高铁车站超宽简支箱梁现浇支架设计及应用

2022-03-07雒文卿LUOWenqing

价值工程 2022年8期

雒文卿 LUO Wen-qing

（中铁十七局集团第二工程有限公司，西安 710043）

0 引言

目前越来越多的高铁站设计为高架站，相比于传统的车站，高架车站可以更加合理利用占地面积，增加车站立体交通网络，提高人员乘车效率。由于高铁车站站台较多，从而使得主线到各站台的到发线也随之增多。受车站规模的影响，多数到发线曲率较小，使得高架车站与衔接桥梁之间梁体宽度变化较大，梁体宽度的不断变化对简支梁施工也增加了施工难度，尤其是梁体支架的搭设需随着梁宽而变化。当梁体下方地质状况较好时，可采用满堂式支架进行施工，但当下方地质较差时，贝雷梁支架是梁体施工的最佳选择。

1 工程概况

新建张呼铁路怀安站特大桥位于张家口市怀安县北部，桥长7094.71m。桥址处地形较平坦，主要跨越西洋河及既有京包铁路、北外环路等。怀安高架站区间采用6股道布置。道岔布置较复杂，导致本桥站场区间内桥跨布置方式较复杂。为满足道岔布置要求，道岔范围内分别布置6×32.7m等宽道岔连续梁、4×32.7m变宽道岔连续梁、5×32.7m变宽道岔连续梁、7×32.7m变宽道岔连续梁、6×32.7m变宽道岔连续梁，连续梁之间布置1孔简支梁。

怀安站特大桥在86#-88#墩、113#-114#墩、120#-122#墩采用32.7m并置有砟轨道预应力混凝土双线简支梁，其中113#-114#墩简支梁宽度最大。该片简支梁截面类型为单箱双室等高度简支梁，梁端及中支点处顶板、底板及腹板局部向内侧加厚。桥面宽度12.05m，梁体全长32.6m，计算跨度31.1m，截面梁高2.7m（顶板顶面最低点至梁底），边支座中心线距梁端0.75m。

2 梁体支架结构设计

梁体支架总体施工方案采用螺旋管支撑柱，工字钢、工字钢横梁，贝雷梁纵梁。钢管支撑柱采用横向5排，纵向4列直径Φ529mm，壁厚10mm螺旋管，螺旋管支撑柱垂直设置，下端置于混凝土条形基础上，上端横向主梁采用叁36a工字钢，纵向主梁采用16片贝雷梁，贝雷片横向布置间距为1.2+0.45+0.45+0.45+0.9+0.9+0.45+0.45+0.45+0.9+0.9+0.45+0.45+0.45+1.2m，横向分配梁采用I12.6工字钢。螺旋管中间采用[14a作为水平钢桁撑，墩身两侧螺旋管采用[14a桁撑与墩身形成稳定连接。螺旋管之间的斜拉杆采用[10槽钢。详见图1和图2支架结构设计图。

图1 梁体支架纵向结构设计图

图2 梁体支架横向结构设计图

3 支架受力简算

3.1 荷载取值

①本设计计算结构强度验算采用容许应力计算[1]。钢材弹性模量E=2.1×105MPa，A3钢材弯曲容许应力[σ]=145MPa，抗剪容许应力[τ]=80MPa。16Mn钢弯曲允许应力[σ]=273MPa，剪切容许应力[τ]=208MPa；②钢筋混凝土重度rc=26.5kN/m3；超灌系数5%；③二次分配梁允许挠度[ω]=L/400；④单片贝雷片允许弯矩788.2kN·m，允许剪力245.2kN。

3.2 贝雷梁整体受力分析

通过对梁体支架整体建立madis模型进行受力计算，其贝雷梁最大弯曲应力和最大剪切应力分别见图3和图4所示。

图3 贝雷梁弯曲应力云图

图4 贝雷梁剪切应力云图

最大弯曲应力σ=260MPa＜[σ]=270MPa，满足要求。

最大剪切应力τ=78.4MPa＜[τ]=200MPa，满足要求。

3.3 螺旋管受力计算

钢管支撑受压高度1840cm，中间增加4道水平横约束，最大自由受压高度降低为600cm，横撑约束形式视为交接，钢管支撑采用直径Φ529mm，壁厚10mm螺旋管柱，钢管才是A3，钢管分担最大荷载R=919.6kN，钢管物理特性：A=164cm2，Ix=Iy=54919cm4，回转半径i=18.352cm，长细比λ=L/i=600/18.352=32.7，属短压杆，长细比折减系数ф=0.928。[4]

支撑杆允许支撑能力：

【R】=фAf=0.928×164×10-4×215×106=3272.1kN

安全储备系数K=3272.1/919.6=3.5，满足要求。

钢管受压最大压缩量：

△h=RH/EA=919.6×103×4/（2.1×105×106×164×10-4）=1.1mm。

中间横撑：

中间横撑可能受压，也可能受拉，是双向性杆件。按最不利工况是受压杆件为对象设置，横撑只是约束作用。

根据规定[2]，横撑长细比按不大于200设置，依据图，横撑最大支撑间距3.97m，选择条件回转半径i≥397/200=1.985cm，横撑选择[14a槽钢，其回转半径i=5.52，满足要求。

斜撑拉杆设置，采用[10槽钢，横截面面积A=12.7cm2。

承拉能力[F]=fA=215×106×12.7×10-4=273.05kN。

按国际《钢结构设计规范》规定，水平拉杆承拉能力应满足：

F≥Fcr/30（m+1）=3526×103/30（4+1）=23.5kN＜[F]=273.05kN，满足要求。其中：Fcr为钢管桩的承压能力，长细比λ=600/18.352=32.7＜100，需按短压杆算，取μ=1，Fcr=[σ]A=215×106×164×10-4=3526kN。m为支撑架高度内中间水平桁撑的道数，m=4。

3.4 支架基础检算

查施工图，该处基底的基本承载力σ0=120kPa。拟定施做2.5m基础山皮石炮砟换填和1.0m×10.9m×2.0m的C30条形基础处理形式。条形基础开挖完成后，需现场测定基底地基承载力不小于120kPa，基础换填完成后检查基顶表面承载力不小于250kPa。山皮石炮砟密度1.7t/m3。[5]

基底承载力计算：条形基础混凝重量：G混凝土=1.0×2.0×10.9×23=501.4kN；作用在条形基础上的荷载：G0=1938.5×2=3877kN；即：G=G混凝土+G0=501.4+3877=4378.4kN[9]；σ=F/A=G/A=4378.4/（2×10.9）=200.8kPa＜[σ]=250kPa，满足要求。

换填料重量：G换填料=12.65×5.49×2.5×17=2951.6kN；即：G总=G换填料+G=2951.6+4378.4=7330kN；σ=F/A=7330/（12.65×5.49）=105.5kPa＜[σ]=120kPa

4 支架施工工艺

4.1 支架施工工艺流程

砼条形基础→钢管柱安装→砂箱安装→I36a横梁安装→贝雷片安放→I12a工字钢安放→12×9方木安放→15mm底模铺设。

4.2 基础施工

基础基坑开挖完毕后需向现场实验人员和监理人员进行报验，混凝土条形基础施工前应检查地基承载力应≥250kPa[6]，采用动力触探进行检测，检测合格后方可进行基础钢筋的绑扎及下一步施工。基础浇筑混凝土前，需对基础顶部和底部标高进行复核，并详细检查预埋件的位置和数量，待上述工作全部确认合格完成后方可进行浇筑。混凝土浇筑后需及时覆盖养护，待强度达到100%后[7]方可进行下一步工作。

4.3 管桩立柱及连接系安装

钢管立柱根据计算高度加工，保证基础顶标高+钢管柱长度+桩帽+砂箱高度+横向主分配梁高度+贝雷架高度+横向小分配梁高度+方木高度+底模厚度=梁底标高+预拱度。预拱度通过预压结果计算确定。管桩加工焊接时要有资质的电焊工进行施工，管桩之间采用法兰连接，安装M27普通螺栓，接头倾斜度不得大于3‰，且法兰焊接焊缝要保证等强度连接[10]。钢管立柱采用钢丝绳+吊具整段起吊，人工辅助配合方式将钢管立柱与预埋螺栓准确对位，安装螺帽锚固。管桩固定牢固后，安装人员通过钢管立柱上安装的安全爬梯解除吊具。钢管立柱柱脚采用法兰盘与基础预埋螺栓连接成整体，安装过程确保管桩竖直，采用靠尺进行测定，确保倾斜度≤0.2%，且不大于20mm。管桩立柱底与预埋件顶紧贴密实，不得留有空隙（必要时灌注砂浆，确保密实）[8]。详见图5钢管立柱安装示意图。

图5 钢管立柱安装示意图

4.4 主分配梁安装

管桩与砂筒安装完成后，进行墩顶横向主分配梁的安装。分配梁使用3I36型钢组拼，型钢按设计要求焊接加劲板连接成整体。分配梁置于桩顶砂筒上，并在砂筒顶部靠近分配梁边缘处，各焊一个限位挡板，防止分配梁移动。详见图6主分配梁结构设计图。

图6 主分配梁结构设计图

4.5 贝雷梁安装

墩顶横向主分配梁安装结束后，即可进行支架贝雷梁的拼装。贝雷梁可分节段先在施工场地内进行拼装，贝雷梁间采用标准450和900型支撑架连接，2排贝雷梁拼装成一组单元桁架，贝雷梁之间通过销轴连接，拼装时将销轴敲打至销帽，另一端插入防脱落的开口销。场地内先分组拼装完成后整体吊装，对吊装到位的单元桁架，及时将组间支撑架安装到位。贝雷梁吊装前，由测量组按图纸位置在桩顶分配梁上标示出贝雷梁安装位置，采用红油漆进行标示醒目记号，防止安装错位。

5 安全质量控制要点

①所有构件都应按设计有关规定设置。贝雷片上部工字钢顶支立的翼缘板支架脚手架钢管下部垫木板或橡胶垫抗滑，并安设稳固。②钢管立柱安装完成，对钢管柱垂直度、焊缝质量、顶面高程、平面位置进行检查，若检查不合格，立即进行调整。③在使用过程中，定期对支架进行检查，严禁在地上乱堆乱放[3]《铁路桥涵工程施工安全技术规程》（TB10303-2009，及时清理各层堆积的杂物。不得将杆件等物从过高的地方抛掷，不得随意拆除已投入使用的构件。④贝雷梁拼装完成，对贝雷梁杆件、节点连接进行检查，检查合格才允许吊装。⑤支架搭设完毕后，由技术人员、安质人员及试验人员共同检查支架搭设质量，同时经监理单位检查符合要求后方可进行试压。⑥坚持三级测量复核制，各测量桩点认真保护，施工中可能损毁的重要桩点要设好护桩，施工测量放线要反复校核。认真进行交接班，确保中线、水平及结构物尺寸位置正确。