高鐵車站超寬簡支箱梁現澆支架設計及應用

雒文卿 LUO Wen-qing

（中鐵十七局集團第二工程有限公司，西安 710043）

0 引言

目前越來越多的高鐵站設計為高架站，相比于傳統的車站，高架車站可以更加合理利用占地面積，增加車站立體交通網絡，提高人員乘車效率。由于高鐵車站站臺較多，從而使得主線到各站臺的到發線也隨之增多。受車站規模的影響，多數到發線曲率較小，使得高架車站與銜接橋梁之間梁體寬度變化較大，梁體寬度的不斷變化對簡支梁施工也增加了施工難度，尤其是梁體支架的搭設需隨著梁寬而變化。當梁體下方地質狀況較好時，可采用滿堂式支架進行施工，但當下方地質較差時，貝雷梁支架是梁體施工的最佳選擇。

1 工程概況

新建張呼鐵路懷安站特大橋位于張家口市懷安縣北部，橋長7094.71m。橋址處地形較平坦，主要跨越西洋河及既有京包鐵路、北外環路等。懷安高架站區間采用6股道布置。道岔布置較復雜，導致本橋站場區間內橋跨布置方式較復雜。為滿足道岔布置要求，道岔范圍內分別布置6×32.7m等寬道岔連續梁、4×32.7m變寬道岔連續梁、5×32.7m變寬道岔連續梁、7×32.7m變寬道岔連續梁、6×32.7m變寬道岔連續梁，連續梁之間布置1孔簡支梁。

懷安站特大橋在86#-88#墩、113#-114#墩、120#-122#墩采用32.7m并置有砟軌道預應力混凝土雙線簡支梁，其中113#-114#墩簡支梁寬度最大。該片簡支梁截面類型為單箱雙室等高度簡支梁，梁端及中支點處頂板、底板及腹板局部向內側加厚。橋面寬度12.05m，梁體全長32.6m，計算跨度31.1m，截面梁高2.7m（頂板頂面最低點至梁底），邊支座中心線距梁端0.75m。

2 梁體支架結構設計

梁體支架總體施工方案采用螺旋管支撐柱，工字鋼、工字鋼橫梁，貝雷梁縱梁。鋼管支撐柱采用橫向5排，縱向4列直徑Φ529mm，壁厚10mm螺旋管，螺旋管支撐柱垂直設置，下端置于混凝土條形基礎上，上端橫向主梁采用叁36a工字鋼，縱向主梁采用16片貝雷梁，貝雷片橫向布置間距為1.2+0.45+0.45+0.45+0.9+0.9+0.45+0.45+0.45+0.9+0.9+0.45+0.45+0.45+1.2m，橫向分配梁采用I12.6工字鋼。螺旋管中間采用[14a作為水平鋼桁撐，墩身兩側螺旋管采用[14a桁撐與墩身形成穩定連接。螺旋管之間的斜拉桿采用[10槽鋼。詳見圖1和圖2支架結構設計圖。

圖1 梁體支架縱向結構設計圖

圖2 梁體支架橫向結構設計圖

3 支架受力簡算

3.1 荷載取值

①本設計計算結構強度驗算采用容許應力計算[1]。鋼材彈性模量E=2.1×105MPa，A3鋼材彎曲容許應力[σ]=145MPa，抗剪容許應力[τ]=80MPa。16Mn鋼彎曲允許應力[σ]=273MPa，剪切容許應力[τ]=208MPa；②鋼筋混凝土重度rc=26.5kN/m3；超灌系數5%；③二次分配梁允許撓度[ω]=L/400；④單片貝雷片允許彎矩788.2kN·m，允許剪力245.2kN。

3.2 貝雷梁整體受力分析

通過對梁體支架整體建立madis模型進行受力計算，其貝雷梁最大彎曲應力和最大剪切應力分別見圖3和圖4所示。

圖3 貝雷梁彎曲應力云圖

圖4 貝雷梁剪切應力云圖

最大彎曲應力σ=260MPa＜[σ]=270MPa，滿足要求。

最大剪切應力τ=78.4MPa＜[τ]=200MPa，滿足要求。

3.3 螺旋管受力計算

鋼管支撐受壓高度1840cm，中間增加4道水平橫約束，最大自由受壓高度降低為600cm，橫撐約束形式視為交接，鋼管支撐采用直徑Φ529mm，壁厚10mm螺旋管柱，鋼管才是A3，鋼管分擔最大荷載R=919.6kN，鋼管物理特性：A=164cm2，Ix=Iy=54919cm4，回轉半徑i=18.352cm，長細比λ=L/i=600/18.352=32.7，屬短壓桿，長細比折減系數ф=0.928。[4]

支撐桿允許支撐能力：

【R】=фAf=0.928×164×10-4×215×106=3272.1kN

安全儲備系數K=3272.1/919.6=3.5，滿足要求。

鋼管受壓最大壓縮量：

△h=RH/EA=919.6×103×4/（2.1×105×106×164×10-4）=1.1mm。

中間橫撐：

中間橫撐可能受壓，也可能受拉，是雙向性桿件。按最不利工況是受壓桿件為對象設置，橫撐只是約束作用。

根據規定[2]，橫撐長細比按不大于200設置，依據圖，橫撐最大支撐間距3.97m，選擇條件回轉半徑i≥397/200=1.985cm，橫撐選擇[14a槽鋼，其回轉半徑i=5.52，滿足要求。

斜撐拉桿設置，采用[10槽鋼，橫截面面積A=12.7cm2。

承拉能力[F]=fA=215×106×12.7×10-4=273.05kN。

按國際《鋼結構設計規范》規定，水平拉桿承拉能力應滿足：

F≥Fcr/30（m+1）=3526×103/30（4+1）=23.5kN＜[F]=273.05kN，滿足要求。其中：Fcr為鋼管樁的承壓能力，長細比λ=600/18.352=32.7＜100，需按短壓桿算，取μ=1，Fcr=[σ]A=215×106×164×10-4=3526kN。m為支撐架高度內中間水平桁撐的道數，m=4。

3.4 支架基礎檢算

查施工圖，該處基底的基本承載力σ0=120kPa。擬定施做2.5m基礎山皮石炮砟換填和1.0m×10.9m×2.0m的C30條形基礎處理形式。條形基礎開挖完成后，需現場測定基底地基承載力不小于120kPa，基礎換填完成后檢查基頂表面承載力不小于250kPa。山皮石炮砟密度1.7t/m3。[5]

基底承載力計算：條形基礎混凝重量：G混凝土=1.0×2.0×10.9×23=501.4kN；作用在條形基礎上的荷載：G0=1938.5×2=3877kN；即：G=G混凝土+G0=501.4+3877=4378.4kN[9]；σ=F/A=G/A=4378.4/（2×10.9）=200.8kPa＜[σ]=250kPa，滿足要求。

換 填 料 重 量：G換 填 料=12.65×5.49×2.5×17=2951.6kN；即：G總=G換填料+G=2951.6+4378.4=7330kN；σ=F/A=7330/（12.65×5.49）=105.5kPa＜[σ]=120kPa

4 支架施工工藝

4.1 支架施工工藝流程

砼條形基礎→鋼管柱安裝→砂箱安裝→I36a橫梁安裝→貝雷片安放→I12a工字鋼安放→12×9方木安放→15mm底模鋪設。

4.2 基礎施工

基礎基坑開挖完畢后需向現場實驗人員和監理人員進行報驗，混凝土條形基礎施工前應檢查地基承載力應≥250kPa[6]，采用動力觸探進行檢測，檢測合格后方可進行基礎鋼筋的綁扎及下一步施工。基礎澆筑混凝土前，需對基礎頂部和底部標高進行復核，并詳細檢查預埋件的位置和數量，待上述工作全部確認合格完成后方可進行澆筑。混凝土澆筑后需及時覆蓋養護，待強度達到100%后[7]方可進行下一步工作。

4.3 管樁立柱及連接系安裝

鋼管立柱根據計算高度加工，保證基礎頂標高+鋼管柱長度+樁帽+砂箱高度+橫向主分配梁高度+貝雷架高度+橫向小分配梁高度+方木高度+底模厚度=梁底標高+預拱度。預拱度通過預壓結果計算確定。管樁加工焊接時要有資質的電焊工進行施工，管樁之間采用法蘭連接，安裝M27普通螺栓，接頭傾斜度不得大于3‰，且法蘭焊接焊縫要保證等強度連接[10]。鋼管立柱采用鋼絲繩+吊具整段起吊，人工輔助配合方式將鋼管立柱與預埋螺栓準確對位，安裝螺帽錨固。管樁固定牢固后，安裝人員通過鋼管立柱上安裝的安全爬梯解除吊具。鋼管立柱柱腳采用法蘭盤與基礎預埋螺栓連接成整體，安裝過程確保管樁豎直，采用靠尺進行測定，確保傾斜度≤0.2%，且不大于20mm。管樁立柱底與預埋件頂緊貼密實，不得留有空隙（必要時灌注砂漿，確保密實）[8]。詳見圖5鋼管立柱安裝示意圖。

圖5 鋼管立柱安裝示意圖

4.4 主分配梁安裝

管樁與砂筒安裝完成后，進行墩頂橫向主分配梁的安裝。分配梁使用3I36型鋼組拼，型鋼按設計要求焊接加勁板連接成整體。分配梁置于樁頂砂筒上，并在砂筒頂部靠近分配梁邊緣處，各焊一個限位擋板，防止分配梁移動。詳見圖6主分配梁結構設計圖。

圖6 主分配梁結構設計圖

4.5 貝雷梁安裝

墩頂橫向主分配梁安裝結束后，即可進行支架貝雷梁的拼裝。貝雷梁可分節段先在施工場地內進行拼裝，貝雷梁間采用標準450和900型支撐架連接，2排貝雷梁拼裝成一組單元桁架，貝雷梁之間通過銷軸連接，拼裝時將銷軸敲打至銷帽，另一端插入防脫落的開口銷。場地內先分組拼裝完成后整體吊裝，對吊裝到位的單元桁架，及時將組間支撐架安裝到位。貝雷梁吊裝前，由測量組按圖紙位置在樁頂分配梁上標示出貝雷梁安裝位置，采用紅油漆進行標示醒目記號，防止安裝錯位。

5 安全質量控制要點

①所有構件都應按設計有關規定設置。貝雷片上部工字鋼頂支立的翼緣板支架腳手架鋼管下部墊木板或橡膠墊抗滑，并安設穩固。②鋼管立柱安裝完成，對鋼管柱垂直度、焊縫質量、頂面高程、平面位置進行檢查，若檢查不合格，立即進行調整。③在使用過程中，定期對支架進行檢查，嚴禁在地上亂堆亂放[3]《鐵路橋涵工程施工安全技術規程》（TB10303-2009，及時清理各層堆積的雜物。不得將桿件等物從過高的地方拋擲，不得隨意拆除已投入使用的構件。④貝雷梁拼裝完成，對貝雷梁桿件、節點連接進行檢查，檢查合格才允許吊裝。⑤支架搭設完畢后，由技術人員、安質人員及試驗人員共同檢查支架搭設質量，同時經監理單位檢查符合要求后方可進行試壓。⑥堅持三級測量復核制，各測量樁點認真保護，施工中可能損毀的重要樁點要設好護樁，施工測量放線要反復校核。認真進行交接班，確保中線、水平及結構物尺寸位置正確。

6 結束語

通過使用鋼管貝雷梁支架，使得超寬簡支梁的施工更加安全，該方法不但解決了不同寬度梁體支架的搭設難題，而且提高了機械利用率，增加可施工的安全性，加快了施工進度，而且減少了梁體支架地基處理的措施費用。此方法為后續類似施工提供了借鑒和參考。