跨營(yíng)業(yè)線門(mén)式框架橋可移動(dòng)式支架設(shè)計(jì)應(yīng)用

郝云超，任 源

（1.中鐵七局集團(tuán)勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，鄭州 450000；2.中國(guó)電建集團(tuán)河南省電力勘測(cè)設(shè)計(jì)院有限公司，鄭州 450000）

隨著近年來(lái)市政道路的不斷發(fā)展，越來(lái)越多的市政道路需要跨鐵施工，跨鐵道路橋梁施工不適宜采用全封閉的滿堂支架法施工［1］，傳統(tǒng)的市政跨鐵門(mén)式框架橋一般分為下穿跨鐵路或上跨鐵路，為不影響既有線路運(yùn)營(yíng)，下穿跨鐵路一般采用先預(yù)制然后架空頂進(jìn)施工［2］，上跨鐵路一般采用轉(zhuǎn)體或頂推的施工方法［3］.本項(xiàng)目為跨營(yíng)業(yè)線框架橋，無(wú)法采用轉(zhuǎn)體及頂進(jìn)的施工方法，設(shè)計(jì)要求采用支架現(xiàn)澆的施工方法，故對(duì)本項(xiàng)目采用支架現(xiàn)澆法進(jìn)行詳細(xì)分析 .［4］

1 工程概況

本工程為某市政道路西延段與鐵路交叉工程，道路總長(zhǎng)563.64 m.標(biāo)準(zhǔn)段道路總寬25 m，雙向4車道：其中車行道寬15 m，兩側(cè)各設(shè)5 m寬人行道（輔道）.道路等級(jí)為城市次干路，設(shè)計(jì)行車速度40 km/h.公、鐵交叉點(diǎn)道路里程為K0+324.8，道路平面位于直線上.根據(jù)道路縱斷面布置情況，設(shè)計(jì)采用高架橋上跨鐵路，如圖1所示.全橋共三聯(lián)，采用（4×30+3×12+1×30）m的橋梁孔跨布置方案.其中第2聯(lián)3 m×12 m為跨鐵路段，結(jié)構(gòu)形式為現(xiàn)澆門(mén)式框架橋，第1聯(lián)為4 m×30 m預(yù)應(yīng)力砼（后張）先簡(jiǎn)支后連續(xù)預(yù)制箱梁，第3聯(lián)為1 m×30 m預(yù)應(yīng)力砼（后張）簡(jiǎn)支箱梁.

第2聯(lián)框架橋總長(zhǎng)41.711 m，道路與鐵路交角為78°，門(mén)式框架頂板厚0.8 m，倒角處厚1.3 m，邊墻厚1.227 m，平行于鐵路布置，中墻內(nèi)緣距線路中心垂直距離為6 m，鐵路跨最小凈空7.2 m，框架橋結(jié)構(gòu)如圖1所示，設(shè)計(jì)要求采用現(xiàn)澆施工.鐵路跨既有大冶附屬線為非電氣化鐵路，半自動(dòng)閉塞，內(nèi)燃牽引，僅運(yùn)行貨運(yùn)列車，圖定列車對(duì)數(shù)為13對(duì).為最低程度減輕對(duì)既有線路的影響，必須采取有效的安全防護(hù)措施，保證行車安全［5］，本項(xiàng)目采用可移動(dòng)墩梁式支架澆筑框架橋頂板混凝土.

圖1 框架橋立面布置圖（單位：cm）

2 支架結(jié)構(gòu)型式

傳統(tǒng)墩梁式支架結(jié)構(gòu)形式自下而上依次為基礎(chǔ)、鋼管立柱、砂箱、橫梁、縱梁、上部模板系統(tǒng)，在澆筑部位現(xiàn)場(chǎng)搭設(shè)完畢后，依次進(jìn)行支架預(yù)壓.綁扎鋼筋、澆筑混凝土，待混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，卸落砂箱進(jìn)行落梁，拆除支架.由于項(xiàng)目跨既有鐵路線，支架位于框架橋底部，拆除時(shí)大型機(jī)械設(shè)備無(wú)站位空間，導(dǎo)致支架拆除工作難以進(jìn)行.

為保證支架拆除工作，本項(xiàng)目設(shè)計(jì)一種新型可移動(dòng)式墩梁式支架，如圖2、圖3所示，在支架底部設(shè)置滑道梁及滑道鋼軌，待框架橋澆筑完畢混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，砂箱卸落，將支架下部固定牢靠后，將支架牽出框架橋外，采用吊車配合人工拆除支架.

模板體系自上而下依次為：15 mm竹膠合板+100 mm×100 mm方木（縱向）+I10型鋼（橫向），方木間距為30 cm，I10型鋼間距均為60 cm；支架體系自上而下依次為：次梁I30b工字鋼（縱向間距0.6 m）+主梁I50b工字鋼（橫向間距0.6 m）+分配梁雙拼I36b工字鋼（縱向）+鋼管柱（Φ426 mm×10 mm）+5排I20b工字鋼+砂箱/43軌+基礎(chǔ).鋼管柱間采用L100 mm×10 mm角鋼剪刀撐連接.支架布置圖如圖2、圖3所示.擴(kuò)大基礎(chǔ)長(zhǎng)32 m，寬1.3 m，高0.9 m，內(nèi)部配受力鋼筋，擴(kuò)大基礎(chǔ)底部標(biāo)高22.50 m，下部回填0.6 m厚毛渣，分層夯實(shí)，滑道梁設(shè)于擴(kuò)大基礎(chǔ)之上，與擴(kuò)大基礎(chǔ)采用鋼筋連接，滑道梁長(zhǎng)38 m，寬0.4 m，高0.5 m，滑道梁在鋼管柱下加大截面尺寸（0.8 m×0.8 m×0.5 m），內(nèi)部配置構(gòu)造鋼筋.滑道采用P43鋼軌，與滑道梁采用預(yù)埋鋼筋固定.砂箱每根柱下布置4個(gè)，走行鋼軌兩側(cè)各并排布置2個(gè)，中間設(shè)置滑輪，用于拆除支架時(shí)向外滑移支架，如圖4所示.

圖2 墩梁式支架橫斷面布置圖（單位：m）

圖3 墩梁式支架立面布置圖（單位：m）

圖4 柱底砂箱及滑輪結(jié)構(gòu)圖（單位：m）

3 支架計(jì)算

主梁I50b、分配梁2I36b、立柱及聯(lián)結(jié)系等結(jié)構(gòu)采用Midas-Civil建立整體模型進(jìn)行計(jì)算.主梁與鋼管之間簡(jiǎn)支約束，樁底固定約束，聯(lián)結(jié)系與鋼管間固定約束.

圖5 計(jì)算模型圖

3.1 支架受力計(jì)算

支架整體計(jì)算結(jié)果如圖6～圖8所示，各構(gòu)件的計(jì)算結(jié)果如表1所示.

圖6 組合應(yīng)力圖（單位：MPa）

圖7 剪應(yīng)力圖（單位：MPa）

圖8 位移圖（單位：mm）

表1 各構(gòu)件計(jì)算結(jié)果（MPa/mm）

通過(guò)計(jì)算分析得出，支架各構(gòu)件的最大彎曲應(yīng)力為145.2 MPa，最大剪應(yīng)力為41.6 MPa，最小安全系數(shù)為1.5，依據(jù)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB50017-2017）中的相關(guān)規(guī)定，支架各構(gòu)件的受力及變形均滿足規(guī)范要求［6］.

3.2 支架地基承載力計(jì)算

根據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB-50007-2011）相關(guān)規(guī)定進(jìn)行地基承載力計(jì)算.根據(jù)計(jì)算可得標(biāo)準(zhǔn)組合下，最大樁反力為F=622.5 kN，根據(jù)混凝土基礎(chǔ)45°擴(kuò)散角原理，單個(gè)立柱基底有效面積為1.3 m×2.6 m，則基礎(chǔ)底部壓力為217.8 kPa，要求回填毛渣碎石地基承載力不小于230 kPa.回填毛渣碎石墊層基底壓力為195.2 kPa，要求原地面地基承載力不小于 210 kPa［7］.

4 支架施工

4.1 基礎(chǔ)及滑道梁施工

滑動(dòng)鋼管墩梁式支架擴(kuò)大基礎(chǔ)與框架橋側(cè)墻下方的5#、6#承臺(tái)同時(shí)施工，施工前需對(duì)基坑底部地基承載力進(jìn)行檢測(cè)，地基承載力需滿足設(shè)計(jì)要求，地基處理完畢后按設(shè)計(jì)要求施工擴(kuò)大基礎(chǔ)及滑道梁.基礎(chǔ)施工采用木模板，人工安裝加固，分兩次澆筑，第一次施工至擴(kuò)大基礎(chǔ)頂面，預(yù)埋滑道梁鋼筋，第二次施工滑道梁，混凝土采用吊車吊送入模人工插入振搗.擴(kuò)大基礎(chǔ)及滑道梁施工完畢后回填基坑至滑道梁頂部，采用人工回填夯實(shí).

4.2 走行鋼軌安裝

基礎(chǔ)施工完畢后，安裝走行鋼軌并調(diào)整完好，鋼軌采用吊車吊裝到位，人工調(diào)平至滿足設(shè)計(jì)要求，利用預(yù)埋鋼筋固定牢固，鋼軌接頭采用夾板連接.

4.3 砂箱及底部滑輪安裝

鋼軌安裝完成后，在立柱下方鋼軌兩側(cè)安裝砂箱，砂箱應(yīng)調(diào)整至同一高度（砂箱提前按設(shè)計(jì)制作完成），砂箱上部鋪墊2 cm厚鋼板，安裝Ⅰ20b工字鋼橫梁，在Ⅰ20b工字鋼腹板打孔，將橫梁利用拉桿組裝成整體，并將滑輪按設(shè)計(jì)安裝到位，然后整體吊裝至砂箱上，滑輪下采用木楔抄墊.

4.4 鋼管柱吊裝

安裝螺旋鋼管柱，提前根據(jù)設(shè)計(jì)長(zhǎng)度分別加工好鋼管柱（焊接頂部、底部鋼板），依次吊裝各鋼管柱，并設(shè)置臨時(shí)支撐，并及時(shí)將角鋼剪刀撐焊接到位，鋼管柱底部鋼板與Ⅰ20b工字鋼橫梁焊接.

4.5 分配梁、主梁、次梁及模板系統(tǒng)施工

鋼管柱頂端吊裝雙拼Ⅰ36b工字鋼底分配梁，雙排Ⅰ36b工字鋼每間隔3 m采用鋼筋制作成U型卡對(duì)扣焊接固定成整體，同時(shí)在每根鋼管柱頂部鋼筋支撐工字鋼.Ⅰ36b工字鋼底分配梁安裝完后吊裝Ⅰ50b工字鋼主梁，按設(shè)計(jì)間距進(jìn)行布置，Ⅰ50b工字鋼與兩側(cè)墻預(yù)留5 cm間距，避免支架整體向外滑移時(shí)存在干擾，Ⅰ50b工字鋼兩側(cè)設(shè)置鋼筋支撐，同時(shí)利用鋼管和扣件將所有Ⅰ50b工字鋼連成整體.再安裝Ⅰ30b工字鋼次梁，按設(shè)計(jì)布置，利用鋼管和扣件將所有Ⅰ30工字鋼連成整體.再安裝Ⅰ10工字鋼次梁，按設(shè)計(jì)布置，利用鋼管和扣件將所有Ⅰ10工字鋼連成整體.在Ⅰ10工字鋼上按設(shè)計(jì)鋪設(shè)方木，最后在方木上鋪設(shè)底模板.

4.6 支架預(yù)壓

滑動(dòng)鋼管墩梁式支架搭設(shè)完成，經(jīng)監(jiān)理工程師驗(yàn)收合格后開(kāi)始進(jìn)行預(yù)壓.根據(jù)單孔結(jié)構(gòu)頂板體積計(jì)算混凝土重量為648 t，按照不小于施工時(shí)總荷載的1.1倍，不大于1.2倍進(jìn)行預(yù)壓.預(yù)壓采用預(yù)制混凝土塊，混凝土塊尺寸為450 cm×50 cm×50 cm，單塊重約2.7 t（2.4 t/m3），根據(jù)預(yù)壓塊重量分級(jí)預(yù)壓，分級(jí)及堆載重量如表2所示.

表2 分級(jí)預(yù)壓堆載表

5 注意事項(xiàng)

（1）因項(xiàng)目為臨近營(yíng)業(yè)線A類施工現(xiàn)場(chǎng)，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)設(shè)置專職防護(hù)人員、駐站聯(lián)絡(luò)人員，由駐站人員提前了解行車情況并通知現(xiàn)場(chǎng)負(fù)責(zé)人和防護(hù)人員，施工現(xiàn)場(chǎng)根據(jù)列車通行情況調(diào)整施工安排，當(dāng)列車通過(guò)施工影響范圍時(shí)，距離鐵路小于30 m范圍內(nèi)施工停止作業(yè)，列車全部通過(guò)后恢復(fù)作業(yè)，同時(shí)向行車單位申請(qǐng)限速45 km/h慢行，并按相關(guān)要求設(shè)置標(biāo)識(shí)標(biāo)牌.

（2）施工完成后經(jīng)相關(guān)人員檢查線路所有防護(hù)設(shè)施都拆除，線路上不存在影響行車的情況，人員全部撤出，確認(rèn)安全后報(bào)駐站人員，方可恢復(fù)行車.

（3）支架應(yīng)在框架橋頂板澆筑完畢，混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，先進(jìn)行卸落砂箱，然后拆除支架上部模板系統(tǒng)，再將支架向外推移6 m，采用吊車配合人工進(jìn)行支架拆除，立柱拆除時(shí)用纜風(fēng)繩將鋼管柱臨時(shí)固定，并設(shè)立斜向支撐，保證拆除安全.

6 結(jié)論

本文通過(guò)對(duì)跨營(yíng)業(yè)線門(mén)式框架橋的可移動(dòng)式支架結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢算及支架施工過(guò)程進(jìn)行詳述，可以得到以下結(jié)論：

（1）對(duì)移動(dòng)式支架結(jié)構(gòu)的整體安全性驗(yàn)算可得：支架的最大彎曲應(yīng)力為145.2 MPa，支架各構(gòu)件的最大剪應(yīng)力為41.6 MPa，均小于Q235鋼材的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，最小安全系數(shù)為1.5，支架處于安全狀態(tài).

（2）通過(guò)對(duì)支架施工過(guò)程詳述，跨鐵路支架施工時(shí)，需嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求搭設(shè)支架，保證結(jié)構(gòu)安全，做好對(duì)既有鐵路的防護(hù)措施.