錢大懷 中鐵二十四局集團(tuán)有限公司

嘉閔高架橋是上海西部地區(qū)新辟的南北向快速通道，其中在閔行區(qū)春申路沿線上跨既有滬春線、滬昆線及在建滬杭客專線，公路高架橋計(jì)上跨11股鐵路線（含規(guī)劃滬杭城際鐵路），并與鐵路線形成四層立體交叉橋，從下至上分別是：既有滬春鐵路、既有滬昆鐵路、規(guī)劃滬杭城際鐵路為地面線路，第二層為金山鐵路支線，第三層為在建滬杭客專，第四層即為本次在建嘉閔高架公路春申鐵路段。由于公路高架處于四層立交最高層，臨近鐵路兩側(cè)墩身多以超40m高度跨越鐵路線，其立柱建筑高度屬于上海市最高，尤其墩頂高低端蓋梁，截面尺寸為：15.84m×4.45（1.65）m、蓋梁懸臂長(zhǎng)、混凝土一次澆注量達(dá)140.8m3(詳見(jiàn)圖1)。同時(shí)本次上跨鐵路高架橋橋址多位于當(dāng)?shù)乇敝窀酆拥乐谢蜓匕?，受既有鐵路線和河道的雙重制約，在建滬杭客專同步施工的道路和場(chǎng)地干擾，加之施工設(shè)備進(jìn)場(chǎng)和吊裝作業(yè)場(chǎng)地的缺乏，造成蓋梁施工十分困難。

圖1 Z8、Y8立柱蓋梁與既有線位置圖

1 蓋梁方案的構(gòu)想與比選

蓋梁側(cè)模采用定型鋼模板，底模采用竹膠板加工制作，模板采用側(cè)包底施工工藝，由吊車配合安裝。鋼筋在加工場(chǎng)地加工為成品和半成品，根據(jù)蓋梁高度和施工條件采用整體吊裝或直接在立柱頂部安裝。蓋梁砼采用一次性澆筑，砼由自建拌合站供應(yīng)，泵送入模。針對(duì)本次超40m高墩的長(zhǎng)大蓋梁施工，最大難度在于如何建立穩(wěn)固的支撐體系問(wèn)題。

1.1 碗扣式滿堂落地支撐體系

優(yōu)點(diǎn)：設(shè)計(jì)、驗(yàn)算簡(jiǎn)單，安裝方便。

缺點(diǎn)：需要有較寬闊的地面支持，不適宜施工場(chǎng)地狹小的區(qū)域，更不能在河道中使用；高支撐架本體安全防護(hù)措施要求高。另根據(jù)上海市的相關(guān)建設(shè)單位規(guī)定：高度大于30m橋墩不允許用落地支撐架進(jìn)行水平混凝土施工。由于本工程橋墩高度均大于40m，不滿足建設(shè)單位的規(guī)定要求，不宜采用。

1.2 鋼桁架托架

優(yōu)點(diǎn)：不占用地面，可以工廠制作，現(xiàn)場(chǎng)吊裝不僅簡(jiǎn)單方便，安裝周期短，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定受力均勻。

缺點(diǎn)：一次性投入大，再利用率低。

1.3 貝雷片支撐架

優(yōu)點(diǎn)：貝雷片為定型產(chǎn)品，現(xiàn)場(chǎng)吊裝簡(jiǎn)單方便，安裝周期短，不占用地面，可以反復(fù)使用，較經(jīng)濟(jì)。

缺點(diǎn)：整個(gè)支撐托架重心較高，不如鋼桁架托架穩(wěn)定性好。

根據(jù)三個(gè)方案的分析比較，參考上海市公路高架路其它施工標(biāo)段的經(jīng)驗(yàn)，從使用貝雷片作高柱墩蓋梁施工承托層的情況看，蓋梁混凝土澆筑后存在變形量偏大問(wèn)題。經(jīng)過(guò)比選論證，我們確定鋼桁架托架作為最優(yōu)方案。

2 臨近既有線蓋梁施工的防護(hù)措施

既有滬春線、滬昆線均為電氣化鐵路，高墩施工過(guò)程中為避免高空墜物擊毀接觸網(wǎng)線或打擊運(yùn)行通過(guò)列車，防止造成嚴(yán)重事故，需對(duì)既有線進(jìn)行嚴(yán)密防護(hù)。

2.1 電氣化線路的改造

（1）施工前確定施工影響范圍內(nèi)的電氣化立柱，則必須進(jìn)行移位。由于立柱腕臂在絕緣瓷瓶以外部分都為帶27.5KV的高壓帶電體，如不對(duì)立柱進(jìn)行移位，無(wú)法對(duì)腕臂做防電處理，因此必須做好危及行車安全的防護(hù)措施。

（2）把施工影響范圍內(nèi)的回流線進(jìn)行換線，把裸露的鋁芯線改成絕緣電纜架空或落地填埋保護(hù)。

2.2 蓋梁施工范圍既有線上方封鎖搭設(shè)全覆蓋防護(hù)棚

既有滬春線和滬昆線均為電氣化鐵路，防護(hù)棚凈高為12.2m，沿線間距3.5m，跨徑為20.4m。防護(hù)棚架基礎(chǔ)采用混凝土條形基礎(chǔ)，立柱采用￠500mm壁厚12mm鋼管，橫梁采用45a工字鋼，主縱梁采用45a工字鋼，其余縱梁采用10#槽鋼，面板采用18mm膠合板和3mm鍍鋅鐵板（詳見(jiàn)圖2）。

圖2 滬春線防護(hù)棚橫斷面圖

3 蓋梁托架（結(jié)構(gòu)）設(shè)計(jì)及力學(xué)分析驗(yàn)算

3.1 蓋梁托架（結(jié)構(gòu)）設(shè)計(jì)

考慮到蓋梁施工的特點(diǎn)及本標(biāo)段蓋梁多處于河道內(nèi)，墩身高、地基承載力差，不適合采用落地式支架施工，蓋梁采用預(yù)埋銷棒和鋼桁架托架方法進(jìn)行施工。鋼桁架托架具體結(jié)構(gòu)如圖3、圖7所示：

圖3 鋼桁架托架宗斷面結(jié)構(gòu)

3.1.1 銷棒預(yù)留孔

在墩柱施工時(shí)，預(yù)先將鋼管安裝到墩柱的預(yù)定標(biāo)高，控制好鋼管的水平度及間距，定位鋼筋按50cm一道固定，在鋼管兩端套Φ10螺旋鋼筋并將鋼管的兩端用膠帶封死，防止水泥漿流入。每個(gè)墩柱上共預(yù)埋2個(gè)銷棒孔，銷棒采用直徑140mm的45號(hào)圓鋼加工而成，預(yù)埋孔采用直徑150mm的鋼管。在預(yù)留孔端部安裝鋼筋網(wǎng)片，墩柱砼施工時(shí)應(yīng)嚴(yán)格控制施工質(zhì)量，加強(qiáng)振搗，保證預(yù)埋孔處的砼密實(shí)。

3.1.2 安裝銷棒、牛腿

在墩身施工完成后，利用墩頂平臺(tái)搭設(shè)臨時(shí)的施工平臺(tái)(采用型鋼加工一個(gè)小型的吊籃，利用吊車提升至銷棒預(yù)留孔位置，然后用鋼絲繩將吊籃拴在墩柱頂部的預(yù)留主筋上（詳見(jiàn)圖4)，用以安裝銷棒和牛腿。在預(yù)埋管位置敲出預(yù)留孔，清理里面的水泥漿等雜物，沖洗干凈，保證孔內(nèi)無(wú)毛刺、砂石等雜物。將加工好的銷棒插入預(yù)埋孔內(nèi)，然后安裝牛腿。牛腿采用20和25mm厚鋼板加工而成，應(yīng)嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)制作，保證每條焊縫的質(zhì)量。

圖4 安全施工平臺(tái)示意圖

3.1.3 安裝型鋼桁架

銷棒牛腿安裝完成后，再安裝型鋼桁架。上桁架采用H600型鋼，下桁架采用H400型鋼，待兩片型鋼桁架安裝定位好后，采用H300型鋼將其連接成整體并加剪刀撐，在桁架上橫梁上設(shè)置4道Φ28精軋螺紋鋼，下橫梁設(shè)置2道，在兩片桁架內(nèi)的精軋螺紋鋼上套Φ48鋼管，外側(cè)用螺母擰緊，以保證其整體受力，使蓋梁支架具有足夠的穩(wěn)定性。桁架頂標(biāo)高控制在蓋梁底標(biāo)高20cm～40cm，以方便在桁架上搭設(shè)支架。

蓋梁施工人員通道采用定型爬梯，現(xiàn)場(chǎng)組拼，爬梯安裝好后按規(guī)范要求進(jìn)行檢查驗(yàn)收。

3.1.4 三角托架搭設(shè)

在安裝好的支架上架設(shè)制作好的三角托架，托架采用[14a和[10a槽鋼制作。三角托架架設(shè)到桁架后之間用槽鋼相連。三角托架上再鋪設(shè)一層方木，方木間距20cm，方木上再架設(shè)模板。三角托架采用每根立桿下的鋼楔調(diào)整高度，鋼楔焊接至桁架的H60型鋼上（詳見(jiàn)圖5）。

圖5 三角托架示意圖

3.1.5 支架防傾覆措施

在超高支架外側(cè)設(shè)置抗風(fēng)索，利用抗風(fēng)索拉住支架，提高支架穩(wěn)定性（詳見(jiàn)圖6）。

圖6 鋼管支架防傾覆示意圖

3.2 蓋梁托架（結(jié)構(gòu)）設(shè)計(jì)及力學(xué)分析驗(yàn)算

3.2.1 蓋梁結(jié)構(gòu)圖

圖7 蓋梁結(jié)構(gòu)圖

3.2.2 荷載確定

蓋梁砼自重： G1=2165(kN);

鋼模自重： G2=57×7.7×3×2=26.6(kN);

三角支架： G3=213.3×4=85.4(kN);

I28： G4=47.86×14×3.05=20.5(kN);

H60 型鋼支架：G5=2×（17.64+9.8）×132.8+2×47.86×（2×5+

2.9×4 ）=93.6(kN);

方木自重： 查規(guī)范知方木荷載為5kN/m3，則：G6=(0.1×0.12×3.05) ×5×78=14.3(kN);

施工人員、機(jī)具重量，查規(guī)范荷載按2.5kN/m2，則：

G7=15.84×3.05×2.5=120.9(kN)；

查規(guī)范振搗砼產(chǎn)生的荷載為2kN/m2，砼澆筑產(chǎn)生的沖擊荷載為2kN/m2，則：G8=15.84×3.05×(2+2)=193.3(kN);

荷載分項(xiàng)系數(shù)：靜荷載為1.2，活荷載為1.4。

3.2.3 橫梁、主梁及鋼銷棒驗(yàn)算

（1）橫梁驗(yàn)算：簡(jiǎn)化分析受力情況見(jiàn)圖8。

圖8橫梁受力圖

橫梁采用I28的工鋼，28a工字鋼的截面矩w=508cm3，慣性矩I=7115cm4，彈性模量E=2.1×105N/mm2;

作用于橫梁上的總荷載：G=[（G1+G2+G3+G4+G6）×1.2+G7×1.4]/(15.84×3.05)=63kN/m2;

間距按1m計(jì)算，橫梁所受荷載q=63×1=63kN/m;

彎矩 M=1/2×q×L3×X×[(1-a/X) ×(1+2a/L3)-X/L3];

已知 a=0.15m，L3=3.05m，當(dāng) X=a+L3/2=0.15+3.05/2=1.675m時(shí)彎矩、撓度最大;

M=1/2×63×3.05×1.675×[(1-0.15/1.675) ×(1+0.3/3.05)-1.675/3.05]=72.5kN·m;

應(yīng)力 σ=M/w=72.5×103/508=142.7MPa＜［σ］=210(MPa);

撓度 f=qL4/384EI×(5-24×a2/L2)=72.5×103×3.054/(384×2.1×1011×7115×10-8)×(5-24×0.152/3.052)=5.4(mm);

f/L4=5.4/3050=1/564<1/400

通過(guò)以上計(jì)算分析，28a工字鋼主梁滿足施工要求

（2）主梁驗(yàn)算：簡(jiǎn)化分析受力情況見(jiàn)圖9。

圖9 主梁受力圖

主梁采用H60型鋼，H60型鋼的截面矩w=3343cm3，慣性矩I=97287cm4，彈性模作用于橫梁上的總荷載：G=[（G1+G2+G3+G4+G5+G6+G7）×1.2+G8×1.4]/(15.84×3.05)=69kN/m2;主梁間距按1.5m計(jì)算，主梁所受荷載q=69×1.5=103.5kN/m，考慮到主梁支模采用I28型工鋼焊接三角支架支撐懸臂主梁的穩(wěn)定性，驗(yàn)算其懸臂部分彎矩，M=1/2×q×x2;最大彎矩M=1/2×103.5×1.67×1.67=145kN·m; 應(yīng)力 σ=M/w=145×103/3343=43MPa＜［σ］=215Mpa，f/L<1/400。

（3）鋼棒鋼驗(yàn)算。采用直徑dcm鋼棒，兩端各外露0.1m，鋼棒的性質(zhì)如下：

慣性矩I=πd4/32;

考慮安全系數(shù)為2，則有直徑d>12.35cm鋼銷棒支撐主梁滿足施工要求。結(jié)論：按照以上布置的方木、工字鋼、鋼棒均能滿足受力要求

4 蓋梁托架的試壓

為驗(yàn)證高墩蓋梁支撐體系的安全可靠性，檢驗(yàn)鋼銷棒的剛度和抗剪強(qiáng)度以及銷孔處砼的抗剪能力，并盡量消除鋼桁架本身承重變形量。首件制的蓋梁托架拼裝好后首先進(jìn)行加載試驗(yàn)。

根據(jù)計(jì)算，采用鋼銷棒法施工蓋梁過(guò)程中，鋼銷棒最大受力約84t，按照1.5倍的安全系數(shù)考慮，試驗(yàn)擬用126t的荷載作用于每個(gè)銷棒牛腿上，檢驗(yàn)托架的安全穩(wěn)定性，鋼銷棒對(duì)墩柱砼的損壞情況，鋼銷棒材料是否能夠承受施工荷載，對(duì)鋼銷棒的整體剛度的影響。

5 蓋梁施工工藝

蓋梁施工工藝流程詳見(jiàn)圖10。

圖10 蓋梁施工工藝流程圖

6 蓋梁托架拆除

在蓋梁預(yù)應(yīng)力張拉完成后，再進(jìn)行蓋梁支架（托架）的拆除工作。操作步驟如下：

（1）利用三角托架下鋼楔子進(jìn)行降模，然后抽出模板，拆除三角托架。

（2）待三角托架拆除完后進(jìn)行桁架的拆除，桁架尺寸較大，拆除時(shí)應(yīng)安排專門(mén)的安全人員和吊裝人員現(xiàn)場(chǎng)統(tǒng)一協(xié)調(diào)指揮。

（3）桁架拆除完后再拆除牛腿及銷棒，在蓋梁上吊操作平臺(tái)下來(lái)進(jìn)行拆除。

（4）銷棒法施工最后還要銷棒預(yù)埋孔修補(bǔ)，先用石子將預(yù)埋管填實(shí)，留一段用砼填塞密實(shí)，待砼達(dá)到一定強(qiáng)度后再用調(diào)配好的水泥砂漿修補(bǔ)砼表面，保證砼外觀。

7 結(jié)束語(yǔ)

嘉閔上跨鐵路公路工程臨近既有線，其超40m高墩在不具備落地支架困難條件下，通過(guò)采用埋銷棒和鋼桁架托架方法成功地解決了高空長(zhǎng)大蓋梁施工這一難題，同時(shí)通過(guò)臨近的既有線上方設(shè)置全覆蓋防護(hù)棚，解決了既有電氣化鐵路安全防護(hù)問(wèn)題，可為后續(xù)類似工程提供了良好的借鑒。