橫跨既有線防護通道(鋼構棚架)體系驗算

何 恒

(中鐵十五局集團第一有限公司，陜西西安 710018)

修建公路時，經常會遇到需要跨越既有鐵路線的情況，為取得最大的社會效益和經濟效益，應盡量減少封鎖施工，保證鐵路行車安全。這就需要解決公路建設與既有鐵路運營交叉影響的矛盾，同時安全防護也是重中之重。廣西防城港玉羅嶺一橋是一座跨鐵路公路橋，本工程的技術難點在于如何進行中跨防護通道施工，以保證頂板澆筑和舊橋拆除順利完成。

玉羅嶺一橋項目部結合施工經驗，根據現場實際情況和廣西沿海鐵路股份有限公司的運營要求，制定了既有線防護通道專項施工方案，并通過了方案評審，在具體施工過程中，證明該方案切實可行，操作性強，施工周期短，社會效益和經濟效益較高。

1 工程簡況

玉羅嶺一橋位于防城港港口區、原欽防高速公路玉羅嶺收費站出口往市區方向230 m處(公路中心里程K45+445.17)，為原興港大道上跨鐵路而設。因廣西沿海鐵路欽州北至防城港段擴能改造和防城港城市道路(原興港大道)加寬擴建需要，對既有橋進行拆除重建。新建玉羅嶺一橋設計為鐵路、公路兩用的鐵路立交橋，主體結構設計跨度為(10.2+17.7+10.2)m框架式剛架橋上跨鐵路。橋梁順鐵路方向全長110.77 m，分(28.08+27.23+27.23+28.08)m四段;垂直鐵路方向全寬43.30 m。鐵路與公路交叉里程為K161+121.24=K45+445.17，公路軸線與鐵路軸線交叉角38°52'，順公路方向總長69.01 m，垂直公路方向總寬64.9 m。本橋主體剛架采用順作法施工，先施工底板，待底板混凝土達到強度的70%后，分兩次施工側墻，側墻首次澆筑高度為底板頂面以上8 m，側墻二次澆筑與頂板同時施工，頂板混凝土一次澆筑。頂板非行車通道(兩邊跨)支架采用碗扣式腳手架搭設滿堂支架，行車通道(中間跨)支架先采用鋼管立柱、工字鋼縱梁、貝雷片橫梁等搭設設置1個凈寬為11 m，最小凈高為5.55 m(既有鐵軌至橫向貝雷片底高度)的行車安全防護通道，在防護通道上面搭設滿堂支架。防護通道總長度為130 m，支架立柱采用φ529鋼管，高5.10 m，間距為3 m，鋼管立柱頂底部采用δ=2 cm鋼板封頭，為了確保鋼管立柱的穩定性，在鋼管中灌入細砂并澆水密實;立柱上托Ⅰ45a工字鋼作為縱梁(每根工字鋼長12 m，每排立柱頂部并立2根Ⅰ45a做縱梁)，縱梁上放貝雷片形成橫梁(每組橫梁長12 m)，間距為0.6 m，橫梁貝雷片上滿鋪δ=2 mm鋼板，作為搭設滿堂支架的操作平臺及拆橋防護平臺。

防護通道起止樁號為:K161+052.18～K161+183.18，左側條形基礎寬度1 m，最小高度0.8 m(1號、4號剛架左幅可直接在既有企沙線內側擋土墻上澆筑混凝土)，右側條形基礎寬度1.2 m，最小高度1.2 m(處于欽防右線路基上，施工前先對此段路基按設計圖紙換填處理)，其中K161+052.68～K161+089段條形基礎頂標高為14.26 m，K161+089～K161+113段條形基礎頂標高為14.11 m，K161+113～K161+183.18段條形基礎頂標高為13.96 m。

2 支架結構體系驗算

2.1 荷載傳遞

跨既有鐵路防護通道荷載傳遞過程:荷載→模板→橫梁→縱梁→鋼管→槽鋼→貝雷片→工字鋼→鋼管立柱→基礎。

2.2 荷載計算

1)模板自重:g1=2.704 ×1=2.704 kN/m2(恒載，含內模、側模及支架，以混凝土自重8%計)。2)混凝土自重:g2=26×1.3=33.8 kN/m2(恒載，根據板厚1.3 m及混凝土密度計算，γ取26 kN/m3)。3)傾倒混凝土所產生的荷載:g3=3 kN/m2(活載，按經驗取值)。4)振搗混凝土產生的荷載:g4=2.0 kN/m2(活載，按經驗取值)。5)施工人員、施工料具運輸、堆放荷載:g5=2.5 kN/m2(活載，按經驗取值)。恒載分項系數取1.2系數，活載分項系數取1.4 系數，抗彎、剪強度驗算組合值:q1=1.2 ×(g1+g2)+1.4 ×(g3+g4+g5)=1.2 × (2.704+33.8)+1.4 × (3+2+2.5)=54.554 8 kN/m。抗撓強度驗算組合值:Q=1.2×(g1+g2)=1.2 × (2.704+33.8)=43.804 8 kN/m2。

2.3 行車通道支架體系驗算

2.3.1 貝雷片驗算

1)貝雷片橫梁間距按照0.6 m計算，在進行計算時按照線型均布荷載考慮 q=0.6 ×54.554 8 kN/m+1.5 kN/m(貝雷片橫梁自重線荷載)=34.233 kN/m，按照跨度為11 m的簡支梁受力分析。具體布置如圖1所示。

圖1 貝雷片橫梁受力圖（單位：cm）

單排標準型貝雷梁幾何特性:

彈性模量:E=210 GPa;截面模量:W=3 578.5 cm3;慣性矩:J=250 497.2 cm4。

2)抗彎驗算:

最大剪力 Q=KvqL=0.5 ×34.233 ×11=188.282 kN·m。

容許應力［Q］=245.2 kN·m ＞Q=188.282 kN·m(可)。

3)抗壓驗算:

跨中最大彎矩M=KmqL2=0.125 ×34.233 ×112=517.77 kN·m。

容許應力［M］=788.2 kN·m ＞M=517.77 kN·m(可)。

4)撓度驗算:

［f］=L/400=11 000 mm/400=28 mm(可)。

2.3.2 工字鋼驗算(Ⅰ45a)

1)2根并排工字鋼縱梁，排架間距按照0.6 m，簡支梁最大跨度按照3 m進行計算，貝雷梁線性荷載合計q=34.233 kN/m，每個集中荷載 P=12×q÷2=205.398 kN。

45a工字鋼截面特性:

截面慣性矩:Im=32 241 cm4;毛截面半截面慣性矩:Sm=836.4 cm3;凈截面抵抗矩:Wji=1 432.9 cm3。

2)強度驗算:

跨中最大彎矩:M=3P×0.5L－P×0.5L－P×0.3L－P×0.1L=0.6PL=0.6 ×205.398 ×3=369.716 kN·m。

每根工字鋼應力:

容許應力［δ］=170 MPa＞δ=129.01 MPa(可)。

3)撓度驗算:

2.3.3 鋼管立柱受力計算

1)鋼管立柱截面特性，見表1。

表1 鋼管立柱截面特性

立桿高度h=5.10 m，長細比 λ =μl/i=2×5 100/187.03=54.537(鋼管柱是兩段固定的細長壓桿，故取μ=2)。

2)強度驗算:

［N］=φ·A·［δ］=0.898×13 088×205=2 409 kN。

立桿承受的荷載按支座最大剪力荷載計算:

N=1.4(V左+V右)ql=1.4 × (0.625+0.625)× 54.554 8 ×11=1 050.178 kN。

N=1 050.178 kN ＜［N］=2 409 kN(可)。

2.3.4 條形基礎受力計算

立柱條形基礎左線采用1 m寬、最小0.8 m厚，右線采用1.2 m寬、最小1.2 m厚C20鋼筋混凝土條形基礎。

1)左線驗算。

h=0.8 m，b=1.0 m，l=3 m(立柱間距)、L=12 m(一根工字鋼長度)，得 S=bL=12 m2。

貝雷梁線性荷載合計q=34.233 kN/m，每個集中荷載P=12×q÷2=205.398 kN，總荷載F=21×P=4 313.358 kN(取一根工字鋼范圍的全部梁片傳遞荷載)。

基底應力 σ =F/S=4 313.358/12=359.446 5 kPa。

2)右線驗算。

h=1.2 m，b=1.2 m，l=3 m(立柱間距)、L=12 m(一根工字鋼長度)，得 S=bL=14.4 m2。

貝雷梁線性荷載合計q=34.233 kN/m，每個集中荷載P=12×q÷2=205.398 kN，總荷載 F=21 ×P=4 313.358 kN(取一根工字鋼范圍的全部梁片傳遞荷載)。

基底應力 σ =F/S=4 313.358/14.4=299.539 kPa。

結論:根據上述計算，立柱采用φ529鋼管，施工時立柱搭設高度H=5.10 m，立柱間距為3 m，立柱上下面用20 mm厚的鋼板加強，鋼管立柱之間每隔3 m，采用200 mm×73 mm×7 mm槽鋼聯系，可以滿足強度和穩定性的要求，立柱地基左線采用1 m寬、最小0.8 m厚鋼筋混凝土條形基礎，其中1號、4號剛架在混凝土擋土墻上澆筑條形基礎，不需處理，2號、3號剛架在澆筑條形基礎前必須檢測基底承載力，承載力不足400 kPa，做換填處理后檢測達到承載力要求方可澆筑此段條形基礎。右線采用1.2 m寬，1.2 m厚 C20鋼筋混凝土條形基礎，1號，2號，3號，4號剛架在澆筑條形基礎前必須檢測基底承載力，承載力不足300 kPa，做換填處理后檢測達到承載力要求方可澆筑此段條形基礎。

3 結語

橫跨既有鐵路線部分采用鋼管柱加縱向工字鋼、橫向貝雷片形成鋼構防護棚架，上部滿堂支架是橫跨既有線橋梁最常用的支架方法，方案設計時必須對支架承載能力、剛度及穩定性進行驗算，以確保在實際施工中支架不出現安全問題，保證鐵路行車安全。因此支架驗算顯得尤為重要。

［1］JGJ 128—2000，建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術規范［S］.

［2］GB 50204—2002，混凝土結構工程施工質量驗收規范［S］.

［3］GB 50300—2001，建筑工程施工質量驗收統一標準［S］.

［4］江正榮.建筑施工計算手冊［M］.北京:中國建筑工業出版社，2003.

［5］《建筑施工手冊》編委會.建筑施工手冊［M］.第5版.北京:中國建筑工業出版社，2012.

［6］GB J18—87，冷彎薄壁型鋼結構技術規程［S］.