鐵路現(xiàn)澆十字連續(xù)梁支架穩(wěn)定性研究

劉小弟，張騰云，馮旭

（中國水利水電第七工程局有限公司軌道交通分公司，成都 611134)

1 工程概況

新建萊西至榮成鐵路桃林村特大橋位于山東省煙臺市海陽市，橋梁 起止里程為DK45+865.00～DK48+386.86，全長2526.86 m。其中25#墩～27#墩設(shè)一聯(lián)單箱單室直腹板截面等高十字連續(xù)梁（見圖1），全長65.30 m，上跨地方道路，與地方道路夾角為24°，橋下凈空約為7 m，地方道路限高5.5 m，路面寬5 m，與線路相交處路堤寬為24.5 m，26#墩緊鄰坡腳。箱梁頂面寬12.6 m，底寬6.7 m，梁部中心處高度為3.065 m。

圖1 十字連續(xù)梁平面示意圖

該項目是城際鐵路為數(shù)不多的特大橋，屬于項目全線施工的控制性重難點工程。該項目不同于一般連續(xù)梁橋，采用滿堂支架方法施工，又是長聯(lián)多跨連續(xù)梁橋，面臨著橋梁線型控制、超長束預(yù)應(yīng)力張拉及其壓漿質(zhì)量控制的難題；墩頂十字交叉部分結(jié)點受力復(fù)雜，又面臨著長聯(lián)多跨十字交叉連續(xù)梁施工難題。因此，對該項目支架建設(shè)與管理的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究既具有挑戰(zhàn)性，同時該技術(shù)成果有較好的推廣應(yīng)用價值[1]。

2 支架結(jié)構(gòu)與檢算方案

2.1 支架整體結(jié)構(gòu)

本項目整體支架設(shè)計采用縱向設(shè)計6 排鋼管支撐柱，縱梁部分每排4 根鋼管柱，橫梁部分每排8 根鋼管柱，鋼管柱中心縱向排間距最大為15 m，橫向每排柱間距最大4.7 m?？拷丈韮蓚?cè)的鋼管柱直接支承在承臺上，其余部分鋼管柱支架采用樁基礎(chǔ)進(jìn)行支承。每組貝雷梁橫向采用花架連接牢固，使其成為一個整體[2]。

1）底板處支架布置方式自上而下為：15 mm 厚竹膠板→10 cm×10 cm 橫向方木/I10 工字鋼橫梁→普通型貝雷梁→3I56/2I56 工字鋼橫梁→φ630 mm×10 mm 鋼管→條形基礎(chǔ)。結(jié)構(gòu)具體參數(shù)為10 cm×10 cm 橫向方木，距腹板下15 cm，底板下25 cm 和實心橫梁下15 cm；I10 工字鋼橫梁間距為90 cm且在局部需要加密。

2）腹板兩側(cè)模板布置方式由內(nèi)而外：15 mm 厚竹膠板→10 cm×10 cm 橫向方木/I10 工字鋼。結(jié)構(gòu)具體參數(shù)為10 cm×10 cm 橫向方木間距20 cm；I10 工字鋼縱向間距為90 cm 且在局部需要加密。

3）翼緣板處支架布置方式自上而下為：15 mm 厚竹膠板→10 cm×10 cm 橫向方木/I10 工字鋼橫梁→φ60 mm×3.2 mm盤扣架→普通型貝雷梁→3I56/2I56 工字鋼橫梁→φ630 mm×10 mm 鋼管→條形基礎(chǔ)。其中，普通型貝雷梁在腹板下布置間距為45 cm、底板下布置間距為90 cm，在實心橫梁處間距為45 cm；3I56 工字鋼橫梁在跨中（實心橫梁）設(shè)置兩處，2I56 工字鋼橫梁設(shè)置在其余位置處，共6 排；φ630 mm×10 mm 鋼管立柱沿順橋向共布置6 排，支撐3I56/2I56 工字鋼橫梁；立柱安裝前應(yīng)對預(yù)埋鋼板和鋼管樁頂進(jìn)行標(biāo)高復(fù)測，根據(jù)實測標(biāo)高確定實際下料長度。

2.2 支架檢算

2.2.1 臨時支架構(gòu)件檢算

項目需要的臨時支架構(gòu)架件檢算方法如下。

1）木模板采用15mm 厚竹膠板，抗彎強(qiáng)度設(shè)計值為15 MPa，抗剪強(qiáng)度設(shè)計值為1.8 MPa。竹膠板彎曲應(yīng)力為6.962 MPa，小于15 MPa，剪應(yīng)力為1.044 MPa，小于1.8 MPa，變形值為0.166 mm，小于150/400=0.375 mm，竹膠板強(qiáng)度和剛度均滿足行業(yè)規(guī)范和項目實際要求。

2）外側(cè)模板用φ20 mm 拉桿進(jìn)行連接，縱向間距為90 cm，豎向間距為60 cm。對拉桿主要承受側(cè)向模板所傳遞的荷載，則對拉桿所受拉力為N=82.6×0.6×0.9=44.6 kN。

3）關(guān)于縱向方木檢算，采用10 cm×10 cm 縱向方木底板下間距為25 cm，腹板、實心橫梁下間距為15 cm，翼緣板下間距為30 cm，縱向方木承受由底模傳遞的線荷載作用，并支承在I10 工字鋼縱梁上。

2.2.2 工字鋼橫梁檢算

1）10 cm×10 cm 方木縱梁下布置I10 工字鋼橫梁，I10 工字鋼橫梁間距90 cm。I10 工字鋼橫梁支承在貝雷梁上，承擔(dān)由縱向方木傳遞的集中力。按照承受集中荷載的多跨連續(xù)梁計算，取受力最大的工字鋼，用Midas 建立模型，并計算關(guān)鍵參數(shù)。

2）貝雷梁檢算：組合應(yīng)力σmax=283.9 MPa＜鋼材抗拉強(qiáng)度f=310 MPa；剪切應(yīng)力τmax=138.9 MPa＜鋼材剪切強(qiáng)度fv=180 MPa；位移Smax=22.3 mm＜L/400=37.5 mm（L 取最大位移處的跨度15 000 mm）。由上述計算可知，貝雷梁的強(qiáng)度和剛度滿足規(guī)范要求。

3）工字鋼橫梁檢算分三拼I56 工字鋼橫梁和雙拼I56 工字鋼橫梁。

三拼I56 工字鋼橫梁檢算：組合應(yīng)力σmax=189.7 MPa＜f=215 MPa；剪切應(yīng)力τmax=85.0 MPa＜fv=125 MPa；位移Smax=7.3 mm＜L/400=12.5 mm（L 取最大位移處的跨度5 000 mm）。

雙拼I56 工字鋼橫梁檢算：組合應(yīng)力σmax=160.5 MPa＜f=215 MPa；剪切應(yīng)力τmax=119.5 MPa＜fv=125 MPa；位移Smax=12.3 mm＜L/200=15.3 mm（L 取最大位移處的跨度3 050 mm）。

綜上所述，三拼I56 工字鋼橫梁、雙拼I56 工字鋼橫梁的強(qiáng)度和剛度滿足規(guī)范要求。

3 支架搭設(shè)方案與施工方法

3.1 搭設(shè)方案

支架搭設(shè)施工順序為：地基處理→基礎(chǔ)施工→φ630 mm×10 mm 鋼管柱安裝→砂筒安裝→橫向雙拼I56b 型工字鋼安裝→貝雷梁安裝→橫向I10b 工字鋼安裝→盤扣式滿堂支架安裝→方木安裝→模板安裝[3]。

1）條形基礎(chǔ)基坑開挖完成后，必須按要求做地基承載力實驗，根據(jù)支架結(jié)構(gòu)計算結(jié)果，地基承載力不小于267 kPa。

2）立柱采用φ630 mm×10 mm 鋼管，鋼管根據(jù)現(xiàn)場施工基礎(chǔ)標(biāo)高和結(jié)構(gòu)設(shè)計圖，提前加工制作一定長度的鋼管，并且在鋼管底部焊接法蘭盤，與基礎(chǔ)預(yù)埋的地腳螺栓對應(yīng)。

3）鋼管柱頂部（連接砂筒）安裝雙拼I56b 工字鋼作為橫梁，頂面用鋼尺劃線定位縱向貝雷梁，貝雷梁先在地面上用橫向支撐架拼裝成一組，然后用吊車吊裝至橫向工字鋼上，按簡支連續(xù)梁布置，用螺栓把貝雷梁固接在橫梁上，并在貝雷梁之間用支撐架橫向連接加固。

3.2 支架預(yù)壓施工方法

為保證施工安全、提高現(xiàn)澆梁質(zhì)量，在連續(xù)梁支架搭設(shè)完畢、連續(xù)梁底模鋪好后，對支架進(jìn)行預(yù)壓。一是檢驗支架結(jié)構(gòu)的承載能力和穩(wěn)定性；二是消除支架及地基的非彈性變形；三是得到支架的彈性變形值作為施工預(yù)留拱度的依據(jù)之一，同時測出地基沉降，為采用同類型的橋梁施工提供經(jīng)驗數(shù)據(jù)[4]。

由于在支架安裝過程中，各桿件之間存在一定的間隙，在荷載作用下，除彈性變形外還將產(chǎn)生部分非彈性變形，所以必須對支架進(jìn)行不小于施工總重量的預(yù)壓，按照施工總荷載的110%等效荷載進(jìn)行充分預(yù)壓，以消除非彈性變形。

3.2.1 梁體綜合荷載

預(yù)壓的目的：一是消除支架（支墩）及地基的非彈性變形，二是得到支架(支墩)的彈性變形值作為施工預(yù)留拱度的依據(jù)，三是測出地基沉降，為采用同類型的橋梁施工提供經(jīng)驗數(shù)據(jù)。根據(jù)要求對支架按施工總荷載按照1.1 倍進(jìn)行預(yù)壓。

3.2.2 沉降量及位移量

根據(jù)現(xiàn)場實際情況，本次預(yù)壓采用沙袋進(jìn)行，按照荷載計算出的預(yù)壓重量分析，每層沙袋高0.6 m，設(shè)計沙袋總高度為5 層。按照“先中跨后邊跨”預(yù)壓順序?qū)ΨQ預(yù)壓，預(yù)壓分3 級進(jìn)行，第一級加載總重為施工總重量的60%，第二級加載總重為施工總重量的100%，第三級加載總重為施工總重量的110%。通過變形觀測，確定沉降及位移變化量。按照理論分析，沉降最大處為跨中，位移最大處為梁端，以跨中沉降變化與梁端位移變化進(jìn)行分析研究。

3.2.3 彈性變形量

預(yù)壓完成后根據(jù)觀測結(jié)果，穩(wěn)定后方可卸載。卸載時必須按預(yù)壓重量倒序同步進(jìn)行。卸載后根據(jù)預(yù)壓觀測結(jié)果預(yù)留底模標(biāo)高，徹底消除主體結(jié)構(gòu)施工過程中的變形，從而保證連續(xù)梁線型。支架卸載采用分級卸載方式，按照與加載相反的順序進(jìn)行卸載。首先卸載進(jìn)行超載預(yù)壓10%的部分，卸載到梁體自重的100%，然后卸載到梁體自重的60%，最后全部卸載完畢。每卸下一級載荷前，均對所有測點進(jìn)行一次測量，并作詳細(xì)記錄，進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

4 混凝土澆筑方案

混凝土澆筑時按照“先橫梁、后主梁、先中跨、后邊跨“的施工順序進(jìn)行，同一截面澆筑按照先底板，再腹板，最后頂板。豎向水平分層高度不大于300 mm，每臺泵車實際混凝土澆筑能力不小于50 m3/h。

第一步：從兩端（橫斷面）向中間開始澆筑，然后水平分層對稱進(jìn)行澆筑，采用插入式振動棒搗固密實。

第二步：澆筑底板剩余混凝土，并及時對底板混凝土進(jìn)行抹平、壓實和收面。振搗時注意不能對已澆筑梗肋混凝土產(chǎn)生擾動，以免造成倒角混凝土掉落，形成倒角不飽滿，這樣澆筑后可以對腹板混凝土形成一定的阻力。為防止底板混凝土超厚，澆筑時使底板兩側(cè)混凝土超過內(nèi)模下梗肋后，稍做停頓，再從內(nèi)模頂部預(yù)設(shè)澆筑孔處補(bǔ)充底板混凝土。為保證腹板下梗肋處的混凝土密實，在充分翻漿澆筑的同時不得使用振動棒推移混凝土以免造成混凝土離析。

第三步：底板澆筑完成后，腹板混凝土澆筑采用縱向分段斜向分層、由低處向高處的方式，每層混凝土厚度不超過30 cm，兩臺泵車分別從中間向兩端對稱澆筑，在跨中部位交叉搭接，以防跨中部位形成水泥漿集中，造成截面薄弱，同時每層的接頭相互錯開。腹板混凝土澆筑過程中，派專人值班，用小錘敲擊內(nèi)外模板，通過聲音判斷腹板內(nèi)混凝土是否密實。

第四步：當(dāng)兩腹板槽灌平后，開始澆筑頂板混凝土，澆筑時分別從兩端向跨中方向和兩邊翼緣外側(cè)向中部澆筑，分段澆筑，每段2～3 m，連續(xù)澆筑。澆筑橋面混凝土?xí)r，要保證防護(hù)墻預(yù)埋鋼筋、電纜槽豎墻預(yù)埋鋼筋、泄水管等位置準(zhǔn)確不傾斜，不錯位，澆筑時設(shè)專人負(fù)責(zé)檢查上述預(yù)埋件是否移位，發(fā)現(xiàn)問題及時校正。

5 結(jié)語

通過桃林特大橋的施工發(fā)現(xiàn)，支架采用鋼管立柱加貝雷梁的形式施工，支架穩(wěn)定性較好，可為以后類似支架現(xiàn)澆十字連續(xù)梁施工提供寶貴經(jīng)驗；支架預(yù)壓時按照混凝土澆筑順序，“先中跨后邊跨”預(yù)壓順序?qū)ΨQ預(yù)壓分級預(yù)壓，可以模擬混凝土澆筑施工，暴露支架不穩(wěn)定因素，提前籌劃應(yīng)對措施及方案，減少或消除不安全因素，為后續(xù)混凝土澆筑施工提供數(shù)據(jù)支撐和施工經(jīng)驗。在支架預(yù)壓和澆筑過程中，不僅要進(jìn)行沉降監(jiān)測，而且要進(jìn)行位移觀測，通過沉降和位移速率，指導(dǎo)混凝土澆筑部位和速度，可以避免因支架預(yù)壓和混凝土澆筑過程控制不當(dāng)引起的支架坍塌事故。支架的位移量與混凝土的分層厚度有直接的關(guān)系，分層厚度越小支架位移量越小，分層厚度越大支架位移量越大。