铁路现浇十字连续梁支架稳定性研究

刘小弟，张腾云，冯旭

（中国水利水电第七工程局有限公司轨道交通分公司，成都 611134)

1 工程概况

新建莱西至荣成铁路桃林村特大桥位于山东省烟台市海阳市，桥梁 起止里程为DK45+865.00～DK48+386.86，全长2526.86 m。其中25#墩～27#墩设一联单箱单室直腹板截面等高十字连续梁（见图1），全长65.30 m，上跨地方道路，与地方道路夹角为24°，桥下净空约为7 m，地方道路限高5.5 m，路面宽5 m，与线路相交处路堤宽为24.5 m，26#墩紧邻坡脚。箱梁顶面宽12.6 m，底宽6.7 m，梁部中心处高度为3.065 m。

图1 十字连续梁平面示意图

该项目是城际铁路为数不多的特大桥，属于项目全线施工的控制性重难点工程。该项目不同于一般连续梁桥，采用满堂支架方法施工，又是长联多跨连续梁桥，面临着桥梁线型控制、超长束预应力张拉及其压浆质量控制的难题；墩顶十字交叉部分结点受力复杂，又面临着长联多跨十字交叉连续梁施工难题。因此，对该项目支架建设与管理的关键技术进行研究既具有挑战性，同时该技术成果有较好的推广应用价值[1]。

2 支架结构与检算方案

2.1 支架整体结构

本项目整体支架设计采用纵向设计6 排钢管支撑柱，纵梁部分每排4 根钢管柱，横梁部分每排8 根钢管柱，钢管柱中心纵向排间距最大为15 m，横向每排柱间距最大4.7 m。靠近墩身两侧的钢管柱直接支承在承台上，其余部分钢管柱支架采用桩基础进行支承。每组贝雷梁横向采用花架连接牢固，使其成为一个整体[2]。

1）底板处支架布置方式自上而下为：15 mm 厚竹胶板→10 cm×10 cm 横向方木/I10 工字钢横梁→普通型贝雷梁→3I56/2I56 工字钢横梁→φ630 mm×10 mm 钢管→条形基础。结构具体参数为10 cm×10 cm 横向方木，距腹板下15 cm，底板下25 cm 和实心横梁下15 cm；I10 工字钢横梁间距为90 cm且在局部需要加密。

2）腹板两侧模板布置方式由内而外：15 mm 厚竹胶板→10 cm×10 cm 横向方木/I10 工字钢。结构具体参数为10 cm×10 cm 横向方木间距20 cm；I10 工字钢纵向间距为90 cm 且在局部需要加密。

3）翼缘板处支架布置方式自上而下为：15 mm 厚竹胶板→10 cm×10 cm 横向方木/I10 工字钢横梁→φ60 mm×3.2 mm盘扣架→普通型贝雷梁→3I56/2I56 工字钢横梁→φ630 mm×10 mm 钢管→条形基础。其中，普通型贝雷梁在腹板下布置间距为45 cm、底板下布置间距为90 cm，在实心横梁处间距为45 cm；3I56 工字钢横梁在跨中（实心横梁）设置两处，2I56 工字钢横梁设置在其余位置处，共6 排；φ630 mm×10 mm 钢管立柱沿顺桥向共布置6 排，支撑3I56/2I56 工字钢横梁；立柱安装前应对预埋钢板和钢管桩顶进行标高复测，根据实测标高确定实际下料长度。

2.2 支架检算

2.2.1 临时支架构件检算

项目需要的临时支架构架件检算方法如下。

1）木模板采用15mm 厚竹胶板，抗弯强度设计值为15 MPa，抗剪强度设计值为1.8 MPa。竹胶板弯曲应力为6.962 MPa，小于15 MPa，剪应力为1.044 MPa，小于1.8 MPa，变形值为0.166 mm，小于150/400=0.375 mm，竹胶板强度和刚度均满足行业规范和项目实际要求。

2）外侧模板用φ20 mm 拉杆进行连接，纵向间距为90 cm，竖向间距为60 cm。对拉杆主要承受侧向模板所传递的荷载，则对拉杆所受拉力为N=82.6×0.6×0.9=44.6 kN。

3）关于纵向方木检算，采用10 cm×10 cm 纵向方木底板下间距为25 cm，腹板、实心横梁下间距为15 cm，翼缘板下间距为30 cm，纵向方木承受由底模传递的线荷载作用，并支承在I10 工字钢纵梁上。

2.2.2 工字钢横梁检算

1）10 cm×10 cm 方木纵梁下布置I10 工字钢横梁，I10 工字钢横梁间距90 cm。I10 工字钢横梁支承在贝雷梁上，承担由纵向方木传递的集中力。按照承受集中荷载的多跨连续梁计算，取受力最大的工字钢，用Midas 建立模型，并计算关键参数。

2）贝雷梁检算：组合应力σmax=283.9 MPa＜钢材抗拉强度f=310 MPa；剪切应力τmax=138.9 MPa＜钢材剪切强度fv=180 MPa；位移Smax=22.3 mm＜L/400=37.5 mm（L 取最大位移处的跨度15 000 mm）。由上述计算可知，贝雷梁的强度和刚度满足规范要求。

3）工字钢横梁检算分三拼I56 工字钢横梁和双拼I56 工字钢横梁。

三拼I56 工字钢横梁检算：组合应力σmax=189.7 MPa＜f=215 MPa；剪切应力τmax=85.0 MPa＜fv=125 MPa；位移Smax=7.3 mm＜L/400=12.5 mm（L 取最大位移处的跨度5 000 mm）。

双拼I56 工字钢横梁检算：组合应力σmax=160.5 MPa＜f=215 MPa；剪切应力τmax=119.5 MPa＜fv=125 MPa；位移Smax=12.3 mm＜L/200=15.3 mm（L 取最大位移处的跨度3 050 mm）。

综上所述，三拼I56 工字钢横梁、双拼I56 工字钢横梁的强度和刚度满足规范要求。

3 支架搭设方案与施工方法

3.1 搭设方案

支架搭设施工顺序为：地基处理→基础施工→φ630 mm×10 mm 钢管柱安装→砂筒安装→横向双拼I56b 型工字钢安装→贝雷梁安装→横向I10b 工字钢安装→盘扣式满堂支架安装→方木安装→模板安装[3]。

1）条形基础基坑开挖完成后，必须按要求做地基承载力实验，根据支架结构计算结果，地基承载力不小于267 kPa。

2）立柱采用φ630 mm×10 mm 钢管，钢管根据现场施工基础标高和结构设计图，提前加工制作一定长度的钢管，并且在钢管底部焊接法兰盘，与基础预埋的地脚螺栓对应。

3）钢管柱顶部（连接砂筒）安装双拼I56b 工字钢作为横梁，顶面用钢尺划线定位纵向贝雷梁，贝雷梁先在地面上用横向支撑架拼装成一组，然后用吊车吊装至横向工字钢上，按简支连续梁布置，用螺栓把贝雷梁固接在横梁上，并在贝雷梁之间用支撑架横向连接加固。

3.2 支架预压施工方法

为保证施工安全、提高现浇梁质量，在连续梁支架搭设完毕、连续梁底模铺好后，对支架进行预压。一是检验支架结构的承载能力和稳定性；二是消除支架及地基的非弹性变形；三是得到支架的弹性变形值作为施工预留拱度的依据之一，同时测出地基沉降，为采用同类型的桥梁施工提供经验数据[4]。

由于在支架安装过程中，各杆件之间存在一定的间隙，在荷载作用下，除弹性变形外还将产生部分非弹性变形，所以必须对支架进行不小于施工总重量的预压，按照施工总荷载的110%等效荷载进行充分预压，以消除非弹性变形。

3.2.1 梁体综合荷载

预压的目的：一是消除支架（支墩）及地基的非弹性变形，二是得到支架(支墩)的弹性变形值作为施工预留拱度的依据，三是测出地基沉降，为采用同类型的桥梁施工提供经验数据。根据要求对支架按施工总荷载按照1.1 倍进行预压。

3.2.2 沉降量及位移量

根据现场实际情况，本次预压采用沙袋进行，按照荷载计算出的预压重量分析，每层沙袋高0.6 m，设计沙袋总高度为5 层。按照“先中跨后边跨”预压顺序对称预压，预压分3 级进行，第一级加载总重为施工总重量的60%，第二级加载总重为施工总重量的100%，第三级加载总重为施工总重量的110%。通过变形观测，确定沉降及位移变化量。按照理论分析，沉降最大处为跨中，位移最大处为梁端，以跨中沉降变化与梁端位移变化进行分析研究。

3.2.3 弹性变形量

预压完成后根据观测结果，稳定后方可卸载。卸载时必须按预压重量倒序同步进行。卸载后根据预压观测结果预留底模标高，彻底消除主体结构施工过程中的变形，从而保证连续梁线型。支架卸载采用分级卸载方式，按照与加载相反的顺序进行卸载。首先卸载进行超载预压10%的部分，卸载到梁体自重的100%，然后卸载到梁体自重的60%，最后全部卸载完毕。每卸下一级载荷前，均对所有测点进行一次测量，并作详细记录，进行数据分析。

4 混凝土浇筑方案

混凝土浇筑时按照“先横梁、后主梁、先中跨、后边跨“的施工顺序进行，同一截面浇筑按照先底板，再腹板，最后顶板。竖向水平分层高度不大于300 mm，每台泵车实际混凝土浇筑能力不小于50 m3/h。

第一步：从两端（横断面）向中间开始浇筑，然后水平分层对称进行浇筑，采用插入式振动棒捣固密实。

第二步：浇筑底板剩余混凝土，并及时对底板混凝土进行抹平、压实和收面。振捣时注意不能对已浇筑梗肋混凝土产生扰动，以免造成倒角混凝土掉落，形成倒角不饱满，这样浇筑后可以对腹板混凝土形成一定的阻力。为防止底板混凝土超厚，浇筑时使底板两侧混凝土超过内模下梗肋后，稍做停顿，再从内模顶部预设浇筑孔处补充底板混凝土。为保证腹板下梗肋处的混凝土密实，在充分翻浆浇筑的同时不得使用振动棒推移混凝土以免造成混凝土离析。

第三步：底板浇筑完成后，腹板混凝土浇筑采用纵向分段斜向分层、由低处向高处的方式，每层混凝土厚度不超过30 cm，两台泵车分别从中间向两端对称浇筑，在跨中部位交叉搭接，以防跨中部位形成水泥浆集中，造成截面薄弱，同时每层的接头相互错开。腹板混凝土浇筑过程中，派专人值班，用小锤敲击内外模板，通过声音判断腹板内混凝土是否密实。

第四步：当两腹板槽灌平后，开始浇筑顶板混凝土，浇筑时分别从两端向跨中方向和两边翼缘外侧向中部浇筑，分段浇筑，每段2～3 m，连续浇筑。浇筑桥面混凝土时，要保证防护墙预埋钢筋、电缆槽竖墙预埋钢筋、泄水管等位置准确不倾斜，不错位，浇筑时设专人负责检查上述预埋件是否移位，发现问题及时校正。

5 结语

通过桃林特大桥的施工发现，支架采用钢管立柱加贝雷梁的形式施工，支架稳定性较好，可为以后类似支架现浇十字连续梁施工提供宝贵经验；支架预压时按照混凝土浇筑顺序，“先中跨后边跨”预压顺序对称预压分级预压，可以模拟混凝土浇筑施工，暴露支架不稳定因素，提前筹划应对措施及方案，减少或消除不安全因素，为后续混凝土浇筑施工提供数据支撑和施工经验。在支架预压和浇筑过程中，不仅要进行沉降监测，而且要进行位移观测，通过沉降和位移速率，指导混凝土浇筑部位和速度，可以避免因支架预压和混凝土浇筑过程控制不当引起的支架坍塌事故。支架的位移量与混凝土的分层厚度有直接的关系，分层厚度越小支架位移量越小，分层厚度越大支架位移量越大。