铁路客专整体箱梁现浇支架大跨度门洞设计及施工关键技术

钱传顶

摘要： 本文结合工程实例，详细阐述了采用碗扣式钢管架作为铁路客运专线双线整体箱梁现浇满堂支架及万能杆件与贝雷桁架组合设置大跨度铁路通行门洞的设计方案。并对支撑系统的主要承重结构进行了承载安全检算。以期能对其它类似项目的施工起到一些借鉴作用。

Abstract： Combined with the engineering example， this paper introduces the design planning of large span railway traffic openings intercalated by the cast full support and universal bar and Bailey truss of the bowl-buckle passenger double dedicated line integral box girder. The safety inspection of main load-bearing structure of the support system is carried out to provide some reference for other similar projects.

关键词： 客专双线整体箱梁；碗扣式钢管架；万能杆件；贝雷桁架；通行门洞

Key words： passenger double dedicated line integral box girder；bowl-buckle steel pipe rack；universal rod body；Bailey truss；access opening

中图分类号：U445 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2017）02-0166-03

0 引言

满堂支架现浇箱梁因易于控制施工质量及梁体线型，安全性好，施工难度低等特点，在条件允许下为优先采用的施工方法。随着我国铁路、公路桥梁建设的发展，满堂支架法现浇梁的支撑系统亦朝着大吨位、大跨度方向发展，采用常规的钢管脚手架杆件搭设满堂支架及普通型钢设置门洞的承载能力有限。如何实现在大吨位箱梁、高桥墩及大断面等特殊情况下的梁体满堂支架施工是桥梁建设技术人员所面临的现实难题。

本文结合了作者的施工实例，详细阐述了铁路客运专线大吨位双线整体箱梁采用碗扣式钢管架作支撑系统的满堂支架法现浇，以及采用万能杆件与贝雷桁架组合设置跨越双线铁路的通行门洞的设计及施工方案，并对支撑系统关键受力结构进行了承载力验算，希望能够为桥梁工程技术人员在其他相类工程的支撑方案设计时提供一些思路。

1 工程概况

****铁路客专****大桥起讫里程为DK289+103.82～DK290+376.58，桥梁总长1300.62m，本大桥第27孔采用40m双线简支整体箱梁跨越***铁路。

箱梁采用等高变截面形式，总长40.6m。梁高268.6cm，梁顶宽1220cm，梁底宽265cm，箱梁中间标准段腹板厚69.7cm，顶板厚44.8cm，底板厚42.4cm。

箱梁采用满堂支架现浇施工，所跨的铁路为双线，线间距为4.6m，因条件限制，两股道之间不能设置临时支撑墩。则支架需设置跨度达12m门洞以保持铁路的正常运营。

本项目的箱梁为客专双线整体箱梁，具有大断面、大吨位及质量要求高等特点。故对于支架的基底处理，支架采用的材料及搭设形式，铁路通行门洞支墩、纵梁采用的材料等均不同于普通的支架现浇梁，对其安全性及承载能力的要求大幅提高。采用何种安全可靠的现浇支撑方案为本项目急需解决的难题。

2 支架及门洞设计方案研究及制定

2.1 支架结构设计方案

经过对常用的多种支架形式的适用性及承载能力进行的比对及评价，本项目最终决定采用新型的碗扣式钢管脚手架方案。碗扣式的核心部件是碗扣接头，由上下碗扣、限位销及横杆接头等组成，具有结构简单、接头结构合理、承压杆件采用轴向连接、力学性能好、工作安全可靠、施工简便等特点。完全能够满足本项目的施工要求。本项目碗扣式满堂支架布置如图1所示。

按设计范围进行支架地基的处理加固，清除地基表面的软弱地层，坑洼处分层回填碎石并夯实，如果地面倾斜过大而整成一同水平面工程量较大时挖成台阶。平整好的地面用16吨压路机碾压平实后，铺15cm厚的碎石并碾压密实，再在碎石层上浇筑厚度15cmC20混凝土垫层，垫层宽度较支架宽度大1m左右，并在场地四周挖设排水沟，避免雨水浸泡地基而降低承载力。在垫层上按照支架立柱所对应位置铺设15cm×15cm支垫方木以分散及传递压力。

支架宽度考虑工人操作、材料堆置及运输的需要，本项目支架的两侧宽度较箱梁超宽1.8m，以作为工作平台。

本次设计首先对满堂支架进行了承载验算，以明确定支架每根立杆所承受竖向压力的大小，从而确定了钢管立杆的纵向间距：腹板下立杆横桥向间距为30cm，底板及两侧翼缘板部下立杆横桥向间距为60cm；立杆纵向间距均为90cm，支架的横杆步距为120cm，用横杆使所有立杆联成整体；为了一步确保支架的整体稳定性，横向每隔4排立杆设置一道剪刀撑。纵向每隔3排立杆设置一道剪刀撑。

立杆下端均安装专用底座，立杆顶端安装可调节高度的顶托，以便调整支架高度及拆除模板起到卸落作用。

顶托上为纵梁，纵梁采用15cm×20cm方木，纵梁上摆放12cm×15cm方木横梁，其间距设置为40cm。在横梁即可铺设箱梁的底模及安设箱梁侧模支撑桁架。

2.2 铁路通行门洞设置方案

进行简支箱梁现浇施工时，为了确保铁路运营的正常进行，现浇支架需设置门洞，经与铁路局运输及工务管理部门沟通、协调，最终铁路局审核同意拟设置的门洞净宽为11m，净高为6m，以满足铁路安全行车要求。

经计算，铁路门洞两侧支撑需承受竖向荷载达6773.4kN，如果选用大型构件，在铁路两侧进行安装存在诸多困难。本项目门洞支墩使用了承载能力强，且能在不使用起重机械的情况下人力进行安装的万能杆件。

门洞纵梁的承载计算跨度达12m，整体箱梁自重及施工等荷载使纵梁产生非常大的弯矩，普通型材难以承受。本项目采用了贝雷桁架组拼成门洞纵梁。铁路通车门洞结构设置如图2所示。

万能杆件支墩采用C20钢筋混凝土基础，其尺寸为16.6m×2.6m×1.0m（长×宽×高），基础顶面标高为259.80m，以确保建成后门洞净高满足设计。

浇筑支墩混凝土时，按设计位置预埋连接万能杆件N21支承靴的螺栓，待混凝土强度达到要求后安装N21支承靴，立杆使用N1、N2两种杆件双拼接高，在立杆顶部也安装N21支承靴形成平台后，在支承靴上放置2I32a工字钢垫梁，工字钢垫梁上摆放贝雷桁架纵梁（腹板下纵梁间距为0.8m，底板及翼缘板下为1m）。纵梁之间按间距每2m安装一个支撑架，将贝雷桁架连接成稳固的承载整体。贝雷桁架纵梁上按间距60cm设置10cm×15cm方木分配梁。分配梁上满铺厚度为3mm的钢板，形成对铁路的防护棚罩，避免在施工时工具、材料跌落在铁路上影响行车安全，钢板上可直接铺设箱梁底模。

3 支架预压施工

支架搭完后需进行预压，一方面以检验支架整体承载的安全性。另一方面通过预先施加荷载，清除支架各结构间存在的非弹性变形和地基的非弹性沉陷，促使支架在箱梁砼浇注时结构的稳定。同时也获得了施工荷载施加于支架时其产生的弹性变形值，以准确设置支架的预拱度，使浇筑完成的箱梁符合设计的线型及标高。

采用砂袋堆载进行箱梁预压，砂袋堆码位置及重量与箱梁自重分布曲线一致，以尽量模拟施工时支架的承载情况。考虑堆载物品及人工操作时的偏差，堆载取1.2的不均匀系数。

在堆载区域设置观测点，其分布于每跨两端、1/8跨、1/4跨及跨中。每个观测断面在底板两侧、梁体中心线处及翼缘板外侧各布设一处观测点，同时在地基上在对应位置也布设观测点。

堆载达到总荷载50%和100%后均要量测各观测点的标高值；加载100%荷载后持荷24h后再次量测各观测点的标高变化情况，如果24h内的累计沉降量≯1.5mm则判断支架及地基已沉降到位，可卸压并再次复测卸压后各观测点标高；否则继续持荷预压至满足要求为止。

根据量测值计算出支架及地基弹性变形值，并根据预压成果调整支架各部位标高。

4 满堂支架及门洞结构承载验算

在方案优化及最终确定过程中均对支架及门洞的所有承载构件进行了力学检算，以确保结构安全，如下为主要承载构件力学检算过程。

4.1 荷载取值

①箱梁自重混凝土荷载按26kN/m3计。考虑到模板对箱梁自重荷载的传递及分散作用，将箱梁自重荷载简化成如图3所示的分布情况。

②施工机具及人员对支架产生的荷载按1.0kN/m2计。

③混凝土振捣时作用于支架的荷载按2.0kN/m2计。

④砼倾倒产生的荷载按2.0kN/m2计。

⑤模板重量产生的荷载按4.0kN/m2计。

4.2 碗扣支架受力检算

碗扣支架钢管规格为φ48mm×3.5mm，横截面面积：A=489mm2，抗压强度：[δ]=205MPa，回转半径：I=1.58cm。

对支架结构受力情况进行分析可知，支架主要由立杆承受上部荷载传递的轴向压力。腹板下单根立杆承受最大轴向压力。

①钢管立柱承载验算。

立杆在腹板下横桥向的布设间距为0.3m，纵向布设间距为0.9m，则上部荷载传递于单根立杆的轴向压力：

N=0.9×0.3×（39.9+1+2+2+4）=13.2kN

②立柱的稳定性检算。

因横杆设计步距为120cm，立柱长细比λ=l0/rx=120/1.58=76.0<150。

查《建筑施工碗扣式脚手架安全技术规范》，按插入法计算得稳定系数Φ=0.744。则：

[N]=ΦA[δ]=0.744×489×10-6×205×103=74.58kN>N=13.2kN（立杆承载能力满足要求）

4.3 通车门洞受力检算

4.3.1 万能杆件支墩承载验算

本项目采用万能杆件N1、N2杆双拼组成门洞支墩的立柱，查阅相关资料得，每根双拼万能杆件N1或N2杆立柱所能承受的轴向压力允许值为592kN。

位于箱梁底板下的门洞万能杆件立柱共计20根，门洞区域为沿桥纵向18m，按长度18m的箱梁上部荷载全部由20根万能杆件立柱承受（结果趋于安全）。

门洞范围内的上部箱梁自重（箱梁中间段横截面面积为10.25m2）及其它施工荷载：

=[10.25×18×26+（18×12.2）×（1+2+2+4）]=6773.4kN

荷载不均衡分布系数按1.2倍考虑。则单根万能杆件立柱承受的轴向压力为：

1.2×6773.4/20=406.4kN<592kN（支墩立柱承载满足要求）

4.3.2 贝雷桁架纵梁承载检算

每片标准贝雷梁：[M]=788.2kN·m，[Q]=245.2kN

对门洞方案分析可知，在箱梁腹板下的贝雷桁架纵梁承受着最大荷载，腹板下贝雷桁架纵梁布置间距为0.8m，贝雷桁架纵梁按跨度为12m，承受均布线性荷载的简支梁进行承载检算。

均布线性荷载：（39.9+1+2+2+4）×0.8=39.1kN/m2

弯矩M=39.1×122/8=703.8<[M]=788.2kN·m

剪力Q=39.1×12/2=234.6<[Q]=245.2kN

5 结束语

经过科学编制满堂支架及门洞的支撑方案，并精心组织施工，最终顺利完成客专双线整体箱梁的浇筑任务，且较原计划工期提前26d完成。施工期间支架及通行门洞牢固稳定，没有出现影响施工质量及危及施工安全、铁路行车安全的事项，浇筑的整体箱梁外形美观，线条平顺，得到了建设单位及监理单位的高度评价。

参考文献：

[1]鲍卫刚，周泳涛.预应力混凝土梁式桥梁设计施工技术指南[M].北京：人民交通出版社，2009，11.

[2]余孙文.浅谈满堂支架施工技术要点[J].山西建筑，2011（02）.

[3]卫申蔚，赖强.桥梁工程施工技术[M].北京：人民交通出版社，2008，08.