重載鐵路高墩雙線連續(xù)梁0#塊施工方案的比選

摘 要：0#塊的施工是整個連續(xù)梁施工成敗的關鍵。文章以重載鐵路高墩連續(xù)梁為例，對連續(xù)梁0#塊施工方案進行比選，并對支架的檢算進行介紹。

關鍵詞：重載鐵路；高墩連續(xù)梁；0#塊；方案比選；支架檢算；預壓

1 工程概況

新建山西中南部鐵路通道工程DK67+158.7卜家?guī)r湫水河特大橋位于山西省呂梁市臨縣，橋長1996.84米，其中1-（40+64+40）m預應力混凝土連續(xù)箱梁上跨218省道，主墩高度25米，梁面距218省道30米，線路左側設置聲屏障。單箱底寬7m，橋梁全寬13.3m，左線中心線處梁全長145.4米，中支點處箱梁中心梁高5.6m，跨中箱梁中心梁高3.4m，梁高及底板厚均以二次拋物線變化。主橋箱梁采用三向預應力體系，分為縱向預應力束、橫向預應力束和豎向精扎螺紋鋼筋。其中0#梁段長度9m，1#～3#梁段長3.5m，4#～8#梁段長4m，邊跨直線段3.7m，合攏段2m。采用菱形掛籃施工0#塊長度不足，需將0#塊及1#塊施工完成后，再轉為掛籃施工。

2 0#塊施工方案優(yōu)選

2.1 滿堂支架施工方案

采用傳統(tǒng)的滿堂支架施工，墩頂設置4個臨時支座。經(jīng)計算分析，存在以下問題：

（1）0#塊距地面25m，0#塊重量大。采用滿堂支架存在較大的安全風險。合理的搭設高度為10m內(nèi)。（2）搭設工期長，經(jīng)濟效益不高。（3）地基處理費用高。

2.2 鋼管柱施工方案

鋼管柱施工方案，墩頂不設置臨時支座，采用鋼管柱作為連續(xù)梁臨時支撐，并以鋼管柱作為支撐形成0#塊施工支架。此方案也較為常用，但存在以下問題：

（1）0#塊距地面25m，鋼管柱需與墩身加強連接，且鋼管柱垂直度控制也存在難度。（2）耗費大量鋼材，且不能重復利用。（3）梁體重量大，在鋼管柱內(nèi)不澆筑混凝土的情況下，不能克服不平衡重。而鋼管柱澆筑混凝土又造成極大的浪費。

此方案適用于高度10～20m內(nèi)施工。

2.3 三角托架施工方案

三角托架施工方案，墩頂設置臨時支座。墩身預埋工字鋼和底座盒，將三角托架斜插入底座盒內(nèi)，并與工字鋼連接形成穩(wěn)定結構。施工完成后可將三角托架完整的拆除下來，做到重復利用。此方案與前兩種方案相比，高墩施工中有以下優(yōu)點：（1）安裝方便，結構簡單。（2）鋼材可重復利用，節(jié)省大量鋼材。（3）結構穩(wěn)定，安全系數(shù)高。

此方案適用于高度20m以上高墩施工。

2.4 三種方案比選

（1）三角托架施工施工方便，較前兩種施工可較少施工步驟，工期風險明顯降低。（2）三角托架施工可做到三角架重復利用，較鋼管柱施工節(jié)省大量鋼材。所以從經(jīng)濟角度對比，三角托架方案具有明顯的優(yōu)勢。（3）三角托架施工在高墩0#塊施工，具有結構性能穩(wěn)定，受力簡單。安全、可靠。

經(jīng)多次檢算對比，決定選用三角托架施工方案。

3 三角托架受力檢算

采用midas軟件對該三角托架進行檢算，檢算過程如下：

3.1 托架結構

0#段托架采用三角斜腿支撐結構形式，采用32a工字鋼和2-25b槽鋼做三角牛腿托架，托架頂放置20a工字鋼橫向分配梁，分配梁上再放置方木及底模系統(tǒng)，從而形成0#段的底模及施工的平臺。

3.2 橫向分配梁計算

（1）分配梁工況分析。橫向分配梁在托架上的縱向間距按0.3m，那么根據(jù)實際荷載進行計算，單根橫向分配梁承受混凝土荷載情況如下：腹板位置為7.4t/m；底板為2.0t/m。分配梁采用20a工字鋼，放置在三角斜腿托架上。（2）支反力（t）。經(jīng)midas計算可知最大反力是7.7t，就是說托架上弦桿受力是0.3m范圍內(nèi)承受7.7t的荷載，用均布荷載換算約為26t/m。用此荷載來進行托架的計算。（3）撓度（m）。由midas軟件可以得出最大豎向位移是中部7mm，邊側支撐處豎向位移是8mm。（4）應力（MPa）。由midas軟件可以得出20a工字鋼分配梁的最大應力是113MPa，小于140MPa，滿足要求。

3.3 三角托架結構組成及荷載、計算

“0#段+1#段”三角托架主要有主縱梁和斜腿組成，主縱梁采用2-32a工字鋼（計算時是一根32a工字鋼，應力及變形均需要除以2），斜腿則是2-槽25b口對口焊接成的箱形結構。三角牛腿上部縱梁穿過墩身，下部則插入墩身預留的孔洞內(nèi)。

三角托架承受的荷載根據(jù)橫向分配梁計算而來，在混凝土荷載范圍內(nèi)主縱梁承受26t/m的均布荷載，在主縱梁的另外地方則是施工荷載，按1t/m進行計算。

（1）三角托架支反力（t）。經(jīng)midas軟件計算可知，對于上面的對拉點豎向支反力是29t，對拉力是95t。對于下面的支撐力則是豎向支反力131t，水平支反力是95t。下支點需要承受131t的豎向支撐力，孔洞預留支撐面的大小是0.25×0.24=0.084m2，計算得壓應力是16MPa，小于C30混凝土容許壓應力，可見這樣的布置能夠滿足受力要求。（2）三角托架變形（m）。經(jīng)midas軟件計算可得到混凝土荷載處的最大豎向位移是9mm/2=4.5mm。（3）三角托架應力（MPa）。經(jīng)midas軟件計算可得到.主縱梁的最大組合應力是227MPa/2=114MPa<140MPa，完全能夠滿足要求。斜腿的壓應力最大是116MPa，也同樣小于140MPa的容許應力，滿足要求。（4）三角托架斜腿的壓撓穩(wěn)定。三角托架的斜腿是兩根25b槽鋼口對口焊接而成的箱形結構。

三角托架斜腿的長度是3.5m，對斜腿桿件的弱軸進行壓撓穩(wěn)定檢算，弱軸的回轉半徑是iy=6.3cm，那么可以計算出桿件的柔度是：λ=3.5m/6.3cm=56。

查找相應表得壓桿穩(wěn)定折減系數(shù)是：φ=0.828。

那么斜腿經(jīng)穩(wěn)定折減后的應力是116MPa/0.828=140MPa，等于140MPa的容許應力，能夠通過。

托架用于0#塊及1#塊施工，0#塊1#塊施工完成后，臨時支座受力，拆除托架。

3.4 結論

三角托架滿足受力要求，檢算合格。

4 支架預壓

在支架搭設完畢后，按設計梁體重量的120%加載預壓。采用模擬梁段實際重量（包括施工荷載）堆筑砂袋分級加載的方法進行預壓，位于主墩頂?shù)牧后w混凝土因直接用剛性支撐承受，不設砂袋預壓。預壓測量的結果為支架的最大變形量為3mm；疊合梁的最大彈性變形量為12mm，在加載過程中支架穩(wěn)定，其強度、剛度、穩(wěn)定性均滿足施工的要求。

5 實施效果

在重載鐵路連續(xù)梁高墩0#塊的施工中，三角托架施工完全滿足施工要求，目前該橋已施工完畢，三角托架受力均處于抗壓或抗拉強度之內(nèi)，施工情況良好。實踐證明在高墩連續(xù)梁施工中，該方案是合理的、可行的。

參考文獻

[1]王昌將，等.懸臂澆筑預應力混凝土連續(xù)梁橋[M].北京人民交通出版社，2004.

[2] JTJ 041-2000.公路橋涵施工技術規(guī)范[S].

作者簡介：高建業(yè)，男，助理工程師，中鐵十二局集團第三工程有限公司。