上跨既有铁路高支架现浇连续梁施工技术研究

刘汉斌，姚宏生，匡维雄

(中国建筑股份有限公司沪杭项目部，上海 201611)

1 工程概况

新建沪杭高速铁路松江特大桥390号～394号墩之间设计为(40+56+56+40)m的连续梁，采用支架现浇法施工。上跨既有铁路结构施工桥梁在393～394号墩之间跨越既有铁路新闵线，跨越中心处新闵线里程为K2+170，新建沪杭高速铁路与既有新闵铁路大里程方向夹角为141°。既有铁路两侧桥墩高度为29.5 m，梁底与既有线铁路轨顶高差为31 m。

连续梁中支点处梁高4.35 m、宽跨中梁高3.05 m，梁顶宽12 m、底宽6.7 m，梁体荷载309～506 kN/m。393、394号墩地面高程在1.5～2.2 m范围内，该段在地面至高程－1.3 m处为杂填土，地基承载力为60 MPa，高程－1.3～－16.5 m为淤泥质黏土，呈软塑－流塑状，地基承载力为80 MPa，再往下为粉质黏土。地质条件松软，承台基坑围护、支架基础施工难度大。

2 沪杭高速铁路上跨新闵铁路连续梁施工特点

由于连续梁支架高、荷载大，跨铁路高支架的设计与施工成为决定本连续梁施工成败的关键。

2.1 连续梁支架设计

2.1.1 支架搭设方案

连续箱梁现浇支架采用φ48 mm×3.5 mm碗扣式钢管支架，支架高度为20～22 m，底模下部有纵、横向方木。支架在每4排纵向立杆和每6排横向立杆设置1道剪刀撑，每3.6 m高设置1道水平剪刀撑。

碗扣架下方荷载分配采用工字钢，分配工字钢下方用贝雷梁+钢管柱的形式做成膺架跨越铁路。贝雷梁分2层拼装，纵贝雷梁做成单排单层型，横桥向共24片，393～394号墩之间贝雷梁横向贝雷梁共30排，每2排一联，用标准花架联结。

贝雷梁下方工字钢采用I45a双拼，钢管柱采用φ630 mm×10 mm并打入地面以下32 m，以满足受力要求。钢管柱间横桥向用双［20型钢设2道平联，顺桥向沿最外2排柱各设1道纵联。

2.1.2 支架设计说明

由于支架的高度超过30 m，单纯采用满堂式支架已很难满足施工安全需要，本连续梁采用膺架式支架。支架的下半部分20 m采用钢管柱支撑，上半部分搭设贝雷梁，贝雷梁上方8 m部分搭设碗扣支架。这样既避免了钢管柱过高容易失稳，也避免了碗扣支架过高节点安全隐患大的难题。膺架基础采用振动锤将φ630 mm×10 mm薄壁钢管桩打设入土，有效避免了土体扰动对新闵铁路路基的影响。

在膺架部分的设计上，为避免结构的不均衡受力，先在铁路两侧跨距外轨2.2 m处打设2排钢管柱做支撑，上方垂直于沪杭高速铁路梁体铁路方向搭设1排贝雷梁作为类似棚架的支撑体，既起到上方施工时对铁路运营安全的防护作用，同时也起到减小上方体系跨度过大的承重作用。横向贝雷梁上方沿沪杭高速铁路线路方向分布1层纵向贝雷梁，再搭设碗扣支架。纵向贝雷梁设计时由于避免横向贝雷梁两端处剪力过度集中，故将贝雷梁做成3段简支式，这样不仅安装拆除方便，同时使体系受力更加合理，也节省了贝雷梁的数量。

跨铁路部分连续梁现浇支架设计方案如图1所示。图2为施工现场。

2.1.3 支架关键部位受力分析

连续梁支架碗扣架部分及管柱管桩的承载力按常规理论进行设计及检算，本文不再叙述。现将贝雷梁的计算模型选择作简要分析，贝雷梁设计检算时按构件位置简化成静态受力模型。

(1)纵向贝雷梁受力分析

①上方荷载统计(表1)

②计算模型选择

第一种情况:贝雷梁整体拼装，按整段连续方式建立模型，受力图如图3所示。

图1 跨新闵铁路连续梁跨铁路部分支架布置(单位:mm)

图2 施工中的连续梁支架

表1 梁体分段荷载统计

第二种情况:分3段拼装，按中部两点简支建立计算模型，受力图如图4所示。

通过对以上两种模型进行对比分析，第二种模型的内力分布较为合理，且施工方便。贝雷梁整体能承受最大剪力为245 kN、最大弯矩为788 kN·m。结构最大剪力为3 327.3 kN，最大弯矩为7 486.43 kN·m，支座最大反力3 537.64 kN，由于上跨铁路，根据设备管理单位相关文件的要求，支架安全系数取2，选用24排贝雷梁满足要求。

(2)横向贝雷梁受力分析

横向贝雷梁除满足受力要求外，还兼防护棚架的作用。考虑到结构荷载在端部集中，所以横向贝雷梁分端部和中部两部分进行受力分析。

①端部:按2跨简支梁建立计算模型，经分析，得出端部结构最大剪力为874.74 kN，最大弯矩为563.32 kN·m，采用3排单层型。

②中部横向贝雷梁:上方传递的最大荷载为604.86 kN，按2跨简支梁建立计算模型，假定荷载集中在梁底7 m范围，按均布算，荷载集度为86.4 kN/m。经建模分析得最大剪力为302 kN，最大弯矩为680.4 kN·m，每米选用2片贝雷梁可满足要求。贝雷梁布置如图5所示。

3 连续梁支架搭设及拆除控制要素

3.1 连续梁支架的搭设

支架搭设前要对铁路周围的管线进行勘察，对影响施工的管线要提前改迁至安全地带。

(1)管桩、管柱施工

393～394号墩跨钢管柱及管桩采用φ630 mm×10 mm型，打入施工时用90 t振动锤成桩。φ630 mm钢管柱每节长12 m，接长采用焊接方式对接，焊接时先将钢管柱对焊，对焊后再在焊缝处均匀加焊8块钢板对接头处进行加强。钢管桩打设施工时控制要点如下。

①焊接质量:施工时要对焊接质量严格控制，要求焊缝饱满且不得烧伤桩头。对焊缝不饱满或对钢管柱有严重烧伤的要割除重焊，桩接长后要等到完全冷却才能继续施打。

②桩位、垂直度偏差:桩位、桩身垂直度的控制是结构承载及稳定的一个重要保证。根据相关规范要求，管桩、管柱施工时桩位偏差不能超过3 cm，垂直度不能超过3‰，实际施工时控制不能超过4.5‰。施工前要对桩位进行复测，施工时逐桩检查。桩身垂直度采用2台经纬仪观测，在桩中部弹墨线，墨线宽度不得超过5 mm。每沉桩1 m检查1次，当垂直度超过标准时立即采取纠偏措施。

③地基承载力试验及复核:施工时先进行试桩，做地基承载力试验，与设计计算值相比较，最终确定施工桩长;打设结束后需对承载力进行荷载试验，只有桩基承载力达到设计要求才能继续施工，否则需增加桩长或数量。

图3 贝雷梁整体拼装受力图

(2)支架整体性控制

支架施工时需严格控制系统的整体性，其中几个界面的联结是控制重点。

①贝雷梁与下方工字钢之间的联结:下方工字钢横梁施工时严格控制高程在同一水平面上，保证贝雷梁与工字钢横梁之间贴靠密实并设限位钢板固定。

②两层贝雷梁之间、贝雷梁与上方I10分配工字钢的联结:为保证支架的钢度，横向贝雷梁与纵向贝雷梁之间及纵向贝雷梁与工字钢采用φ10 mm钢筋做成U形限位螺栓联结。

③碗扣架及上方模板系统的联结:碗扣架施工时严格检查扣件，有松动、破裂的要及时处理，扣件在预压前和混凝土浇筑前分别检查1次;方木与模板间用铁钉钉牢;方木之间用铁丝绑扎固定，每个节点均需绑扎。

3.2 支架预压

(1)预压方法

支架预压采用砂袋堆载预压，预压荷载为梁体最大重力的1.2倍，按梁重的20%、40%、80%、100%及120%五个行程分级加载。预压时间不少于72 h，且等24 h稳定期观测后为止。预压前、预压后，预压过程中每隔4 h详细测量支架和地基的变形量和沉降量之和，待沉降基本稳定后方可卸载(并观测卸载后的观测点位变化情况)，根据观测结果，重新调整底模高程，并按要求设置预拱度。在预压过程中，派专人注意支架变化情况，如发现较大变形或异常情况，应立即停止加载并卸载。

(2)沉降观测

为了解支架沉降情况，纵向在跨中、1/4桥跨及靠桥墩侧钢管柱顶部布设观测点，每排3个，分别位于桥梁中线及腹板底部处。在加预压之前测出各测量控制点高程，在加载到40%和100%后均要复测各控制点高程。加荷至全部预压荷载并持荷不小于24 h，分3次观测各测点高程，如果最后两次测量数据无变化，表明地基及支架已基本沉降到位，可卸载，否则还须持荷进行预压。卸载完成后，再次复测各控制点高程，以便得出支架弹性变形、永久变形及地基的沉降量，以便调整模板的高程。

图4 贝雷梁分3段拼装受力图

图5 贝雷梁布置(单位:mm)

(3)支架预压施工安全措施

为保证施工安全，做到精确加载，施工时采取如下措施。

①砂袋要采取覆盖措施，防止降雨降雪积水增加负荷。

②预压加载过程中要控制砂袋自重的检测频次，每一台班对砂袋自重的检查不得少于5次，做到精确加载，并严格按预压荷载的分级标准进行加载。

③施工过程中要及时查看天气预报，在降雨前及时对已加载的砂袋采取覆盖并做好排水措施。

④做好应急措施，最后20%的加载量只能在白天完成。若遇降大雨或暴雨防水排水无效时要对荷载进行减载，以确保支架系统的安全。

⑤预压砂袋、吊车严格按指定地点放置，砂袋堆放后及时运送到梁顶，卸载后及时运出场地。吊车吊装时吊臂不得侵入铁路上方，且在列车经过时不得进行吊装作业。

3.3 支架拆除

支架拆除遵循“先搭后拆、后搭先拆”的原则，自上而下逐层、对称拆除。支架拆除需采取以下安全措施。

(1)施工人员站位要有坚实的作业平台，确保作业人员在同一平面上，避免落物伤人。

(2)事先规划好材料卸落线路，避开铁路上方，机械作业半径不得入侵铁路安全限界，所有的施工作业在列车经过时停止施工，并将机械转移至安全距离外。

(3)材料一旦拆除，立即卸落，严禁吊挂及随意堆放。

(4)贝雷梁、钢管柱等大件卸落时要对铁路进行封锁，落实好相应的营业线施工安全措施，并在设备管理单位的监护下进行。

4 结语

松江特大桥跨新闵铁路连续梁自2009年9月开始施工，至2010年5月初结束，施工时根据铁道部、上海铁路局有关营业线施工安全方面的文件精神及施工方案的要求严格控制，各安全措施控制良好，在高支架系统跨铁路施工方面积累了宝贵经验。

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