高速鐵路非標(biāo)簡支箱梁預(yù)制架設(shè)施工技術(shù)

趙省建

（中鐵三局集團(tuán)第三工程有限公司，山西 晉中 030600）

前言

近年來，我國高速鐵路發(fā)展迅速，已成為世界上運(yùn)營高速鐵路最多的國家。為滿足高速鐵路運(yùn)行平穩(wěn)的需要，線路較多選擇沉降易控制的橋梁結(jié)構(gòu)形式。在橋梁結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中，出于標(biāo)準(zhǔn)化、工廠化生產(chǎn)的需要，一般盡可能設(shè)計(jì)以預(yù)制架設(shè)標(biāo)準(zhǔn)跨徑簡支梁為主。而對于橋梁設(shè)計(jì)來說，為了適應(yīng)不同立體交叉條件下的跨越需要，在橋跨布置時不可避免的采用了部分非標(biāo)簡支橋梁。對于施工來說，非標(biāo)簡支橋梁施工存在工期長、質(zhì)量控制難、安全風(fēng)險高、成本投入大等一系列不利因素，是橋梁工程施工的一個重要卡控點(diǎn)。本文就大西客專站前施工七標(biāo)段非標(biāo)簡支箱梁施工方案的選擇及質(zhì)量安全等情況進(jìn)行簡要介紹。

1 工程概況

新建鐵路大同至西安客運(yùn)專線站前施工七標(biāo)段，起訖里程為DK442+546.69～DK497+170.42，位于山西省臨汾霍州市、洪洞縣境內(nèi)。標(biāo)段內(nèi)設(shè)計(jì)橋梁共29 座計(jì)39850m，占標(biāo)段總長的71.8%。橋梁以簡支梁為主，共計(jì)1181 孔。其中設(shè)計(jì)制架標(biāo)準(zhǔn)簡支梁1175 孔，梁型為高速鐵路“通橋（2008）2322”系列，其余 6 孔為非標(biāo)梁。采用圖號為“無砟軌道后張法預(yù)應(yīng)力簡支箱梁（跨度23.5m～31.5m）”（叁橋通（2008）2348（修）-Ⅱ）。

根據(jù)國內(nèi)外常規(guī)施工方法，非標(biāo)梁采用原位現(xiàn)澆法進(jìn)行施工，考慮到原位現(xiàn)澆施工質(zhì)量不易控制、安全風(fēng)險高、投入施工成本高、其中洪洞跨汾河特大橋第333 孔處橋位橋墩高度達(dá)41.5m，現(xiàn)澆難度極大。為優(yōu)質(zhì)、安全的完成施工任務(wù)，經(jīng)參建工程技術(shù)人員共同研究分析檢算，擬對原設(shè)計(jì)為現(xiàn)澆的6 孔非標(biāo)梁采用預(yù)制架設(shè)法施工。

2 施工方案比選

2.1 常規(guī)原位支架法施工

表1 6 孔非標(biāo)簡支箱梁統(tǒng)計(jì)表

圖1 架設(shè)標(biāo)準(zhǔn)梁時主梁及輔助導(dǎo)梁支腿支撐位置示意圖

圖2 架橋機(jī)架設(shè)非標(biāo)梁時支腿位置示意圖

圖3 梁體有限元模型

施工流程：施工準(zhǔn)備→測量定位→支架地基基礎(chǔ)處理→支架安裝→支架檢查→安裝底?！Ъ茴A(yù)壓→預(yù)壓卸載及標(biāo)高調(diào)整→安裝外側(cè)模→綁扎底板和腹板鋼筋、穿波紋管→安裝內(nèi)模→綁扎頂板鋼筋→澆筑混凝土→養(yǎng)護(hù)→拆除內(nèi)模、側(cè)?！A(yù)應(yīng)力張拉→孔道壓漿→封端→拆除底模及支架。

該工藝施工周期長、高處作業(yè)安全風(fēng)險高，施工質(zhì)量不易控制。工程量較少情況下周轉(zhuǎn)材料投入多造成施工成本高。

2.2 預(yù)制架設(shè)法施工

采用預(yù)制架設(shè)法施工，將原位現(xiàn)澆非標(biāo)簡支箱梁改為在制梁場工廠化預(yù)制施工，只需對相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)跨箱梁臺座及模板進(jìn)行相應(yīng)的改動，但卻極大的降低了制梁施工安全風(fēng)險，保證了橋梁工程質(zhì)量。橋梁架設(shè)采用常規(guī)的架梁設(shè)備及工藝，只需對運(yùn)梁車、架橋機(jī)、前后孔跨橋梁進(jìn)行相應(yīng)的運(yùn)架梁工況復(fù)核檢算，相應(yīng)的對架橋機(jī)進(jìn)行局部的改動和加強(qiáng)。改變工藝后，不僅提高了工效、降低了施工風(fēng)險，并滿足工期要求。

因此決定對原設(shè)計(jì)為現(xiàn)澆的6 孔非標(biāo)梁采用預(yù)制架設(shè)法施工。

3 非標(biāo)簡支箱梁運(yùn)架檢算

一般情況，采用輔助導(dǎo)梁式架橋機(jī)架設(shè)標(biāo)準(zhǔn)跨徑梁時，下導(dǎo)梁和主梁的前支腿、后支腿之間的長度固定，支腿在橋梁支撐位置也固定，如圖1 所示。對架橋機(jī)支腿作用于墩臺、橋面相應(yīng)位置工況時，墩臺、梁體的受力狀況均進(jìn)行過設(shè)計(jì)檢算，施工荷載作用下墩臺、梁體能夠滿足要求，無需進(jìn)行架梁檢算。

當(dāng)架設(shè)非標(biāo)梁時，由于跨徑不同，下導(dǎo)梁前支腿無設(shè)計(jì)支撐位置，主梁后支腿將支撐于梁跨中間，如圖2 所示。因此，需解決的問題有：（1）主梁后支腿支撐于已架前一孔梁跨中間部位時，架梁作業(yè)各荷載工況下是否會產(chǎn)生不利影響。（2）如何為下導(dǎo)梁前支腿提供支撐點(diǎn)。

非標(biāo)梁運(yùn)架工況檢算是非標(biāo)梁采用預(yù)制架設(shè)技術(shù)的關(guān)鍵。只有通過復(fù)核檢算，非標(biāo)梁預(yù)制架設(shè)方案才能通過。以架設(shè)非標(biāo)梁最大跨度金溝子特大橋（32.19m）進(jìn)行檢算。

3.1 檢算荷載

恒載：結(jié)構(gòu)構(gòu)件自重按《鐵路橋涵設(shè)計(jì)基本規(guī)范》（TB10002.1-2005）第4.2.1 條采用，運(yùn)架工況不考慮橋上軌道結(jié)構(gòu)、橋面附屬等作用。梁體預(yù)應(yīng)力作為安全儲備，不予考慮。

施工荷載：架橋機(jī)、運(yùn)梁車等施工荷載。

3.2 檢算方法及內(nèi)容

采用MIDAS-Civil 結(jié)構(gòu)分析系統(tǒng)，按平面桿系結(jié)構(gòu)計(jì)算。按照“鐵路橋涵鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范”（TB10002.3-2005） 第 6.4.12，6.4.13，6.4.14 的要求，采用架橋機(jī)架橋時應(yīng)對各截面各架橋機(jī)架梁階段對混凝土應(yīng)力、抗裂性、正截面抗彎強(qiáng)度等進(jìn)行檢算。

3.3 各工況內(nèi)力

檢算對象為架設(shè)32.29m 非標(biāo)梁之前已架設(shè)的前一孔23.5m 梁，如圖2 所示，架橋機(jī)后支腿到近端支座中心距離為1.66m。

（1）梁體有限元模型及自重（見圖 3，圖 4）；（2）架橋機(jī)就位時計(jì)算模型及最不利組合彎矩（見圖5）；（3）工況一：架橋機(jī)就位、運(yùn)梁車上橋——架橋機(jī)前天車提梁前（見圖 6）；（4）工況二：架橋機(jī)前天車提梁后（見圖 7）；（5）架橋機(jī)后天車提梁前荷載（見圖8）；（6）工況四：架橋機(jī)后天車提梁后荷載（見圖9）；（7）工況五：架橋機(jī)前后天車提梁到位荷載（見圖10）。

3.4 荷載組合（見表 2）

3.5 檢算結(jié)果

（1）正截面抗裂驗(yàn)算（見表 3）；（2）斜截面抗裂驗(yàn)算（見表 4）；（3）混凝土壓應(yīng)力驗(yàn)算（見表 5）；（4）混凝土剪應(yīng)力驗(yàn)算（見表 6）；（5）正截面抗彎驗(yàn)算（見表 7）；（6）斜截面抗剪驗(yàn)算（見表8）。

圖4 梁體自重彎矩圖

圖5 架橋機(jī)就位時計(jì)算模型及最不利組合彎矩

圖6 工況一計(jì)算模型及最不利彎矩組合

檢算結(jié)論：根據(jù)計(jì)算結(jié)果，截面強(qiáng)度、抗裂性、混凝土應(yīng)力均滿足規(guī)范要求，說明架梁及運(yùn)梁過程中已架標(biāo)準(zhǔn)梁跨是安全的，檢算通過。

圖9 工況四計(jì)算模型及最不利彎矩組合

圖10 工況五計(jì)算模型及最不利彎矩組合

表2 荷載組合

4 非標(biāo)簡支箱梁具體架設(shè)方法

根據(jù)標(biāo)段內(nèi)這6 孔非標(biāo)簡支箱梁分布情況，結(jié)合相應(yīng)橋墩高度、地形條件等實(shí)際情況，擬定了不同的架設(shè)方法：

4.1 直接架設(shè)

位于洪洞跨汾河特大橋147#墩至148#墩的非標(biāo)梁計(jì)算跨徑為30.88m，和標(biāo)準(zhǔn)跨徑32.7m 相差較小，比標(biāo)準(zhǔn)跨徑小0.82m。通過分析，將下導(dǎo)梁前支腿支撐位置向前橋墩外側(cè)偏移、后支腿向后墩中心靠攏，則在一定范圍內(nèi)，可滿足在跨徑變化較小時下導(dǎo)梁的支撐要求。

4.2 臨時簡易支撐+下導(dǎo)梁后移

李澗2 號特大橋非標(biāo)梁（計(jì)算跨度27.5m）所處位置橋墩較矮，高度只有3.5m。金溝子特大橋非標(biāo)梁（計(jì)算跨度31.09m）所處位置橋墩較矮，高度只有2.0m。利用該有利條件，基于上述考慮，下導(dǎo)梁支撐采取方案為：在待架梁前一孔橋墩側(cè)臨時填筑土堆，下導(dǎo)梁過孔后前支腿臨時支撐于土堆上。然后架橋機(jī)按照正常工況架梁。架梁完畢架橋機(jī)過孔前，拆除下導(dǎo)梁后支腿，在下導(dǎo)梁天車和輔助支腿傳動鏈作用下，將下導(dǎo)梁后移，使下導(dǎo)梁后端支撐于已架梁面、前腿支撐于前方墩頂，然后架橋機(jī)過孔。過孔完畢，重新安裝下導(dǎo)梁后支腿，下導(dǎo)梁前移過孔，恢復(fù)正常作業(yè)狀態(tài)。當(dāng)下吊梁僅承受自重時，其前支腿支撐于臨時土堆上。當(dāng)需要過孔時，前支腿支撐于橋墩上。

表3 正截面抗裂驗(yàn)算

表4 斜截面抗裂驗(yàn)算

表5 混凝土壓應(yīng)力驗(yàn)算

表6 混凝土剪應(yīng)力驗(yàn)算

表7 正截面抗彎驗(yàn)算

表8 斜截面抗剪驗(yàn)算

4.3 改變下導(dǎo)梁前支腿位置

位于洪洞跨汾河特大橋25.38m、26.50m、29.00m 的非標(biāo)梁采用以上兩種方法較為困難，為此采用了改造輔助導(dǎo)梁改變前支腿在導(dǎo)梁上支撐位置的方法。下導(dǎo)梁縱梁為箱室結(jié)構(gòu)，前支腿與導(dǎo)梁通過連接螺栓連接，連接位置處在導(dǎo)梁箱室內(nèi)設(shè)置有支撐橫隔板。相對而言，導(dǎo)梁與支腿的連接構(gòu)造較為簡單。對于非標(biāo)梁特殊跨度的需要，通過自行改造改變下導(dǎo)梁前支撐位置簡單易行。該種方法相當(dāng)于下導(dǎo)梁支腿在原有能夠架設(shè)跨徑為32m、24m、20m 簡支梁的基礎(chǔ)上，又增加了能夠架設(shè)25.38m、26.5m、29m 簡支梁的功能。

5 非標(biāo)簡支箱梁制作控制重點(diǎn)

非標(biāo)簡支箱梁的梁長不同于標(biāo)準(zhǔn)箱梁，制梁場原有臺座無法滿足非標(biāo)梁預(yù)制的需要，為此需要根據(jù)非標(biāo)梁的長度，對既有制梁臺座進(jìn)行改造，以滿足非標(biāo)梁制梁需要。

經(jīng)逐一對照標(biāo)準(zhǔn)梁跨和每孔非標(biāo)梁圖紙，發(fā)現(xiàn)梁端預(yù)應(yīng)力束的位置存在一定的差異，為此根據(jù)非標(biāo)梁的梁端預(yù)應(yīng)力束的布置情況，重新加工了一一對應(yīng)的非標(biāo)梁制梁端模。

標(biāo)準(zhǔn)梁跨預(yù)制梁端模與側(cè)模采取端部螺栓對接安裝于側(cè)模端部，改造后的端模，采取側(cè)模外包端模。通過移動端模前后位置，使其適用于預(yù)制不同跨徑的非標(biāo)梁非標(biāo)簡支箱梁的場內(nèi)制作其他控制重點(diǎn)同標(biāo)準(zhǔn)梁跨的簡支箱梁。

6 結(jié)束語

通過非標(biāo)簡支箱梁預(yù)制架設(shè)施工技術(shù)的應(yīng)用，在施工實(shí)踐中成功地將原位現(xiàn)澆施工變更為地面制梁場非標(biāo)梁預(yù)制、通用運(yùn)架設(shè)備運(yùn)架，極大的降低了原位現(xiàn)澆施工作業(yè)風(fēng)險，保證了工程質(zhì)量、進(jìn)度和成本的和諧統(tǒng)一，取得了良好的經(jīng)濟(jì)和社會效益，是一種經(jīng)濟(jì)、快捷、安全、實(shí)用的非標(biāo)簡支箱梁施工工藝，具有廣闊的推廣前景，可在今后的高速鐵路非標(biāo)梁跨施工中應(yīng)用。