中鐵二十四局集團(tuán)有限公司 上海 200071
嘉閔高架路(春申鐵路段)位于上海市閔行區(qū)西側(cè)邊界(與松江區(qū)相鄰)滬昆鐵路三角處,共有11股既有、在建和規(guī)劃鐵路通過(guò),既有鐵路線路立體交叉布置,本高架橋位于最高層,因此橋梁須跨越所有鐵路線(圖1)。
圖1 Z9、Y9墩鋼蓋梁平面位置示意
高架橋設(shè)計(jì)時(shí)速80 km,車道規(guī)模雙向8車道,橋面總寬度32~43 m,全線劃分左右2幅,橋梁最大跨徑為50 m,最小跨徑為24 m。全線橋墩高為29.2~40 m,其中Z9墩高32.46 m,Y9墩高30.96 m。
Z9、Y9墩柱外緣距離滬杭客專主線箱體外緣為1.12 m,蓋梁已經(jīng)侵入到滬杭客專行車建筑限界的上方,蓋梁底距滬杭客專行車建筑限界分別為2.28 m和2.47 m,因建筑限界的要求,無(wú)法采用常規(guī)落地式支架或者托架(鷹架)法施工(圖2)。由于滬杭客專聯(lián)調(diào)聯(lián)試在即,為減少對(duì)聯(lián)調(diào)聯(lián)試的影響,因此采用鋼蓋梁整體吊裝就位的方式[1-4]。
圖2 Z9、Y9墩鋼蓋梁與滬杭客專的立面位置示意
隨著我國(guó)基礎(chǔ)建設(shè)的快速發(fā)展,上跨既有鐵路線的高架橋日趨增加;鋼筋混凝土蓋梁施工工序多、施工周期長(zhǎng)、施工封鎖要求高,故既有線的運(yùn)營(yíng)安全隱患大。而鋼蓋梁實(shí)現(xiàn)了構(gòu)件化施工,機(jī)械化施工水平高、施工周期短,無(wú)論是封鎖施工時(shí)間,還是對(duì)既有線的運(yùn)營(yíng)安全,相對(duì)鋼筋混凝土蓋梁都有很大的優(yōu)勢(shì);隨著既有鐵路安全運(yùn)營(yíng)和環(huán)境保護(hù)的要求、標(biāo)準(zhǔn)日益提高,在特殊條件下鋼蓋梁的優(yōu)勢(shì)更加顯現(xiàn)[5-8]。
鋼蓋梁分為2部分:上部鋼蓋梁、下部鋼混結(jié)合段(包括預(yù)埋段、厚8 mm鋼套筒)。上部鋼蓋梁為T字形,上部“一橫”為長(zhǎng)11 m、寬2 m和2.25 m、高2.5 m的單箱二室箱體,下部“一豎”為截面3.0 m×2.0 m,高2.55 m的單箱單室箱型柱,單件質(zhì)量約79 t;下部結(jié)合段由鋼板組焊成3.0 m×2.0 m、高3.0 m的無(wú)底鋼套,其上有錨筋與混凝土柱相連,單件預(yù)埋段質(zhì)量約10 t;厚8 mm鋼套筒外部尺寸與混凝土柱相同,高3.94 m,質(zhì)量約4 t(圖3)。
圖3 上部鋼蓋梁分段示意
鋼混結(jié)合段是鋼蓋梁設(shè)計(jì)中的一個(gè)關(guān)鍵技術(shù),主要由下部預(yù)埋段和厚8 mm的鋼套筒組成,其中下部預(yù)埋段四周設(shè)計(jì)為4塊鋼板,鋼板上設(shè)置加勁鋼板和錨固鋼筋(圖4、圖5)。鋼筋混凝土墩柱與下部預(yù)埋段用墩柱的主筋錨固,為了改善鋼蓋梁的受力性能,使其最不利受力部位應(yīng)力明顯降低,并使其剛度增大,在鋼蓋梁內(nèi)部區(qū)域填充了C40微膨脹混凝土。
鋼筋混凝土墩柱澆筑時(shí),在四角設(shè)置型鋼作為錨固鋼材,下部預(yù)埋段準(zhǔn)確就位后,將墩柱內(nèi)側(cè)的錨固鋼筋與預(yù)埋段側(cè)面鋼板焊接牢固,然后將高3 m的鋼套筒安裝就位,最后再安裝墩柱鋼模板,驗(yàn)收合格后澆筑C40微膨脹混凝土,為了保證預(yù)埋段和上部鋼蓋梁微膨脹混凝土的結(jié)合質(zhì)量,距離預(yù)埋段頂部0.50 m處設(shè)置一條施工縫。
圖4 鋼混結(jié)合段立面示意
圖5 鋼混結(jié)合段剖面示意(1-1)
1)為了保證下部預(yù)埋段與混凝土立柱的有效錨固和安裝精度,在混凝土立柱澆筑時(shí)在四角增設(shè)型鋼,型鋼埋入混凝土墩柱深度1 m,頂面高出施工縫0.5 m,且在預(yù)埋型鋼上標(biāo)示出與下部預(yù)埋段安裝時(shí)的準(zhǔn)確就位位置(圖6)。
圖6 型鋼平面位置示意
2)下部預(yù)埋段在工廠內(nèi)整體加工成型,采用吊機(jī)安裝就位。吊裝就位過(guò)程中必須采用全站儀和水準(zhǔn)儀復(fù)核預(yù)埋段的標(biāo)高和中心線位置,精度滿足要求后方可進(jìn)行焊接固定。
3)下部預(yù)埋段外包厚8 mm的鋼套,尺寸與混凝土立柱一致,填芯混凝土采用C40微膨脹混凝土,并用汽車泵進(jìn)行澆筑。為了確保鋼混凝土結(jié)合段的澆筑質(zhì)量,必須加強(qiáng)振搗,確保振搗密實(shí)。
鋼蓋梁在工廠內(nèi)制作,考慮到道路運(yùn)輸和制作工藝的要求,鋼蓋梁分4段制作:上部鋼蓋梁“一橫”、上部鋼蓋梁“一豎”、下部預(yù)埋段、厚8 mm鋼套筒(3 m一節(jié),0.94 m一節(jié))。
為保證鋼蓋梁分段的制造質(zhì)量,減少現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)難度,確保順利架設(shè),采取整體組裝胎架在廠內(nèi)進(jìn)行預(yù)拼裝。拼裝胎架的線形設(shè)置按照?qǐng)D紙采用側(cè)倒拼裝,拼裝完成后,解除所有約束,按設(shè)計(jì)線形檢查結(jié)構(gòu)外形尺寸。
3.3.1 場(chǎng)地準(zhǔn)備
Z9、Y9墩鋼蓋梁處于鐵路三角區(qū)內(nèi)的舊北竹港河道護(hù)坡上,且西側(cè)為滬杭客專箱梁體,東側(cè)為既有滬春線,吊裝場(chǎng)地極其狹窄,作業(yè)范圍有限。
吊裝作業(yè)場(chǎng)地需要將回填的建筑垃圾分層夯實(shí),然后澆筑厚20 cm的C20混凝土面層,吊機(jī)作業(yè)時(shí)每個(gè)支腿墊設(shè)路基箱。根據(jù)吊機(jī)擺放的位置,經(jīng)過(guò)受力分析,2個(gè)前支腿處受力最大,換算出該處地基承載力≥93.8 kPa,而動(dòng)力觸探試驗(yàn)測(cè)試的地基承載力最小值為186 kPa。
3.3.2 吊機(jī)選型
鋼蓋梁質(zhì)量為79 t,現(xiàn)場(chǎng)采用利勃海爾LTM1500(5 000 kN汽車吊)進(jìn)行吊裝作業(yè)。汽車吊額定吊裝質(zhì)量Q=93 t>79 t+1.5 t(吊鉤質(zhì)量)+0.5 t(鋼絲繩質(zhì)量)=81 t,故滿足要求。
3.3.3 試吊
將鋼蓋梁吊離距地面約20 cm進(jìn)行試吊,對(duì)吊車的工況、支腿處受力情況、吊耳、吊索等進(jìn)行全面的檢測(cè),以確保正式吊裝能夠順利進(jìn)行。為了確保安全,鋼蓋梁的試吊必須在相關(guān)管理部門的監(jiān)護(hù)下進(jìn)行。
3.3.4 封鎖施工準(zhǔn)備
1)封鎖施工前,需要提前與既有線各設(shè)備管理單位簽訂安全協(xié)議和施工配合協(xié)議,在路局批準(zhǔn)的封鎖點(diǎn)內(nèi)進(jìn)行吊裝施工,且按照要求需設(shè)置四級(jí)安全防護(hù)措施。
2)施工封鎖前3 d上報(bào)施工日計(jì)劃給路局相關(guān)部門,確認(rèn)施工日計(jì)劃。封鎖前駐站聯(lián)絡(luò)員提前60 min到車站進(jìn)行相關(guān)手續(xù)辦理。
3)封鎖前對(duì)所有施工用材料、機(jī)械設(shè)備以及臨時(shí)用電作全面檢查,應(yīng)急物品提前準(zhǔn)備就緒。
4)向所有參與封鎖施工的人員進(jìn)行交底總動(dòng)員,且封鎖前由施工技術(shù)負(fù)責(zé)人進(jìn)行施工技術(shù)和安全技術(shù)交底。
鋼蓋梁吊裝安裝施工須在鐵路局批準(zhǔn)的封鎖點(diǎn)內(nèi)進(jìn)行作業(yè),而滬春線為繁忙干線,每次封鎖點(diǎn)的時(shí)間最多為120 min,有效的作業(yè)時(shí)間僅有90 min,在這么短的時(shí)間內(nèi)如何保證鋼蓋梁安裝時(shí)的精度和安全是一個(gè)重難點(diǎn)。
既有鐵路限界內(nèi)有接觸網(wǎng)立柱、接觸網(wǎng)回流線、接觸網(wǎng)回饋線等電氣化設(shè)備,鋼蓋梁封鎖施工時(shí)吊機(jī)扒桿盡量少旋轉(zhuǎn),且從背離既有滬春線方向進(jìn)行吊裝作業(yè),同時(shí)采用人工纜風(fēng)繩,避免鋼蓋梁因擺動(dòng)而侵入滬春線和客專限界,以確保施工的安全。
鋼蓋梁吊裝到立柱后,由專人指揮負(fù)責(zé)鋼蓋梁和立柱預(yù)埋段上測(cè)放的軸線控制線的精確對(duì)位,同時(shí)采用全站儀進(jìn)行垂直度的控制。技術(shù)人員確認(rèn)軸線、標(biāo)高、垂直度符合要求后,將鋼蓋梁的結(jié)合面四周進(jìn)行焊接固定。
鋼蓋梁精確就位后,立即組織4臺(tái)電焊機(jī)分布在立柱4個(gè)角進(jìn)行焊接,施焊人員在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)將鋼蓋梁與預(yù)埋段進(jìn)行焊接固定,為吊機(jī)脫鉤爭(zhēng)取時(shí)間,減少吊機(jī)存在對(duì)既有線的不利安全因素。同時(shí)電焊機(jī)須接地,絕對(duì)不允許使用破損的電線和電纜,嚴(yán)防設(shè)備漏電。電焊工焊接時(shí)應(yīng)謹(jǐn)慎小心,下部必須采用接火板(彩鋼瓦和石棉布),嚴(yán)禁電焊火花、雜物等跌落至既有線鐵路限界內(nèi)。
混凝土施工也需在鐵路封鎖點(diǎn)內(nèi)進(jìn)行,鋼蓋梁與預(yù)埋段焊接驗(yàn)收合格后,將高0.94 m的鋼套筒安裝就位,然后安裝立柱鋼模板,驗(yàn)收合格后澆筑填芯C40微膨脹混凝土,并用汽車泵澆筑。由于連接部位鋼材布設(shè)較密,為了保證混凝土澆筑質(zhì)量,振搗工需要在鋼蓋梁工作孔內(nèi)加強(qiáng)振搗,混凝土澆筑完畢后,將鋼蓋梁頂部工作孔焊接密封。
綜上所述,鋼蓋梁封鎖施工僅需要2個(gè)封鎖點(diǎn)(每個(gè)封鎖點(diǎn)120 min),相對(duì)于混凝土蓋梁施工周期(不封鎖施工至少需要20 d)大大減少,有效地降低了對(duì)既有鐵路和滬杭客專的安全風(fēng)險(xiǎn),同時(shí)為后續(xù)上跨即將聯(lián)調(diào)聯(lián)試的滬杭客專架梁施工爭(zhēng)取了更多的時(shí)間[9-12]。