梁柱式支架法在客运专线高墩连续梁施工中的应用

2011-04-27孔永升

石家庄铁道大学学报(自然科学版) 2011年1期

孔永升

(中铁十七局集团第六工程有限公司，福建福州 350014)

0 工程概述

广深港客运专线水田特大桥10#～11#墩跨越石观路和一条河流，河流平行于石观路，河岸即为人行道，线路与石观路夹角为73.1°。设计9#～12#墩上部结构采用(40.75+64+40.75)m连续梁跨越(计算跨径为 40 m+64 m+40 m)，连续梁主墩 10#、11#墩高为 25 m，9#、12#边墩高为 28 m。

该桥位于居民区，连续梁主跨跨越道路为双向四车道，水泥路面，车流量极大;机动车道宽16 m，两侧均为宽3 m的非机动车道和3 m宽的人行道，机动车道和非机动车道由1.5 m宽绿化带分隔开。线路大里程侧人行道紧挨着一条9 m宽、3.5 m深的河流，河堤为浆砌片石挡墙。施工场地极其狭窄。

原设计连续梁采用挂篮悬灌浇筑施工，因房屋拆迁严重滞后，工期满足不了要求，将悬灌梁变更为支架现浇施工，以加快施工进度。变更后连续梁分为2个A(长26.5 m)、2个B(长28.5 m)、2个C(合龙段，长2.25 m)和1个D(长31 m)节段，如图1所示。中支点截面中心梁高6.05 m，跨中直线段及边跨13.75 m直线段截面中心梁高为3.05 m，梁底按二次抛物线y=0.0045245x2变化［1］。

图1 连续梁节段划分(单位:mm)

1 支架方案的确定

1.1 总体方案的选择

因连续梁桥墩高28 m，且跨越16 m宽的公路和9 m宽的河流，满堂支架不能适用。根据桥位地形、地质等实际情况，决定采用钢管贝雷梁式支架施工方案，这样道路通行不受影响，支架稳定性也较容易满足要求。

因梁底为二次抛物线形式，梁高度由6.05 m变至3.05 m，支架上部结构方案采用纵梁(贝雷梁)按水平布置，在贝雷梁上采用碗扣式支架来调整高度，可调顶托作为落架设备。这样可以达到以下目的，一是利用碗扣支架调整高度，满足梁底线型要求;二是通过碗扣支架将荷载垂直传递至贝雷梁上，贝雷梁再垂直传递到钢管，避免产生水平力;三是落架时，碗扣支架拆除后，箱梁底有足够空间方便吊车作业，便于贝雷梁拆除［2］。

1.2 支架跨径的确定

主跨支架跨径的布置原则:一是支墩位置避开行车道和河沟，并尽量远离河沟;二是贝雷梁采用简支结构，便于吊装及拆除，单层贝雷梁跨径一般采用12～15 m;三是靠近主墩端箱梁荷载较大，因此在靠近主墩端尽量采用小跨径支架。根据现场地形条件，主跨中支墩位置受到公路和河流的限制，因公路路面宽16 m，中间没有绿化带且车流量大，因此中支墩不能设在路面中间，另外河沟宽9 m，河岸距行车道距离为7.4 m，经比较论证，在公路两侧非机动车道各设一中支墩，采用跨径19.46 m和19.23 m支架分别跨越公路和河沟。边跨中支墩设置不受地形影响，采用(14.82+4.01+11.82)m的跨径组合。

1.3 中支墩基础的确定

为详细了解中支墩基础处的地质情况，在非机动车道处钻孔取芯15 m深，芯样揭示地质依次为回填土、全风化花岗岩，并在绿化带处采用轻型触探仪检测地基承载力，结果大于220 kPa，经初步验算可满足要求(两大跨支架之间的中支墩基础受力最大)，因此决定采用钢筋砼扩大基础。基础平行于公路方向设置，与铁路线路斜交73°。

靠河流的支墩扩大基础距离河岸边仅3.5 m，临空面高度(河流深)达3.5 m，为避免基础受力后挤压河堤挡墙，引起挡墙外移或倾覆，造成基础失稳，因此，在河床上采用砼预制块和砂袋堆载反压，将河沟宽度临时缩减至3 m，并加钢管对撑(因施工处于枯水季节，流水量较小)。

2 支架结构设计

根据桥梁跨径与现场地形条件，边跨支架采用(4.5+14.82+4.01+11.82+5.6)m的跨径组合，主跨 64 m 跨径支架采用(5.6+8.82+2.82+19.46+2.47+19.23+5.6)m 的跨径组合。支架采用简支结构，边跨设1个中支墩，中跨设2个中支墩，中支墩采用Φ630、壁厚δ=8 mm的螺旋焊钢管;墩旁设墩旁支墩立于承台上，钢管同上;采用国产321型贝雷梁作纵梁(跨径15 m以上采用加强型贝雷梁)［3］。

(1)中支墩基础。采用C30钢筋砼条形基础，尺寸为15 m×3.8 m×0.80 m。

(2)墩旁支墩基础。以承台作为支墩基础。

(3)支墩。中支墩采用双排钢管，墩旁支墩采用单排钢管，每排设6～7根钢管，并在管桩顶底端焊接10 mm厚钢板。钢管墩间采用采用Φ273钢管作为平联，［12槽钢作为剪刀撑。

(4)支架纵梁。用国产贝雷片拼成支架纵梁，单层两排一组，排间距为45 cm、90 cm、120 cm等三种形式，采用支撑架连接。19.46 m和19.23 m跨径采用加强型贝雷梁，贝雷纵梁均按简支布置。

(5)支架横垫梁。采用2～3根I45a工字钢焊接组成一组，焊缝中心间距1 m，焊缝长度30 cm。

(6)贝雷梁顶分配梁采用［18槽钢平放(槽口向上)，碗扣底托立于槽钢内。

(7)碗扣立杆为Φ48×3.5 mm，步距为1.2 m，边跨立杆纵向布置为3600 cm，中跨立杆纵向布置为5880 cm，底板范围横向立杆间距为720 cm，翼缘板范围横向立杆间距为4×90 cm=360 cm。支架设计图如图2所示。

(8)设计荷载及计算。设计荷载包括混凝土梁自重、贝雷梁自重、碗扣支架自重、圆管支墩自重，施工活荷载按2 kN/m2考虑。计算采用空间整体模型计算，软件采用有限元软件MIDAS计算。特别需要考虑的是圆管支墩的验算，由于支墩高度大，先按整体稳定性确定格构圆管支墩分肢间距，格构圆管支墩的计算长度按悬臂柱取2。然后按格构布置形式和内力结果确定圆管支墩截面及缀肢截面。

3 钢管高支架施工方法

3.1 中支墩基础施工

挖除绿化带表层杂填土至实地，采用轻型触探仪进行基底承载力试验，满足要求后，安装模板及上下面层钢筋网，并在钢管位置预埋连接钢板，浇筑砼。

图2 支架设计(单位:cm)

3.2 河岸旁支墩基础加固

对临近河岸的支墩基础，在河床内用砼预制块和砂袋堆载反压，堆载与河岸临空面密贴，并与对岸用钢管对撑顶紧。

3.3 支架钢管支墩施工

Φ630×8 mm螺旋焊钢管立柱直接焊接在混凝土基础顶面预埋的钢板上。为了增强钢管底部刚度及连接质量，钢管墩四周与预埋件连接加焊4块加劲三角钢板。

为避开钢管高空焊接接长的安全风险及保证焊接质量［4］，采取在地面按钢管墩设计长度一次焊接成型，在钢管接长处四周增加4块10 mm厚加劲钢板。钢管顶部焊接10 mm钢板封头。

钢管用吊车吊装就位，并及时用［12槽钢焊接剪刀撑，每10 m高度焊接一层Φ273 mm钢管平联，确保钢管墩支架整体刚度及稳定性。

3.4 承重梁及分配梁结构施工

中支墩钢管焊接完成后，在纵向每两根钢管顶放置2I45工字钢作纵垫梁，在垫梁上放置2组2I45工字钢横梁，在横梁上放置贝雷梁。贝雷梁按照纵向7片长21 m双排为一组，用45 cm的支撑架连接，加强弦杆在地面拼装完毕。利用夜间车流量小时，用160 t吊车分组吊装就位。贝雷梁固定后，为保证行车安全，在贝雷梁上面满铺竹胶板，避免杂物掉落，之后铺设［18槽钢作为分配梁，槽钢开口朝上。

3.5 碗扣支架施工

碗扣支架按照设计间距进行搭设，底托放置在槽钢内，立杆在梁根部及腹部处加密为30 cm×30 cm。纵向没隔4排立杆设置剪刀撑，纵向剪刀撑与墩身顶紧。在顶托上铺设横向、纵向方木及底模板。

3.6 支架施工注意事项

钢管支墩高度达20 m，钢管焊接应控制钢管的垂直度偏差小于1%，且不大于5 cm;支墩基础施工时注意预埋钢管墩底连接钢板;桥墩施工时，在平联对应位置安装预埋件，与钢管墩连接，增强钢管墩的稳定性，在墩身顶注意注意预埋工字钢牛腿，作为贝雷梁端支撑点;应注意横梁支撑中心应与贝雷片竖杆节点位置对应，若竖杆不能位于支点位置，须在支点对应贝雷梁处加设竖杆。