既有铁路线旁无落地支撑架条件下高桥墩盖梁施工

2010-06-21钱大怀中铁二十四局集团有限公司

上海铁道增刊 2010年2期

钱大怀中铁二十四局集团有限公司

嘉闵高架桥是上海西部地区新辟的南北向快速通道，其中在闵行区春申路沿线上跨既有沪春线、沪昆线及在建沪杭客专线，公路高架桥计上跨11股铁路线（含规划沪杭城际铁路），并与铁路线形成四层立体交叉桥，从下至上分别是：既有沪春铁路、既有沪昆铁路、规划沪杭城际铁路为地面线路，第二层为金山铁路支线，第三层为在建沪杭客专，第四层即为本次在建嘉闵高架公路春申铁路段。由于公路高架处于四层立交最高层，临近铁路两侧墩身多以超40m高度跨越铁路线，其立柱建筑高度属于上海市最高，尤其墩顶高低端盖梁，截面尺寸为：15.84m×4.45（1.65）m、盖梁悬臂长、混凝土一次浇注量达140.8m3(详见图1)。同时本次上跨铁路高架桥桥址多位于当地北竹港河道中或沿岸，受既有铁路线和河道的双重制约，在建沪杭客专同步施工的道路和场地干扰，加之施工设备进场和吊装作业场地的缺乏，造成盖梁施工十分困难。

图1 Z8、Y8立柱盖梁与既有线位置图

1 盖梁方案的构想与比选

盖梁侧模采用定型钢模板，底模采用竹胶板加工制作，模板采用侧包底施工工艺，由吊车配合安装。钢筋在加工场地加工为成品和半成品，根据盖梁高度和施工条件采用整体吊装或直接在立柱顶部安装。盖梁砼采用一次性浇筑，砼由自建拌合站供应，泵送入模。针对本次超40m高墩的长大盖梁施工，最大难度在于如何建立稳固的支撑体系问题。

1.1 碗扣式满堂落地支撑体系

优点：设计、验算简单，安装方便。

缺点：需要有较宽阔的地面支持，不适宜施工场地狭小的区域，更不能在河道中使用；高支撑架本体安全防护措施要求高。另根据上海市的相关建设单位规定：高度大于30m桥墩不允许用落地支撑架进行水平混凝土施工。由于本工程桥墩高度均大于40m，不满足建设单位的规定要求，不宜采用。

1.2 钢桁架托架

优点：不占用地面，可以工厂制作，现场吊装不仅简单方便，安装周期短，结构稳定受力均匀。

缺点：一次性投入大，再利用率低。

1.3 贝雷片支撑架

优点：贝雷片为定型产品，现场吊装简单方便，安装周期短，不占用地面，可以反复使用，较经济。

缺点：整个支撑托架重心较高，不如钢桁架托架稳定性好。

根据三个方案的分析比较，参考上海市公路高架路其它施工标段的经验，从使用贝雷片作高柱墩盖梁施工承托层的情况看，盖梁混凝土浇筑后存在变形量偏大问题。经过比选论证，我们确定钢桁架托架作为最优方案。

2 临近既有线盖梁施工的防护措施

既有沪春线、沪昆线均为电气化铁路，高墩施工过程中为避免高空坠物击毁接触网线或打击运行通过列车，防止造成严重事故，需对既有线进行严密防护。

2.1 电气化线路的改造

（1）施工前确定施工影响范围内的电气化立柱，则必须进行移位。由于立柱腕臂在绝缘瓷瓶以外部分都为带27.5KV的高压带电体，如不对立柱进行移位，无法对腕臂做防电处理，因此必须做好危及行车安全的防护措施。

（2）把施工影响范围内的回流线进行换线，把裸露的铝芯线改成绝缘电缆架空或落地填埋保护。

2.2 盖梁施工范围既有线上方封锁搭设全覆盖防护棚

既有沪春线和沪昆线均为电气化铁路，防护棚净高为12.2m，沿线间距3.5m，跨径为20.4m。防护棚架基础采用混凝土条形基础，立柱采用¢500mm壁厚12mm钢管，横梁采用45a工字钢，主纵梁采用45a工字钢，其余纵梁采用10#槽钢，面板采用18mm胶合板和3mm镀锌铁板（详见图2）。

图2 沪春线防护棚横断面图

3 盖梁托架（结构）设计及力学分析验算

3.1 盖梁托架（结构）设计

考虑到盖梁施工的特点及本标段盖梁多处于河道内，墩身高、地基承载力差，不适合采用落地式支架施工，盖梁采用预埋销棒和钢桁架托架方法进行施工。钢桁架托架具体结构如图3、图7所示：

图3 钢桁架托架宗断面结构

3.1.1 销棒预留孔

在墩柱施工时，预先将钢管安装到墩柱的预定标高，控制好钢管的水平度及间距，定位钢筋按50cm一道固定，在钢管两端套Φ10螺旋钢筋并将钢管的两端用胶带封死，防止水泥浆流入。每个墩柱上共预埋2个销棒孔，销棒采用直径140mm的45号圆钢加工而成，预埋孔采用直径150mm的钢管。在预留孔端部安装钢筋网片，墩柱砼施工时应严格控制施工质量，加强振捣，保证预埋孔处的砼密实。

3.1.2 安装销棒、牛腿

在墩身施工完成后，利用墩顶平台搭设临时的施工平台(采用型钢加工一个小型的吊篮，利用吊车提升至销棒预留孔位置，然后用钢丝绳将吊篮拴在墩柱顶部的预留主筋上（详见图4)，用以安装销棒和牛腿。在预埋管位置敲出预留孔，清理里面的水泥浆等杂物，冲洗干净，保证孔内无毛刺、砂石等杂物。将加工好的销棒插入预埋孔内，然后安装牛腿。牛腿采用20和25mm厚钢板加工而成，应严格按照设计制作，保证每条焊缝的质量。

图4 安全施工平台示意图

3.1.3 安装型钢桁架

销棒牛腿安装完成后，再安装型钢桁架。上桁架采用H600型钢，下桁架采用H400型钢，待两片型钢桁架安装定位好后，采用H300型钢将其连接成整体并加剪刀撑，在桁架上横梁上设置4道Φ28精轧螺纹钢，下横梁设置2道，在两片桁架内的精轧螺纹钢上套Φ48钢管，外侧用螺母拧紧，以保证其整体受力，使盖梁支架具有足够的稳定性。桁架顶标高控制在盖梁底标高20cm～40cm，以方便在桁架上搭设支架。

盖梁施工人员通道采用定型爬梯，现场组拼，爬梯安装好后按规范要求进行检查验收。

3.1.4 三角托架搭设

在安装好的支架上架设制作好的三角托架，托架采用[14a和[10a槽钢制作。三角托架架设到桁架后之间用槽钢相连。三角托架上再铺设一层方木，方木间距20cm，方木上再架设模板。三角托架采用每根立杆下的钢楔调整高度，钢楔焊接至桁架的H60型钢上（详见图5）。

图5 三角托架示意图

3.1.5 支架防倾覆措施

在超高支架外侧设置抗风索，利用抗风索拉住支架，提高支架稳定性（详见图6）。

图6 钢管支架防倾覆示意图

3.2 盖梁托架（结构）设计及力学分析验算

3.2.1 盖梁结构图

图7 盖梁结构图

3.2.2 荷载确定

盖梁砼自重： G1=2165(kN);

钢模自重： G2=57×7.7×3×2=26.6(kN);

三角支架： G3=213.3×4=85.4(kN);

I28： G4=47.86×14×3.05=20.5(kN);

H60 型钢支架：G5=2×（17.64+9.8）×132.8+2×47.86×（2×5+

2.9×4 ）=93.6(kN);

方木自重：查规范知方木荷载为5kN/m3，则：G6=(0.1×0.12×3.05) ×5×78=14.3(kN);

施工人员、机具重量，查规范荷载按2.5kN/m2，则：

G7=15.84×3.05×2.5=120.9(kN)；

查规范振捣砼产生的荷载为2kN/m2，砼浇筑产生的冲击荷载为2kN/m2，则：G8=15.84×3.05×(2+2)=193.3(kN);

荷载分项系数：静荷载为1.2，活荷载为1.4。

3.2.3 横梁、主梁及钢销棒验算

（1）横梁验算：简化分析受力情况见图8。

图8横梁受力图

横梁采用I28的工钢，28a工字钢的截面矩w=508cm3，惯性矩I=7115cm4，弹性模量E=2.1×105N/mm2;

作用于横梁上的总荷载：G=[（G1+G2+G3+G4+G6）×1.2+G7×1.4]/(15.84×3.05)=63kN/m2;

间距按1m计算，横梁所受荷载q=63×1=63kN/m;

弯矩 M=1/2×q×L3×X×[(1-a/X) ×(1+2a/L3)-X/L3];

已知 a=0.15m，L3=3.05m，当 X=a+L3/2=0.15+3.05/2=1.675m时弯矩、挠度最大;

M=1/2×63×3.05×1.675×[(1-0.15/1.675) ×(1+0.3/3.05)-1.675/3.05]=72.5kN·m;

应力 σ=M/w=72.5×103/508=142.7MPa＜［σ］=210(MPa);

挠度 f=qL4/384EI×(5-24×a2/L2)=72.5×103×3.054/(384×2.1×1011×7115×10-8)×(5-24×0.152/3.052)=5.4(mm);

f/L4=5.4/3050=1/564<1/400

通过以上计算分析，28a工字钢主梁满足施工要求

（2）主梁验算：简化分析受力情况见图9。

图9 主梁受力图

主梁采用H60型钢，H60型钢的截面矩w=3343cm3，惯性矩I=97287cm4，弹性模作用于横梁上的总荷载：G=[（G1+G2+G3+G4+G5+G6+G7）×1.2+G8×1.4]/(15.84×3.05)=69kN/m2;主梁间距按1.5m计算，主梁所受荷载q=69×1.5=103.5kN/m，考虑到主梁支模采用I28型工钢焊接三角支架支撑悬臂主梁的稳定性，验算其悬臂部分弯矩，M=1/2×q×x2;最大弯矩M=1/2×103.5×1.67×1.67=145kN·m; 应力 σ=M/w=145×103/3343=43MPa＜［σ］=215Mpa，f/L<1/400。

（3）钢棒钢验算。采用直径dcm钢棒，两端各外露0.1m，钢棒的性质如下：

惯性矩I=πd4/32;

考虑安全系数为2，则有直径d>12.35cm钢销棒支撑主梁满足施工要求。结论：按照以上布置的方木、工字钢、钢棒均能满足受力要求