上跨既有铁路现浇混凝土构筑物支撑结构形式研究

黄晶晶

（中铁十六局集团第四工程有限公司，北京 101400）

上跨既有铁路现浇混凝土构筑物支撑结构形式研究

黄晶晶

（中铁十六局集团第四工程有限公司，北京 101400）

结合巴达铁路申家滩上行特大桥门式墩的工程实践，介绍由贝雷梁组成的钢支撑结构形式在上跨既有铁路现浇混凝土施工中的应用。

上跨既有铁路；贝雷梁；钢管立柱；倒角支撑；砂箱

【DOI】10.13616/j.cnki.gcjsysj.2016.07.074

1 工程概况

巴达铁路申家滩上行特大桥位于四川省达州市境内，地处川东北山区，地势险要，该桥沿既有襄渝线并行接入襄渝线，其中25#~27#门式墩上跨既有襄渝线，与既有襄渝线以9.94°上跨立交。上部结构设计采用32m简支“T”形梁，下部结构采用桩基承台基础、门式桥墩，25#～27#门式墩净跨分别为：19.5m、19m和19m，盖梁截面尺寸（宽×高）为：2.9m×2.5m。

申家滩上行特大桥门式墩位于川东北山岭地区，交通条件及现场施工环境极差，门式墩盖梁施工主要存在以下几个难点。

1)现场吊装环境差。申家滩门式墩位于山岭凹地处，门式墩上跨既有铁路桥，吊装高度大于30m，且受既有铁路桥影响，吊装视线差增加了吊装难度。

2)门式墩墩跨度大，跨度达15m，因上跨既有铁路不能采用满堂支架支撑等相似形式的支撑结构形式，采用一般的杆件结构，跨中挠度达不到要求，因此对承重结构的挠度要求比较高。

3)申家滩上行特大桥门式墩上跨既有铁路，承重结构吊装需在图定的封锁点时间内完成，既有襄渝线的封锁时间为45min，留给施工的时间只有30min，在这30min中需完成门式墩盖梁承重结构吊装和固定工作，时间极其紧张。

4)门式墩盖梁与既有襄渝线接触网承力索之间空间狭小，盖梁施工完成后，盖梁承重结构拆除施工难度大。

2 方案比选

随着我国建设工程的快速发展，门式墩大量应用于铁路、公路及市政工程中，按门式墩盖梁形成方式主要分为现浇和预制两种，针对本项目，门式墩盖梁设计采用现浇施工。施工前期，曾考虑优化门式墩盖梁结构形式，建议盖梁改为钢箱梁，场外预制成型，一次吊装就位。门式墩盖梁采用预制钢箱梁有着施工时间短、对既有线的干扰最小的优点，但预制梁本身重量较大，针对本项目受地形条件和既有铁路的影响，交通条件极差，大型吊装设备无法进场，不能满足预制梁吊装需求。因此，将门式墩盖梁结构改为预制钢箱梁形式不适合本项目。

门式墩盖梁采用现浇法施工，常用的承重结构有满堂支架、型钢支撑及贝雷片支撑等方式。

针对本项目门式墩上跨既有线桥梁的特点，满堂支架法施工不适用于本项目。

选用型钢作为门式墩盖梁的直接受力结构，针对本项目门式墩跨度大的特点，为确保不与既有铁路设备发生接触，型钢两端支撑点的间距不得小于14.5m，跨中挠度不得大于24.17mm，在型钢选型过程中，考虑使用常用最大型号的工字钢I63c，按满铺考虑，再通过计算机模拟检算，验算其挠度是否满足规范要求，通过检算，跨中挠度为26.43mm。不能满足规范要求，因此采用型钢支撑不适用于本项目。

贝雷片支撑在门式墩施工中已得到广泛应用，施工技术相对也比较成熟。本项目门式墩采用贝雷片支撑，需满足贝雷梁安装空间的需要。本项目门式墩上跨既有襄渝线，盖梁底部距既有铁路接触网承力索线最小只有1.9m，贝雷片标准高度为1.5m，上下加设加强弦杆后，结构高度为1.7m，再加上上部的纵梁和底模的高度，盖梁底部空间全部利用完毕。按此安装后，贝雷梁与既有铁路接触网承力索刚好贴着，承力索为高压带电体，电压高达27.5kV，存在巨大的安全隐患。若不能解决这个问题，将不能采用贝雷片作为盖梁的支撑结构。通过与铁路设备管理单位沟通咨询，在保证既有铁路运营安全的前提下，可以适当调整接触网线结构高度，这样的话，通过调整接触网线结构高度，能使贝雷片与既有接触网承力索之间有一定的空隙。再辅助一些防电措施，能确保施工作业环境安全。

通过详细的调查研究，最终选择贝雷片作为门式墩盖梁的主要承重结构，倒角部分采用碗扣式脚手架支撑，即贝雷梁支撑结构形式为贝雷片+碗扣式脚手架。贝雷片为标准件，属桁架结构，将贝雷片组装成贝雷梁，直接承受盖梁重量。选择贝雷片作为门式墩承重结构有如下优点：

1）受力性能好。贝雷片为桁架结构与常规的杆件相比，受力性能能提高30%。

2)运输方便、组装快速。贝雷片常规尺寸为3m×1.5m（长×高），体积较小，运输方便，特别适用于交通条件比较差的工程；贝雷片与贝雷片之间可通过销钉快速链接固定。

3)灵活性高。贝雷片与贝雷片之间可通过支撑架链接组成框架结构，且可通过调整支撑架的尺寸来调整贝雷梁框架结构的宽度，通过这一点可灵活调整门式墩盖梁施工平台的宽度。

4)吊装一次成型。可根据门式墩的跨度，提前将贝雷片在场外组装好，在规定的封锁时间内一次吊装完成，并本身为框架结构能保持自身的稳定性，节约了加固的时间。

5)跨中挠度变形小。通过力学验算得出贝雷梁跨中挠度不到20mm，小于规范允许值。

3 方案设计

3.1 下部支撑结构方案

下部结构竖向支撑结构由钢管立柱承担，钢管立柱尺寸为：管径准630mm，壁厚10mm。盖梁两侧各设置1排钢管立柱，跨度为14.7m，钢管中心正好各自对应上倒角点。每侧设置4根钢管，钢管与钢管之间间距为135cm。

钢管顶部采用20mm钢板进行封闭，钢板上方设置砂箱，砂箱的承载力不小于200t。砂箱的高度为30cm高，分上、下两半部分。

砂箱顶部设置工字钢横梁，横梁采用3根I320a工字钢并焊而成，工字钢内外侧在对应砂箱位置处采用10mm钢板加肋，加肋间距为20cm。

3.2 上部支撑结构方案

门式墩盖梁确定采用贝雷片作为支撑结构后，需确定贝雷片的组合形式。门式墩盖梁除盖梁倒角以外，跨度为14.7m，贝雷片的组合长度选定为15m，每排由5片贝雷片组成，为加强贝雷片的受力性能，在贝雷片上、下底部加设加强弦杆，如此，贝雷片的受力性能将增强一倍，大量减少贝雷片的使用数量，一方面节约了成本，另一方面相对来说也加快了施工进度。

为确保门式墩盖梁施工的安全，考虑盖梁本身的荷载及施工过程中的活载，确定贝雷梁的数量。最终贝雷梁的组合形式为：共12排贝雷片，每排贝雷片由5片标准贝雷片组成，长15m，贝雷片上下加设加强弦杆；每3排贝雷片组成1组贝雷梁，由标准支撑架连接，共4组贝雷梁。

4 盖梁支撑结构受力及稳定性分析

4.1 盖梁支撑结构计算模型

利用大型通用有限元软件Midas/civil建立门式钢支架模型，除贝雷梁斜杆采用桁架单元模拟、防电板采用板单元模拟外，其他结构构件均采用梁单元模拟。

门式钢支撑包括钢管柱、横梁和贝雷梁，共划分为2584个单元，其中梁单元2162个，桁架单元400个，板单元22个；节点1696个；钢管柱底面、侧面固结，柱顶固结横梁，横梁约束贝雷梁各向位移。结构整体模型见图1。

图1 结构整体模型

4.2 贝雷梁受力分析

4.2.1 位移

贝雷梁位移限值为L/600=23.8mm。根据检算结果，贝雷梁在桥墩盖梁荷载作用下的最大位移为20.714mm，加上下行风荷载后最大位移为20.722mm，均小于位移限值，因此结构安全。

4.2.2 剪应力

《铁路桥梁钢结构设计规范》规定的Q235钢材的剪应力容许值为80MPa，Q345钢材的剪应力容许值为120MPa。根据检算结果，贝雷梁的最大剪应力为79.6MPa，出现在弦杆位置，小于规范的容许值，因此结构是安全的。

4.2.3 组合应力

《铁路桥梁钢结构设计规范》规定的Q345钢材的应力容许值为210MPa，屈服强度为345MPa。根据检算结果，贝雷梁的最大组合应力为180.5MPa，出现在下弦杆支座处，小于规范的容许值，因此结构是安全的。

4.3 横梁受力分析

横梁主要承受由贝雷梁传递下来的荷载，在自重+贝雷梁传递下来的荷载作用下，根据检算结果，横梁最大的位移为2.2mm，与横梁跨度比值为1/2750。

横梁的最大剪应力为26.4MPa，小于《铁路桥梁钢结构设计规范》规定的Q235钢材剪切容许应力80MPa；横梁的最大组合应力为31.4MPa，小于Q235钢材的容许应力140MPa，结构安全。

4.4 钢管立柱受力分析

4.4.1 位移

根据检算结果，钢管柱在盖梁施工过程中的变形不大，最大位移为2mm；列车风荷载对钢管柱的变形影响较小。

4.4.2 应力

《铁路桥梁钢结构设计规范》规定的Q235钢材的应力容许值为140MPa，根据检算结果，钢管柱的最大组合应力为56.2MPa，小于规范的容许值，因此结构是安全的。

4.5 支撑结构整体稳定性

将门式钢支撑自重作为不变荷载，将桥墩盖梁荷载+下行风荷载作为可变荷载，得到结构的第一阶失稳系数为11.3。由于第一阶失稳系数大于1，所以门式钢支架不会出现失稳破坏。

5 结语

申家滩上行特大桥上跨既有襄渝线门式墩施工，施工作业环境差、上跨既有繁忙干线铁路，受既有线干扰极大，施工安全风险极高。通过现场认真研究，选择贝雷梁作为门式墩盖梁的承重结构，有受力性能好、组装方便、灵活性好、吊装一次成型及跨中挠度小等优点，有效解决存在的困难。

【1】耿庆军.跨级有线门式墩施工技术[J].黑龙江科技信息，2009（4）：185-185.

【2】李航.跨级有线门式墩贝雷梁支架施工方案探讨[J].中国科技博览，2011（25）：45-45.

【3】汪海旺.成绵乐铁路客运专线跨既有宝成线门式墩帽梁支架施工技术[J].铁道标准设计，2011（5）：45-47.

Research on the Form of the Support Structure of the Existing Cast-in-place Concrete StructuresAcross of Existing Railway

HUANGJing-jing
(ChinaRailway16thBureauGroupFourthEngineeringCo.Ltd.,Beijing101400,China)

Binding ofBada railway Shenjiatan uplink bridge portal pier engineering practice,the paper introduced consisting ofBailey beamof steel support structureinacrossexistingrailwaypouringconcreteconstructionintheapplication.

acrossexistinglines;Baileybeam;steelpipecolumn;chamferingsupport;sandbox

U448.17

A

1007-9467（2016）07-0118-02

2016-6-3

黄晶晶（1985～），男，江苏启东人，工程师，从事技术管理方面的研究，（电子信箱）13905300903@163.com。