跨鐵路支架現(xiàn)澆箱梁施工方案

王勇鋒

(中鐵九局集團(tuán)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(guān)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(jí)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(yù)應(yīng)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(gè)箱，梁高2.5 m，橋面橫坡由箱梁扭轉(zhuǎn)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(duì)鐵路運(yùn)營產(chǎn)生干擾，施工前，與相關(guān)產(chǎn)權(quán)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(wǎng)等防護(hù)工具，精心策劃，周密組織，全過程控制，確保施工的安全及對(duì)鐵路運(yùn)營的影響降至最低程度。

施工流程為:支架拼裝、預(yù)壓完成后，拼裝底模板→分片吊裝外側(cè)模板、綁扎鋼筋→安裝縱向預(yù)應(yīng)力筋及管道→安裝橫向預(yù)應(yīng)力管道→穿鋼絞線束→安裝內(nèi)模板→綁扎頂板鋼筋→安裝頂板橫向預(yù)應(yīng)力筋及管道→穿鋼絞線束→搭設(shè)混凝土澆筑工作平臺(tái)→埋設(shè)預(yù)埋件→澆筑混凝土→養(yǎng)生→施加預(yù)應(yīng)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(qiáng)支撐強(qiáng)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(jié)構(gòu)門架做支撐，所有豎向支撐均按要求設(shè)置縱橫斜拉?？v向工字鋼上方鋪設(shè)方木，再在方木上鋪設(shè)竹木建筑模板作為箱梁底模?？v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(cè)布置，縱橫向鋼梁間要用鐵楔找平，無失穩(wěn)現(xiàn)象，并焊聯(lián)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(shè)，大幅降低立柱的長細(xì)比，以有效提高門架的整體穩(wěn)定性。立面斜撐角鋼根據(jù)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(shè)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(chǔ)→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(wǎng)→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(shí)。

2.3 支撐基礎(chǔ)施工處理措施

鋼門架架設(shè)前需用鏟車對(duì)地面進(jìn)行整平，用振動(dòng)壓路機(jī)進(jìn)行碾壓，壓實(shí)密度要達(dá)到95%以上，方可進(jìn)行施工。并在基礎(chǔ)周圍挖排水溝，建立現(xiàn)場可靠排水系統(tǒng)，確?；A(chǔ)的強(qiáng)度。支架必須有足夠的剛度和強(qiáng)度，堅(jiān)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(dòng)。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(jīng)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(shí)采用鏟車平整場地找平，將地面鏟平到設(shè)計(jì)高程后，用30 t振動(dòng)壓路機(jī)反復(fù)碾壓，然后再填以混凝土渣或挖基礎(chǔ)所出風(fēng)化巖分層碾壓，壓實(shí)密度達(dá)到95%以上后，在其上搭設(shè)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(chǔ)，基礎(chǔ)混凝土帶上下各設(shè)一層φ16 mm@150 mm鋼筋網(wǎng)片。施工時(shí)在保證跨線門架的寬度尺寸下的路面上，挖深1.0 m，對(duì)基底用人工夯實(shí)，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(chǔ)。

2.4 支架結(jié)構(gòu)力學(xué)檢算

2.4.1 荷載計(jì)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(jī)料動(dòng)荷載P3為

沖擊荷載P4為

荷載合計(jì)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(jié)構(gòu)荷載及自身荷載，可簡化為簡支梁承受集中力的作用，當(dāng)集中力P作用于跨度中點(diǎn)時(shí)，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(dāng)集中力P作用于跨度中點(diǎn)時(shí)，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(duì)于工程用結(jié)構(gòu)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(shù)值可得

1)強(qiáng)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(jié)構(gòu)荷載及自身荷載，可簡化為簡支梁承受集中力的作用，當(dāng)P作用在梁跨中點(diǎn)時(shí)，彎矩最大。

2)正應(yīng)力檢算

根據(jù)簡支梁在集中力作用下的最大彎曲正應(yīng)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(shù)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(shè)，荷載合計(jì)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(jì)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(duì)于工程用結(jié)構(gòu)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(shù)據(jù)可得fmax=26.6 mm<1/400×11=27.5 mm。

2)強(qiáng)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(jì)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(yīng)力檢算

正應(yīng)力強(qiáng)度計(jì)算公式σmax=Mmax/Wx

式中，σmax為計(jì)算截面的最大正應(yīng)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(yīng)力強(qiáng)度計(jì)算公式可得

4)剪應(yīng)力檢算

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

式中，Ix、Sx分別為計(jì)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(jì)算截面最大剪力;d為計(jì)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(yù)壓方案

為保證支架的穩(wěn)定性、剛度及強(qiáng)度，檢驗(yàn)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(yù)壓措施。

2.5.1 支架預(yù)壓荷載及范圍

支架預(yù)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(yù)壓荷載暫按該部分箱梁自重的1.2倍計(jì)算，預(yù)壓荷載在支架預(yù)壓結(jié)束后拆除。

2.5.2 預(yù)壓材料及加載總重

預(yù)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(yù)壓荷載材料，可根據(jù)預(yù)壓荷載確定沙袋的高度。

2.5.3 加載和卸載

采用分級(jí)均勻加載，按四級(jí)進(jìn)行，即25%、75%、100%和120%的加載總重，每級(jí)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(jìn)行卸載，卸載時(shí)按加載量級(jí)遞減，并記錄全過程沉降量變化。試壓后重新調(diào)正支架高度，根據(jù)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(shè)置預(yù)留沉降值。

3 模板拼裝

1)內(nèi)外模支架拼裝時(shí)要墊密實(shí)，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(fù)清洗幾次，除銹結(jié)束后晾干，再涂脫模劑。

3)混凝土灌注前預(yù)先準(zhǔn)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(zhì)量。

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

5)內(nèi)頂模調(diào)整高程時(shí)，模板前端比所要達(dá)到的高程低1.5 cm，將后端吊桿預(yù)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(dá)到所需高程，此時(shí)前吊桿預(yù)拉力也為30～50 kN，否則放松前后拉桿重新調(diào)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(shí)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(yù)應(yīng)力筋、底板和腹板波紋管道，待內(nèi)模前移到位后綁扎頂板底層鋼筋，安裝頂板預(yù)應(yīng)力管道，綁扎頂板鋼筋，安裝頂板預(yù)埋件。

3)全橋預(yù)應(yīng)力管道，均采用塑料波紋管。

4)如預(yù)應(yīng)力管道位置與構(gòu)造鋼筋位置矛盾時(shí)，可適當(dāng)移動(dòng)構(gòu)造鋼筋的位置，要絕對(duì)保證預(yù)應(yīng)力管道按設(shè)計(jì)位置定位，并采取加粗定位鋼筋直徑，加密定位鋼筋網(wǎng)片，網(wǎng)片與箱梁構(gòu)造筋點(diǎn)焊牢固等措施，保證預(yù)應(yīng)力管道位置在澆筑混凝土?xí)r不移位、不破損。

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

5 現(xiàn)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(shí)間≥10 h。

1)攤鋪與振搗

混凝土澆筑按水平分層進(jìn)行，每層混凝土的厚度控制在30～40 cm。混凝土振搗時(shí)，準(zhǔn)備足夠的照明以觀察腹板內(nèi)混凝土的振搗情況，保證混凝土澆筑質(zhì)量?，F(xiàn)場同時(shí)準(zhǔn)備大、小振動(dòng)棒，用小振動(dòng)棒配合大振動(dòng)棒施工。振動(dòng)棒采用快插慢提的方式插入混凝土，插入時(shí)要垂直，插點(diǎn)分布要均勻，振搗器移動(dòng)間距不超過作用半徑的1.5倍，在振搗上一層時(shí)，應(yīng)將振動(dòng)棒插入下層5～10 cm，并避免振動(dòng)棒碰撞模板、鋼筋及預(yù)應(yīng)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(cè)腹板向箱梁中軸方向?qū)ΨQ均衡進(jìn)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(cè)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(shí)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(hù)劑進(jìn)行養(yǎng)生。

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

養(yǎng)生安排專人專職負(fù)責(zé)，保證混凝土表面濕潤，從而確?；炷恋膬?nèi)外強(qiáng)度同期增長，避免由于溫差效應(yīng)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)混凝土出現(xiàn)溫度裂縫。

6 預(yù)應(yīng)力張拉及壓漿

預(yù)應(yīng)力材料經(jīng)現(xiàn)場監(jiān)理工程師抽檢合格后，方可使用。根據(jù)預(yù)應(yīng)力筋及張拉噸位的要求選擇匹配的張拉機(jī)具。張拉前將千斤頂、油泵及壓力表送國家計(jì)量認(rèn)可單位校驗(yàn)，合格后方可使用，并且統(tǒng)一編號(hào)配套進(jìn)行標(biāo)定。施工中千斤頂、油泵及壓力表配套使用，當(dāng)梁體混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求后，方可張拉。在施工梁體鋼筋時(shí)，將鋼束預(yù)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?xí)r小心振搗，振搗棒不能觸及波紋管。張拉前仔細(xì)檢查錨墊板和孔道，錨墊板位置準(zhǔn)確，孔道內(nèi)暢通，無水和其它雜物。

預(yù)應(yīng)力鋼束張拉應(yīng)按照設(shè)計(jì)圖中鋼束張拉順序和張拉控制應(yīng)力進(jìn)行。施加預(yù)應(yīng)力應(yīng)在箱梁混凝土的強(qiáng)度達(dá)到90%且齡期達(dá)到10 d以上時(shí)進(jìn)行?？v向預(yù)應(yīng)力筋采用兩端張拉，張拉作業(yè)按以下過程進(jìn)行:0→初應(yīng)力 0.1δk(δk為設(shè)計(jì)應(yīng)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(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度要求后，進(jìn)行支架及模板拆除作業(yè)。拆模時(shí)，首先拆除翼板支撐和側(cè)模模板，然后拆除支架及底模。落架時(shí)按全孔多點(diǎn)、對(duì)稱、緩慢均勻的原則，由跨中向兩端進(jìn)行。

8 結(jié)語

根據(jù)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(yùn)營，為施工的順利進(jìn)行創(chuàng)造良好條件?，F(xiàn)該工程已正式通車運(yùn)營。

［1］中華人民共和國建設(shè)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(jì)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(shù)標(biāo)準(zhǔn)［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.