了力學(xué)檢算，以確保結(jié)構(gòu)安全，如下為主要承載構(gòu)件力學(xué)檢算過程。

4.1 荷載取值

①箱梁自重混凝土荷載按26kN/m3計(jì)?？紤]到模板對(duì)箱梁自重荷載的傳遞及分散作用，將箱梁自重荷載簡(jiǎn)化成如圖3所示的分布情況。

②施工機(jī)具及人員對(duì)支架產(chǎn)生的荷載按1.0kN/m2計(jì)。

③混凝土振搗時(shí)作用于支架的荷載按2.0kN/m2計(jì)。

④砼傾倒產(chǎn)生的荷載按2.0kN/m2計(jì)。

⑤模板重量產(chǎn)生的荷載按4.0kN/m2計(jì)。

4.2 碗扣支架受力檢算

碗扣支架鋼管規(guī)格為φ48mm×3.5mm，橫截面面積：A=489mm2，抗壓強(qiáng)度：[δ]=205MPa，回轉(zhuǎn)半徑：I=1.58cm。

對(duì)支架結(jié)構(gòu)受力情況進(jìn)行分析可知，支架主要由立桿承受上部荷載傳遞的軸向壓力。腹板下單根立桿承受最大軸向壓力。

①鋼管立柱承載驗(yàn)算。

立桿在腹板下橫橋向的布設(shè)間距為0.3m，縱向布設(shè)間距為0.9m，則上部荷載傳遞于單根立桿的軸向壓力：

N=0.9×0.3×（39.9+1+2+2+4）=13.2kN

②立柱的穩(wěn)定性檢算。

因橫桿設(shè)計(jì)步距為120cm，立柱長(zhǎng)細(xì)比λ=l0/rx=120/1.58=76.0<150。

查《建筑施工碗扣式腳手架安全技術(shù)規(guī)范》，按插入法計(jì)算得穩(wěn)定系數(shù)Φ=0.744。則：

[N]=ΦA(chǔ)[δ]=0.744×489×10-6×205×103=74.58kN>N=13.2kN（立桿承載能力滿足要求）

4.3 通車門洞受力檢算

4.3.1 萬(wàn)能桿件支墩承載驗(yàn)算

本項(xiàng)目采用萬(wàn)能桿件N1、N2桿雙拼組成門洞支墩的立柱，查閱相關(guān)資料得，每根雙拼萬(wàn)能桿件N1或N2桿立柱所能承受的軸向壓力允許值為592kN。

位于箱梁底板下的門洞萬(wàn)能桿件立柱共計(jì)20根，門洞區(qū)域?yàn)檠貥蚩v向18m，按長(zhǎng)度18m的箱梁上部荷載全部由20根萬(wàn)能桿件立柱承受（結(jié)果趨于安全）。

門洞范圍內(nèi)的上部箱梁自重（箱梁中間段橫截面面積為10.25m2）及其它施工荷載：

=[10.25×18×26+（18×12.2）×（1+2+2+4）]=6773.4kN

荷載不均衡分布系數(shù)按1.2倍考慮。則單根萬(wàn)能桿件立柱承受的軸向壓力為：

1.2×6773.4/20=406.4kN<592kN（支墩立柱承載滿足要求）

4.3.2 貝雷桁架縱梁承載檢算

每片標(biāo)準(zhǔn)貝雷梁：[M]=788.2kN·m，[Q]=245.2kN

對(duì)門洞方案分析可知，在箱梁腹板下的貝雷桁架縱梁承受著最大荷載，腹板下貝雷桁架縱梁布置間距為0.8m，貝雷桁架縱梁按跨度為12m，承受均布線性荷載的簡(jiǎn)支梁進(jìn)行承載檢算。

均布線性荷載：（39.9+1+2+2+4）×0.8=39.1kN/m2

彎矩M=39.1×122/8=703.8<[M]=788.2kN·m

剪力Q=39.1×12/2=234.6<[Q]=245.2kN

5 結(jié)束語(yǔ)

經(jīng)過科學(xué)編制滿堂支架及門洞的支撐方案，并精心組織施工，最終順利完成客專雙線整體箱梁的澆筑任務(wù)，且較原計(jì)劃工期提前26d完成。施工期間支架及通行門洞牢固穩(wěn)定，沒有出現(xiàn)影響施工質(zhì)量及危及施工安全、鐵路行車安全的事項(xiàng)，澆筑的整體箱梁外形美觀，線條平順，得到了建設(shè)單位及監(jiān)理單位的高度評(píng)價(jià)。

參考文獻(xiàn)：

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