既有線路架空拆舊橋現(xiàn)澆新框架橋施工技術(shù)

羅新文, 馬忠武

(1. 武漢鐵路局，湖北武漢 430071； 2. 中國市政工程中南設(shè)計(jì)研究總院有限公司， 湖北武漢 430010)

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既有線路架空拆舊橋現(xiàn)澆新框架橋施工技術(shù)

羅新文1, 馬忠武2

(1. 武漢鐵路局，湖北武漢 430071； 2. 中國市政工程中南設(shè)計(jì)研究總院有限公司， 湖北武漢 430010)

對(duì)于大跨度框架橋，通過優(yōu)化設(shè)計(jì)施工方案，采用D型便梁一次架空既有線路，既有梁體下搭設(shè)支架加固，成功解決拆除舊橋問題。檢算支墩承載力，保證線路架空安全，利用混凝土現(xiàn)澆技術(shù)順利完成全橋施工。

線路架空； 框架橋； 支墩； D型便梁； 施工

1 工程概況

湛南路為城市規(guī)劃I級(jí)主干道，該道路原有1～10 m普通鋼筋混凝土π形梁橋，下穿既有孟平線及舞鋼專用線2股道，梁橋共4片π形梁，每片重40 t，橋全長21.6 m，受孔跨小及凈空低的影響，需拆除既有梁橋原位新建框架橋。框架橋?yàn)榭卓?7+16+7) m的三孔連體式結(jié)構(gòu)，框架橋除下穿既有孟平線及舞鋼專用線2股道外，還需預(yù)留增建二線1股道，孟平線與舞鋼專用線線間距4.0 m，設(shè)計(jì)框架橋與線路正交，線路位于直線和緩和曲線交接段，既有路堤高約5.0 m。

框架橋主體采用C35級(jí)鋼筋混凝土，出入口擋墻采用C30混凝土，垂直線路方向長19 m，順線路方向長33.8 m，橋身凈空5.6 m，框架頂面距軌面1.04 m。

2 方案選定

2.1 原設(shè)計(jì)施工方案

框架橋原設(shè)計(jì)施工方案為工便梁縱橫抬梁加固線路，預(yù)制頂進(jìn)法施工。即采用16 m長100型工字鋼縱梁及21.1 m與9.7 m長兩種 Ⅰ 63a工字鋼橫抬梁分5跨架空線路，縱梁與橫抬梁用U型螺栓連接，軌枕與橫抬梁用U型螺栓連接，橫抬梁間用短枕頂進(jìn)。在線路北側(cè)開挖基坑預(yù)制框架橋箱體并設(shè)置后背樁，箱體邊頂進(jìn)邊挖土，每次頂進(jìn)20 cm。在頂進(jìn)至臨時(shí)支墩處時(shí)，橫抬梁一端支承在框架頂板上，拆除臨時(shí)支墩，完成體系轉(zhuǎn)換繼續(xù)頂進(jìn)，每次頂進(jìn)后，按重新在合適位置加木楔的方法及時(shí)恢復(fù)線路標(biāo)高和橫抬梁與軌枕間間隙，同時(shí)檢查箱頂橫抬梁的位置，隨時(shí)調(diào)整,以此完成全橋頂進(jìn)施工。

2.2 方案優(yōu)化

按照設(shè)計(jì)施工，首先需預(yù)制框架橋，現(xiàn)場調(diào)查，既有梁橋南側(cè)20 m處有排污渠，北側(cè)埋有自來水管且緊鄰河堤，不具備開挖基坑預(yù)制箱體條件；其次工字鋼便梁縱橫抬梁施工工序較為繁瑣，橫抬梁、聯(lián)接構(gòu)件數(shù)量多，由于跨度小開挖臨時(shí)支墩也多；由于工字鋼縱梁剛度較D型便梁弱，框架橋頂進(jìn)過程中，因橫抬梁與箱頂混凝土之間的摩擦，易導(dǎo)致縱梁橫向變形，要隨時(shí)檢查甚至反方向頂回橫梁。根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情形，對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行優(yōu)化，決定采用6組D16型和2組D12型乙式低位施工便梁一次架空線路。在便梁已具備承載線路的條件后，清除全部道砟，使線路與既有梁橋橋面脫離，拆除切割既有梁橋，原位開挖基坑現(xiàn)澆框架箱體。框架橋頂板、底板在支墩樁位處預(yù)留孔洞，孔洞在完成第二次支點(diǎn)體系轉(zhuǎn)換(框架橋頂板支承線路)，拆除D型便梁破除支墩后進(jìn)行現(xiàn)澆處理。

3 線路加固體系

3.1 支墩施工

支墩采用方形人工挖孔樁，線路外側(cè)樁尺寸為2 m×2 m，股道間為避免軌枕頭懸空，樁尺寸調(diào)整為1.6 m×2 m和1.6 m×2.5 m，樁底長1 m范圍內(nèi)進(jìn)行擴(kuò)孔，增加樁底支承面積，樁體最長14 m，具體支墩樁位平面布置如圖1所示。挖孔樁施工過程中線路限速45 km/h。既有梁橋下的支墩分2次施工，路面以下部分人工挖孔成型，路面以上部分架立模板澆筑混凝土成型，為減小樁體自重且便于施工，路面以上樁尺寸減小，尺寸縮小處可堆碼砂袋增加樁體穩(wěn)定性，支墩頂端預(yù)埋Ⅰ20型鋼對(duì)D型便梁進(jìn)行限位。

圖1 支墩樁位平面布置(單位：cm)

3.2 D型便梁架設(shè)

D型便梁架設(shè)安裝前做好以下準(zhǔn)備工作：(1)線路架空前后100 m范圍內(nèi)線路進(jìn)行應(yīng)力放散，委托設(shè)備管理單位施工；(2)對(duì)影響便梁安裝的接觸網(wǎng)立柱及相關(guān)既有設(shè)備應(yīng)遷改完成，對(duì)線路間距及直、曲線交接段等技術(shù)條件進(jìn)行計(jì)算；(3)采取隔六抽一的原則，每跨抽出4～5根軌枕，根據(jù)橫梁位置對(duì)剩余軌枕按670 mm左右的間距進(jìn)行調(diào)整；(4)搭設(shè)安裝D型便梁施工平臺(tái)，與既有梁橋拆除前搭設(shè)的加固支架體系一起完成。

D型便梁安裝按兩步進(jìn)行，第一步利用封鎖點(diǎn)，在對(duì)應(yīng)位置將橫梁全部穿入線路，上好絕緣橡膠墊,防止軌道電路短路，影響信號(hào)和行車；第二步在封鎖線路時(shí)間內(nèi)，用汽車吊將縱梁吊裝至已施工的支墩上，縱梁安裝按先線路中間再線路外側(cè)的順序，縱梁就位后，立即人工安裝縱橫梁連接件、牛腿，擰緊螺栓及固定線路基本扣件，縱梁與預(yù)埋型鋼間用硬木墊實(shí)，防止橫向移動(dòng)。D型便梁架空立面如圖2所示。

圖2 便梁架空立面布置(單位：m)

4 既有梁橋拆除

既有梁橋切割前，在既有板梁下方搭設(shè)墩梁式支架進(jìn)行支撐防護(hù)。立柱采用φ27.3 cm鋼管，長2.1 m，縱橫向間距2 m，每道鋼管柱縱橫向采用[10槽鋼設(shè)置剪刀撐，立柱設(shè)置位置要注意避開支墩樁位。立柱頂、底端焊2 cm厚鋼板(50 cm×50 cm)，鋼板上搭設(shè)H30×30 cm橫梁，橫梁上設(shè)置縱向 工 32a工字鋼(順線路方向),間距2 m，縱橫梁間采用U型抱箍聯(lián)接，縱梁與π梁底之間采用枕木抄緊墊實(shí)，防止梁體拆除時(shí)斷裂兩端翹頭影響線路。支架搭設(shè)好，線路完成架空后開始對(duì)既有梁體進(jìn)行破除。先將既有橋人行道支架拆除，然后用金剛鏈鋸切割機(jī)切割梁翼緣板，分段切割梁體及橋臺(tái)，并結(jié)合液壓破碎錘機(jī)械進(jìn)行破碎，人工清理碎渣，完成既有橋的拆除。

5 框架橋現(xiàn)澆施工

基坑開挖至設(shè)計(jì)標(biāo)高后，立即澆筑10 cm厚混凝土墊層，在墊層上立模澆筑框架底板及下梗肋，當(dāng)?shù)装寤炷翉?qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度50 %后，再施工中、邊墻及頂板混凝土，中、邊墻施工縫進(jìn)行錯(cuò)開，不設(shè)置在同一平面上。支墩樁位處預(yù)留孔洞，頂板混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，回填道砟至軌枕底并搗實(shí)，線路荷載承力體系轉(zhuǎn)換至框架主體上，在做好支撐的情況下，分步拆除D便梁，抽換橫梁為軌枕并補(bǔ)加道砟。人工配合機(jī)械對(duì)支墩進(jìn)行破除，將前期預(yù)留的底、頂板鋼筋進(jìn)行搭接并增加鋼筋網(wǎng)片進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)，孔洞四周進(jìn)行鑿毛并灑水濕潤，澆筑微膨脹混凝土，完成整個(gè)框架主體施工

6 受力檢算

D型便梁為專用架空梁，不再對(duì)架空縱梁進(jìn)行受力檢算，主要檢算受力支墩。以線路間4-2#支墩為例進(jìn)行受力計(jì)算，按“中-活載”加載，標(biāo)準(zhǔn)活載計(jì)算圖示任意截取一段，當(dāng)列車“中-活載”運(yùn)行到如圖3所示位置時(shí)，支墩頂所受反力最大。

圖3 “中-活載”計(jì)算簡圖

Rb=(220×5×7.5+92×4×14)÷16=837.6 kN

考慮支承兩股道，支墩單樁頂受力: R靜=Rb+Rc=1573.6 kN

D型便梁自重: G1=25.531×9.8=250.2 kN

線路自重: G2=(60×16×2+24×263)÷1000×9.8=80.7 kN

樁身自重:G3=(1.6×2.5×13+2.5×3×1)×25=1487.5 kN

根據(jù)鐵路橋梁檢定規(guī)范，列車運(yùn)行速度在60 km/h以下時(shí)，列車動(dòng)力系數(shù)為:

樁底受力:R=1.28×Rj+G1+G2+G3=3832.6 kN

其中：U為樁身截面周長，上部周長為(1.6+2.5)×2=8.2 m，樁底周長為(2.5+3)×2=1 m；fi為樁周各土層的極限摩阻力，上、下部土層分別取55 kPa、60 kPa；li為各土層的厚度；A為樁底支承面積；m0為樁底支承力折減系數(shù)，m0取1.0；[σ]為樁底地基土的容許承載力。

[σ]=σ0+k2γ2(h-3)=180+2.5×18×(6.14-3)=321.3 kPa

[P]>R，通過以上計(jì)算，樁底承載力滿足要求，按上述方法計(jì)算其他支點(diǎn)樁承載力均滿足要求。

7 結(jié)束語

湛南路框架橋利用組合D型便梁架空線路以及混凝土現(xiàn)澆施工技術(shù)，2015年10月底順利完成了三孔框架橋主體施工，很好地解決了鐵路梁式橋拆舊建新問題，減少了對(duì)鐵路運(yùn)輸?shù)母蓴_，降低了新建擴(kuò)建道路框構(gòu)橋成本，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益；同時(shí)進(jìn)行主要受力結(jié)構(gòu)的檢算，簡單易行，能較好地適應(yīng)現(xiàn)場施工需要，對(duì)以后相同相似下穿立交橋施工提供一定的借鑒。

[1] 鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院. TB 10002.1-2005鐵路橋涵設(shè)計(jì)基本規(guī)范[S]. 北京：中國鐵道出版社，2008.

[2] 鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院. TB 10002.5-2005鐵路橋涵地基和基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范[S]. 北京：中國鐵道出版社，2005.

[3] 馬占亞.既有鐵路運(yùn)營條件下拆除舊橋頂進(jìn)新框構(gòu)橋施工技術(shù)[J].鐵道建筑技術(shù)，2013(2)：27-29.

[4] 李祖勇.長沙書院路下穿京廣線框架橋頂進(jìn)施工技術(shù)[J].鐵道建筑技術(shù)，2013(11)：18-20.

羅新文(1981～)，男，研究生，工程師，從事鐵路工程建設(shè)管理工作。

U445.462

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[定稿日期]2016-04-30