高速鐵路上跨高速公路連續(xù)梁懸臂澆筑施工掛籃工藝改進(jìn)

王明慧，邱立群，陳榮山，朱永波

(1．渝萬鐵路有限責(zé)任公司，重慶 400014;2．中國路橋工程有限責(zé)任公司，北京 100011;3．鐵科院(北京)工程咨詢有限公司，北京 100081)

高速鐵路上跨高速公路連續(xù)梁懸臂澆筑施工
掛籃工藝改進(jìn)

王明慧1，邱立群2，陳榮山2，朱永波3

(1．渝萬鐵路有限責(zé)任公司，重慶 400014;2．中國路橋工程有限責(zé)任公司，北京 100011;3．鐵科院(北京)工程咨詢有限公司，北京 100081)

高速鐵路上跨高速公路連續(xù)梁橋采用掛籃懸臂澆筑法具有不中斷公路交通、操作方便等特點，但施工過程中存在一定的安全風(fēng)險。渝萬鐵路客運專線上斑竹林雙線特大橋上跨渝宜高速公路，為(40+64+40)m三跨連續(xù)梁橋，選用三角掛籃作為懸臂澆筑施工的主要工具。為降低施工對公路行車安全的風(fēng)險，本文從掛籃設(shè)計、掛籃預(yù)壓工藝兩個方面進(jìn)行了改進(jìn)，并進(jìn)行了相應(yīng)的受力檢算和變形監(jiān)測。

懸臂法施工 連續(xù)梁 掛籃 工藝改進(jìn)

1 工程概況

渝萬鐵路客運專線上斑竹林雙線特大橋上跨渝宜高速公路，交角為51°。該橋位于重慶市長壽區(qū)境內(nèi)，為(40+64+40)m三跨連續(xù)梁橋，橋面總寬12.2 m，底板自6.352～5.740 m變寬，主跨梁體中支點梁高5.29 m，跨中梁高2.89 m，梁底距離路面凈高10.1 m。主跨布置如圖1所示。

圖1 渝萬鐵路客運專線上跨渝宜高速公路示意(單位:m)

渝宜高速公路為國家干線公路，車流量較大且交通不能中斷，因此該連續(xù)梁橋施工的首選方案為掛籃懸臂澆筑法。掛籃懸臂澆筑法是常見的連續(xù)梁橋施工方法，施工工藝相對成熟，但存在一定的安全風(fēng)險，當(dāng)上跨高速公路時尤其突出。為降低掛籃施工作業(yè)過程中的安全風(fēng)險，本工程從掛籃設(shè)計、掛籃預(yù)壓方式兩方面對掛籃進(jìn)行了改進(jìn)，并采用剛性防護(hù)棚架對作業(yè)區(qū)域下方進(jìn)行了全封閉防護(hù)，以防止高空墜物。

2 掛籃設(shè)計改進(jìn)

2.1 改進(jìn)方案

目前，國內(nèi)常用的掛籃主要有菱形掛籃、三角掛籃、貝雷桁架掛籃，其中三角掛籃自重較輕，結(jié)構(gòu)簡單，傳力明確，適用于跨度100 m以內(nèi)的箱梁。因此本工程選用三角掛籃作為懸臂澆筑施工的主要工具。

在連續(xù)梁施工中，掛籃走行時存在一定的安全風(fēng)險。走行時，在已安裝的滑軌上固定千斤頂頂座，通過千斤頂頂推滑座使掛籃順滑軌前行。因此，掛籃的自重越輕，千斤頂頂推力越小，走行越易控制，安全風(fēng)險將越低。對三角掛籃各部件進(jìn)行受力分析，主桁系統(tǒng)的2根斜桿(三角形的2個斜邊)主要承受拉力，原設(shè)計為雙拼［32a槽鋼與1 cm厚鋼板，質(zhì)量較大，擬采用6根φ32的精軋螺紋鋼進(jìn)行替換。由槽鋼和鋼板構(gòu)成的斜桿理論質(zhì)量為201 kg/m，由6根精軋螺紋鋼組成的斜桿理論質(zhì)量為40 kg/m，兩者單位長度質(zhì)量相差161 kg。掛籃單側(cè)單根斜桿長度為5.2 m，左右側(cè)前后斜桿總長5.2×4=20.8 m，共節(jié)省質(zhì)量161 kg/m×20.8 m=3.3 t，整個主桁架可減輕約1/3質(zhì)量，節(jié)約了鋼材，同時降低了掛籃走行時的安全風(fēng)險。

2.2 掛籃改進(jìn)后受力檢算

1)設(shè)計參數(shù)

①取最重懸澆段1#塊段為最不利工況;

②混凝土重度取26 kN/m3;

③施工荷載取2.5 kN/m2;

④超重系數(shù)取1.05;

⑤澆注混凝土?xí)r的動力系數(shù)取1.2;

⑥掛籃走行時沖擊系數(shù)取1.4;

⑦混凝土施工時荷載取值為:1.2×(1.05×P混凝土重量+P掛籃自重)+1.4P施工荷載;

⑧掛籃走行時荷載取值為:1.4P掛籃自重+1.4P施工荷載。

2)建立模型

采用Midas Civil軟件建立掛籃有限元模型，如圖2所示。

圖2 掛籃受力計算有限元模型

3)檢算結(jié)果

精軋螺紋鋼采用PSB830φ32精軋螺紋鋼，其截面面積A=804.2 mm2，屈服強(qiáng)度為830 MPa。單根允許拉力為804.2×830=667.5 kN，每根斜桿由6根精軋螺紋鋼構(gòu)成，最大允許拉力為667.5×6=4 005 kN。經(jīng)有限元計算，精軋螺紋鋼最大拉力為Fmax=758 kN＜4 005 kN，滿足設(shè)計要求。

3 掛籃預(yù)壓改進(jìn)

根據(jù)《高速鐵路橋涵工程施工技術(shù)指南》要求，掛籃投入使用前，應(yīng)進(jìn)行靜載試驗，預(yù)壓荷載為最大施工荷載的1.2倍。本案連續(xù)梁橋A1節(jié)段的質(zhì)量達(dá)119.1 t，傳統(tǒng)工藝一般采用加載混凝土塊或砂袋預(yù)壓，需要的混凝土塊的方量約60 m3，砂袋約102 m3。此方量在臨近高速公路側(cè)掛籃加載和卸載過程中存在重物墜落、吊裝失穩(wěn)的風(fēng)險，且臨時堆積過程中還存在失穩(wěn)、滑塌等風(fēng)險。因此，本工程利用千斤頂系統(tǒng)與已澆筑混凝土梁段(0#塊)的相互作用，來達(dá)到掛籃預(yù)壓的目的，可有效降低安全風(fēng)險。

3.1 掛籃預(yù)壓方案

掛籃加載試驗采取“千斤頂加載法”進(jìn)行，在已澆筑塊段上(0#塊)安裝斜支腿，以千斤頂施壓作為試驗荷載，液壓千斤頂安裝于底籃前橫梁上，采取逐級遞增加載并逐級測量的預(yù)壓方法，加載總重量為1#塊段荷載的1.2倍。預(yù)壓布置現(xiàn)場如圖3所示，液壓千斤頂加載布置示意如圖4。

圖3 預(yù)壓布置現(xiàn)場

圖4 液壓千斤頂加載布置示意

3.2 變形觀測

3.2.1 觀測項目

1)前支點沉降值，主桁前端銷結(jié)點、后錨上撓位置的變形。

圖5 主梁、上前橫梁及底籃前橫梁預(yù)壓觀測點布置示意

2)主桁上前橫梁跨中變形和吊帶處變形。

3)底籃前橫梁吊帶位置的變形。

3.2.2 測點布置(圖5)

1)掛籃主梁頂面的觀測點

①每根主梁的后錨位置設(shè)置1個觀測點，即測點1-1和1-2。

②每根主梁的前支腿位置設(shè)置1個觀測點，即測點1-3和1-4。

③每根主梁的前端銷結(jié)點位置設(shè)置1個觀測點，即測點1-5和1-6。

2)上前橫梁頂面的觀測點

①上前橫梁的4根吊帶位置各設(shè)置1個觀測點，即測點 2-1，2-2，2-3 和 2-4。

②上前橫梁的跨中位置設(shè)置1個觀測點，即測點2-5。

3)底籃前橫梁頂面的觀測點

底籃前橫梁的4根吊帶位置各設(shè)置1個觀測點，即測點 3-1，3-2，3-3 和 3-4。

3.2.3 變形觀測方法

1)變形觀測采用國家二等水準(zhǔn)測量或工程測量三等水準(zhǔn)測量的精度等級要求和觀測方法進(jìn)行施測，精度可達(dá)到±1 mm。

2)掛籃變形受日照、溫差影響。根據(jù)公式L1=L0(1+αΔt0)計算，掛籃構(gòu)件中吊帶變形受溫差影響最大，在溫差達(dá)10℃時，變形差為1.1 mm。為了準(zhǔn)確測得掛籃變形值，加載試驗應(yīng)選在溫差較小的時間段進(jìn)行。

3.3 預(yù)壓結(jié)果

1)按照試驗方案加載后，可等代測量出相對應(yīng)塊段的主桁、后錨、吊帶、前支點等位置的變形值以及掛籃的總變形值。

2)根據(jù)在各荷載作用下掛籃的豎向位移，繪制出荷載與變形的相關(guān)曲線圖。

4 結(jié)語

渝萬鐵路客運專線上斑竹林雙線特大橋連續(xù)梁施工實施過程中采用了改進(jìn)掛籃設(shè)計、掛籃預(yù)壓工藝等措施，減少了安全風(fēng)險，實現(xiàn)了安全事故為零的目標(biāo)，取得了較好的效果。上述兩項掛籃改進(jìn)技術(shù)具有降低安全風(fēng)險、節(jié)約成本、提高效率等優(yōu)點，可廣泛運用于鐵路上跨高速公路、國道、省道等類似工程。

［1］中華人民共和國鐵道部．TB 10752—2010 高速鐵路橋涵工程施工質(zhì)量驗收標(biāo)準(zhǔn)［S］．北京:中國鐵道出版社，2010．

［2］中華人民共和國建設(shè)部．GB 50017—2003 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范［S］．北京:中國計劃出版社，2003．

［3］江正榮，朱國梁．簡明施工計算手冊［M］．3版．北京:中國建筑工業(yè)出版社，2005．

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U445.466

A

10．3969/j．issn．1003-1995．2015．07．07

1003-1995(2015)07-0022-03

2014-12-26;

2015-02-07

王明慧(1964— )，男，湖北京山人，教授級高工，博士。

(責(zé)任審編 周彥彥)