高墩连续箱梁跨越高速铁路现浇支架设计.pdf

．＿＿＿ＩＬ口同・桥涵工程・墩连续箱梁跨越高速铁路现浇支架设计张理远（中铁十二局集团第三工程有限公司太原０３００２４）摘要以郑徐客专铜山下行联络线特大桥跨郑徐正线段现浇支架施工为背景，简速了现浇支架施工特点、分类及其适用条件。根据现场施工条件，分别对现浇支架结构形式和跨越郑徐正线横梁结构形式进行了多方案比选论证，保证结构合理、安全，适用；分析了在软土地基区高墩跨线现浇支架结构体系组成及其主要计算内容。本工程的顺利实施可为类似条件下现浇支架施工提供借鉴。关键词跨线高墩现浇支架中图分类号Ｕ４４５．３５文献标识码Ａ———文章编号１００９４５３９（２０１５）增１０１０３０５ＤｅｓｉｇｎｏｆＣａｓｔ－ｉｎ－ｓｉｔｕＳｃａｆｆｏｌｄｉｎｇｔｏＯｖｅｒｅｒｏｓｓｉｎｇＨｉｇｈ・ｓｐｅｅｄＲａｉｌｗａｙｓｆｏｒＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｏｆＨｉ【ｇｈＰｉｅｒＣｏｎｔｉｎｕｏｕｓＢｏｘＢｅａｍＺｈａｎｇＬｉｙｕａｎ（ＣｈｉｎａＲａｉｌｗａｙ“１２ＢｕｒｅａｕＧｒｏｕｐＣｏ．Ｌｔｄ．，Ｔａｉｙｕａｎ０３００２４，Ｃｈｉｎａ）ＡｂｓｔｒａｃｔＴｈｒｏ．ｓｈｔｈｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｅａｓｔ・－ｉｎ－－ｓｉｔｕｓｃａｆｆｏｌｄｉｎｇｔｏ—ｅｘｔｒａ・ｌａｒｇｅｂｒｉｄｇｅｏｆＴｏｎｇｓｈａｎｄｏｗｎｗａｒｄｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｉｎｇｌｉｎｅａｌｏｎｇＺｈｅｎｇｚｈｏｕ－ＸｕｚｈｏｕＰａｓｓｅｎｇｅｒｓＤｅｄｉｃａｔｅｄＬｉｎｅｏｖｅｒｃｒｏｓｓｉｎｇｍａｉｎｌｉｎｅ，ｔｈｉｓｐａｐｅｒｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ，ｃｌａｓｓ浓ｃａ－ｔｉｏｎａｎｄａｐｐｌｉｃａｂｌｅｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｏｆ——ｅａｓｔｉｎｓｉｔｕｓｃａｆｆｏｌｄｉｎｇｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ．Ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｓｉｔｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ，Ｍｕｌｔｉ－ｓｃｈｅｍｅｃｏｍｐａｒｉｓｏｎａｎｄｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｉｏｎｏｎｓｔｒｕｃｔｕｒｅｆｏｒｍｏｆ—ｃａｓｔ・ｉｎ－－ｓｉｔｕｓｃａｆｆｏｌｄｉｎｇａｎｄｔｈｅｂｅａｍｏｖｅｒｃｒｏｓｓｉｎｇＺｈｅｎｇｚｈｏｕ・・ＸｕｚｈｏｕＰＤＬ，ｗｈｉｃｈｅｎｓｕｒｅｄｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｔｏｂｅｓａｆｅ，ｒｅａｓｏｎａｂｌｅａｎｄａｐｐｌｉｃａｂｌｅ．Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｉｎｄｅｔａｉｌｏｆｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓｙｓｔｅｍａｎｄｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｏｆ—ｃａｓｔｉｎ・ｓｉｔｕｓｃａｆｆｏｌｄｉｎｇｔｏｏｖｅｒｃｒｏｓｓｉｎｇｔｈｅｌｉｎｅｏｎｓｏｆｔｇｒｏｕｎｄｆｏｒｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｏｆｈｉｓｈｐｉｅｒ．ＴｈｉｓｐｒｏｊｅｃｔＷａｓｔａｋｅｎｆｏｒｌａｔｅｒｓｉｍｉｌａｒｐｒｏｊｅｅｔｓｆｏｒｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓｏｖｅｒｃｒｏｓｓｉｎｇｔｈｅｌｉｎｅ；ｈｉｓｈｐｉｅｒ；ｅａｓｔ－ｉｎ－ｓｉｔｕｓｃａｆｆｏｌｄｉｎｇ１工程概况—郑徐客专铜山下行联络线特大桥４５４８号墩上部结构采用（３２＋３２＋３２）ｍ现浇预应力混凝土等高度连续箱梁结构，全长９７．９ｍ。线路采用门式墩跨越郑徐客专正线，线路中心线与正线的角度为１６。。平面位置关系如图１。图１与郑徐客专正线平面位置关系收稿日期：２０１５一Ｏｌ一１０铁道建筑技术ＲＡＩＬＷＡＹＣＯＮＳＴＲＵＣＴＩＯＮＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ铜山下行联络线特大桥门式墩混凝土盖梁总长度为２５．８ｍ，净跨度为１９ｍ，墩身高度为３０ｍ，截面尺寸为３ｍ（高度）ｘ４ｍ（宽度），为预应力混凝土梁，盖梁底距离郑徐客专正线梁面高度为９．４４ｍ，与正线的夹角为７４。。桥位处地质条件较差，地表为１～３ｍ厚素填土，填土下淤泥质黏土层厚度超过１０ｍ，正线施工时桩基成孔困难，基础施工周期长；梁体支架高度均超过３０ｍ，施工过程中支架稳定性要求高；盖梁和连续梁现浇支架均需跨越郑徐客专正线，施工期间干扰因素多，施工过程中对正线安全防护要求高。该项目属于较为典型的软土地基上高墩跨线桥梁施工，施工过程中安全风险高，支架设计施工难度大。２０１５ｌ增１）１０３万方数据・桥涵工程・２支架设计方案比选２．１支架方案比选支架现浇施工是混凝土梁最常用也是比较成熟的施工方法。区别其他施工方法具有整体性好、不需大型施工设备和预制场、施工方法成熟、安全可靠、施工过程便于管理等优点。现浇支架按构造和布置形式主要分为满堂支架、立柱式支架、梁式支架和梁一柱式支架等。其中前两种适用于旱桥和桥墩不高的桥涵施工。后两种适用于桥墩较高、跨度较大、跨越障碍物的桥梁现浇施工。对于本桥高墩大跨的特点，一般采用后两种支架形式。根据现场的条件，拟定３种支架结构方案进行分析比选。方案１：大直径钢管立柱的梁一柱式支架。由于桥墩较高，现浇支架立柱稳定性满足要求是支架设计的重点。此方案采用＋８１３×１４ｍｍ钢管作为支架立柱，现浇支架承重梁采用３跨贝雷片结构。盖梁和连续梁支架布置如图２、３。图２大直径钢管盖梁现浇支架立面布置３５斗＾娅Ｑ扭ＱＱ＾！Ｑ斗！１２斗２迦＾！！ｓ斗！Ｑ斗２Ｑ啡２Ｑ外＃５５ａ．立面布置ｂ．平面布置图３大直径钢管连续梁现浇支架布置１０４铁道建筑技术方案２：小直径钢管排架式墩柱的梁一柱式支架。采用常见的小尺寸钢管形成排架墩结构形式，增加临时支墩的抗压稳定性。此方案采用双排筘２９×８ｍｍ钢管作为支架立柱，现浇支架承重梁仍采用贝雷片结构。连续梁支架布置如图４。潲粱顶６１５ｌⅢＦ｝Ｈｙ菊甄霸汁叶１Ｉ一粱底５８４６『习ＩｌＨ３５斗卓１３耳０＾０２鲤３ｊ０扭０蝉８１外３０＾０１０Ｄ３』０＾０２６０牡１雌３０＾０１Ｑ斗３０亘０１耳扣６Ｑｂ．平面布置图４排架墩式连续梁现浇支架布置方案３：小直径钢管立柱的梁一柱式支架。此方案分别采用＋５２９×８ｍｉｌｌ钢管和拍３０Ｘ１２Ｉｎｉｎ钢管（跨线现浇支架）作为支架立柱，并在钢管与桥墩、钢管之间布置横向连接，增加钢管立柱的稳定性。盖梁和连续粱支架布置如图５、６。图５小直径钢管盖梁现浇支架立面布置根据现场和物资储备的实际情况，大直径钢管较难租到，因此选择小直径钢管的方案。方案３比方案２减少了６排临时支墩，虽然增加了平联的工程量，但同时减少了临时支墩及基础、横梁、砂箱的工程量，较方案２经济，同时横向连接刚度大，稳定性好。最终选择方案３为实际施工方案。ＲＡＩＬＷＡＹＣＯＮＳＴＲＵＣＴＩＯＮＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ２０１５ｌ增１）万方数据・桥涵工程・ａ．立面布置ｈ平面布置图６小直径钢管连续梁现浇支架布置２．２跨线横梁方案比选该桥上跨郑徐正线，桥梁中心线与郑徐正线的斜交角度为１６０。现浇支架立柱上横梁上跨郑徐正线，拟定采用双层贝雷片、大型钢和小型钢组合３种横梁结构方案。方案１是采用３片双层加强型贝雷片作为跨线横梁。横梁与郑徐正线正交以减小横梁跨度，根据郑徐正线梁宽，横梁跨度为１５ｍ，支架断面图如图７。方案２是采用３根ＨＮ９００×３００作为跨线横梁。支架断面图如图８。方案３是采用４层ＨＷ４００×４００作为跨线横梁，型钢横梁之间在翼缘通过螺栓连接成整体。支架断面图如图９。根据现场和物资储备的实际情况，３片双层贝］ＬＪ厂＿＿＿＿Ｉ＿７Ｋ）ｌ（Ｘ）ＫＸＸ）ｌ（Ｘ）｜（）ＫＸＩＣＸＸＸ）｜（）ＫＸＸＸ）ＫＸ＝‘＼＼￡：墩项５７８６—ｒ郑徐正ｊ幽Ｉ［｛—ｋｌ５００Ｌ图７贝雷片横梁断面图Ｉ！垒！Ｉ图８大型钢横梁断面图雷片结构自身稳定性较差，抗剪承载力较弱；ＨＮ９００×３００大型钢在市场上很难买到，３根平铺布置，整体性较差，受力分配不均；ＨＷ４００×４００的小型钢在现场储备量较大，可以满足施工需要，型钢之间通过翼缘上螺栓连接，整体性好；推荐跨线横梁采用ＨＷ４００×４００组合型钢结构。３盖梁支架设计３．１现浇支架体系盖梁支架体系由立柱、砂箱、横梁、贝雷片和模板系统组成。立柱采用拍３０×１２ｍｍ钢管，立柱底直接支撑于承台上，钢管立柱与郑徐正线箱梁翼缘净距为５ｃｍ。钢管立柱与桥墩之间、钢管立柱之间每隔８ＩＴＩ连接一道平联，以减小钢管桩自身自由长度，平联采用１２５型钢。为方便落架，钢管立柱顶设置砂箱，砂箱顶布置横梁，横梁采用双拼ＨＷ４００Ｘ４００型钢。横梁上铺贝雷片承重梁，承重梁采用加强型贝雷片桁架形式，上弦杆和下弦杆都用加强弦杆做加强处理，每３片桁架之间用４５０ｍｍ支撑架连接成为一组，其摆放位置和间距根据整个支架受力计算确定。盖梁现浇支架断面如图１０。３．２设计计算３．２．１荷载及组合（１）梁体自重。（２）模板重量：取箱梁重量的０．１倍。（３）施工人员机具荷载取１ｋＮ／ｍ２。（４）浇筑和振捣混凝土时产生图９小型钢组合横梁断面图铁道建筑技术ＲＡＩＬＷＡＹＣＯＮＳＴＲＵＣＴＩＯＮＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ２０１５ｔ增１１的荷载取２ｋＮ／ｍ２。（５）荷载组合系数：强度计算结构自重考虑１．２的荷载系数，活载取１．４的荷载系数；刚度计算时荷载系数取１．０。一３．２．２荷载工况工况一：浇筑混凝土工况。荷载组合为：１．２Ｘ［（１）＋（２）］＋１．４×［（３）＋（４）］工况二：混凝土固结，张拉预应力阶段。按箱梁重量平均分布到底板上，荷载组合为：１．２×［（１）＋（２）］＋１．４ｘ（３）１０５万方数据・桥涵工程・ａ．盖梁现浇支架平面布置到。３６ｚ５０－Ｉ８００４旦ｇ、１卫］］ｎ１２…Ⅳ………＼ｖ、＼ｙ¨一：暑嚣＋ｕｕⅧ６｝Ｉ８００１２／星甘；’昌广＿＿９１１０）毡Ｖ。ｒ皿暑皿亳——‘一世些量莎弋毫｜广－＿————昌２ｑ——Ｊ－一ｉ量毫Ｌ２。０【８５４９０Ｉ３１］１ｂ．盖梁现浇支架立面布置图１０盖梁现浇支架布置３．２．３主要计算结果（１）贝雷片计算结果（见图１１）图１１贝雷片杆件组合应力（单位：ＭＰａ）最大应力：ｏｒ＝１８１ＭＰａ＜３１０ＭＰａ，满足要求。（２）横梁计算结果（见图１２、１３），４５卜．０ⅡⅡ—ⅡⅡⅡｋｑ田卫ｐ产Ｕ止ｑ田乒为图１２横梁弯曲应力（单位：ＭＰａ）＿１１７０８０３缸严工叼皿形尹日＿８０３一芾。匝盈最大弯曲应力：盯＝４５ＭＰａ＜２１５ＭＰａ，满足要求。最大剪应力：ｒ＝１１７ＭＰａ＜１２５ＭＰａ，满足要求。（３）钢管立柱计算结果浇筑工况控制设计，中柱承受的荷载最大压力为铁道建筑技术２００５ｋＮ。钢管计算长度取％＝６ｍ，Ａｓ＝２３２９８ｍｌｎ２，ｉ＝２１９ｍｍ，Ａ＝２７，沙＝０．９４６。钢管立柱的稳定性计算：Ⅳ２００５洲０．９４６Ｘ２３２９８可见，满足要求。４连续梁支架设计＝９１ＭＰａ＜ｆ＝２１５ＭＰａ４．１现浇支架体系连续梁支架体系由基础、立柱、砂箱、横梁、贝雷片和模板系统组成。对于梁一柱式支架体系，上部荷载较为集中传递给临时支墩基础上，一般采用桩基础。本桥由于软土地基特点和现场桩基施工时成孔困难施工周期长的特点，应尽量减少桩基础设置，因此除跨线处钢管立柱采用桩基础外，其余钢管立柱尽量采用条形基础或直接支撑在承台上。钢管立柱分别采用妒２９Ｘ８ｍｍ钢管和拍３０Ｘ１２ｍｍ钢管（跨线处钢管）。钢管立柱与桥墩之间、钢管立柱之间每隔８ｍ连接一道平联，以减小钢管桩自身自由长度，平联分别采用１２５型钢和坼２６Ｘ６ｍｍ钢管，平联长度较短的情况采用１２５ａ，平联长度较大时采用舭２６Ｘ６ｍｍ钢管。钢管桩顶部设置砂箱作为落架设施，砂箱上布置小型钢或小型钢组合梁作为临时墩顶横垫梁，横垫梁上方摆放贝雷片桁架。每两片贝雷片之间用４５０ｍｍ支撑架连接成为一组，其摆放位置和间距根据整个支架受力计算确定。连续梁现浇支架见图１４。ａ．立面布置ｂ．平面布置图１４连续梁现浇支架布置ＲＡＩＬＷＡＹｃｏＮＳＴＲｕｃＴｌｏＮＴＥｃＨＮｏＬｏＧＹ２０１５Ｉ增１ｌ万方数据・桥涵工程・４．２设计计算荷载及组合与盖梁支架相同。（１）贝雷片计算结果（见图１５）图１５贝雷片杆件组合应力（单位：ＭＰａ）最大应力：盯＝２４６ＭＰａ＜３１０ＭＰａ，满足要求。（２）横梁计算结果（见图１６）卜呵王ｉ翟圆圆瓯蕊墨Ｆ＿ｊ乒：爿图１６横梁弯曲应力（单位：ＭＰａ）最大弯曲应力：盯＝１２６ＭＰａ＜２１５ＭＰａ，满足要求。最大剪应力：丁＝６４８０００／（１３×３５８Ｘ４）＝３４ＭＰａ＜１２５ＭＰａ，满足要求。（３）钢管立柱计算结果浇筑混凝土工况下钢管立柱受力最大，其中巾５２９×８ｍｍ钢管承受的最大荷载为７２８ｋＮ，拍３０×１２ｍｍ钢管承受的最大荷载为１９２０ｋＮ。巾５２９×８ｍｍ钢管计算长度取ｆ０＝７．５ｍ，Ａ。＝１３０９４ｍｍ２，江１８４ｍｍ，Ａ＝４１，沙＝０．８９９。钢管立柱的稳定性计算：—一Ｎ：亲生一：６２ＭＰａ＜ｆ：２１５ＭＰａ６Ａ０８９９１３０９４．×一、一满足要求。蛳３０×１２ｍｍ钢管计算长度取ｚｏ＝７．５ＩＴＩ，Ａｓ＝———・＋一＋一＋一＋－－．Ｉ－－－Ｐ－卜－－Ｉ－－－４－－一卜一＋２３２９８ｍｍ２，ｉ＝２１９ｍｍ，Ａ＝３４，沙＝０．９２２。钢管立柱的稳定性计算：Ⅳ１９２０４，ａ０．９２２Ｘ２３２９８满足要求。＝９０ＭＰａ＜ｆ＝２１５ＭＰａ５结束语根据以往同类支架施工情况来看，施工过程中需要注意以下几点：地基处理须严格按设计要求施工，当实际情况与地勘不符时，应重新进行设计计算。浇筑混凝土之前必须按实际混凝土浇筑施工时的荷载分帑隋况进行分级加载。由于桥墩较高，因此钢管立柱与平联间牢固连接对结构整体稳定性至关重要，必须给予足够重视。型钢焊接接长位置尽量选择在受力较小区域内，避免设在跨中、支撑附近，以免焊接质量问题造成结构破坏。通过施工前精心设计、充分准备，并在施工过程中注意以上问题，加强现场关键部位监测，施工过ｊ陧Ｊ顷利可控。参考文献［１］赵有明，杜红池．软土地基上高墩现浇支架设计［Ｊ］．—桥梁建设，２００４（４）：７３７６．［２］王景元．软土地基现浇连续箱梁支架设计与施工技术—［Ｊ］．中外公路，２００８，２８（２）：１３７１３９．［３］刘娟芝．跨线桥高墩现浇连续箱梁支架施工［Ｊ］．湖南—交通科技，２０１１，３７（１）：８９９２．［４］黄绍金，刘陌生．装配式公路钢桥多用途使用手册—［Ｍ］．北京：人民交通出版社，２００２：１３．（上接第８６页）（４）在上跨既有铁路线施工作业现场必须设置专职安全防护人员监护。（５）在上跨既有线施工时，项目管理部必须派驻站联络员，并保持与现场安全防护监护人员联络。（６）外挂篮应严格进行防坠落防护，施工过程中，防止任何物体从挂篮内坠落至桥下铁路范围内。（７）挂篮施工作业期间，关注气象预报，遇雨、雪、大风等不利环境因素，停止施工并设置揽风、制动措施以保证挂篮的稳定性，以防事故发生。（８）在上跨铁路桥梁防撞护栏施工时严格执行铁路部门的相关规定。铁道建筑技术ＲＡｔＬＷＡＹＣＯＮＳＴＲＵＣＴＩＯＮＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ一＋一＋一＋－＋一＋－＋－＋一＋・５结论防撞护栏挂篮系统稳定性较好，操作方便，易于施工，减少了运行铁路封锁次数和对铁路行车的干扰，需铁路设备管理单位配合工作相应减少。挂篮系统推人铁路上方后，可不受铁路封锁天窗限制进行全天组织施工，提高了施工工效。在上跨铁路桥梁防撞护栏施工实现了全封闭施工环境，杜绝了物体坠落、触电的可能，施工安全得到保障。参考文献［１］ＪＴＧ／Ｔ—ＦＳ０２０１１公路桥涵施工技术规范［ｓ］．［２］梁钗军，岑君．大桥外侧防撞护栏施工工具式挂篮设计及安全控制［Ｊ］．交通科技，２０１３（４）：２５９．［３］铁运［２０１２１２８０号铁路营业线施工安全管理办法［ｓ］．２０１５ｌ增１）１０７万方数据