高速铁路上跨高速公路连续梁悬臂浇筑施工挂篮工艺改进
2015-09-05王明慧邱立群陈荣山朱永波
王明慧，邱立群，陈荣山，朱永波
(1．渝万铁路有限责任公司，重庆 400014;2．中国路桥工程有限责任公司，北京 100011;3．铁科院(北京)工程咨询有限公司，北京 100081)
高速铁路上跨高速公路连续梁悬臂浇筑施工
挂篮工艺改进
王明慧1，邱立群2，陈荣山2，朱永波3
(1．渝万铁路有限责任公司，重庆 400014;2．中国路桥工程有限责任公司，北京 100011;3．铁科院(北京)工程咨询有限公司，北京 100081)
高速铁路上跨高速公路连续梁桥采用挂篮悬臂浇筑法具有不中断公路交通、操作方便等特点，但施工过程中存在一定的安全风险。渝万铁路客运专线上斑竹林双线特大桥上跨渝宜高速公路，为(40+64+40)m三跨连续梁桥，选用三角挂篮作为悬臂浇筑施工的主要工具。为降低施工对公路行车安全的风险，本文从挂篮设计、挂篮预压工艺两个方面进行了改进，并进行了相应的受力检算和变形监测。
悬臂法施工 连续梁 挂篮 工艺改进
1 工程概况
渝万铁路客运专线上斑竹林双线特大桥上跨渝宜高速公路，交角为51°。该桥位于重庆市长寿区境内，为(40+64+40)m三跨连续梁桥，桥面总宽12.2 m，底板自6.352～5.740 m变宽，主跨梁体中支点梁高5.29 m，跨中梁高2.89 m，梁底距离路面净高10.1 m。主跨布置如图1所示。
图1 渝万铁路客运专线上跨渝宜高速公路示意(单位:m)
渝宜高速公路为国家干线公路，车流量较大且交通不能中断，因此该连续梁桥施工的首选方案为挂篮悬臂浇筑法。挂篮悬臂浇筑法是常见的连续梁桥施工方法，施工工艺相对成熟，但存在一定的安全风险，当上跨高速公路时尤其突出。为降低挂篮施工作业过程中的安全风险，本工程从挂篮设计、挂篮预压方式两方面对挂篮进行了改进，并采用刚性防护棚架对作业区域下方进行了全封闭防护，以防止高空坠物。
2 挂篮设计改进
2.1 改进方案
目前，国内常用的挂篮主要有菱形挂篮、三角挂篮、贝雷桁架挂篮，其中三角挂篮自重较轻，结构简单，传力明确，适用于跨度100 m以内的箱梁。因此本工程选用三角挂篮作为悬臂浇筑施工的主要工具。
在连续梁施工中，挂篮走行时存在一定的安全风险。走行时，在已安装的滑轨上固定千斤顶顶座，通过千斤顶顶推滑座使挂篮顺滑轨前行。因此，挂篮的自重越轻，千斤顶顶推力越小，走行越易控制，安全风险将越低。对三角挂篮各部件进行受力分析，主桁系统的2根斜杆(三角形的2个斜边)主要承受拉力，原设计为双拼［32a槽钢与1 cm厚钢板，质量较大，拟采用6根φ32的精轧螺纹钢进行替换。由槽钢和钢板构成的斜杆理论质量为201 kg/m，由6根精轧螺纹钢组成的斜杆理论质量为40 kg/m，两者单位长度质量相差161 kg。挂篮单侧单根斜杆长度为5.2 m，左右侧前后斜杆总长5.2×4=20.8 m，共节省质量161 kg/m×20.8 m=3.3 t，整个主桁架可减轻约1/3质量，节约了钢材，同时降低了挂篮走行时的安全风险。
2.2 挂篮改进后受力检算
1)设计参数
①取最重悬浇段1#块段为最不利工况;
②混凝土重度取26 kN/m3;
③施工荷载取2.5 kN/m2;
④超重系数取1.05;
⑤浇注混凝土时的动力系数取1.2;
⑥挂篮走行时冲击系数取1.4;
⑦混凝土施工时荷载取值为:1.2×(1.05×P混凝土重量+P挂篮自重)+1.4P施工荷载;
⑧挂篮走行时荷载取值为:1.4P挂篮自重+1.4P施工荷载。
2)建立模型
采用Midas Civil软件建立挂篮有限元模型，如图2所示。
图2 挂篮受力计算有限元模型
3)检算结果
精轧螺纹钢采用PSB830φ32精轧螺纹钢，其截面面积A=804.2 mm2，屈服强度为830 MPa。单根允许拉力为804.2×830=667.5 kN，每根斜杆由6根精轧螺纹钢构成，最大允许拉力为667.5×6=4 005 kN。经有限元计算，精轧螺纹钢最大拉力为Fmax=758 kN＜4 005 kN，满足设计要求。
3 挂篮预压改进
根据《高速铁路桥涵工程施工技术指南》要求，挂篮投入使用前，应进行静载试验，预压荷载为最大施工荷载的1.2倍。本案连续梁桥A1节段的质量达119.1 t，传统工艺一般采用加载混凝土块或砂袋预压，需要的混凝土块的方量约60 m3，砂袋约102 m3。此方量在临近高速公路侧挂篮加载和卸载过程中存在重物坠落、吊装失稳的风险，且临时堆积过程中还存在失稳、滑塌等风险。因此，本工程利用千斤顶系统与已浇筑混凝土梁段(0#块)的相互作用，来达到挂篮预压的目的，可有效降低安全风险。
3.1 挂篮预压方案
挂篮加载试验采取“千斤顶加载法”进行，在已浇筑块段上(0#块)安装斜支腿，以千斤顶施压作为试验荷载，液压千斤顶安装于底篮前横梁上，采取逐级递增加载并逐级测量的预压方法，加载总重量为1#块段荷载的1.2倍。预压布置现场如图3所示，液压千斤顶加载布置示意如图4。
图3 预压布置现场
图4 液压千斤顶加载布置示意
3.2 变形观测
3.2.1 观测项目
1)前支点沉降值，主桁前端销结点、后锚上挠位置的变形。
图5 主梁、上前横梁及底篮前横梁预压观测点布置示意
2)主桁上前横梁跨中变形和吊带处变形。
3)底篮前横梁吊带位置的变形。
3.2.2 测点布置(图5)
1)挂篮主梁顶面的观测点
①每根主梁的后锚位置设置1个观测点，即测点1-1和1-2。
②每根主梁的前支腿位置设置1个观测点，即测点1-3和1-4。
③每根主梁的前端销结点位置设置1个观测点，即测点1-5和1-6。
2)上前横梁顶面的观测点
①上前横梁的4根吊带位置各设置1个观测点，即测点 2-1，2-2，2-3 和 2-4。
②上前横梁的跨中位置设置1个观测点，即测点2-5。
3)底篮前横梁顶面的观测点
底篮前横梁的4根吊带位置各设置1个观测点，即测点 3-1，3-2，3-3 和 3-4。
3.2.3 变形观测方法
1)变形观测采用国家二等水准测量或工程测量三等水准测量的精度等级要求和观测方法进行施测，精度可达到±1 mm。
2)挂篮变形受日照、温差影响。根据公式L1=L0(1+αΔt0)计算，挂篮构件中吊带变形受温差影响最大，在温差达10℃时，变形差为1.1 mm。为了准确测得挂篮变形值，加载试验应选在温差较小的时间段进行。
3.3 预压结果
1)按照试验方案加载后，可等代测量出相对应块段的主桁、后锚、吊带、前支点等位置的变形值以及挂篮的总变形值。
2)根据在各荷载作用下挂篮的竖向位移，绘制出荷载与变形的相关曲线图。
4 结语
渝万铁路客运专线上斑竹林双线特大桥连续梁施工实施过程中采用了改进挂篮设计、挂篮预压工艺等措施，减少了安全风险，实现了安全事故为零的目标，取得了较好的效果。上述两项挂篮改进技术具有降低安全风险、节约成本、提高效率等优点，可广泛运用于铁路上跨高速公路、国道、省道等类似工程。
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U445.466
A
10．3969/j．issn．1003-1995．2015．07．07
1003-1995(2015)07-0022-03
2014-12-26;
2015-02-07
王明慧(1964— )，男，湖北京山人，教授级高工，博士。
(责任审编 周彦彦)
