津秦客運專線跨京山鐵路113 m系桿拱橋施工

曲江峰

（中鐵大橋局設計分公司 武漢 430050）

隨著我國鐵路網的迅速完善，跨越既有線的橋梁將越來越多，跨既有線橋梁施工成為鐵路建設中普遍關注的問題。對于跨既有線橋梁施工，既有線的存在大大增加了橋梁施工的難度，為保證既有線的安全和施工的順利進行，一般采取的技術措施有2種：①對既有線采取防護措施，如在既有鐵路的一側設防護樁，或在既有線上方設防護棚等；②采用異位施工方法，即在既有線外臨時橋位處完成橋梁主體施工，再采用平轉、平移、頂推等方法將梁體移至設計橋位。津秦客運專線113 m系桿拱橋在施工中綜合采取了上述2種技術措施。本文以該橋為例，對路基防護樁的設計和施工、以及系桿拱橋平轉系統的組成和特點進行介紹。

1 工程概況

1.1 橋梁結構

津秦客運專線113 m系桿拱橋跨越京山下行線與豐胥聯絡線2條既有鐵路線，橋軸線與既有線夾角為19°。該橋采用鉆孔灌注樁基礎，每墩共有20根直徑1.5 m鉆孔樁，承臺平面尺寸為18.6 m×14.6 m，厚4 m，橋墩為鋼筋混凝土門形實心墩。

橋梁上部結構采用剛性系梁柔性拱，包括系桿梁、拱肋、橫撐和吊桿。系桿梁采用C50預應力混凝土結構，單箱三室截面，梁截面高3.05 m，寬17.6 m。拱肋采用鋼管混凝土結構，拱肋橫截面采用啞鈴形，斷面高3 m，鋼管外徑1.2 m。兩拱肋間共設7處鋼結構橫撐，其中拱頂及兩側共3道為一字形橫撐，其余4道為K形橫撐。吊桿采用121根直徑7 mm高強低松弛鍍鋅平行鋼絲束，吊桿間距5 m。

1.2 總體施工方案

該橋下部結構施工采用常規施工方案，即先施工基礎鉆孔樁，再開挖基坑施工承臺，最后搭設支架施工墩身。

系桿拱施工順序為先梁后拱，即先在支架上分段澆注系桿梁，然后在系梁頂面搭設支架安裝鋼管拱肋，壓注鋼管內混凝土，最后安裝并張拉吊桿，完成系桿拱施工。

2 施工中考慮的既有線因素

津秦客運專線113 m系桿拱橋跨越繁忙的鐵路干線，確保既有鐵路的安全運營是該橋施工需考慮的首要因素。

2.1 系桿拱橋與既有線的關系

系桿拱橋與既有鐵路之間相互位置關系有以下特點：①橋梁基礎離既有鐵路近。系桿拱橋兩主墩基礎緊鄰既有線路基，其中771號墩位于既有京山下行線左側，承臺邊緣距既有鐵路中心線最近為6 m，772號墩位于京山上行線與豐胥聯絡線之間，承臺邊緣距既有鐵路中心線最近為4 m；②橋梁與既有鐵路相交范圍大。由于系桿拱橋與既有線斜交角度小，使系桿拱橋大部分位于既有線上方，系桿拱全長116 m，與既有鐵路相交長度達到75 m；③梁下凈空高度小。梁底到既有線軌頂高度為9 m，與線路上方回流線之間距離為4 m。

系桿拱橋與既有線相互位置關系見圖1

圖1 橋梁立面布置圖（單位：cm）

2.2 施工防護措施

（1）由于該橋基礎離既有線較近，為減小基礎施工對既有線路基的擾動，采用了防護樁對既有線路基進行防護。

（2）由于該橋與既有線相交范圍大，且橋下凈空高度小，在橋位處不宜設置現澆支架，該橋系桿拱采用在既有線外施工，再平轉到位的方法，最大程度減小既有線與橋梁施工之間的相互影響。

3 既有線路基防護方案

3.1 防護樁布置

該橋基礎侵入既有線路基近12 m，基礎施工需將此部分路基挖除，為保證剩余部分路基的穩定，開挖前先沿基礎邊緣按一定間距設置一排防護樁形成樁墻，將防護樁一側的土挖除后，依靠樁身的強度與剛度抵抗另一側的土壓力，以維持路基的穩定，保證鐵路行車安全。

受現場施工條件限制，防護樁采用人工挖孔樁，樁直徑1 m，樁間距1.3～1.4 m，771號墩防護樁長20 m，自基坑底面算起，樁墻垂直高度為9 m，772號墩防護樁長12 m，樁墻垂直高度為7.6 m。防護樁樁頂設系梁將各根樁連成整體，相對兩排樁之間采用鋼管支撐以減小樁的懸臂長度。

3.2 防護樁計算

防護樁主要承受水平力作用，計算內容包括樁身內力計算和配筋計算2部分。樁身內力采用m法計算，計算簡圖見圖2。

圖2 防護樁計算簡圖

圖中p1，p2分別為基坑頂部和底部的土壓力，p為支撐反力，計算時先假定支撐力p為一確定的數值，并將其與土壓力一起作為荷載施加在樁身上，計算樁身基底截面水平剪力Q0和彎矩M0，然后求算樁在基底的位移和轉角x0和φ0，進而求出支撐力p作用處的樁身位移xp，同時建立防護樁內支撐計算模型，求出支撐架變形δP，并與樁身位移xp進行比較，若相差較大，則繼續試取支撐力p重新計算，直到δp與xp接近為止［1］。

以上試算過程可用計算機進行，如采用《橋梁博士基礎計算軟件》進行計算，需輸入樁懸臂長度、入土深度、荷載、地基系數、樁變形系數和樁截面彎曲剛度等數據，該軟件計算結果可提供樁身各截面的位移、彎矩、剪力和樁側土抗力。

防護樁是主要承受彎矩作用的彎剪構件，從施工方便考慮，防護樁縱向主筋一般沿樁截面周邊均勻布置，求出樁身截面最大彎矩后，即可按照《混凝土結構設計規范》［2］中相關公式進行配筋設計。

3.3 方案實施

基礎施工應按照先防護、后開挖的原則安排先后順序，確保施工過程中既有線路基的穩定。主要施工步驟如下：

（1）防護樁施工。由于緊鄰既有鐵路，施工場地狹小，防護樁采用人工開挖方法成孔，同時由于樁間距較小，為防止孔壁坍塌，相鄰2根樁應錯開、分批施工。

（2）防護樁施工完成后，挖除路基邊坡，平整場地，進行基礎鉆孔樁施工。

（3）樁基施工完成后，安裝鋼管支撐，開挖基坑，進行承臺施工。

4 系桿拱平轉施工方案

4.1 施工總體布置

根據現場實際情況，將系桿拱施工主場地設置在既有鐵路左側，施工起重設備采用汽車吊或履帶吊，為減小施工對既有線的影響，將設計橋位按逆時針方向旋轉17°至既有線外，作為臨時橋位，在臨時橋位處設置現澆支架和臨時墩進行系桿拱施工。

系桿拱施工完成后，需將系桿拱按順時針方向旋轉17°至設計橋位，因此在771號墩頂設旋轉支座，在臨時墩和772號墩頂設滑道梁，與系桿拱共同組成鐘擺式平轉系統，通過千斤頂橫向頂推系桿拱滑動端，將系桿拱移至設計橋位。

最后再分別拆除771號和772號墩頂的旋轉支座和滑道梁，用千斤頂將系桿拱落在正式支座上。

系桿拱施工平面布置見圖3。

圖3 系桿拱施工平面布置圖

4.2 平轉系統設計

系桿拱施工過程分為既有線外臨時橋位處施工、平轉施工和落梁施工3個階段，其中系桿拱平轉施工為跨既有線施工，轉體重量大，滑動距離長，是系桿拱施工的重點和難點。

系桿拱平轉時其一端為轉動端，另一端為滑動端。轉動端平轉系統位于771號墩墩頂，由2個梁底墊塊、1個扁擔梁和1個5 000 t平轉鉸支座共3部分組成。其中梁底墊塊為12根I20a焊接成的工字鋼組，系梁通過鋼墊塊支承在扁擔梁上。扁擔梁為焊接鋼箱梁，梁高3.2 m，寬3 m，平轉時隨系桿拱一起轉動。平轉絞支座采用球形鑄鋼支座，豎向承載力5 000 t，轉體施工時用螺栓將支座與扁擔梁連接，作為系桿拱轉動端的支撐點和轉動中心。

滑動端平轉系統由滑道梁、臨時墩、臨時支座、頂推滑移系統共4部分組成。其中滑道梁采用焊接鋼箱梁結構［3－4］，平面是由3段折線組成的彎梁，立面為3跨變截面連續梁，跨度布置為12.9 m＋20.7 m＋12.9 m，其中邊跨梁高3 m，中跨梁高3.8 m，梁寬3 m，系桿拱滑動端通過梁底滑塊支承在鋼箱梁頂面，并以箱梁頂板為滑道，沿曲線滑移33.59 m至772號墩墩頂。臨時墩和臨時支座為滑道梁的支撐結構，臨時墩基礎采用鉆孔灌注樁，承臺和墩身均為鋼筋混凝土結構。頂推滑移系統為系桿拱的平轉提供動力，由梁底滑塊、反力座、分配梁和頂推千斤頂組成。

4.3 施工步驟

（1）在既有線左側臨時橋位處設置系梁現澆支架和臨時墩，采用支架現澆法施工系桿梁。

（2）系桿梁達到設計強度后，在系梁頂面搭設支架安裝鋼管拱，壓注鋼管內混凝土，然后拆除支架安裝吊桿。

（3）卸落系梁現澆支架，使系桿拱兩端分別支承在771號墩頂平轉鉸支座和臨時墩頂滑道梁上。

（4）利用平轉系統將系桿拱整體旋轉至設計橋位。

（5）分別拆除771號墩頂的平轉鉸支座和772號墩頂的滑道梁，利用頂落梁系統將系桿拱落在正式支座上。

以上步驟中，除平轉為跨線施工，其余步驟施工作業面均位于既有線外，施工不影響既有線的正常運營。在本項目中，系桿拱平轉系統由于其結構簡單、受力明確，具有較高的安全性和可靠性，平轉時只要在滑道梁兩側和下方設置簡易的安全防護設施，施工即可不間斷進行。

該系桿拱橋轉體重量達1萬t，平轉角度17°，系桿拱滑動端滑移距離33.6 m。該橋自2011年4月10日開始平轉施工，4月25日平轉到位，5月6日至20日進行落梁施工。目前該橋已順利竣工并即將投入使用。

5 結語

（1）防護樁主要承受水平力作用，與主要受豎向力作用的樁不同，其截面和配筋應按承受彎剪作用的梁構件進行設計，樁入土深度主要由樁側土體水平抗力確定。

（2）與拱橋、斜拉橋、T型鋼構橋等懸臂體系橋梁平轉系統不同，系桿拱橋平轉系統適用于簡支體系橋梁，該平轉系統由轉心、滑道梁和呈簡支狀態的橋梁主體結構組成，在平轉過程中橋梁主體結構為三點支撐體系，具有較高的平穩性與可靠性。

［1］ 凌治平，易經武，洪毓康.基礎工程［M］.北京：人民交通出版社，2000.

［2］ GB50010－2002混凝土結構設計規范［S］.北京：中國建筑工業出版社，2010.

［3］ 陳紹蕃.鋼結構［M］.北京：中國建筑工業出版社，1994.

［4］ GB50017－2003鋼結構設計規范［S］.北京：中國建筑工業出版社，2003.