肯尼亞內馬鐵路橋槽型連續梁設計及施工研究

王 充

(中國路橋工程有限責任公司，北京 100010)

1 工程概況

1.1 工程概況

肯尼亞內馬鐵路一期在鐵路里程DK92+817處跨越B3公路。為了保證該段公路后續順利拓寬，設計采用(40+64+40)m槽型梁跨越，與B3公路夾角為135°。DK92+817跨B3公路大橋位于Susuwa鎮，橋梁起訖樁號為DK92+701.40～DK92+932.60，全長231.2 m。

橋梁在B3公路(凈寬10 m)處采用(40+64+40)m槽型梁跨越，夾角135°。

1.2 地形地貌

橋位所在地區沿線地形地貌溝床明顯(現場臨3#墩大里程方向有沖溝一條，目前已回填)，地表植被發育。

1.3 工程地質

橋位所在地地表承載力較好，經檢測，承載力為300 kPa左右。地層分層較多，詳見表1。橋位區河流多受季節性降雨影響，旱季未見積水。

表1 橋位區工程地質

橋位所在地年均氣溫為16～20 ℃，年平均降水量600～1 100 mm，年均蒸發量為1 550～2 200 mm。雨季為每年的3～6月和10～12月，瞬時雨量較大。

1.4 施工平面布置

本工程現場采用全封閉施工，設有支架存放區、模板存放區、鋼筋存放區等。

1.5 工程特點及施工要求

本工程(40+64+40)m預應力混凝土槽型梁橫跨B3公路，B3公路為本地區主要干路，道路運輸繁忙，施工安全風險大。

工程施工需跨越雨季，當地雨季瞬時降雨量大，需要防止雨水滲入預壓噸袋增大支架荷載，同時防止雨水浸泡地基。

工程跨越B3公路，既是全線“三橋四隧”的重點工程，又是展示企業形象的標志工程，槽型梁不管是外立面或梁體內側均對外觀質量要求高。

施工要求和技術保證條件有以下幾點。

(1)施工過程中嚴格控制基礎施工及支架安裝的質量，須根據相關標準對基礎及支架安裝進行檢查驗收，施工中應注意臨邊防護，公路上部設置防落網，臨邊欄桿下部設置擋腳板，防止物體墜落影響行車安全。

(2)項目部建立安全保證體系和質量保證體系，安排專人定期檢查落實情況。

(3)支架預壓時應及時避開雨季，及時關注天氣預報。雨季施工時，預壓施工應準備彩條布等覆蓋防雨措施；對于原有排水溝渠應進行改移，避免雨水沖刷基礎；應定期排查支架基礎排水設施是否通暢，基礎是否積水。

(4)為保證混凝土外觀良好，采用預壓監測及分節段澆筑的方式，減小基礎沉降對模板支架變形的影響，控制混凝土裂縫。

2 施工方案比選

因本項目跨越的B3公路交通量大，施工期間需要保證交通通行順暢、橋梁底距離地面高度為7 m的項目特點，橋梁施工方案只能采用少支架現澆法以及懸澆法施工。

2.1 少支架現澆法施工

(1)工期：按照本方案施工計劃采用少支架現澆法施工總工期為192 d。

(2)材料小計：貝雷梁及腳手架鋼材使用總重量約為212 t。

(3)技術難度：采用少支架施工，施工簡便，操作簡單，技術難度小。

(4)安全風險：主要為跨路段施工可能影響下部B3公路交通通行，存在高空作業安全風險。

2.2 懸臂澆筑法施工

(1)工期：邊跨與0#塊仍然需要采用支架法施工，其支架搭設及梁部施工時間按照100 d考慮，懸臂澆筑法段按照每2 m一個節段，每節段施工時間10 d，本工程共需10個懸澆施工節段與2處合龍段，綜合考慮工期應不少于220 d。

(2)材料估算：僅邊跨段及0#施工支架采用的支架鋼管總體積約為1 960 m3，每m3支架鋼管按照步距為1.2 m，縱距、橫距均為0.9 m計算，所需支架重量約為570 t。

(3)技術難度：采用掛籃施工技術難度高，施工中應尤其注意控制T構梁段荷載平衡，合攏段技術要求高。

(4)安全風險。

顯然不論從工期角度考慮還是從材料用量方面考慮，且懸臂澆筑法從施工難度及技術難度方面也高于少支架現澆法，故本工程采用少支架現澆法均優于懸臂澆筑法。

3 連續梁現澆支架設計計算

3.1 設計條件

根據地勘資料，支架所在位置地基的容許承載力為300 kPa，2#墩兩側條形基礎所在局部位置容許承載力為124 kPa。最大設計風速13.9 m/s(6級風)。

貝雷所用鋼材為16 Mn鋼，立柱、平聯、斜撐、主橫梁及分配梁等均采用Q235鋼材。

3.2 荷載及工況分析

主要荷載有結構自重、施工荷載2.5 kPa、木模板體系重力荷載2.0 kPa、振搗荷載2.0 kPa、槽形梁荷載，鋼筋混凝土容重26 kN/m3。

工況一基本組合：1.2×(支架自重)+1.4×(風荷載)。標準組合均考慮1.0的系數。工況二荷載組合如下：基本組合：1.2×(支架自重+槽形梁荷載+模板荷載)+1.4×(施工荷載+振搗荷載+風荷載)。標準組合均考慮1.0的系數。

3.3 整體計算模型

根據設計圖紙中的結構布置，采用midas Civil有限元軟件建立模型，立柱、平聯、斜撐、主橫梁及貝雷梁均采用梁單元模擬，立柱在柱腳處固接，立柱與平聯間為鉸接，貝雷與主橫梁鉸接。

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3.4 主要計算結果分析

槽形梁支架反力計算結果如表2所示、位移計算結果如圖1所示，可見支架構件強度和剛度滿足要求。

表2 支架反力計算結果

圖1 支架位移計算結果

4 連續梁支架施工技術

4.1 支架施工

支架跨路處凈高5.75 m，凈寬7 m，滿足交通需求。

(1)擴大基礎：混凝土擴大基礎與鋼管樁采用預埋件相連，預埋件由錨固鋼筋和鋼板穿心焊接組成。基底地基承載力需大于300 kPa。

(2)鋼管立柱：每6 m采用2[20a設置平聯。

(3)卸荷砂箱：卸荷砂箱采用δ=14 mm鋼板焊接，內部充填干砂，高度為30 cm，先在后場預壓調整高度后，采用型鋼鎖定制作。

(4)主橫梁：主橫梁對工字鋼內部加設筋板，增強主橫梁穩定性，安裝就位后焊接在卸荷砂箱上。

(6)橫向分配梁：底層分配梁采用工14，下料長度為14.6 m，鋪設在連續梁下部長度為12 m，懸挑長度為1.3 m，懸挑部位不承受梁體結構荷載，僅承受腳手架及人行走道荷載。橫向分配梁安裝就位后與縱梁采用卡具連接，作為底模和翼緣板支架的支撐。

(7)腳手管：腳手管主要分布在翼緣板區域，采用扣件式腳手管搭設，腳手管翼緣板下部，橫向間距為60 cm，縱向間距與橫向分配梁一致，步距1.2 m。掃地桿距離底部不大于20 cm。

4.2 支架施工

(1)預壓施工流程。

采用沙袋結合預制塊加重的方法進行加載。

(2)預壓方法。

①施工準備

預壓前發現不合格部位，及時返工或返修處理并記錄，作為最初的數據。預壓前應在底模上鋪設彩條布，以免預壓時污損底模。雨季施工時，預壓前應提前準備好覆蓋帆布，防止雨水滲入砂袋，增加支架荷載。

②堆載預壓

堆載預壓按照梁體重量的1.2倍進行，翼緣板區域每延米重1.6 t，腹板區域每延米重12 t，底板區域每延米重3.4 t。

預壓采用預制塊及砂袋壓載。砂袋尺寸為1 m×1 m×1 m，砂袋內填充機制砂，每個砂袋重約1.6 t，預制塊一捆重量約2.25 t。翼緣板處砂袋堆載高度約為1.8 m，底板處砂袋堆載高度約為3 m，腹板區域堆載3層預制塊，均能滿足堆載高度要求。

腹板處若采用鋼筋結合砂袋堆載，先在腹板區域堆載每延米重為8 t的鋼筋(以Φ22鋼筋為例：腹板區域底部放置兩捆，每捆鋼筋重為2.6 t，腹板處寬度為0.65 m，則每延米荷載為8 t)，鋼筋堆放就位后在其上再堆載砂袋，砂袋堆載高度為4 m。

雨季施工時，支架預壓應密切關注天氣預報，禁止雨天支架預壓施工，若加載時降雨，應立即停止加載作業，并及時覆蓋防止雨水滲入砂袋。雨季施工支架預壓，每級加載完成后應及時覆蓋，每日安排專人檢查砂袋內砂石含水率，加大支架觀測頻次。砂石料存放處應注意下墊上蓋，砂石料裝袋時應復核砂石料含水率，復測砂袋重量，避免加大支架荷載。

5 結 論

依托肯尼亞內馬鐵路一期在鐵路里程DK92+817處跨越B3公路特大橋工程，設計采用(40+64+40)m槽型梁跨越，對主要結構進行設計和施工工藝分析研究，主要有以下結論。

(1)通過施工方案的經濟技術對比，不論從工期角度考慮還是從材料用量方面考慮，選擇少支架現澆法均優于懸臂澆筑法。

(2)通過有限元軟件midas對結構設計進行數值仿真建模，采用設計荷載和組合，分析了槽型梁結構的安全性，得知設計合理且安全。

(3)對槽型連續梁支架施工關鍵技術進行了詳細介紹，對于今后類似工程具有重要參考借鑒意義。