預制空間有限的頂進橋施工技術淺析

石敏

【摘 要】以九江站改造青年南路框架橋施工為例，本工程是在原京九線九江青年路下穿鐵路立交橋的基礎上擴建，新橋中心線在原橋中心線向南昌方向偏移3.5米。原設計為既有京九上、下行線下框架采用頂進，新增線下框架就位預制節(jié)正位現(xiàn)澆。由于工期緊，框構(gòu)主體變更為全部采用頂進施工。經(jīng)現(xiàn)場調(diào)查，預制框構(gòu)受地形空間的限制，框構(gòu)橋分成四節(jié)預制，在線路兩側(cè)左右交錯布置，既有鐵路采用24m D型便梁加固及16m工字鋼加固線路，再頂進。針對框架涵切割施工、便梁架空施工、頂進施工等進行了詳細論述，為今后類似的施工積累了經(jīng)驗，提供了參考。

【關鍵詞】框架橋；便梁；切割；施工；頂進

一、工程簡介

本工程是在原京九線既有框架（4m+8m+4m）改建，改建后框架橋孔徑布置為：6m+12.5m+12.5m+6m，全長42.13m，框構(gòu)長28.6m，新橋中心線在原橋中心線向南昌方向偏移3.5米。

二、總體施工方案

原設計為既有京九上、下行線下框架采用頂進，新增線下框架就位預制節(jié)正位現(xiàn)澆。由于工期緊，框構(gòu)主體變更為全部采用頂進施工。經(jīng)現(xiàn)場調(diào)查，預制框構(gòu)受地形空間的限制，故考慮將框構(gòu)分成四節(jié)預制，在線路兩側(cè)左右交錯布置，既有鐵路采用24m D型便梁加固及16m工字鋼加固線路，再頂進。其中九江端右側(cè)預制京九左右線及武九客聯(lián)上行疏解線3股道的（6.5+12.5m）框架①節(jié)17.1m，左側(cè)預制武九客聯(lián)2股道的（6.5+12.5m）框架②節(jié)11.5m；南昌端左側(cè)預制武九客聯(lián)及京九左右線4股道的（6.5+12.5m）框架③節(jié)22.1m，右側(cè)預制武九客聯(lián)上行疏解線1股道的（6.5+12.5m）框架④節(jié)6.5m。頂進順序依次按照1#→3#→2#→4#的順序進行頂進。

新建框架橋頂進前，先對九江側(cè)（6.5+12.5m）框架節(jié)對應位置線路進行加固，待①、②節(jié)就位后，縱移D型梁、拆除工字鋼；對廬山側(cè)（6.5+12.5m）框架節(jié)對應位置線路進行加固，再將③、④節(jié)頂進就位。九江端支墩采用挖孔樁基礎，24m便梁廬山端支撐在既有京九鐵路框架橋上。頂進過程中，需拆除既有京九鐵路框架橋中孔及九江側(cè)邊孔。廬山端支墩采用挖孔樁基礎，24m便梁九江端支撐在已就位的九江側(cè)新建頂進鐵路框架橋上，頂進過程中，拆除既有京九鐵路框架橋廬山側(cè)邊孔。本次改造采用既有橋同步拆除改建，新橋建成后，道路中心較現(xiàn)在偏西3.5m。

三、施工流程

施工順序為：基坑開挖--框架橋預制--后背墻制作—拆除部分既有框架涵--九江端線路加固--九江端框架橋頂進--廬山端線路加固—拆除剩余部分既有框架涵--廬山端框架橋頂進--線路恢復。為縮短總體工期，樁基施工與框架節(jié)預制同步施工。

四、框架涵切割施工

本工程原結(jié)構(gòu)為三跨框架涵，現(xiàn)因地方改造要求，該涵原位靠九江端兩跨為新涵設計位置，在頂進替換時需要將九江端兩涵（主、副）移除，因此必須先將九江端兩涵與南昌副涵斷開。本次擬采用片鋸和鏈鋸切割的方法解除框架涵的連接，其特點是施工時間短，所需人工和機械少。切割設備采用瑞士進口的HILTI（喜利得）切割設備，包括D-LP32片鋸切割設備和DS-LP32鏈鋸切割設備。本次先采用片鋸切割框架涵下部砼體——兩道切割縫，同時人工配合鑿除已切割好的下部砼體——兩道切割縫之間鑿成U型槽，待下部砼體切割完成后返回最先切割側(cè)，鏈鋸切割頂板砼體。由于下部砼體鏈鋸操作困難，厚度達1.4m，片鋸切割一次不能解除連接，必須分成兩次切割，每次切70cm厚。切割時先用片據(jù)切兩條間隔70cm的縫，人工配合鑿除兩縫間混凝土成U型槽，在U型槽內(nèi)重新安裝切割機，將整個砼底板切開。上部混凝土在頂板上用取芯機鉆兩個孔（位置約在沉降縫兩側(cè)涵平均分為四段），通過鉆孔和沉降縫安裝鏈鋸進行切割。

（一）片鋸切割工藝

1.確定需要切割的位置，彈好墨線。

2.鉆膨脹螺栓孔，打膨脹螺栓，安裝切割設備。

3.安裝連接電源、水源。

4.開動油壓泵，運轉(zhuǎn)機頭，進行切割。

5.切割到位，拆除設備，移到下一點繼續(xù)安裝切割。

（二）鏈鋸切割工藝

片鋸切割完成后，進行鏈鋸切割框架涵上部。

1.根據(jù)需切割的位置，用鉆機鉆穿鏈鋸的工藝孔。

2.鉆膨脹螺栓孔，打膨脹螺栓，安裝切割設備及鏈鋸。

3.連接電源、水源。

4.開動機器，運轉(zhuǎn)機頭，進行切割。

5.切割到位，拆除設備，移到下一點繼續(xù)安裝切割。

五、便梁架空施工

（一）架空部分養(yǎng)護

為較好地掌握D24便梁變化，在便梁兩端兩外側(cè)各設一觀測樁，對架空過程中便梁的狀況進行隨時觀測，確保線路的穩(wěn)定，保證列車的平穩(wěn)運行，同時應經(jīng)常檢查架空便梁及線路扣件的扣緊度。

對于水平（三角坑）、高低，做到每過一趟車檢查一次，檢查軌距、水平用道尺，檢查高低用目視，發(fā)現(xiàn)超保養(yǎng)標準立即進行處理。

各種檢查要用規(guī)定的檢查記錄簿作好記錄（線路檢查記錄簿、道岔檢查記錄簿、曲線正矢檢查記錄簿），作業(yè)要實行記名制，若發(fā)現(xiàn)作業(yè)質(zhì)量不良，便于分析和追查責任。

（二）D24m便梁縱移

1.在封鎖前一天將D24m便梁牛腳部位分解并將兩線間2片便梁聯(lián)結(jié)成整體。

2.封鎖命令下達。

3.安裝四對牛腿，將四米鋼枕橫架在便梁上。

4.將牛腿與鋼枕用螺栓聯(lián)結(jié)。

5.將D24便梁一頭頂起，高度為高于支點70mm，安裝兩側(cè)小臺車、加墊臨時墊塊，落便梁在小臺車上。

6.重復e工序，將D24便梁的另一頭落在小臺車上。

7.牽引小臺車將D24便梁縱移24米到架設位。

8.將D24便梁的一頭頂起2cm，拆除小臺車落梁至支點上。

9.重復h工序，將便梁的另一頭落至支點上。

10.解除封鎖，開通線路。

六、頂進施工

施工按先后順序分為基坑開挖、框架橋與后背墻制作、線路加固、框架橋頂進、線路恢復六部分。為縮短總體工期，樁基施工與框架節(jié)預制同步施工。

（一）基坑開挖

工作坑設在既有京九線兩側(cè)預制，基坑開挖邊線距線路中心最小距離不小于3.5m，1號基坑尺寸為25.65×28.6m，2號基坑尺寸為25.65×23m，3號基坑尺寸為25.65×33.6m，4號基坑尺寸為25.65×18m，鄰近既有線一側(cè)，基坑開挖坡度為1：1.5，其余為1：1。

（二）滑板制做

滑板制做軸線與框架橋軸線重合，滑板面積大于框架橋投影面積每側(cè)1m，尾端與后背梁相接，框架橋尾端距后背梁凈距2.0m，以確保200t頂鎬及頂鐵能順利裝入?；宀捎肅20鋼筋混凝土，厚為0.3m。

1.滑板施工程序：

原地面夯實→10cm厚碎石墊層→30cm厚C20砼滑板→1mm石蠟→1mm潤滑油→3mm油氈→1mm潤滑油→3mm油氈。

2.滑板頂面順頂進方向預留4‰的預仰坡，以減少頂進中出現(xiàn)的扎頭現(xiàn)象，施工中應嚴格控制滑板面平整光潔度。

3.地錨梁與滑板砼一起灌注，錨梁寬0.5m，深0.5m，垂直于橋中線布置。

4.在滑板前端做船頭坡，長1.0m，高0.1m，上鋪隔離層。

（三）后背制作

1.計算說明

本工程采用便梁架空頂進方法，后背墻最大頂力為框架涵的自重的1.2倍。本工程頂進時頂板及兩側(cè)的土體基本掏空，摩擦力基本上只有底板的摩擦力，故左右側(cè)各取后背墻最大頂力為22.1m和17.1m框架節(jié)自重的1.2倍。頂進時采用200t千斤頂。

依據(jù)現(xiàn)場基坑編號依次計算如下：

1#基坑預制17.1m框架，頂進距離：17.6m

G自17.1=52.64×17.1×2.55=2295T

F右側(cè)max頂=1.2·G自=1.2×2295=2754T=27540KN

M傾覆=Fmax頂×l0=27540×0.2=5508KNm

油頂數(shù)n=2754÷200÷0.8=17.2臺 為平衡取18臺。

2#基坑預制11.5m框架，頂進距離：5.6m

G自11.5=52.64×11.5×2.55=1544T

F11.5頂=1.2·G自=1.2×1544=1853T=18530KN

M傾覆=Fmax頂×l0=18530×0.2=3706KNm

油頂數(shù)n=1853÷200÷0.8=11.6臺 為平衡取12臺。

3#基坑預制22.1m框架，頂進距離：12.5m

G自22.1=52.64×22.1×2.55=2967T

F左側(cè)max頂=1.2·G自=1.2×2967=3561T=35610KN

M傾覆=Fmax頂×l0=35610×0.2=7122KNm

油頂數(shù)n=3561÷200÷0.8=22.3臺 為平衡取24臺。

4#基坑預制6.5m框架，頂進距離：5m

G自6.5=52.64×6.5×2.55=873T

F6.5頂=1.2·G自=1.2×873=1048T=10480KN

M傾覆=Fmax頂×l0=10480×0.2=2096KNm

油頂數(shù)n=1048÷200÷0.8=6.6臺 為平衡取8臺。

按照設計圖先頂進九江側(cè)框架節(jié)，再頂進廬山側(cè)框架節(jié)，故油頂最大需求量為32臺，考慮油頂工作故障等特殊原因，多備4臺，共需油頂36臺。

2.后背墻結(jié)構(gòu)形式及結(jié)構(gòu)尺寸擬定

根據(jù)初步方案確定1#、3#采用鋼筋混凝土墻做頂進后背，2#、4#由于離民房較近，為確保民房安全，采用鋼筋混凝土墻+挖孔樁做頂進后背?，F(xiàn)初步擬定后背墻結(jié)構(gòu)尺寸：

樁基：單排布置，共6根樁，樁距3m，樁徑φ1.0m，長7m，主筋采用Φ20@300；混凝土采用C25。

后背：截面尺寸：寬×高：1.5×3.5m，縱向長22米。采用鋼筋混凝土材料。后背墻自滑板埋入2.5m，外露1.0m。

3.檢算后背墻穩(wěn)定性

（1）樁基水平承載力驗算

RH=ηbRh

式中：ηb-群樁效應綜合系數(shù)，由《樁基規(guī)》查取，這里取0.85；

Rh-單樁水平承載力設計值

當缺少單樁水平靜載試驗資料時，可按下式估算樁身配筋率小于0.65%的灌注樁水平承載力設計值Rh

式中：號根據(jù)樁頂豎向力性質(zhì)確定，壓力取“+”，拉力取“-”

-樁的水平變形系數(shù)（1/m），

其中 m-地基土橫向抗力系數(shù)的比例系數(shù)，查表m=60×106N/m4

b1-樁的截面計算寬度，b1=0.9×（1.0+1）=1.8m

EI-樁身抗彎剛度，EI=6.96×109

-樁截面抵抗矩塑性系數(shù)，圓形截面=2，矩行截面=1.75；

-樁身混凝土抗拉設計強度，C25混凝土=1.26Mpa；

-樁身換算截面受拉邊緣的彈性抵抗矩，圓形截面為：

其中 -扣除保護層的樁直徑，=0.96m；

- 鋼筋彈性模量與混凝土彈性模量的比值；

；

-樁身最大彎矩系數(shù)，查表取值為=0.768；

-樁身配筋率，=0.28%<0.65%；

-樁身換算截面面積，對圓形截面為：

-樁頂豎向力影響系數(shù)，豎向壓力取=0.5。

把數(shù)據(jù)帶入各公式，可得：=0.435，=0.1012，=397KN

6根樁總共能承受的水平承載力： RH =0.85×397×6=2024.7KN

① 2#、4#后背被動土壓力計算（采用朗肯土壓力理論）

2#、4#后背墻根據(jù)地質(zhì)資料顯示主要以硬塑性粉質(zhì)黏土為主，其物理力學的參數(shù)：內(nèi)摩擦角=15°，粘聚力c=18kpa，基底摩擦系數(shù)=0.5，密度=2.0×103kg/m3

被動土壓力系數(shù)：

土壓力應力公式：

ho-墻后有超載q作用時的等效高度：ho=q/

-在頂層和底層土的高度

-土的容重，=g=2.0×103×10=20KN/m3

A 樁基的被動土壓力計算（樁長全長7m，取5m樁長的范圍計算）

=20×0×1.4996+2×18×1.2246=44.10kpa

=20×5×1.4996+2×18×1.2446=247.8kpa

M抗傾覆1p=×2.5=15324KNm

B 同理可以后背墻被動土壓力及抗傾覆彎距：

E2p=11800.8KN M抗傾覆2p=29529.5

基底摩擦力計算

后背自重：G1=1.5×3.5×2.5×10×22=2887.5KN

F抗滑=G1=0.75×2887.5=2165.6KN

M抗傾覆 =G1×0.5=1082.8KNm

抗滑穩(wěn)定性檢算 （取2#框架節(jié)檢算）

抗傾覆穩(wěn)定性檢算

故后2#、4#后背墻穩(wěn)定性可以滿足要求。

② 1#、3#后背被動土壓力計算（采用朗肯土壓力理論）

1#、3#后背墻根據(jù)地質(zhì)資料顯示主要以風化巖為主，其物理力學的參數(shù)：內(nèi)摩擦角=50°，粘聚力c=20kpa，基底摩擦系數(shù)=0.5，密度=2.4×103kg/m3

被動土壓力系數(shù)：

土壓力應力公式：

土的容重，=g=2.4×103×10=24KN/m3

后背墻被動土壓力及抗傾覆彎距：

=24×1×7.5486+2×20×2.7475=291.1kpa

=24×2.5×7.5486+2×20×2.7475=562.8kpa

M抗傾覆1p=×2.5=85923.6KNm

基底摩擦力計算

后背自重：G1=1.5×3.5×2.5×10×23=3018.8KN

F抗滑=G1=0.75×3018.1=2264.1KN

M抗傾覆 =G1×0.5=1082.8KNm

抗滑穩(wěn)定性檢算 （取3#框架節(jié)檢算）

=

抗傾覆穩(wěn)定性檢算

=

故后1#、3#背墻穩(wěn)定性可以滿足要求。

4、框架頂進

①頂進動力系統(tǒng)設置

頂進采用200T油頂，按照設計圖先頂進九江側(cè)框架節(jié)，再頂進廬山側(cè)框架節(jié)，故油頂最大需求量為32臺，考慮油頂工作故障等特殊原因，多備4臺，共需油頂36臺。共設動力泵站4臺。所有油頂靠框架兩側(cè)布置。

②頂鐵設置

頂鐵采用鋼筋混凝土制作，尺寸為0.45m×0.45m×1m，在油頂后直線擺放。最大頂進長度為17.7m（1#框架節(jié)），按此預制頂鐵數(shù)量。

③頂進順序

先使用人工配合機械出土，依次按照1#→3#→2#→4#的順序進行頂進。

七、結(jié)束語

昌九城際九江站改的橋涵施工中，技術要求高，工期緊，施工任務重。我單位在保證質(zhì)量和滿足工期的要求下優(yōu)質(zhì)高效的完成了任務，為今后類似的施工積累了經(jīng)驗，提供了參考。

參考文獻：

[1]《客貨共線鐵路橋涵工程施工技術指南》 TZ203-2008

[2]《鐵路橋涵工程施工質(zhì)量驗收標準》 TB10415-2003

[3]《高速鐵路橋涵工程施工技術指南》 中國鐵道出版社