上跨多條既有線鋼箱梁橋高墩位轉(zhuǎn)體施工技術(shù)與實(shí)踐

趙雪強(qiáng)

[摘? 要]：某2×120 m鋼箱梁轉(zhuǎn)體橋上跨6條既有鐵路，根據(jù)工期和施工現(xiàn)場(chǎng)等具體情況，對(duì)鋼箱梁鋼管支架進(jìn)行了設(shè)計(jì)，采用支撐格構(gòu)式管桁架，設(shè)計(jì)出了拼裝、滑動(dòng)、移動(dòng)兼滑動(dòng)3種支架形式。為最大程度減小傾覆風(fēng)險(xiǎn)，防止對(duì)鐵路營(yíng)業(yè)線造成安全風(fēng)險(xiǎn)，基礎(chǔ)形式采用系梁樁基連接形式增強(qiáng)支架整體穩(wěn)定性及抗傾覆性，并對(duì)支架的施工要點(diǎn)進(jìn)行了分析和總結(jié)，為以后類似施工提供借鑒。

[關(guān)鍵詞]： 鋼箱梁; 轉(zhuǎn)體橋; 支架設(shè)計(jì); 支架施工

U445.465B

隨著基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的發(fā)展，鋼箱梁及轉(zhuǎn)體施工技術(shù)在既有線鐵路方面已非常成熟，但在鄰近既有鐵路及市政道路等復(fù)雜環(huán)境下的施工技術(shù)和設(shè)計(jì)方面存在很大提升空間。本文以青島市新機(jī)場(chǎng)高速連接線（雙埠—夏莊段）工程為背景，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)復(fù)雜環(huán)境，設(shè)計(jì)出了符合工程實(shí)際的支撐式格構(gòu)管桁架。Symbol`@@

1 工程概況

本工程以青島市新機(jī)場(chǎng)高速連接線（雙埠—夏莊段）工程2×120 m鋼箱梁轉(zhuǎn)體橋?yàn)檠芯繉?duì)象，橋左幅5#主墩位置處于青榮城際鐵路與機(jī)場(chǎng)專用線間，中心距青榮城際鐵路柵欄為18 m，距機(jī)場(chǎng)專用線坡腳僅為12 m，支架范圍南北向需跨過(guò)交通繁忙下穿鐵路橋的仙山西路，再往北需跨過(guò)鐵路集水房一處，東西向侵占機(jī)場(chǎng)專用線路基約1 m。右幅2#墩位置位于安順路西側(cè)邊緣，地下管線復(fù)雜交通繁忙，同時(shí)支架南北向也跨過(guò)仙山西路，向北延伸支架范圍有20×10 m的投影落在白沙橋上?？紤]結(jié)構(gòu)構(gòu)造、運(yùn)輸條件、吊裝要求，施工工期等因素，左右幅鋼箱梁采用橫向分塊方案，板單元發(fā)運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)后，先在橋位拼裝胎架上總拼，之后吊裝至支架上進(jìn)行環(huán)縫連接。

總體施工方法：左幅采取支架法小節(jié)段吊裝，橋上連接;右幅小里程S5/S6/S7 3段采取在S4位置吊裝，小節(jié)段連接成整體后，整段滑移，其余梁段采取支架法小節(jié)段吊裝，橋上連接的方式。

2 施工方案

2.1 支架形式

在橋位處搭設(shè)支架，支架形式分為：拼裝支架、拼裝兼滑移支架、滑移支架3種（圖1～圖3）。

拼裝支架由下至上采用擴(kuò)大基礎(chǔ)+478 mm鋼管+HN700×300 mm分配梁+273×6.5 mm小立柱組成，設(shè)置于鋼梁縱向分段環(huán)口處（圖4）。其中為合理避讓鐵路泵房，左幅小里程S6、S7處支架跨度加大至25 m（此處采用二拼一方式進(jìn)行吊裝，再進(jìn)行橋上連接）（圖5）。

右幅小里程S4處設(shè)置拼裝兼滑移支架，由下至上采用擴(kuò)大基礎(chǔ)+478 mm鋼管+HN700×300 mm分配梁+273×6.5 mm小立柱組成，最大跨度為7.5 m（圖6）。

右幅小里程S7/S6/S5在拼裝兼滑移區(qū)吊裝并完成環(huán)口焊接后，通過(guò)鋼梁底部滑道及滑塊，利用滑道側(cè)面設(shè)置穿心千斤頂及反力座，拖拽鋼梁，滑移至設(shè)計(jì)位置。

左幅小里程S5與S6梁段跨越鐵路泵房，此處支架間距加大至25 m，采取二加一拼裝，整體吊裝方式。

2.2 支架基礎(chǔ)形式

一般位置基礎(chǔ)采用系梁樁基連接形式增強(qiáng)支架整體穩(wěn)定性及抗傾覆性，最大程度減小傾覆風(fēng)險(xiǎn)，防止對(duì)鐵路營(yíng)業(yè)線造成安全風(fēng)險(xiǎn)。基礎(chǔ)樁基采用200 mm×200 mm，樁長(zhǎng)設(shè)計(jì)為7 m的混凝土預(yù)制方樁，樁頂伸入系梁15 cm，臨時(shí)鋼管支架通過(guò)16 mm厚鋼板系梁頂部預(yù)埋鋼板與基礎(chǔ)連接為整體，預(yù)埋連接鋼板的錨固25 mm鋼筋長(zhǎng)度埋入樁基500 mm。

承臺(tái)處鋼管立柱采用擴(kuò)大基礎(chǔ)預(yù)埋600 mm×600 mm×15 mm鋼板，鋼管立柱與基礎(chǔ)預(yù)埋鋼板焊接連接，鋼管立柱基礎(chǔ)直接澆筑在承臺(tái)上。

2.3 基礎(chǔ)施工

鐵路內(nèi)地質(zhì)條件較差，表面是松軟回填土，地下水位較高，因此除主墩利用承臺(tái)、防護(hù)樁冠梁及安順路上采用擴(kuò)大基礎(chǔ)外其余全部采用混凝土預(yù)制方樁基礎(chǔ)[1]。

施工前先采用220挖機(jī)平整場(chǎng)地，挖除原積水坑中的淤泥，換填合格填料，逐層壓實(shí)，場(chǎng)地全部平整完成后，準(zhǔn)備施工混凝土方樁。

本工程采用200 mm×200 mm C30混凝土預(yù)制方樁，單樁長(zhǎng)9 m，縱橫向間距2.5 m。承臺(tái)施工時(shí)，在頂部鋼筋綁扎完成后，及時(shí)放置預(yù)埋鋼板與頂部鋼筋焊接在一起，混凝土施工時(shí)要檢查鋼表面是否水平。

2.4 支架安裝

2.4.1 鋼管安裝

鋼管立柱采用直徑478 mm鋼管柱（壁厚8 mm），鋼管安裝前，先用全站儀對(duì)平面控制點(diǎn)位置進(jìn)行精確放樣[2]，考慮本項(xiàng)目為涉鐵施工，距鐵路線較近，為大幅度減少空中焊接作業(yè)量，同時(shí)為避免整根鋼管柱長(zhǎng)度過(guò)長(zhǎng)（15～22 m）使吊裝過(guò)程中存在傾覆風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)鐵路營(yíng)業(yè)線存在安全隱患，因此鋼管柱安裝擬采用將一組支架劃分為多個(gè)節(jié)段的形式進(jìn)行分段吊裝后再進(jìn)行整體空中連接，將鋼管連接系在地面與臨時(shí)支架連接成形，做成2.5 m×2.5 m×6 m的格構(gòu)式標(biāo)準(zhǔn)節(jié)。鋼管柱分段制作并通過(guò)連接系連成標(biāo)準(zhǔn)整體段，整體段高度4.5 m（標(biāo)準(zhǔn)鋼支架有4.5 m、3 m、1.5 m、1 m、0.5 m的調(diào)節(jié)段）[3]。

鋼管柱支架節(jié)段采用吊車進(jìn)行吊裝（吊車站位要考慮大臂方向遠(yuǎn)離青榮城際和膠濟(jì)客專方向），考慮單節(jié)段重量較輕（節(jié)段重約2.1 t），可在單節(jié)段每個(gè)支架外邊緣設(shè)置一個(gè)小型吊耳，用吊車副鉤進(jìn)行提升及定位，保證支架節(jié)段定位的準(zhǔn)確性以及空中連接的穩(wěn)固性[4]。格構(gòu)式鋼管支架全部采用栓接，安裝步驟是首先調(diào)平安裝好支架底節(jié)，考慮本項(xiàng)目鋼管支架高度較高，人員安裝時(shí)可通過(guò)鋼管上的爬梯進(jìn)行逐節(jié)安裝（圖8），安裝時(shí)人員應(yīng)佩戴好安全帶，站穩(wěn)后掛上安全帶方可施工。

吊裝完成后，選擇在S 0塊附近利用現(xiàn)有鋼箱梁支架安裝安全爬梯，人員經(jīng)過(guò)支架頂部橫梁進(jìn)入鋼箱梁內(nèi)。

2.4.2 頂部橫梁

支架頂部橫梁，即在支架立柱鋼管頂端設(shè)置一組雙拼HW300×300 mm型鋼，必要時(shí)翼緣邊兩側(cè)需用10 mm以上鋼板加強(qiáng)，間隔為1～2 m，作為鋼梁的小立柱支承擱置點(diǎn)。

2.4.3 小立柱支架

在支架頂部的橫梁上設(shè)置小立柱支撐，為了調(diào)節(jié)鋼箱梁底部支撐點(diǎn)的高度，一般高度控制在0.4 m以內(nèi)。在鋼管格構(gòu)柱支架全部架設(shè)完畢后，支架頂部橫向設(shè)置一根通長(zhǎng)的鋼橫梁，水平方向擱置。鋼橫梁作為鋼梁擱置的承重橫梁，和支架焊接固定牢固;然后在工字鋼橫梁上安裝焊接小立柱支撐（273×6.5 mm無(wú)縫鋼管）。

2.4.4 安裝小立柱及滑道梁

在鋼管柱和橫梁安裝完畢并經(jīng)過(guò)檢查驗(yàn)收合格后，焊接橫梁上小立柱。

滑道梁制作工藝同橫梁制作，需將HN700×300 mm型鋼滿焊合格后進(jìn)行分段吊裝，并與橫梁連接。連接完成后測(cè)量人員需現(xiàn)場(chǎng)對(duì)滑道梁標(biāo)高和位置進(jìn)行復(fù)測(cè)，如有問(wèn)題及時(shí)校正。

3 鋼管支架設(shè)計(jì)

本工程的臨時(shí)支架采用的是支撐格構(gòu)式管桁架。鋼管主要采用478×8 mm螺旋鋼管，本工程桁架鋼管、立柱鋼管、各節(jié)點(diǎn)板、支座墊板均采用Q235B結(jié)構(gòu)鋼，除圖中注明外，未注明的所有結(jié)構(gòu)加勁板、連接板厚度均為16 mm，結(jié)構(gòu)用鋼材應(yīng)具有抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率和硫、磷含量的合格保證[5]。鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件制造時(shí)對(duì)于主要的構(gòu)件及接點(diǎn)應(yīng)進(jìn)行放樣校正，在能正確反映本設(shè)計(jì)技術(shù)要求的前提下，決定其相關(guān)尺寸;鋼結(jié)構(gòu)的制作安裝單位必須具有必要的設(shè)備條件和人員技術(shù)條件，具有完備的質(zhì)量保證體系，以保證工程進(jìn)度及施工質(zhì)量[6]。

支架結(jié)構(gòu)傳力途徑為：立柱（滑道梁）—橫梁—鋼管立柱，所有荷載由鋼管立柱直接傳遞至支架基礎(chǔ)。支架基礎(chǔ)一般位置采用預(yù)制樁基礎(chǔ)，其中在主墩承臺(tái)4組支架通過(guò)預(yù)埋鋼板與承臺(tái)或冠梁進(jìn)行連接。每組支架立柱間設(shè)置Z向連接系，采用L120×10 mm角鋼，保證支架的整體性及橫向穩(wěn)定性。每排鋼管支架頂部橫橋向放置雙拼HN300×300 mm型鋼作為分配梁，拼裝區(qū)上部通過(guò)273×6.5 mm小立柱與鋼箱梁連接，滑移區(qū)分配梁上方設(shè)置雙拼HN700×300 mm滑道梁。支架與系梁頂預(yù)埋鋼板并焊接好，鋼板上放置分配梁H型鋼，H型鋼上放置調(diào)節(jié)小立柱。

4 支架驗(yàn)算

4.1 有限元模型的建立

拼裝區(qū)：吊裝S0段鋼箱梁時(shí)，重力轉(zhuǎn)化為節(jié)點(diǎn)荷載作用在工字鋼分配梁上，再由工字鋼傳遞到立柱上。通過(guò)結(jié)構(gòu)分析、計(jì)算確認(rèn)臨時(shí)施工支架結(jié)構(gòu)在使用條件下的強(qiáng)度、穩(wěn)定及變形等能否滿足預(yù)定的功能，達(dá)到安全、適用的要求[7]。模型說(shuō)明：采用MidasCivil建模，各桿件采用空間梁?jiǎn)卧M，構(gòu)件材材料采用Q235，截面與設(shè)計(jì)圖紙相同。根據(jù)結(jié)構(gòu)支承條件，假定立柱的柱腳不發(fā)生沉降，按固結(jié)處理。

滑移區(qū)：鋼梁在雙拼HN700×300 mm型鋼滑道上進(jìn)行縱向滑移，立柱縱向間距有2.5 m和5 m 2種形式，當(dāng)滑移支點(diǎn)位于5 m跨徑中間時(shí)，滑道受力最不利，當(dāng)滑移支點(diǎn)位于鋼管正上方時(shí)，單根鋼管受力最不利。因此計(jì)算滑移支架結(jié)構(gòu)時(shí)，選擇縱向6根3組支架，前滑移支點(diǎn)位于5 m跨中，后滑移支點(diǎn)位于鋼管正上方的最不利狀態(tài)進(jìn)行計(jì)算[8]。鋼梁荷載下支點(diǎn)模型如圖9所示。

4.2 驗(yàn)算工況和結(jié)果

拼裝區(qū)支架工況：0#段為整個(gè)鋼箱梁最大重量的節(jié)段，是支架理論受力最大位置，按此處鋼梁吊裝計(jì)算拼裝支架結(jié)構(gòu)。

滑移區(qū)支架工況：左幅小里程S7—S5段處于水中，鋼梁安裝需采用拖拉法進(jìn)行施工，鋼梁吊裝至支架上后，單個(gè)節(jié)段組焊完成，采用拖拉千斤頂分節(jié)段拖拉至理論位置，所需拖拉節(jié)段中S5節(jié)段單重最大，為253.6 t，每個(gè)節(jié)段下設(shè)置4個(gè)滑移支點(diǎn)，單個(gè)支點(diǎn)受力最大按照1.2倍偏載考慮，則單個(gè)支點(diǎn)最大受力76.08 t鋼梁與滑道間滑移面采用MGE滑板與不銹鋼，理論摩阻系數(shù)為0.03，施工時(shí)按照不利狀態(tài)0.1倍摩阻力考慮，則滑移阻力約25.4 t，每組支架所受摩阻力2.54 t。

結(jié)果分析見(jiàn)圖10、圖11。

（1）鋼管立柱在組合風(fēng)荷載工況下，強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性滿足要求。

（2）支架橫縱向連接最大豎向位移為7.1 mm，大于規(guī)范要求的 6.25 mm，簡(jiǎn)單分析可知，此處為鋼管連接處節(jié)點(diǎn)，施工之前先采取支架預(yù)壓，便可消除此部分變形。

（3）水平方向最大位移為36 mm，表明風(fēng)荷載作用下對(duì)支架的影響在規(guī)范允許范圍內(nèi)，考慮青島地區(qū)處于多風(fēng)地帶，且鋼箱梁的吊裝焊接，正好是在夏季多風(fēng)地帶，可在迎風(fēng)面添加適當(dāng)?shù)倪B接增加剛度。

5 結(jié)論

本文以2×120 m鋼箱梁轉(zhuǎn)體橋?yàn)檠芯繉?duì)象，為克服涉鐵鋼箱梁轉(zhuǎn)體橋工期緊和在鐵路間施工的安全問(wèn)題，對(duì)鋼箱梁轉(zhuǎn)體橋臨時(shí)支架3進(jìn)行了專項(xiàng)設(shè)計(jì)，通過(guò)拼裝支架、滑道支架、拼裝和滑道支架3種支架作為支撐，用龍門吊對(duì)鋼箱梁進(jìn)行分段吊裝，能大幅度地節(jié)約時(shí)間，保證施工的安全性。在支架安裝上，對(duì)基礎(chǔ)施工、鋼管安裝、頂部橫梁安裝、小立柱和連接系、小立柱和滑道等部分的施工要點(diǎn)做了系統(tǒng)闡述和總結(jié)，為相同情況下的臨時(shí)支架設(shè)計(jì)和施工提供借鑒。

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