跨水塘高墩道岔連續(xù)梁施工技術(shù)

李 強(qiáng)

（中鐵二十二局集團(tuán)第四工程有限公司，天津 301700）

1 工程概況

長(zhǎng)株潭城際鐵路地處長(zhǎng)沙、株洲、湘潭城市群中心地帶。線(xiàn)路走向大體為北南向“人”字形，以京廣鐵路長(zhǎng)沙站為中心，易家灣特大橋是其連接樞紐。

易家灣大橋位于湖南省湘潭市易家灣鎮(zhèn)，分湘潭左線(xiàn)和湘潭右線(xiàn)2座橋，右線(xiàn)在里程XYDK29+143.32～XYDK029+182.66處接入左線(xiàn)，左右線(xiàn)交匯處采用3×32 m道岔連續(xù)梁過(guò)渡為雙線(xiàn)，左線(xiàn)暮云臺(tái)～26號(hào)墩為單線(xiàn)段，27號(hào)墩～湘潭臺(tái)為雙線(xiàn)段，左線(xiàn)在里程XDK28.921處跨越長(zhǎng)株潭城際正線(xiàn)的鐘家塘特大橋，在里程XDK29+370處跨越既有京廣鐵路。道岔連續(xù)梁沿中心線(xiàn)（32.65+32.7+32.65）m共一聯(lián)橋，橋長(zhǎng)98 m。箱梁采用C50混凝土，設(shè)計(jì)方量為1 005 m3。箱梁斷面為單箱雙室，頂寬由15.04 m過(guò)渡到12.2 m，全橋一次澆筑完成。

由于橋梁位于水塘回填土，地基處理復(fù)雜，橋墩29 m，現(xiàn)場(chǎng)臨近京廣鐵路，施工場(chǎng)地狹小，施工難度較大。橋址處地表水發(fā)育，主要為水塘水、水田水，后期為方便施工，對(duì)橋址處進(jìn)行回填，回填厚度約3 m，淤泥層厚度約6 m。

2 施工方案比較與選擇

國(guó)內(nèi)外對(duì)現(xiàn)澆道岔梁的施工經(jīng)驗(yàn)和做法通常采用支架法，支架形式可采用滿(mǎn)堂支架、梁柱式支架或兩者的組合結(jié)構(gòu)。采用支架法制梁時(shí)，對(duì)地基要求高，地基處理較關(guān)鍵，在本方案設(shè)計(jì)初期，對(duì)施工方案進(jìn)行比選。因地處魚(yú)塘回填土，采用滿(mǎn)堂支架，基礎(chǔ)處理工程量大，易發(fā)生不均勻沉降，支架高度大于24 m，采用滿(mǎn)堂支架不合理。本梁橋梁縱坡較小，采用梁柱式和滿(mǎn)堂支架結(jié)合法，需要投入的材料種類(lèi)多、工序復(fù)雜、施工時(shí)間長(zhǎng)、技術(shù)難度較大，綜合考慮工期要求、現(xiàn)場(chǎng)的施工條件及安全、質(zhì)量要求，采用梁柱式支架，施工方便快捷，因此，選擇梁柱式支架方案作為道岔連續(xù)梁的施工方案。

3 總體方案

本橋梁體設(shè)計(jì)為（32.65+32.7+32.65）m單箱雙室預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁，支架系統(tǒng)采用“鋼管柱+貝雷梁”結(jié)構(gòu)。在梁體投影范圍內(nèi)，分別利用每墩承臺(tái)作為每跨支架的邊支點(diǎn)基礎(chǔ)，在跨中位置設(shè)2排Ф630 mm鋼管組成的鋼管立柱臨時(shí)支墩，鋼管支墩每排設(shè)5根鋼管。中支點(diǎn)位置處的兩排鋼管立柱縱向間隔3 m（標(biāo)準(zhǔn)321型貝雷梁節(jié)段度），橫向根據(jù)梁體截面寬度調(diào)整，支柱間采用型鋼連接形成格構(gòu)式支墩，支墩基礎(chǔ)采用C30混凝土樁基加小承臺(tái)，承臺(tái)高為1 m，寬約為5 m，下方布設(shè)8顆直徑1.25 m樁基，樁基長(zhǎng)為10 m。為防止基礎(chǔ)承臺(tái)開(kāi)裂，對(duì)基礎(chǔ)底部和頂部進(jìn)行配筋加強(qiáng)，鋼管立柱對(duì)應(yīng)位置采用配筋加強(qiáng)。

每處鋼管頂依次自下向上設(shè)落模砂箱、橫向I40a工字鋼、標(biāo)準(zhǔn)貝雷梁、橫向I20a工字鋼、縱向方木，完成支架體系。為便于施工采用木模板，面板采用15 mm厚優(yōu)質(zhì)竹膠板，鋼管作為加固肋。支架系統(tǒng)完成后按照梁體構(gòu)造鋪設(shè)底模、側(cè)模，再綁扎底板、腹板鋼筋、安裝橫向、縱向預(yù)應(yīng)力波紋管，檢查合格后安裝內(nèi)模板，綁扎頂板鋼筋和相關(guān)預(yù)埋件，穿波紋管。驗(yàn)收合格后澆筑混凝土，采用泵送混凝土連續(xù)灌注。達(dá)到設(shè)計(jì)要求后，進(jìn)行鋼絞線(xiàn)張拉，張拉采用“雙控”，張拉完成后及時(shí)進(jìn)行真空壓漿操作。通過(guò)放出落模砂箱中的砂子，達(dá)到拆除貝雷梁的目的，鋼管立柱應(yīng)在貝雷梁被拆除后再逐根拆除。支架縱向單跨布置圖如圖1所示，支架橫向布置圖如圖2所示。

圖1 支架縱向單跨布置圖

圖2 支架橫向布置圖

4 具體施工方法

（1）分配梁設(shè)計(jì)。

I20a工字鋼承受上部荷載分別有梁體荷載、模板自重荷載、扣件式鋼管腳手架荷載、施工人員、施工設(shè)備荷載及振搗時(shí)產(chǎn)生的荷載。按實(shí)際支架布置方式與梁體位置關(guān)系建立模型，采用Midas Civil軟件分析得到I20a工字鋼的最大彎曲應(yīng)力86.4 MPa，最大剪應(yīng)力為33.4 kN，最大變形為0.8 mm，滿(mǎn)足相關(guān)要求。

采用I20a工字鋼作為分配梁材料應(yīng)力較小，應(yīng)縮減其截面，考慮到本項(xiàng)目特點(diǎn)，存在隧道施工，I20a工字鋼可作為初支鋼架使用，材料可周轉(zhuǎn)使用。

（2）貝雷架的選型依據(jù)。

本橋采用不加強(qiáng)型貝雷桁架搭設(shè)，采用3組三排單層以及4組雙排單層貝雷架搭設(shè)，分別按最不利荷載考慮。

受力最大一組三排單層貝雷架最大彎矩為937.7 kN·m，剪力為568.5 kN，小于321型貝雷架容許應(yīng)力、撓度，符合設(shè)計(jì)要求。

受力最大一組雙排單層貝雷架最大彎矩為599.2 kN·m，剪力為363.3 kN，小于321型貝雷架容許內(nèi)力、撓度，符合設(shè)計(jì)要求。

貝雷架最大彎矩為3 968.41 kN·m，剪力為2 406 kN，小于321型貝雷架容許內(nèi)力，符合設(shè)計(jì)要求。

因此，選擇321型貝雷片。

（3）縱向水平推力克服。

本橋存在縱向坡度，施工時(shí)會(huì)產(chǎn)生水平推力，造成支架不穩(wěn)定，在各橋墩高位埋設(shè)拉結(jié)筋，與貝雷梁采用U形鋼筋拉結(jié)，在低位設(shè)置支頂結(jié)構(gòu)，平衡水平向分力。

（4）I40a工字鋼橫梁驗(yàn)算。

采用有限元分析軟件分析上述梁體及人員、機(jī)械、模板、分配梁、主梁荷載，考慮最不利荷載情況，可得I40a工字鋼上橫梁的彎矩為294.54 kN·m，剪力為427.69 kN，最大變形為8.2 mm（1、5單元外側(cè)），在橫向布置3根I40a工字鋼做橫梁，強(qiáng)度驗(yàn)算通過(guò)，撓度滿(mǎn)足要求。

（5）安裝落模砂箱。

安裝前首先計(jì)算砂箱內(nèi)裝入標(biāo)準(zhǔn)砂的高度，裝砂過(guò)程采用流水灌筑達(dá)到水夯密實(shí)的目的。為了保證施工要求，裝砂水沉后，采用反力架+千斤頂?shù)姆绞浇o落模砂箱施加反力，反力值按照最不利荷載進(jìn)行計(jì)算，保證安裝后砂箱頂部與標(biāo)高一致。

砂箱與鋼管柱頂采用法蘭盤(pán)栓接，每根鋼管柱接長(zhǎng)位置及底部位置焊接830 mm×830 mm×16 mm鋼板1塊。

（6）臨時(shí)支墩檢算。

按結(jié)構(gòu)最不利荷載計(jì)算，按照整體與單根鋼管分別驗(yàn)算，計(jì)算公式采用軸心受壓構(gòu)件的整體穩(wěn)定計(jì)算。

臨時(shí)支墩采用Ф630 mm鋼管，鋼管壁厚為10 mm，計(jì)算高度采用兩端鉸接的方式驗(yàn)算高度，按a類(lèi)截面軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定系數(shù)表，計(jì)算穩(wěn)定系數(shù)為136.8。

單根鋼管支墩軸向承載力為1 550 kN，大于單根最大支反力為893 kN，單排5根鋼管立柱承載力為7 750 kN，大于最大支反力即2 972.2 kN。

因此，鋼管支墩承載力符合要求。前后兩排鋼管立柱安裝完畢后及時(shí)焊接縱向[20槽鋼，提高穩(wěn)定性。

（7）基礎(chǔ)設(shè)計(jì)施工。

中支點(diǎn)基礎(chǔ)采用C30混凝土樁基加承臺(tái)，每個(gè)承臺(tái)高為1 m、寬5 m，下方布設(shè)8顆直徑1.25 m樁基，樁基長(zhǎng)度10 m；單樁承載力特征值為1 456.285 kN，側(cè)摩阻力為474.538 kN，在總承載力中占比為32.6%，端阻力為981.748 kN，占總承載力67.4%。為了防止基礎(chǔ)承臺(tái)開(kāi)裂，對(duì)基礎(chǔ)底部、頂部鋼管立柱對(duì)應(yīng)部位進(jìn)行配筋加強(qiáng)。

為了確保與鋼管柱有效焊接，提高鋼管柱的穩(wěn)定性，應(yīng)根據(jù)圖紙進(jìn)行施工，鋼板需要在平臺(tái)澆筑時(shí)預(yù)埋，應(yīng)避免支架基礎(chǔ)浸泡在水中，做好基礎(chǔ)周?chē)呐潘疁希ＷC水流暢通。

（8）施工注意事項(xiàng)。

砂箱頂應(yīng)設(shè)置固定工字鋼措施，3根I40a工字鋼在兩側(cè)端部滿(mǎn)焊鋼板，采用綴板在中部連接，使3根工字鋼形成一個(gè)整體，提高穩(wěn)定性。

I20a工字鋼縱向設(shè)置整體連接裝置，并與貝雷梁上弦桿采用U形卡固定連接，采用U形卡扣將貝雷片下弦桿與分配梁三拼I40a工字鋼連接，形成整體。

5 支架系統(tǒng)預(yù)壓

鋼管支架采用堆載預(yù)壓施工工藝，通過(guò)加載標(biāo)準(zhǔn)砂袋或渣土袋，以達(dá)到檢驗(yàn)支架及地基的強(qiáng)度、穩(wěn)定性的目的，并以支架沉降量為依據(jù)調(diào)整底模、側(cè)模高度，保證施工質(zhì)量。

預(yù)壓按照原位支架法預(yù)壓，預(yù)壓荷載取最大施工荷載的1.1倍，預(yù)壓材料采用沙袋或渣土袋，每個(gè)重量約1.6 t（采用統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)裝袋稱(chēng)量），共需1 976個(gè)，累計(jì)重量3 162 t。

6 結(jié)語(yǔ)

本文結(jié)合長(zhǎng)株潭城際鐵路的施工經(jīng)驗(yàn)，以高墩道岔連續(xù)梁支架施工為研究核心，闡述了支架選型依據(jù)及計(jì)算要點(diǎn)，介紹高墩格構(gòu)式支架的搭設(shè)方式，在長(zhǎng)株潭城際鐵路的順利實(shí)施，證明本方案安全有效，可為后續(xù)施工提供經(jīng)驗(yàn)。