公鐵合建橋雙層門式墩鋼管支架施工方案優(yōu)化

中鐵十二局集團(tuán)第三工程有限公司，山西 太原 030024

近年來鐵路客運(yùn)專線建設(shè)取得了跨越式發(fā)展，新建線路與既有線路交叉變得越來越普遍，城市土地稀缺及橋梁建設(shè)用地的緊張日益突顯，雙層橋梁因能有效節(jié)約土地必將成為橋梁發(fā)展的趨勢。西江特大橋中山公鐵合建段將南沙港鐵路和廣中江高速公路兩條線路并線段組合施工，解決了線路小角度交叉的問題，并減少了建設(shè)施工用地。

文章以公鐵合建段雙層門式墩支架體系為例，通過分析支架施工方案，對過程中支架方案的優(yōu)化進(jìn)行簡單分析，確保在安全、質(zhì)量可控的前提下，快速完成蓋梁的施工。

1 工程概況

門式墩雙層布置，下層為鐵路墩柱、鐵路蓋梁，上層為公路墩柱、公路蓋梁，左右幅墩柱中心凈跨度為25m。公路蓋梁尺寸為2.5m×3.0m，蓋梁頂距地面高為30m。

2 方案優(yōu)化

2.1 支架方案

鐵路蓋梁下面布置10cm×10cm方木，間距設(shè)置為25cm，方木下面采用I10的分配梁，分配梁下布置間距為60cm×30cm，高度為90cm的腳手架，腳手架放置在I20a的工字鋼上面，蓋梁采用I63a工字鋼作為主梁，間距30cm，主梁通過雙拼I63a的工字鋼支撐在φ610mm，厚度t=7mm的鋼管支墩上，橫向布置6排鋼管支墩，每排各布置2根，間距為250cm。垂直線路方向分為三跨，第一跨和第三跨長度均為5.75m，第二跨（中間跨）長度為10.5m（由于公鐵合建段門式墩的下部為地方公路園林路，為考慮地方車輛的通行及防護(hù)棚搭設(shè)的凈高和凈寬，采用雙拼I63a工字鋼作為主梁）。支架搭設(shè)情況如圖1所示。

圖1 原設(shè)計(jì)支架方案（單位：cm）

鐵路蓋梁中間跨4排鋼管打入地表以下，上部荷載通過工字鋼傳遞至鋼管，靠鋼管端尖承載力和鋼管摩擦力共同承受上部荷載。

公路蓋梁支架體系左右外側(cè)各增加2排鋼管樁，內(nèi)側(cè)安裝在承臺上，外側(cè)鋼管打入地表以下，其余與鐵路蓋梁相同。

2.2 貝雷梁支架優(yōu)化外側(cè)鋼管

公路蓋梁施工主梁采用工字鋼，與貝雷梁相比較，工字鋼安裝拆除吊裝拆次數(shù)是貝雷梁吊裝次數(shù)的4倍，吊車吊裝過程越長對地面交通影響越大，風(fēng)險(xiǎn)加大；懸挑最外側(cè)鋼管需打入地表以下，地表正下方4m為電力管線，場地受限；鋼管樁打入地表的費(fèi)用比在地表安裝的費(fèi)用高，因此決定優(yōu)化方案。蓋梁采用8片單層雙排的321不加強(qiáng)貝雷梁作為分配梁代替I63a工字鋼主梁，懸挑部分同樣采用剪力較大的貝雷梁做主梁，采用單排鋼管樁承載上部荷載，可減少最外側(cè)一排鋼管柱安裝。外側(cè)懸挑通過在貝雷片上方搭設(shè)I63a的工字鋼，其余與中間跨相同。

2.3 貝雷梁支架優(yōu)化內(nèi)側(cè)鋼管

公路蓋梁第2跨到第6跨支架間跨度為19m，鋼管間跨度小，設(shè)計(jì)不經(jīng)濟(jì)，因此需優(yōu)化方案。調(diào)整公路蓋梁支架內(nèi)側(cè)鐵路蓋梁上方的鋼管樁間距，鐵路蓋梁上方鋼管柱由原來4排調(diào)整為3排，總排數(shù)由原設(shè)計(jì)8排鋼管柱調(diào)整為7排鋼管柱。支架搭設(shè)情況如圖2所示。

圖2 貝雷梁支架方案優(yōu)化內(nèi)側(cè)支架（單位：cm）

3 方案驗(yàn)算

3.1 荷載設(shè)計(jì)值

根據(jù)《路橋施工計(jì)算手冊》，考慮新澆筑鋼筋混凝土、模板、施工人員、施工設(shè)備的重量，以及澆筑混凝土?xí)r傾倒產(chǎn)生的沖擊荷載進(jìn)行全橫截面計(jì)算，橫截面上長度為L=3m,取模板的縱向每延米寬度為B=lm，跨中平直段混凝土面積A1=7.5m2，可得跨中總荷載的設(shè)計(jì)值為S1=94.4kN/m；懸挑段混凝土面積取A2=9m2，懸挑端總荷載的設(shè)計(jì)值為S2=111.3kN/m。

3.2 工字鋼支架方案

對支架構(gòu)件強(qiáng)度進(jìn)行驗(yàn)算，包括模板剛度驗(yàn)算、方木強(qiáng)度驗(yàn)算、分配梁工字鋼強(qiáng)度驗(yàn)算、腳手架承載力驗(yàn)算、主梁工字鋼強(qiáng)度驗(yàn)算、鋼管立柱承載力及打入地表深度驗(yàn)算。

對蓋梁支架跨距最大處及懸挑段主梁的強(qiáng)度和撓度進(jìn)行驗(yàn)算，上部荷載通過工字鋼與碗扣架傳遞至主梁，計(jì)算主梁受力情況，主梁受力簡化為均勻荷載。

（1）中間段：主梁為10榀I63工字鋼，間距0.3m，跨徑l=10.5m，主梁上方工字鋼及碗口架自重q1取2kN/m，截面抵抗矩Wi63=3249cm3，鋼材容許應(yīng)力取[σ]=210MPa，彈性模量E=2.1×105，截面慣性矩I=1.02×105cm4。

（2）懸挑端：主梁為I63工字鋼，間距為0.8m，跨徑l=2.64m。

通過上述計(jì)算，可知中間段與懸挑段彎矩及撓度均滿足規(guī)范要求。

3.3 貝雷梁支架優(yōu)化外側(cè)鋼管方案

蓋梁采用8片單層雙排的321不加強(qiáng)貝雷梁作為分配梁代替原來10根I63a工字鋼主梁，懸挑部分利用蓋梁外側(cè)防護(hù)雙排貝雷梁做主梁。

懸挑端：主梁為雙排321不加強(qiáng)貝雷梁，中心距為4.89m，上方工字鋼、碗口架及自重q1取2kN/m，對懸挑支架變化部位主梁進(jìn)行驗(yàn)算，計(jì)算主梁受力簡化為均勻荷載。雙排單層不加強(qiáng)貝雷梁抵抗矩[W]=7157cm3，彎矩[M]=1576.4kN·m。

受力分析如圖3所示。

圖3 懸挑端主梁受力簡圖（單位：cm）

3.4 貝雷梁支架優(yōu)化內(nèi)側(cè)鋼管方案

蓋梁采用8片單層雙排的321不加強(qiáng)貝雷梁作為分配梁代替原來10根I63a工字鋼主梁，間距1m，最大跨徑5m，計(jì)算主梁受力簡化為均勻荷載。

貝雷梁按照均勻荷載339.9kN/m進(jìn)行計(jì)算，雙排單層不加強(qiáng)貝雷梁容許荷載[Q]=490.5kN/m，澆筑蓋梁整體時為貝雷片最不利情況，簡化為三不等跨連續(xù)梁受力分析。

懸挑端：最大荷載Q1=0.38×5×339.9=645.8kN/m，安全系數(shù)K1=2×490.5÷645.8=1.52＞1.2。

中間段：最大荷載Q2=0.6×5×339.9=1019.7kN/m，安全系數(shù)K2=4×490.5÷1019.7=1.92＞1.2。

可得，貝雷片作為分配梁強(qiáng)度滿足規(guī)范要求。

4 結(jié)論

通過西江特大橋中山公鐵合建段蓋梁支架方案優(yōu)化的施工實(shí)例，得出以下結(jié)論：（1）鋼管樁支撐法因其施工簡單且安全系數(shù)高，常作為橋墩蓋梁施工方法，但鋼管樁成本較高，因此施工過程中對方案的優(yōu)化就顯得更為重要。（2）通過兩次方案優(yōu)化，減少了鋼管樁支架體系施工成本，縮短了搭設(shè)周期。此外，對抱箍施工法、托架法等施工方法進(jìn)行比選，抱箍法由于上部荷載較大，強(qiáng)度不容易滿足；托架法施工墩身承受的彎矩較大，預(yù)埋鋼板量大且焊接要求高，后期墩柱外觀處理質(zhì)量難保證。因此，從成本、工期、安全等多方面考慮，并結(jié)合工程實(shí)際情況，最終決定采用鋼管支架方案。（3）支架搭設(shè)需嚴(yán)格按照方案施工，但要根據(jù)蓋梁場地的實(shí)際情況對支架方案在驗(yàn)算滿足的前提下及時進(jìn)行優(yōu)化，從而減少成本、節(jié)約工期。

通過該工程優(yōu)化實(shí)例，希望能為類似工程提供一定的借鑒。