某特大橋1-49.2m槽型梁上跨既有線施工技術分析

孔小麗

中鐵上海工程局集團第三工程有限公司 合肥 230000

引言

某特大橋主要為跨既有線而設。該橋29#～30#墩設計采用1-49.2槽型梁斜跨既有既有線，槽型梁設計采用支架現澆法施工。

既有既有線雙線電氣化鐵路行車密度大，受空間限制，需進行高位現澆槽型梁再落梁。跨越既有線槽型梁是本項目中安全防護的重點和施工控制的難點，安全風險大，需采用防護措施以保護接觸網及行車安全。

1 施工準備

施工前，對線路兩側的地埋管線采用人工挖十字探溝進行現場調查，獲得管線具體位置資料、管線現狀及使用狀況，并與管線管理單位聯系簽訂協議進行遷改。

2 施工方案

2.1 接觸網改造方案

因065#電化柱位于29#承臺位置、072#電化柱位于槽型梁底部，影響承臺及槽型梁支架現澆施工，需將065#電氣化柱西移5m、072#電氣化柱東移5m。

根據槽型梁對應065#、067#、070#接觸網處梁底標高、既有線軌面標高、工作支承力索及非工作支承力索的標高，按照鐵路技規最小絕緣距離0.5m考慮，需對065#、067#、070#接觸網承力索高度降至49.996m，并對承力索加絕緣護套。

2.2 防護排架設置

防護排架的設置，是為了把施工區和既有線隔離開，預防施工過程中的一些工器具和施工人員侵限。在距營業線鐵路建筑限界0.8m處設置防護排架。防護排架搭設長度15m，采用隔離欄柵進行隔離[1]。

2.3 槽型梁跨線現澆施工技術要點

槽型梁現澆支架采用鋼管立柱支架進行施工，因梁底距接觸網承力索高度最小只有0.5m，無施工空間搭設支架，需采取高位現澆后落梁施工工藝，支架結構厚度0.95m，考慮支架撓度、防電板厚度、施工誤差0.15m，支架底部距接觸網安全距離0.6m，現澆施工時槽型梁跨中段梁底標高為：49.996+1.7=51.696m，對應29#墩梁底標高51.421m，30#墩梁底標高51.471m，29#墩支撐墊石標高為49.981m，30#墩支撐墊石標高為50.03m，支座及砂漿層厚度0.25m，則兩端落梁高度均為1.19m。

2.3.1 鋼管立柱支架設計。支架系統自下而上結構分別為：2.0m×1.0m混凝土條形基礎、630×10mm鋼管立柱、雙拼I45a工字鋼系梁、I63a工字鋼作為橫梁、I20a工字鋼作為縱梁、10cm×10cm調整方木、槽型梁膠合模板；其中鋼管立柱平行于既有線間距4m（局部加密至3m），垂直既有線間距12.0m，兩立柱間用75×75×5角鋼做斜撐。鋼管立柱上設置雙拼50工字鋼系梁進行連接，系梁上再布置I63a工字鋼橫跨既有線，間距1.5m；I63a工字鋼上布置I20a工字鋼橫梁，按平行某特大橋方向布置，腹部下間距0.6m，底板下間距0.8m。支架結構如下圖所示：

圖1 鋼管立柱支架結構圖

鋼管立柱邊緣距曲線內側線路中心最小距離為2.9m，距曲線外側線路中心最小距離為2.75m，鐵路基本建筑限界為2.44m，該段既有線為曲線地段，需考慮曲線加寬。根據計算，曲線內側加寬261mm，曲線外側加寬110mm。

2.3.2 支架預壓。為確保梁體質量和線型，并準確掌握現澆梁施工過程中支架各工況下的實際撓度、剛度和穩定性，支架使用前在現場做靜載預壓試驗，通過模擬支架在梁體混凝土施工過程中的加載來分析、驗證支架及其附屬結構的彈性變形，消除其非彈性變形，檢驗支架的安全性，計算施工荷載作用下的彈性變形。以此來指導混凝土分層澆筑的順序，以確保支架在投入使用后能正常工作和安全使用。

加載按最大施工荷載的60%、100%、120%分三級加載，每級加載完畢1h后進行支架的變形觀測，加載完畢后每6h測量一次變形值。預壓卸載時間以支架地基沉降變形穩定為原則確定，最后兩次沉落量觀測平均值之差不大于2mm時，即可終止預壓卸載。

2.3.3 支座安裝。本橋槽型梁采用PZ-6000球形支座，安裝支座前先對混凝土墊石濕潤，再用鋼楔調整支座標高，在支座底板與墊石之間預留2cm空隙，立模并在預留空間及螺栓孔中采用重力方式灌注專用灌漿劑。

2.3.4 模板、鋼筋、混凝土施工

2.3.4.1 模板施工：為保證現澆梁的線型滿足設計要求，按照支架預壓確定的彈性變形值設置預拱度，預拱度的設置主要考慮簡支梁承重后引起的彈性變形值和梁體設計給定的預應力引起的變形值。

2.3.4.2 鋼筋及預應力筋施工：鋼筋在加工場內集中加工，現場綁扎。預應力孔道采用鋼制波紋管成型，定位鋼筋控制線型，預應力筋采用后穿，利用塑料管作為預應力筋的護套，防止波紋管意外損壞、漏漿，影響預應力施工。橡膠套管應伸出兩端30-50cm。混凝土強度達到100%且養護齡期達到10天時進行張拉，先縱向，再橫向張拉后拆除模板。

2.3.4.3 混凝土施工：混凝土澆筑采用快速、穩定、連續、可靠的方式一次澆筑成型，過程中隨機取樣制作混凝土強度和彈模試件。澆筑完成后及時養護，防止裂紋。

2.3.5 落梁施工

2.3.5.1 臨時支墩和落梁平臺設置。支架應設有可靠的落梁裝置，在梁體每端設立四個臨時支墩，其中兩個設置在支撐墊石上，并在支架搭設的同時須在29#、30#墩側承臺上各澆筑2個落梁平臺，落梁平臺采用3*直徑630mm鋼管，在鋼管內填筑C30砼。臨時支墩采用12節10cm鋼墊塊支撐梁體，鋼墊塊外側設夾片形成整體，鋼支撐與墩頂之間采用膨脹螺栓連接，在搭設支架的同時，將高度最大的臨時支墩分別布置于墩頂支承墊石上和落梁平臺上。

2.3.5.2 落梁千斤頂設置。落梁千斤頂的額定起重能力宜大于實際起重量的1.5倍，以保證在不平衡受力時落梁安全，槽型梁全橋重1200噸，落梁施工計劃采用4臺500噸液壓油頂。每個梁端的兩臺千斤頂應采用雙頂單泵并聯形式，確保落梁端兩臺千斤頂同步運行，并應在每個千斤頂上設置截流閥，與油泵上的截流閥共同對落梁過程進行雙控，保證兩個支點的梁底高差在設計允許范圍內。

千斤頂和上下混凝土接觸處設置0.8m×0.8m鋼板支墊，以分散應力。其中上部鋼板預埋在梁體，鋼板范圍內梁體鋼筋進行加設雙層鋼筋網片。

2.3.5.3 限位鋼軌預埋。墩頂支撐墊石兩側預埋落梁限位鋼軌，每側2根P50鋼軌，埋深1m，落梁過程中由專人觀測梁體與限位鋼軌間的距離, 如發現梁體有橫向位移, 立即停止頂稿供油，檢查壓力表及供油情況。

兩梁端應交替落梁，每端每次下落約10cm，保持兩端高差在5cm左右。用落梁平臺支墩千斤頂頂起梁體后，應立即將墩頂臨時支墩上層墊塊更換為不同厚度組合的鋼墊板，并隨著梁體下落逐漸拆除鋼墊板，使鋼墊板與梁底始終保持約2cm距離。

3 既有線沉降及水平位移觀測

為保證既有線行車和設備安全，提供信息反饋，為各方決策提供依據，確保周邊建筑物安全，需對既有線沉降劑水平位移進行實時觀測。主要觀測內容有：既有滬昆上下行及牽出線軌頂沉降、接觸網柱位移、施工期間地表裂紋及沉降、施工期間周邊建筑物沉降、開裂。通過合理的監測方法和監測頻率，得到實時觀測數據，經過分析提出分析報告，需按日報形式同時報工區工程部、安質部，發生較大變化時立即與工務段研究對策。

4 結構受力檢算

4.1 鋼管立柱支架結構檢算

計算荷載考慮混凝土及模板自重、人員機具施工荷載、混凝土的傾倒沖擊荷載以及振搗荷載。梁重分配原則為：假定槽型梁的重量梁下的模板承受，頂板和底板的重量之和僅由底板下的模板承受，建立模型如下：

按《鐵路混凝土梁支架現澆技術規程》計算公式，通過手算輔助Midas有限元軟件建模，由上到下依次檢算模板、方木分配梁、工字鋼縱梁、工字鋼橫梁、雙拼工字鋼系梁的強度、剛度，檢算鋼管立柱的強度、剛度和穩定性，檢算支架下的地基承載力。通過檢算驗證了支架設計的安全性、合理性[2]。

圖2 梁重分配圖

圖3 支架受力有限元模型

4.2 落梁檢算

4.2.1 梁體橫向穩定檢算。落梁時取橫向最大位移為5cm，槽型梁總重為：1200t，支座中心距離5.84m。

梁體與水平線所成的夾角：H= arctan( 5/584) =0.490534

下滑力：F= 12000kN ×sin(0.490534) =102.74kN，鋼軌樁與混凝土接觸面距下滑力距離為：0.35+0.25+1.2+0.8=2.6m

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M1=102.74×2.6=267.124kN·m

P50鋼軌樁與混凝土握裹力查規范取f=4170kN/m2，P50鋼軌樁截面周長0.5m，q=2085kN/m，鋼軌樁預埋1m深。

M2=ql2/2=2085/2=1042.5kN·m

M1＜ M2，抗傾覆性符合要求。

P50鋼軌Ix=2037cm4 Wx=287.2cm3，抗彎強度f=295N/mm2

σ= M/nWx＜295N/mm2

n＞267.124×106/（287.2×103×295）=3.15

支撐墊石每側預埋2根P50鋼軌，埋深1m，滿足要求。

4.2.2 梁體縱向穩定檢算。落梁時梁體兩端最大高差為5cm，槽型梁總重為：1200t，鋼與混凝土的摩擦系數為：0.2。

梁體與水平線所成的夾角：H= arctan( 5/4920) =0.05823

因此靜摩擦力f=μN=0.2×1200×10×cos（0.05823）=2400kN

下滑力：F= 12000kN ×sin(0.05823) =12.2kN

F＜ f，符合要求。

4.2.3 混凝土受壓檢算。取最不利工況，即一端頂鎬頂起梁體，另一端落在臨時支墩上時千斤頂下方混凝土受力檢算[3]。

(1200t×10) /2/ (0.8×0.8) = 9.38MPa

梁體混凝土標號為 C50，臨時支墩混凝土為C30，均滿足要求。

5 結束語

某特大橋1-49.2m槽型梁跨越既有既有線梁體施工前，對影響現澆施工的既有線電氣化柱及接觸網承力索進行遷移改造，確保了既有線行車安全。為了預防施工過程中的施工設備及工器具和施工人員侵限，根據營業線鐵路建筑限界設置了防護排架，將施工區和既有線隔離開。

槽型梁采用搭設鋼管立柱支架現澆施工，因梁底距接觸網承力索間距過小，無施工空間搭設支架，因此本方案采用高位現澆法施工，待梁體強度達到要求后通過設置的臨時支墩和雙泵單軸并聯液壓千斤頂系統將梁體降落至設計標高。