上跨既有鐵路高支架現澆連續梁施工技術研究

劉漢斌，姚宏生，匡維雄

(中國建筑股份有限公司滬杭項目部，上海 201611)

1 工程概況

新建滬杭高速鐵路松江特大橋390號～394號墩之間設計為(40+56+56+40)m的連續梁，采用支架現澆法施工。上跨既有鐵路結構施工橋梁在393～394號墩之間跨越既有鐵路新閔線，跨越中心處新閔線里程為K2+170，新建滬杭高速鐵路與既有新閔鐵路大里程方向夾角為141°。既有鐵路兩側橋墩高度為29.5 m，梁底與既有線鐵路軌頂高差為31 m。

連續梁中支點處梁高4.35 m、寬跨中梁高3.05 m，梁頂寬12 m、底寬6.7 m，梁體荷載309～506 kN/m。393、394號墩地面高程在1.5～2.2 m范圍內，該段在地面至高程－1.3 m處為雜填土，地基承載力為60 MPa，高程－1.3～－16.5 m為淤泥質黏土，呈軟塑－流塑狀，地基承載力為80 MPa，再往下為粉質黏土。地質條件松軟，承臺基坑圍護、支架基礎施工難度大。

2 滬杭高速鐵路上跨新閔鐵路連續梁施工特點

由于連續梁支架高、荷載大，跨鐵路高支架的設計與施工成為決定本連續梁施工成敗的關鍵。

2.1 連續梁支架設計

2.1.1 支架搭設方案

連續箱梁現澆支架采用φ48 mm×3.5 mm碗扣式鋼管支架，支架高度為20～22 m，底模下部有縱、橫向方木。支架在每4排縱向立桿和每6排橫向立桿設置1道剪刀撐，每3.6 m高設置1道水平剪刀撐。

碗扣架下方荷載分配采用工字鋼，分配工字鋼下方用貝雷梁+鋼管柱的形式做成膺架跨越鐵路。貝雷梁分2層拼裝，縱貝雷梁做成單排單層型，橫橋向共24片，393～394號墩之間貝雷梁橫向貝雷梁共30排，每2排一聯，用標準花架聯結。

貝雷梁下方工字鋼采用I45a雙拼，鋼管柱采用φ630 mm×10 mm并打入地面以下32 m，以滿足受力要求。鋼管柱間橫橋向用雙［20型鋼設2道平聯，順橋向沿最外2排柱各設1道縱聯。

2.1.2 支架設計說明

由于支架的高度超過30 m，單純采用滿堂式支架已很難滿足施工安全需要，本連續梁采用膺架式支架。支架的下半部分20 m采用鋼管柱支撐，上半部分搭設貝雷梁，貝雷梁上方8 m部分搭設碗扣支架。這樣既避免了鋼管柱過高容易失穩，也避免了碗扣支架過高節點安全隱患大的難題。膺架基礎采用振動錘將φ630 mm×10 mm薄壁鋼管樁打設入土，有效避免了土體擾動對新閔鐵路路基的影響。

在膺架部分的設計上，為避免結構的不均衡受力，先在鐵路兩側跨距外軌2.2 m處打設2排鋼管柱做支撐，上方垂直于滬杭高速鐵路梁體鐵路方向搭設1排貝雷梁作為類似棚架的支撐體，既起到上方施工時對鐵路運營安全的防護作用，同時也起到減小上方體系跨度過大的承重作用。橫向貝雷梁上方沿滬杭高速鐵路線路方向分布1層縱向貝雷梁，再搭設碗扣支架。縱向貝雷梁設計時由于避免橫向貝雷梁兩端處剪力過度集中，故將貝雷梁做成3段簡支式，這樣不僅安裝拆除方便，同時使體系受力更加合理，也節省了貝雷梁的數量。

跨鐵路部分連續梁現澆支架設計方案如圖1所示。圖2為施工現場。

2.1.3 支架關鍵部位受力分析

連續梁支架碗扣架部分及管柱管樁的承載力按常規理論進行設計及檢算，本文不再敘述。現將貝雷梁的計算模型選擇作簡要分析，貝雷梁設計檢算時按構件位置簡化成靜態受力模型。

(1)縱向貝雷梁受力分析

①上方荷載統計(表1)

②計算模型選擇

第一種情況:貝雷梁整體拼裝，按整段連續方式建立模型，受力圖如圖3所示。

圖1 跨新閔鐵路連續梁跨鐵路部分支架布置(單位:mm)

圖2 施工中的連續梁支架

表1 梁體分段荷載統計

第二種情況:分3段拼裝，按中部兩點簡支建立計算模型，受力圖如圖4所示。

通過對以上兩種模型進行對比分析，第二種模型的內力分布較為合理，且施工方便。貝雷梁整體能承受最大剪力為245 kN、最大彎矩為788 kN·m。結構最大剪力為3 327.3 kN，最大彎矩為7 486.43 kN·m，支座最大反力3 537.64 kN，由于上跨鐵路，根據設備管理單位相關文件的要求，支架安全系數取2，選用24排貝雷梁滿足要求。

(2)橫向貝雷梁受力分析

橫向貝雷梁除滿足受力要求外，還兼防護棚架的作用。考慮到結構荷載在端部集中，所以橫向貝雷梁分端部和中部兩部分進行受力分析。

①端部:按2跨簡支梁建立計算模型，經分析，得出端部結構最大剪力為874.74 kN，最大彎矩為563.32 kN·m，采用3排單層型。

②中部橫向貝雷梁:上方傳遞的最大荷載為604.86 kN，按2跨簡支梁建立計算模型，假定荷載集中在梁底7 m范圍，按均布算，荷載集度為86.4 kN/m。經建模分析得最大剪力為302 kN，最大彎矩為680.4 kN·m，每米選用2片貝雷梁可滿足要求。貝雷梁布置如圖5所示。

3 連續梁支架搭設及拆除控制要素

3.1 連續梁支架的搭設

支架搭設前要對鐵路周圍的管線進行勘察，對影響施工的管線要提前改遷至安全地帶。

(1)管樁、管柱施工

393～394號墩跨鋼管柱及管樁采用φ630 mm×10 mm型，打入施工時用90 t振動錘成樁。φ630 mm鋼管柱每節長12 m，接長采用焊接方式對接，焊接時先將鋼管柱對焊，對焊后再在焊縫處均勻加焊8塊鋼板對接頭處進行加強。鋼管樁打設施工時控制要點如下。

①焊接質量:施工時要對焊接質量嚴格控制，要求焊縫飽滿且不得燒傷樁頭。對焊縫不飽滿或對鋼管柱有嚴重燒傷的要割除重焊，樁接長后要等到完全冷卻才能繼續施打。

②樁位、垂直度偏差:樁位、樁身垂直度的控制是結構承載及穩定的一個重要保證。根據相關規范要求，管樁、管柱施工時樁位偏差不能超過3 cm，垂直度不能超過3‰，實際施工時控制不能超過4.5‰。施工前要對樁位進行復測，施工時逐樁檢查。樁身垂直度采用2臺經緯儀觀測，在樁中部彈墨線，墨線寬度不得超過5 mm。每沉樁1 m檢查1次，當垂直度超過標準時立即采取糾偏措施。

③地基承載力試驗及復核:施工時先進行試樁，做地基承載力試驗，與設計計算值相比較，最終確定施工樁長;打設結束后需對承載力進行荷載試驗，只有樁基承載力達到設計要求才能繼續施工，否則需增加樁長或數量。

圖3 貝雷梁整體拼裝受力圖

(2)支架整體性控制

支架施工時需嚴格控制系統的整體性，其中幾個界面的聯結是控制重點。

①貝雷梁與下方工字鋼之間的聯結:下方工字鋼橫梁施工時嚴格控制高程在同一水平面上，保證貝雷梁與工字鋼橫梁之間貼靠密實并設限位鋼板固定。

②兩層貝雷梁之間、貝雷梁與上方I10分配工字鋼的聯結:為保證支架的鋼度，橫向貝雷梁與縱向貝雷梁之間及縱向貝雷梁與工字鋼采用φ10 mm鋼筋做成U形限位螺栓聯結。

③碗扣架及上方模板系統的聯結:碗扣架施工時嚴格檢查扣件，有松動、破裂的要及時處理，扣件在預壓前和混凝土澆筑前分別檢查1次;方木與模板間用鐵釘釘牢;方木之間用鐵絲綁扎固定，每個節點均需綁扎。

3.2 支架預壓

(1)預壓方法

支架預壓采用砂袋堆載預壓，預壓荷載為梁體最大重力的1.2倍，按梁重的20%、40%、80%、100%及120%五個行程分級加載。預壓時間不少于72 h，且等24 h穩定期觀測后為止。預壓前、預壓后，預壓過程中每隔4 h詳細測量支架和地基的變形量和沉降量之和，待沉降基本穩定后方可卸載(并觀測卸載后的觀測點位變化情況)，根據觀測結果，重新調整底模高程，并按要求設置預拱度。在預壓過程中，派專人注意支架變化情況，如發現較大變形或異常情況，應立即停止加載并卸載。

(2)沉降觀測

為了解支架沉降情況，縱向在跨中、1/4橋跨及靠橋墩側鋼管柱頂部布設觀測點，每排3個，分別位于橋梁中線及腹板底部處。在加預壓之前測出各測量控制點高程，在加載到40%和100%后均要復測各控制點高程。加荷至全部預壓荷載并持荷不小于24 h，分3次觀測各測點高程，如果最后兩次測量數據無變化，表明地基及支架已基本沉降到位，可卸載，否則還須持荷進行預壓。卸載完成后，再次復測各控制點高程，以便得出支架彈性變形、永久變形及地基的沉降量，以便調整模板的高程。

圖4 貝雷梁分3段拼裝受力圖

圖5 貝雷梁布置(單位:mm)

(3)支架預壓施工安全措施

為保證施工安全，做到精確加載，施工時采取如下措施。

①砂袋要采取覆蓋措施，防止降雨降雪積水增加負荷。

②預壓加載過程中要控制砂袋自重的檢測頻次，每一臺班對砂袋自重的檢查不得少于5次，做到精確加載，并嚴格按預壓荷載的分級標準進行加載。

③施工過程中要及時查看天氣預報，在降雨前及時對已加載的砂袋采取覆蓋并做好排水措施。

④做好應急措施，最后20%的加載量只能在白天完成。若遇降大雨或暴雨防水排水無效時要對荷載進行減載，以確保支架系統的安全。

⑤預壓砂袋、吊車嚴格按指定地點放置，砂袋堆放后及時運送到梁頂，卸載后及時運出場地。吊車吊裝時吊臂不得侵入鐵路上方，且在列車經過時不得進行吊裝作業。

3.3 支架拆除

支架拆除遵循“先搭后拆、后搭先拆”的原則，自上而下逐層、對稱拆除。支架拆除需采取以下安全措施。

(1)施工人員站位要有堅實的作業平臺，確保作業人員在同一平面上，避免落物傷人。

(2)事先規劃好材料卸落線路，避開鐵路上方，機械作業半徑不得入侵鐵路安全限界，所有的施工作業在列車經過時停止施工，并將機械轉移至安全距離外。

(3)材料一旦拆除，立即卸落，嚴禁吊掛及隨意堆放。

(4)貝雷梁、鋼管柱等大件卸落時要對鐵路進行封鎖，落實好相應的營業線施工安全措施，并在設備管理單位的監護下進行。

4 結語

松江特大橋跨新閔鐵路連續梁自2009年9月開始施工，至2010年5月初結束，施工時根據鐵道部、上海鐵路局有關營業線施工安全方面的文件精神及施工方案的要求嚴格控制，各安全措施控制良好，在高支架系統跨鐵路施工方面積累了寶貴經驗。

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