跨鐵路支架現澆箱梁施工方案

王勇鋒

(中鐵九局集團有限公司 大連工程處，遼寧 大連116001)

1 施工方案簡介

K5+995.940～K6+251.713新建公鐵立交橋位于既有南(關嶺)甘(井子)線上行線K7+968.18處，該處位于區(qū)間緩和曲線上，南甘線為國家Ⅱ級雙線鐵路，線路為50 kg/m鋼軌，混凝土枕線路。主橋在A217—A218樁柱段跨南甘鐵路，上部采用預應力混凝土連續(xù)梁，橋梁橫向全寬2 996.9～3 834.9 cm，共分11個箱，梁高2.5 m，橋面橫坡由箱梁扭轉形成。箱梁頂板厚度25 cm，底板厚度28 cm，腹板厚度60 cm。

本施工段跨越南甘上行、下行線，施工將對鐵路運營產生干擾，施工前，與相關產權單位簽訂了施工協(xié)議，并與鐵路部門辦理好鐵路施工配合函。施工中，安裝了防落網等防護工具，精心策劃，周密組織，全過程控制，確保施工的安全及對鐵路運營的影響降至最低程度。

施工流程為:支架拼裝、預壓完成后，拼裝底模板→分片吊裝外側模板、綁扎鋼筋→安裝縱向預應力筋及管道→安裝橫向預應力管道→穿鋼絞線束→安裝內模板→綁扎頂板鋼筋→安裝頂板橫向預應力筋及管道→穿鋼絞線束→搭設混凝土澆筑工作平臺→埋設預埋件→澆筑混凝土→養(yǎng)生→施加預應力→壓漿→拆模。

2 支架施工及縱橫向工字鋼檢算

2.1 鋼門架支撐施工介紹

為加強支撐強度和穩(wěn)定性，跨鐵路線采用鋼支墩立柱與I56b工字鋼組成的全鋼結構門架做支撐，所有豎向支撐均按要求設置縱橫斜拉?？v向工字鋼上方鋪設方木，再在方木上鋪設竹木建筑模板作為箱梁底模。縱向工字鋼與支墩頂部要拼接牢固，高低不平處用鐵楔找平?？v向鋼梁布置按橋面寬從中間向兩側布置，縱橫向鋼梁間要用鐵楔找平，無失穩(wěn)現象，并焊聯牢固。水平撐桿在縱橫向立柱之間用∠75×75角鋼按3.5 m層高節(jié)間裝設，大幅降低立柱的長細比，以有效提高門架的整體穩(wěn)定性。立面斜撐角鋼根據水平撐桿布置的節(jié)間間距安裝，布置為八字交叉形式，以有效提高穩(wěn)定性。工字鋼上方設置100 mm×150 mm×4 000 mm方子，縱向間距200 mm布置。

2.2 門架支撐施工流程

鋼支墩門架施工流程從下到上依次為:澆筑鋼筋混凝土條帶狀基礎→吊裝固定φ219 mm螺紋鋼管立柱→吊裝立柱上橫向I56b工字鋼→吊裝縱向工字鋼安裝防落網→鋪放木方、楔子放坡度→鋪放竹膠板底模板，工字鋼與木方之間用木楔墊實。

2.3 支撐基礎施工處理措施

鋼門架架設前需用鏟車對地面進行整平，用振動壓路機進行碾壓，壓實密度要達到95%以上，方可進行施工。并在基礎周圍挖排水溝，建立現場可靠排水系統(tǒng)，確保基礎的強度。支架必須有足夠的剛度和強度，堅固穩(wěn)定，能抵抗在施工過程中可能發(fā)生的沖擊和荷載的振動。支架立柱必須安裝在有足夠承載力的地基上，保證澆筑混凝土后不發(fā)生超過圖紙規(guī)定的允許沉降量。地基經處理后承載力按250 kPa考慮。

跨鐵路線以外地段，原地面是部分軟土地面，承載力較差。施工時采用鏟車平整場地找平，將地面鏟平到設計高程后，用30 t振動壓路機反復碾壓，然后再填以混凝土渣或挖基礎所出風化巖分層碾壓，壓實密度達到95%以上后，在其上搭設腳手架。

跨鐵路鋼支墩門架處為連續(xù)混凝土帶42 m×0.8 m×0.6 m基礎，基礎混凝土帶上下各設一層φ16 mm@150 mm鋼筋網片。施工時在保證跨線門架的寬度尺寸下的路面上，挖深1.0 m，對基底用人工夯實，并鋪厚400 mm的M10漿砌片石，之上再加厚600 mm的C25混凝土基礎。

2.4 支架結構力學檢算

2.4.1 荷載計算

最不利截面取A217橫梁腹板加厚處的截面，截面面積S=54.2 m2，截面寬度38.35 m，梁高2.5 m。考慮箱梁混凝土為二次澆筑，第一次澆筑頂板以下部分(S2=19.9 m2)，第二次澆筑頂板以上部分(S1)，檢算荷載取頂板以下部分(S2)的混凝土重量。

圖1 A217橫隔梁斷面(單位:cm)

鋼筋混凝土自重P1為

模板自重P2為

施工人員及機料動荷載P3為

沖擊荷載P4為

荷載合計Q為

2.4.2 橫向工字鋼檢算

橫向工字鋼坐落在間距2.0 m的組合螺旋管鋼支撐上面，承受著上部結構荷載及自身荷載，可簡化為簡支梁承受集中力的作用，當集中力P作用于跨度中點時，簡支梁撓度最大，受力簡圖見圖2。

圖2 集中力作用下簡支梁受力簡圖

當集中力P作用于跨度中點時，即a=b=L/2，則梁的最大撓度fmax為

式中，fmax為梁的最大撓度(mm);P為集中力荷載(N);E為工字鋼的彈性模量，對于工程用結構鋼E=210 GPa;I為工字鋼的截面慣性矩，可在型鋼表中查得I=68 510 cm4;L為簡支梁跨度，L=2.0 m。

代入數值可得

1)強度檢算

橫向工字鋼坐落在間距2.0 m的組合螺旋管鋼支撐上面，承受著上部結構荷載及自身荷載，可簡化為簡支梁承受集中力的作用，當P作用在梁跨中點時，彎矩最大。

2)正應力檢算

根據簡支梁在集中力作用下的最大彎曲正應力為

式中，Mmax為梁最大彎矩;Wx為抗彎截面模量，可在型鋼表中查得Wx=2 447 cm3;ψb為系數取0.955。

代入上式可得

故橫向工字鋼可以使用I56b工字鋼。

2.4.3 縱向工字鋼檢算

1)剛度檢算

I56b工字鋼跨度 L工=11 m，假定按間距0.6 m布設，荷載合計P=31.5 kPa(3.15 t/m2)，工字鋼單位重P5=115 kg/m。

均布荷載下的工字鋼的最大撓度fmax在梁的跨中，其計算公式為

式中，fmax為梁的最大撓度(mm);q為均布線荷載(kN/m);E為工字鋼的彈性模量，對于工程用結構鋼，E=210 GPa;I為工字鋼的截面慣性矩，可在型鋼表中查得 I=68 510 cm4;L工為工字鋼跨度，L工=11 m。

代入數據可得fmax=26.6 mm<1/400×11=27.5 mm。

2)強度檢算

簡支梁在均布荷載作用下的最大彎矩及最大剪力由計算簡圖可得(見圖3、圖4)

圖3 均布荷載作用下簡支梁受力圖

圖4 均布荷載作用下簡支梁的剪力、彎矩圖

3)正應力檢算

正應力強度計算公式σmax=Mmax/Wx

式中，σmax為計算截面的最大正應力;Mmax為均布荷載作用下的最大彎矩;Wx為抗彎截面模量，可在型鋼表中查得Wx=2 447 cm3。

代入正應力強度計算公式可得

4)剪應力檢算

在彎矩和剪力共同作用下，雙軸對稱工字形截面最大剪力τmax發(fā)生在腹板中部，根據材料力學公式

式中，Ix、Sx分別為計算截面慣性矩及面積矩，可在型鋼表中查得 Ix=68 510 cm4，Sx=1 451.5 cm3;Qmax為計算截面最大剪力;d為計算截面厚度，查表可知d=14.5×10－3m。

代入上式 τmax=QmaxSx/(dIx)=16 112 841 Pa=16.11 MPa<［τ］=80 MPa。

故縱向工字鋼可以使用I56b工字鋼。

2.5 支架預壓方案

為保證支架的穩(wěn)定性、剛度及強度，檢驗支架的受力情況，消除支架非彈性變形，測定支架的彈性變形，需采取支架預壓措施。

2.5.1 支架預壓荷載及范圍

支架預壓范圍主要為底板正下方部分支架，翼板部分支架不作考慮。支架預壓荷載暫按該部分箱梁自重的1.2倍計算，預壓荷載在支架預壓結束后拆除。

2.5.2 預壓材料及加載總重

預壓荷載的選用材料，本著因地制宜的原則，選用沙袋或水箱(袋)作為預壓荷載材料，可根據預壓荷載確定沙袋的高度。

2.5.3 加載和卸載

采用分級均勻加載，按四級進行，即25%、75%、100%和120%的加載總重，每級加載后均靜載1.5 h后分別測量支架變形量，做好記錄。加壓過程中要注意沙袋要均勻加載，防止支架偏壓。加載全部完成后，靜載48 h等到支架穩(wěn)定后，方可進行卸載，卸載時按加載量級遞減，并記錄全過程沉降量變化。試壓后重新調正支架高度，根據全部記錄繪制成沉降變化曲線，推算彈性變形量，以利于支架設置預留沉降值。

3 模板拼裝

1)內外模支架拼裝時要墊密實，盡量減少分配梁，鋼(木)支架，模板之間的縫隙，減少混凝土灌注過程中的非彈性變形。

2)鋼模板第一次使用前以鋼刷除銹，用肥皂水反復清洗幾次，除銹結束后晾干，再涂脫模劑。

3)混凝土灌注前預先準備好壓艙板及反壓支撐，以防腹板混凝土振搗過程中底板混凝土上翻，影響振搗質量。

4)腹板拉桿襯管下料應比腹板厚度大2 mm，并將其作為模板內撐，在拉桿擰緊過程中由襯管作支撐，保證腹板厚度。

5)內頂模調整高程時，模板前端比所要達到的高程低1.5 cm，將后端吊桿預拉30～50 kN，使模板與已澆混凝土面貼死，再張拉前吊桿，使前端達到所需高程，此時前吊桿預拉力也為30～50 kN，否則放松前后拉桿重新調整。

4 綁扎鋼筋和安裝波紋管道

1)鋼筋按要求下料彎制，成型后掛牌分類堆放，需要時利用汽車吊裝至需要位置。

2)先安裝底板端頭模，綁扎底板、腹板鋼筋，并安裝豎向預應力筋、底板和腹板波紋管道，待內模前移到位后綁扎頂板底層鋼筋，安裝頂板預應力管道，綁扎頂板鋼筋，安裝頂板預埋件。

3)全橋預應力管道，均采用塑料波紋管。

4)如預應力管道位置與構造鋼筋位置矛盾時，可適當移動構造鋼筋的位置，要絕對保證預應力管道按設計位置定位，并采取加粗定位鋼筋直徑，加密定位鋼筋網片，網片與箱梁構造筋點焊牢固等措施，保證預應力管道位置在澆筑混凝土時不移位、不破損。

5)在灌注混凝土前應檢查預應力管道的接頭是否連接緊密，管身是否完好，并在預應力管道內穿入橡膠棒，在混凝土灌注過程中隨時抽動橡膠棒，若發(fā)現管道內漏漿時，立即將橡膠棒抽出，并用高壓水沖洗管道?；炷翐v固時，插入振動器不得直接接觸預應力管道，以防其移位、破損和漏漿。

5 現澆箱梁混凝土施工

為滿足混凝土的泵送及澆注需要，混凝土坍落度定為18～20 cm，初凝時間≥10 h。

1)攤鋪與振搗

混凝土澆筑按水平分層進行，每層混凝土的厚度控制在30～40 cm。混凝土振搗時，準備足夠的照明以觀察腹板內混凝土的振搗情況，保證混凝土澆筑質量。現場同時準備大、小振動棒，用小振動棒配合大振動棒施工。振動棒采用快插慢提的方式插入混凝土，插入時要垂直，插點分布要均勻，振搗器移動間距不超過作用半徑的1.5倍，在振搗上一層時，應將振動棒插入下層5～10 cm，并避免振動棒碰撞模板、鋼筋及預應力管道等。

2)混凝土澆筑順序

①底板混凝土:縱橋向從較低端向高端，橫橋向先兩側腹板向箱梁中軸方向對稱均衡進行。

②腹板:縱向水平分層，每層混凝土的厚度以30～40 cm控制，兩側腹板左右相互交替連續(xù)澆筑。

③頂板混凝土:先澆筑腹板及上倒角處混凝土，橫橋向先翼緣板后中部頂板，縱橋向從較低端向高端。

3)混凝土養(yǎng)生

①頂板混凝土養(yǎng)生:頂板混凝土澆筑完初凝后，覆蓋土工布保溫養(yǎng)生，養(yǎng)生時間不少于7 d，在養(yǎng)生期間始終保持土工布的濕潤。

②箱梁腹板和底板:采用人工操作高壓水槍噴灑辦法養(yǎng)生，或采用噴灑養(yǎng)護劑進行養(yǎng)生。

③箱梁外側腹板的養(yǎng)生:采用人工操作高壓水槍噴灑或噴灑養(yǎng)護劑的辦法。

養(yǎng)生安排專人專職負責，保證混凝土表面濕潤，從而確?；炷恋膬韧鈴姸韧谠鲩L，避免由于溫差效應導致結構混凝土出現溫度裂縫。

6 預應力張拉及壓漿

預應力材料經現場監(jiān)理工程師抽檢合格后，方可使用。根據預應力筋及張拉噸位的要求選擇匹配的張拉機具。張拉前將千斤頂、油泵及壓力表送國家計量認可單位校驗，合格后方可使用，并且統(tǒng)一編號配套進行標定。施工中千斤頂、油泵及壓力表配套使用，當梁體混凝土強度達到設計要求后，方可張拉。在施工梁體鋼筋時，將鋼束預先穿入波紋管，焊好波紋管定位筋，將其牢固定位，澆筑混凝土時小心振搗，振搗棒不能觸及波紋管。張拉前仔細檢查錨墊板和孔道，錨墊板位置準確，孔道內暢通，無水和其它雜物。

預應力鋼束張拉應按照設計圖中鋼束張拉順序和張拉控制應力進行。施加預應力應在箱梁混凝土的強度達到90%且齡期達到10 d以上時進行?？v向預應力筋采用兩端張拉，張拉作業(yè)按以下過程進行:0→初應力 0.1δk(δk為設計應力)→1.0δk→持荷 2 min→錨固。張拉完成后使用砂輪鋸切割外露鋼絞線，切割留有3 cm以上的外露端頭。

7 拆模

待張拉工作全部完成，且管道壓漿的強度達到設計強度要求后，進行支架及模板拆除作業(yè)。拆模時，首先拆除翼板支撐和側模模板，然后拆除支架及底模。落架時按全孔多點、對稱、緩慢均勻的原則，由跨中向兩端進行。

8 結語

根據鐵路通行限高限寬要求，本段跨南甘鐵路支架采用全鋼門架與滿堂重力腳手架組合形式，充分發(fā)揮各種支架的優(yōu)勢，保證了鐵路的安全運營，為施工的順利進行創(chuàng)造良好條件?，F該工程已正式通車運營。

［1］中華人民共和國建設部.建筑施工手冊(第四版)［M］.中國建筑工業(yè)出版社，2003.

［2］周水興，何兆益，周毅松，等.路橋施工計算手冊［M］.北京:人民交通出版社，2006.

［3］中華人民共和國交通部.JTG B01—2003公路工程技術標準［S］.北京:人民交通出版社，2003.

［4］中華人民共和國鐵道部.TB10203—2002鐵路橋涵施工規(guī)范［S］.北京:中國鐵道出版社，2002.