鐵路客專整體箱梁現澆支架大跨度門洞設計及施工關鍵技術

錢傳頂

摘要： 本文結合工程實例，詳細闡述了采用碗扣式鋼管架作為鐵路客運專線雙線整體箱梁現澆滿堂支架及萬能桿件與貝雷桁架組合設置大跨度鐵路通行門洞的設計方案。并對支撐系統的主要承重結構進行了承載安全檢算。以期能對其它類似項目的施工起到一些借鑒作用。

Abstract： Combined with the engineering example， this paper introduces the design planning of large span railway traffic openings intercalated by the cast full support and universal bar and Bailey truss of the bowl-buckle passenger double dedicated line integral box girder. The safety inspection of main load-bearing structure of the support system is carried out to provide some reference for other similar projects.

關鍵詞： 客專雙線整體箱梁；碗扣式鋼管架；萬能桿件；貝雷桁架；通行門洞

Key words： passenger double dedicated line integral box girder；bowl-buckle steel pipe rack；universal rod body；Bailey truss；access opening

中圖分類號：U445 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）02-0166-03

0 引言

滿堂支架現澆箱梁因易于控制施工質量及梁體線型，安全性好，施工難度低等特點，在條件允許下為優先采用的施工方法。隨著我國鐵路、公路橋梁建設的發展，滿堂支架法現澆梁的支撐系統亦朝著大噸位、大跨度方向發展，采用常規的鋼管腳手架桿件搭設滿堂支架及普通型鋼設置門洞的承載能力有限。如何實現在大噸位箱梁、高橋墩及大斷面等特殊情況下的梁體滿堂支架施工是橋梁建設技術人員所面臨的現實難題。

本文結合了作者的施工實例，詳細闡述了鐵路客運專線大噸位雙線整體箱梁采用碗扣式鋼管架作支撐系統的滿堂支架法現澆，以及采用萬能桿件與貝雷桁架組合設置跨越雙線鐵路的通行門洞的設計及施工方案，并對支撐系統關鍵受力結構進行了承載力驗算，希望能夠為橋梁工程技術人員在其他相類工程的支撐方案設計時提供一些思路。

1 工程概況

****鐵路客專****大橋起訖里程為DK289+103.82～DK290+376.58，橋梁總長1300.62m，本大橋第27孔采用40m雙線簡支整體箱梁跨越***鐵路。

箱梁采用等高變截面形式，總長40.6m。梁高268.6cm，梁頂寬1220cm，梁底寬265cm，箱梁中間標準段腹板厚69.7cm，頂板厚44.8cm，底板厚42.4cm。

箱梁采用滿堂支架現澆施工，所跨的鐵路為雙線，線間距為4.6m，因條件限制，兩股道之間不能設置臨時支撐墩。則支架需設置跨度達12m門洞以保持鐵路的正常運營。

本項目的箱梁為客專雙線整體箱梁，具有大斷面、大噸位及質量要求高等特點。故對于支架的基底處理，支架采用的材料及搭設形式，鐵路通行門洞支墩、縱梁采用的材料等均不同于普通的支架現澆梁，對其安全性及承載能力的要求大幅提高。采用何種安全可靠的現澆支撐方案為本項目急需解決的難題。

2 支架及門洞設計方案研究及制定

2.1 支架結構設計方案

經過對常用的多種支架形式的適用性及承載能力進行的比對及評價，本項目最終決定采用新型的碗扣式鋼管腳手架方案。碗扣式的核心部件是碗扣接頭，由上下碗扣、限位銷及橫桿接頭等組成，具有結構簡單、接頭結構合理、承壓桿件采用軸向連接、力學性能好、工作安全可靠、施工簡便等特點。完全能夠滿足本項目的施工要求。本項目碗扣式滿堂支架布置如圖1所示。

按設計范圍進行支架地基的處理加固，清除地基表面的軟弱地層，坑洼處分層回填碎石并夯實，如果地面傾斜過大而整成一同水平面工程量較大時挖成臺階。平整好的地面用16噸壓路機碾壓平實后，鋪15cm厚的碎石并碾壓密實，再在碎石層上澆筑厚度15cmC20混凝土墊層，墊層寬度較支架寬度大1m左右，并在場地四周挖設排水溝，避免雨水浸泡地基而降低承載力。在墊層上按照支架立柱所對應位置鋪設15cm×15cm支墊方木以分散及傳遞壓力。

支架寬度考慮工人操作、材料堆置及運輸的需要，本項目支架的兩側寬度較箱梁超寬1.8m，以作為工作平臺。

本次設計首先對滿堂支架進行了承載驗算，以明確定支架每根立桿所承受豎向壓力的大小，從而確定了鋼管立桿的縱向間距：腹板下立桿橫橋向間距為30cm，底板及兩側翼緣板部下立桿橫橋向間距為60cm；立桿縱向間距均為90cm，支架的橫桿步距為120cm，用橫桿使所有立桿聯成整體；為了一步確保支架的整體穩定性，橫向每隔4排立桿設置一道剪刀撐?？v向每隔3排立桿設置一道剪刀撐。

立桿下端均安裝專用底座，立桿頂端安裝可調節高度的頂托，以便調整支架高度及拆除模板起到卸落作用。

頂托上為縱梁，縱梁采用15cm×20cm方木，縱梁上擺放12cm×15cm方木橫梁，其間距設置為40cm。在橫梁即可鋪設箱梁的底模及安設箱梁側模支撐桁架。

2.2 鐵路通行門洞設置方案

進行簡支箱梁現澆施工時，為了確保鐵路運營的正常進行，現澆支架需設置門洞，經與鐵路局運輸及工務管理部門溝通、協調，最終鐵路局審核同意擬設置的門洞凈寬為11m，凈高為6m，以滿足鐵路安全行車要求。

經計算，鐵路門洞兩側支撐需承受豎向荷載達6773.4kN，如果選用大型構件，在鐵路兩側進行安裝存在諸多困難。本項目門洞支墩使用了承載能力強，且能在不使用起重機械的情況下人力進行安裝的萬能桿件。

門洞縱梁的承載計算跨度達12m，整體箱梁自重及施工等荷載使縱梁產生非常大的彎矩，普通型材難以承受。本項目采用了貝雷桁架組拼成門洞縱梁。鐵路通車門洞結構設置如圖2所示。

萬能桿件支墩采用C20鋼筋混凝土基礎，其尺寸為16.6m×2.6m×1.0m（長×寬×高），基礎頂面標高為259.80m，以確保建成后門洞凈高滿足設計。

澆筑支墩混凝土時，按設計位置預埋連接萬能桿件N21支承靴的螺栓，待混凝土強度達到要求后安裝N21支承靴，立桿使用N1、N2兩種桿件雙拼接高，在立桿頂部也安裝N21支承靴形成平臺后，在支承靴上放置2I32a工字鋼墊梁，工字鋼墊梁上擺放貝雷桁架縱梁（腹板下縱梁間距為0.8m，底板及翼緣板下為1m）?？v梁之間按間距每2m安裝一個支撐架，將貝雷桁架連接成穩固的承載整體。貝雷桁架縱梁上按間距60cm設置10cm×15cm方木分配梁。分配梁上滿鋪厚度為3mm的鋼板，形成對鐵路的防護棚罩，避免在施工時工具、材料跌落在鐵路上影響行車安全，鋼板上可直接鋪設箱梁底模。

3 支架預壓施工

支架搭完后需進行預壓，一方面以檢驗支架整體承載的安全性。另一方面通過預先施加荷載，清除支架各結構間存在的非彈性變形和地基的非彈性沉陷，促使支架在箱梁砼澆注時結構的穩定。同時也獲得了施工荷載施加于支架時其產生的彈性變形值，以準確設置支架的預拱度，使澆筑完成的箱梁符合設計的線型及標高。

采用砂袋堆載進行箱梁預壓，砂袋堆碼位置及重量與箱梁自重分布曲線一致，以盡量模擬施工時支架的承載情況?？紤]堆載物品及人工操作時的偏差，堆載取1.2的不均勻系數。

在堆載區域設置觀測點，其分布于每跨兩端、1/8跨、1/4跨及跨中。每個觀測斷面在底板兩側、梁體中心線處及翼緣板外側各布設一處觀測點，同時在地基上在對應位置也布設觀測點。

堆載達到總荷載50%和100%后均要量測各觀測點的標高值；加載100%荷載后持荷24h后再次量測各觀測點的標高變化情況，如果24h內的累計沉降量≯1.5mm則判斷支架及地基已沉降到位，可卸壓并再次復測卸壓后各觀測點標高；否則繼續持荷預壓至滿足要求為止。

根據量測值計算出支架及地基彈性變形值，并根據預壓成果調整支架各部位標高。

4 滿堂支架及門洞結構承載驗算

在方案優化及最終確定過程中均對支架及門洞的所有承載構件進行了力學檢算，以確保結構安全，如下為主要承載構件力學檢算過程。

4.1 荷載取值

①箱梁自重混凝土荷載按26kN/m3計?？紤]到模板對箱梁自重荷載的傳遞及分散作用，將箱梁自重荷載簡化成如圖3所示的分布情況。

②施工機具及人員對支架產生的荷載按1.0kN/m2計。

③混凝土振搗時作用于支架的荷載按2.0kN/m2計。

④砼傾倒產生的荷載按2.0kN/m2計。

⑤模板重量產生的荷載按4.0kN/m2計。

4.2 碗扣支架受力檢算

碗扣支架鋼管規格為φ48mm×3.5mm，橫截面面積：A=489mm2，抗壓強度：[δ]=205MPa，回轉半徑：I=1.58cm。

對支架結構受力情況進行分析可知，支架主要由立桿承受上部荷載傳遞的軸向壓力。腹板下單根立桿承受最大軸向壓力。

①鋼管立柱承載驗算。

立桿在腹板下橫橋向的布設間距為0.3m，縱向布設間距為0.9m，則上部荷載傳遞于單根立桿的軸向壓力：

N=0.9×0.3×（39.9+1+2+2+4）=13.2kN

②立柱的穩定性檢算。

因橫桿設計步距為120cm，立柱長細比λ=l0/rx=120/1.58=76.0<150。

查《建筑施工碗扣式腳手架安全技術規范》，按插入法計算得穩定系數Φ=0.744。則：

[N]=ΦA[δ]=0.744×489×10-6×205×103=74.58kN>N=13.2kN（立桿承載能力滿足要求）

4.3 通車門洞受力檢算

4.3.1 萬能桿件支墩承載驗算

本項目采用萬能桿件N1、N2桿雙拼組成門洞支墩的立柱，查閱相關資料得，每根雙拼萬能桿件N1或N2桿立柱所能承受的軸向壓力允許值為592kN。

位于箱梁底板下的門洞萬能桿件立柱共計20根，門洞區域為沿橋縱向18m，按長度18m的箱梁上部荷載全部由20根萬能桿件立柱承受（結果趨于安全）。

門洞范圍內的上部箱梁自重（箱梁中間段橫截面面積為10.25m2）及其它施工荷載：

=[10.25×18×26+（18×12.2）×（1+2+2+4）]=6773.4kN

荷載不均衡分布系數按1.2倍考慮。則單根萬能桿件立柱承受的軸向壓力為：

1.2×6773.4/20=406.4kN<592kN（支墩立柱承載滿足要求）

4.3.2 貝雷桁架縱梁承載檢算

每片標準貝雷梁：[M]=788.2kN·m，[Q]=245.2kN

對門洞方案分析可知，在箱梁腹板下的貝雷桁架縱梁承受著最大荷載，腹板下貝雷桁架縱梁布置間距為0.8m，貝雷桁架縱梁按跨度為12m，承受均布線性荷載的簡支梁進行承載檢算。

均布線性荷載：（39.9+1+2+2+4）×0.8=39.1kN/m2

彎矩M=39.1×122/8=703.8<[M]=788.2kN·m

剪力Q=39.1×12/2=234.6<[Q]=245.2kN

5 結束語

經過科學編制滿堂支架及門洞的支撐方案，并精心組織施工，最終順利完成客專雙線整體箱梁的澆筑任務，且較原計劃工期提前26d完成。施工期間支架及通行門洞牢固穩定，沒有出現影響施工質量及危及施工安全、鐵路行車安全的事項，澆筑的整體箱梁外形美觀，線條平順，得到了建設單位及監理單位的高度評價。

參考文獻：

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