高速铁路现浇箱梁超高支架施工技术研究.pdf

·桥涵工程·收稿日期：２０１６０６２０基金项目：中铁二十五局集团公司科技开发计划课题（２０１５２００２桥桥）高速铁路现浇箱梁超高支架施工技术研究张部伟１　郭艳松２（１．中铁二十五局集团第二工程有限公司　湖南衡阳　４２１００２；２．广州南方测绘科技股份有限公司　广东广州　５１０６６５）摘　要　通过现浇支架的设计、检算，指导和组织云桂铁路　ＹＧＴＪ２　标白腊寨　１　号四线大桥３＃墩至５＃墩支架现浇简支箱梁的施工。通过对高速铁路现浇箱梁超高支架施工工艺试验研究，总结形成一套切实可行的高速铁路现浇箱梁超高支架施工工艺，可为以后的桥梁建设施工提供借鉴。关键词　高速铁路　超高支架　受力验算　现浇箱梁中图分类号　　　Ｕ４４５．４文献标识码　　　Ａ文章编号　１００９４５３９　（２０１６）１０００２８０５　　　　　　　　　ＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＲｅｓｅａｒｃｈＡｂｏｕｔｔｈｅＳｕｐｅｒＨｉｇｈＳｕｐｐｏｒｔｆｏｒｔｈｅ　　　　　ＣａｓｔｉｎｓｉｔｕＢｏｘＢｅａｍｉｎＨｉｇｈｓｐｅｅｄＲａｉｌｗａｙ桥桥桥　ＺｈａｎｇＢｕｗｅｉ１，　　ⅠⅡ‰×①Ⅰ×②２（　　　１．ＣｈｉｎａＲａｉｌｗａｙ２５ｔｈ　　　　ＢｕｒｅａｕＧｒｏｕｐＳｅｃｏｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＣｏ．Ｌｔｄ．，　　ＨｅｎｇｙａｎｇＨｕｎａｎ４２１００２，Ｃｈｉｎａ；　　　　　　２．ＧｕａｎｇｚｈｏｕＳｏｕｔｈＳｕｒｖｅｙｉｎｇａｎｄＭａｐｐｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓＩｎｃ．，　　　ＧｕａｎｇｚｈｏｕＧｕａｎｇｄｏｎｇ５１０６６５　，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ　　　　　　　　　　　　　　　　　στδ δ①②×‰× ‰‰Ⅰ×Ⅰτδ‰①·×·①①ⅠⅠ×①Ⅰ×δδ①δ Ⅰ② ×②‰× Ⅰ②‰××②τδ‰①·　　　　　　　　　　　ｉｎｐｌａｃｅｂｏｘｂｅａｍｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｏｆＮｏ．３ｔｏＮｏ．５ｐｉｅｒｓｕｐｐｏｒｔｏｎＢａｉｌａｚｈａｉ桥　　　　　　　ⅠⅠ·×δ ②δ×ⅠⅡ　σ·Ⅰ‰×××②·　　　　　　　　　　　　　　　××②②τ·①δδ !‰‰\"#‰①δ Ⅰ×τδδ$δδ׉δ①δ‰τⅠ×τδⅠ×①Ⅰ×δτ×ⅠⅠ②\"Ⅰτδ①δτ②τ①Ⅰ　　　　　　ｆｏｒｃａｓｔｉｎｓｉｔｕｂｏｘｂｅａｍｉｎｈｉｇｈｓｐｅｅｄｒａｉｌｗａｙ桥桥桥，　ａｐｒａｃｔｉｃａｌ　　　　　ａｎｄｆｅａｓｉｂｌｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｗａｓｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ，ｗｈｉｃｈ　　　　　　　　　　ｃｏｕｌｄｐｒｏｖｉｄｅａｒｅｆｅｒｅｎｃｅｆｏｒｔｈｅｂｒｉｄｇｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｉｎｔｈｅｆｕｔｕｒｅ．　δ\"Ⅰ ①　　ｈｉｇｈｓｐｅｅｄｒａｉｌｗａｙ桥；　　①δτ②τ①Ⅰ；　　①δ①①τδ%×②‰‰Ⅰ×；　　ｃａｓｔｉｎｓｉｔｕｂｏｘｇｉｒｄｅｒ桥桥　　１引言简支箱梁以其构造简单、受力明确、适应性强、施工方便等优势备受人们喜欢，已在铁路、公路桥梁施工中得到广泛的应用［１］。目前，国内高速铁路箱梁的施工工艺根据桥梁的地址、环境因素不同而多种多样，主要有满堂支架法［２］、移动模架法［３］、预制吊装法和钢管、型钢与贝雷梁组合支架法［４］，但满堂支架法主要适用于地基好、施工空间不受限的地方，移动模架法和预制吊装法主要适用于大批量、制式大体积混凝土施工。但高速铁路桥梁建设经常遇到山区桥梁施工，桥墩较高，现场又不具备以上常用制梁条件，研究采用组合式支架现浇施工，如何保证超高支架现浇箱梁施工的安全性、高效性是本文阐述解决的主要问题。　２工程概况云桂铁路白腊寨　１　号四线大桥位于文山州广南县八宝镇境内，全长　　４１２．４８ｍ。设计时速：客货共线为　　２００ｋｍ，预留　　２５０ｋｍ　客专条件。正线数目：桥上线路共四线，中间Ⅰ、Ⅱ为正线，两侧　３　线、４　线为到发线（安全线），相邻线间距均为　　５．０ｍ，设计纵坡度：‰３。设计桥跨布置形式为（　　３２＋４８＋３２）ｍ　挂篮连续梁　　＋８×　　　３２ｍ＋１×　２４ｍ　简支箱梁。其中简支梁体结构为单箱一室，箱梁标准断面梁高　　２．８９ｍ，底板厚　　０．３ｍ，顶板厚　　０．３４ｍ，腹板厚　　０．４８ｍ，在支承处，箱梁顶、底、腹板局部加厚，梁高为　　３．０９ｍ。白腊寨　１　号四线大桥支架现浇简支箱梁统计见表　１。８２铁道建筑技术　　　　　ＲＡＩＬＷＡＹＣＯＮＳＴＲＵＣＴＩＯＮＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ２０１６　（　１０）万方数据·桥涵工程·该桥梁施工重难点：（１）本桥桥址位于山间峡谷，桥墩多处于高边坡地段，施工场地条件有限，施工条件较为困难。（２）本桥墩身最高　　６６ｍ，本桥工期紧、工程量大，在有限的施工时间内，加快施工进度是本工程施工的重点。表　　　１白腊寨　１号四线大桥支架现浇简支箱梁统计序号单位工程现浇支架梁施工部分支架施工最大墩高／ｍ箱梁跨度／ｍ１２白腊寨　１　号四线大桥３＃～４＃梁　　&\'３２４＃～５＃梁６２．８３２　３总体施工方案本桥简支箱梁设计采用移动模架现浇施工，由于本桥第　４　跨、第　５　跨墩设计为两幅箱梁布置，两幅箱梁净距只有　　１０ｃｍ，且桥梁高度达　　　５１．７～６２．８ｍ。若用移动模架施工，需对移动模架进行改造，无法保证满足整体工期要求［５］。根据桥梁地形地质条件及公司可利用资源，通过方案优化和经济比选，决定支架结构采用螺旋管　＋贝雷梁的梁柱式组合支架法施工。由于支架较高，达到　　６６ｍ，为了保证结构的稳定性，每排支撑采用双排钢管柱，形成格构体系，增加结构的整体稳定性。通过采用　ｍｉｄａｓｃｉｖｉｌ建模，模拟实际施工荷载及最不利工况等荷载情况，计算出安全系数可以满足规范要求。（１）基底处理［６］根据设计地质及现场地形地貌的调查情况，３个墩台位置的钢支墩直接安装在主体承台上，其余钢支墩采用钢筋混凝土条形基础作承力结构。（２）支架设计３＃墩　～４＃墩现浇简支箱梁支架体系，从上至下采用　２０ａ　工字钢分配梁　＋贝雷桁架　　＋４５ａ　工字钢＋活动端　＋钢管立柱　＋承台基础或　Ｃ２５　钢筋混凝土条形基础，条形基础尺寸为　２．２×　１．０ｍ。支架采用最大施工荷载的　１１０％荷载对其进行预压，测定弹性变形，消除非弹性变形，为现浇箱梁线性控制提供技术参数［７］。白腊寨　１　号四线大桥现浇支架下部采用钢管贝雷梁结构形式，贝雷片上放置　２０ａ　作为分配梁，下部用钢管柱支撑。边上两排钢管柱直接支撑在承台上，通过预埋件与承台相连。中间设置支墩的，采用扩大基础或挖孔桩和承台　２　种方案，如图　１　所示。图　　　１现浇支架布置　４支架平台安拆方案　　４．１现浇支架平台设计根据现场情况，考虑到地形纵向起伏较大，地质较为破碎，无法满足满堂红支架要求地基基础的平整性要求，同时也综合安全与经济性等方面的要求，现浇支架拟采用梁柱式支架。支架的基本组成从下往上依次是：地基、钢筋混凝土条形基础加直径　　１．０ｍ　的钻孔桩、钢管（速　６０９×　１６ｍｍ）、活动端、横梁（双拼　４５ａ）、纵梁（国产贝雷片）、２０ａ　工字钢分配梁、模板系统等组成。　４．２支架平台的安装　　４．２．１地基处理及基础加固为了保证现浇梁体不因地基沉降产生大的变９２铁道建筑技术　　　　　ＲＡＩＬＷＡＹＣＯＮＳＴＲＵＣＴＩＯＮＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ２０１６　（　１０）万方数据·桥涵工程·形，除要求支架本身具有足够的强度、刚度和稳定性，还要求支架基础必须坚实可靠，根据检算，钢管支架法地基承载力不小于　　２００ｋＰａ。根据原地面的情况采取不同的处理方式，地表软弱层较浅时，采用清表（清淤）及布设碎石垫层处理；当软弱层较深，或地质条件较差，影响地基稳定性时采用桩基础的形式进行处理。施工前，先施工放样，将条形基础的位置确定，由试验室对地基进行触探试验，测定每处工点的地基实际承载力，然后结合现场实际情况，选择处理方案。（１）桩基处理由于本桥现场土质较差，故采用桩基础处理方式。桩的形式采用速　１．０ｍ　的钻孔桩，桩的施工参照桥梁桩基进行。先根据现场实际情况及基础方案测放出需要进行桩基处理的条形基础位置，在条形基础范围内，根据施工图的地质情况，确定桩的位置及桩长，确保桩底嵌入强风化岩层　Ｗ３，桩基施工时可根据现场岩样，对桩长进行适当加长或缩短，以确保基础的稳定性。桩基施工完毕后，参照桥梁桩基要求对桩头进行处理，然后清理对应的条形基础范围内的地表，使其与桩顶标高一致，在条形基础位置浇筑　　１００ｃｍ厚的　Ｃ２５　钢筋混凝土形成冠梁（条形基础），并预埋钢板及锚栓。场地基础处理完毕后，在场地周围设置　　　３０ｃｍ×　３０ｃｍ　排水沟，用　Ｍ７．５　砂浆抹面，防止地表水浸入。　４．２．２支架搭设（１）钢管立柱安装支架搭设采用人工配合吊车进行，钢管采用分节段拼装，钢管上下都设置法兰盘，钢管通过螺栓连接来接长。两端钢管利用承台，直接布置在承台上，中间两排钢管支立在条形基础上。为了确保钢管立柱的稳定，底部采用预埋宝２４　螺栓固定在承台上，采用钻孔植筋的方式固定，植筋数量为　８　根，植筋深度为　４００ｍｍ；若承台面可能存在不平整或不水平的情况，钢管柱底部与承台面之间填塞钢板，以保证水平。采用条形基础时通过预埋在基础表面的钢板及螺栓与钢管柱相连接，预埋钢板大样见图２。相邻钢立柱间横纵向用　２０ａ　工字钢连接，增强钢管柱的横向和纵向稳定性，横向连接采用螺栓连接，如图　３　所示。　　　图　　２预埋钢板　　大样图　　　　　　图　　３预埋钢板及　螺栓立面布置　安装时严格控制钢管柱的倾斜度小于　０．１％。钢管上面铺横向布置双拼　４５ａ　工字钢作横梁。承台上植筋深度计算采用《混凝土结构加固设计规范》中的验算，植筋深度取　　４００ｍｍ，满足要求。（２）活动端设置活动端主要起到调平钢横梁、脱落模板和贝雷架作用。活动端高　　１４５ｃｍ，由导向支撑和插销组成，在落模时，通过千斤顶顶住插销，敲出塞铁即可使工字钢及贝雷梁下落，拆除梁模。根据设计标高确定活动端的顶面标高，施工时严格控制不同活动端间高差，以保证和钢横梁的密贴。（３）钢横梁安装钢横梁作为分配梁起着将结构荷载、支架荷载和施工荷载分配到钢管立柱上同时受力的作用［８］。分配梁采用　２　根　４５ａ　工字钢焊接成箱形截面，在支点处钢横梁两侧采用　　１０ｍｍ　厚钢板予以焊接加固，同时在钢横梁的两端焊接挡块，防止贝雷梁移动；钢横梁要和活动端密贴，以保证钢横梁受力均匀，活动端顶部与钢横梁采用钢筋点焊的方式固定。（４）贝雷梁安装［９］在钢管立柱和钢横梁安装完毕并经过检查验收合格后，进行贝雷梁的安装。在吊装前，首先在场地上按翼板、腹板、底板处的贝雷梁结构布置拼装贝雷桁架，在工字钢横梁上按设计间距，将各组贝雷架的位置用油漆标好，采用吊车吊装就位；安装顺序为先吊装中间，后对称吊装两边的贝雷片，贝雷梁安装加固完成后，再安装钢模板。另外为防止贝雷梁移动，采用　Ｕ　型卡扣把贝雷梁和钢横梁抱箍起来。吊装作业必须有专人指挥，起吊和下落必须平０３铁道建筑技术　　　　　ＲＡＩＬＷＡＹＣＯＮＳＴＲＵＣＴＩＯＮＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ２０１６　（　１０）万方数据·桥涵工程·稳，避免对立柱等结构造成冲击，以确保安全。　４．２．３支架平台的拆除与周转（１）模板拆模当梁体混凝土施工完毕，并且强度达到设计强度的　６０％后，拆除端模、内模和侧模。气温急剧变化时不宜进行拆模作业。拆除前先检查卷扬机等设备的性能，并按规定的顺序进行拆模。①先拆除端模，然后拆除内模骨架，内模将自动脱落，并由两端进行出模。②张拉完成后，利用活动端落模，使底模与梁底混凝土面脱离　　　１０～２０ｃｍ。先拆除侧模，由吊车吊至指定位置。人工将底模从梁底侧移出底板，再利用吊车将移出的模板吊至指定位置。（２）支架拆除［１０］分配梁拆除：底模拆除完毕后，继续拆除分配梁，拆除前应先将连接用的　Ｕ　型卡扣拆卸，用汽车吊配合倒链将分配梁逐个横向抽出。贝雷梁拆除：由于场地限制，只能从梁的一侧拆除贝雷梁，逐个解除贝雷梁间的横向连接，利用倒链将贝雷梁慢慢地平放在横梁上，然后横向拖出，采用汽车吊将其分组吊放至地面，及时安排工图　　５贝雷梁受力检算　人将拆下的贝雷梁打散，堆码整齐后循环使用。在拆除最后两排贝雷梁时，在其横向连接拆除前，先采用钢筋头把最后一排贝雷梁固定在横梁上，防止贝雷梁倾覆。另外为了防止拆除贝雷梁时横梁单端受压失稳，拆除前应先将横梁跟砂箱顶板用　Ｕ　型卡扣扣紧。吊装时派专职安全员进行监控，吊装过程中用缆风绳牵住贝雷梁两头，防止吊装时贝雷梁的摆动幅度过大。部分吊装不到的，采用滑轮组拖拉至可吊装位置进行吊落。横梁的拆除：先用倒链将横梁下放　　　２～３ｍ，然后利用吊车下放到地面。钢管柱的拆除：从上至下逐个拧开螺栓，采用吊机吊住钢管柱上的法兰盘。　４．２．４人行通道的搭设在　３＃墩左侧设置一道人行爬梯，作为人员上下桥的通道，爬梯优先选用组装式的专用安全爬梯。安全爬梯的框架主要杆件在每隔　　　４～５ｍ　必须与墩身联接［１１］。　图　　４超高支架模型　５超高支架受力分析［１２］采用大型有限元计　算软件　　ＭＩＤＡＳ／Ｃｉｖｉｌ２００６进行建模计算建立模型如图　４　所示。　　５．１贝雷梁检算贝雷梁杆件特性见表　２。表　　２贝雷梁杆件特性　　杆件名称材料断面型式断面面积／ｃｍ２理论容许承载能力／ｋＮ弦杆１６Ｍｎ２１０　２×１２．７４）路现竖杆１６Ｍｎ８９．５２２１０斜杆１６Ｍｎ８９．５２　１７１．５　　上下弦杆最大轴力：Ｆ　Ｎｍａｘ　＝１７４．３ｋＮ，小于［ＦＮ］　＝５６０ｋＮ，满足要求，如图　５ａ　所示。竖杆最大轴力：Ｆ　Ｎｍａｘ　＝１４４．５ｋＮ，小于［ＦＮ］＝　２１０ｋＮ，满足要求，如图　５ｂ　所示。斜杆最大轴力：Ｆ　Ｎｍａｘ　＝１２９．９ｋＮ，小于［ＦＮ］＝　１７０ｋＮ，满足要求，如图　５ｃ　所示。　５．２桩顶分配梁　４５ａ　检算分配梁最大组合应力σｍａｘ＝８６．５ＭＰａ，小于［σ］　＝１４０ＭＰａ，满足要求，如图　６ａ　所示。分配梁最大剪应力：τｍａｘ　＝４２．７ＭＰａ，小于［τ］　＝８５ＭＰａ，满足要求，如图　６ｂ　所示。图　　６桩顶分配梁应力图　　５．３钢管检算主钢管为直径　　６０９ｍｍ，壁厚　　１６ｍｍ，材质　Ｑ２３５Ｂ，钢管最大轴力　Ｎｍａｘ　＝１０２．２ｔ，如图　７ａ　所示。１３铁道建筑技术　　　　　ＲＡＩＬＷＡＹＣＯＮＳＴＲＵＣＴＩＯＮＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ２０１６　（　１０）万方数据·桥涵工程·程序计算的组合应力：σｍａｘ　＝６６．７ＭＰａ，小于［σ］　＝１４０ＭＰａ，满足要求，如图　７ｂ　所示。图　　７钢管受力检算图　图　８钢管支架稳定性模型　５．４钢管桩反力钢管桩最大反力　Ｆ　ｚｍａｘ＝　１０２．０ｔ。　５．５钢管支架的整体稳定性分析计算　　将上述荷载加到支架上，同时将箱梁荷载加到钢管支架上，支架的整体稳定系数　　５５４．０＞５，满足要求，如图　８　所示。　５．６支架整体变形现浇支架最大变形：δｍａｘ　＝１３．５ｍｍ，小于　９０９０４００　＝２２．７ｍｍ，满足要求，如图　９　所示。图　　９钢管支架整体变形模型　６结论（１）针对云桂铁路白腊寨　１　号四线大桥采用的超高支架设计方案，综合考虑支架现浇施工和简支箱梁施工方法，提出了一种创新性梁柱式超高空间支架搭设方式，克服了该桥施工干扰大、纵向高度大和施工空间受限等问题。（２）采用　ＭＩＤＡＳ　有限元软件，建立了整体超高支架计算模型，并进行了施工过程的模拟，分析得到：贝雷梁、钢管检算及钢管桩反力均满足要求；支撑体系整体稳定系数为　５５４，大于　５　满足要求；支架最大变形　　１３．５ｍｍ　小于规范　　２２．７ｍｍ，满足要求。计算结果表明，本文提出的超高支架施工技术方案是可行的。参考文献［１］　邓运清．客运专线简支箱梁综述［科］．铁道工程学报，２００５（１）：　２－３．［２］　李祥营．现浇混凝土简支箱梁的满堂支架法施工［科］．山西建筑，２０１６（５）：１．［３］　吴荣锋．客运专线双线　　３２ｍ　整孔箱梁移动模架造桥技术［科］．铁道建筑技术，２００９（５）：　１－３．［４］　王永胜．贝雷支架原位现浇铁路简支箱梁施工技术［科］．铁道建筑技术，２００９（８）：　１－３．［５］　金万福，朱云．支架法现浇简支箱梁施工方法及对比分析［科］．西北水电，２０１１（３）：３．［６］　柯鹏．现浇混凝土箱梁墩梁式支架计算分析［科］．黑龙江交通科技，２０１６（１）：　２－３．［７］　姚璐．客运专线箱梁贝雷支架法施工技术［科］．铁道建筑技术，２０１０（５）：　２－４．［８］　刘红峰，徐永．余慈高架站到发线双幅站线梁钢管贝雷支架设计分析［科］．铁道建筑技术，２０１２（Ｓ１）：　３－６．［９］　吴广．贝雷梁法在铁路桥梁施工中的应用［科］．技术与市场，２０１６（２）：　２－３．［１０］戴勋．山区支架现浇箱梁施工技术的应用研究［Ｄ］．淮南：安徽理工大学，２０１６：　１４－１６．［１１］杨洋．大跨高耸脚手架支撑体系的研究［Ｄ］．　重庆：重庆大学，２００４：　１０－１３．［１２］董传磊．高速铁路预应力简支箱梁力学特性空间有限元分析［Ｄ］．长沙：中南大学，２０１０：　１３－１５．　　　读者至尊　　　　　　服务为本２３铁道建筑技术　　　　　ＲＡＩＬＷＡＹＣＯＮＳＴＲＵＣＴＩＯＮＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ２０１６　（　１０）万方数据