閆學(xué)沖，王樹峰，龔 政，周鐵剛，周 越，劉鑫章

（中建三局集團(tuán)有限公司工程總承包公司，湖北 十堰 442000）

0 引言

隨著城市發(fā)展水平的不斷提升，市政道路工程的建設(shè)規(guī)模日益增大，難免會有越來越多的市政道路與既有鐵路之間相互縱橫交錯，通常在交錯位置采用現(xiàn)澆箱涵下穿鐵路的建設(shè)方案以盡量減少對鐵路正常運(yùn)營的干擾。

在現(xiàn)澆箱涵主體結(jié)構(gòu)施工前，需開挖基坑、支架搭設(shè)以確保主體結(jié)構(gòu)的安全施工和減少對運(yùn)營鐵路的影響［1］。特別是在鐵路下支架搭設(shè)及預(yù)壓受空間有限、鐵路限界等影響更容易發(fā)生垮塌風(fēng)險，同時會延緩施工進(jìn)度，從而導(dǎo)致施工成本的劇增［2］。

本文介紹了十堰市林蔭大道 3 號線下穿東風(fēng)鐵路現(xiàn)澆箱涵結(jié)構(gòu)施工過程中支架搭設(shè)、監(jiān)測及預(yù)壓所采用的計算方法、施工工藝及采取的一系列解決措施，為后續(xù)類似工程施工提供參考。

1 工程概況

1.1 工程概況

十堰市林蔭大道 3 號線下穿東風(fēng)鐵路通道工程位于十堰市武當(dāng)路美地天城小區(qū)旁，是林蔭大道 3 號線道路工程的控制性工程，其貫通可有效打通武當(dāng)路到重慶路的交通壁壘，對完善十堰市城區(qū)路網(wǎng)建設(shè)具有十分重要的意義。通道位置如圖 1 所示。

圖1 通道位置示意圖

下穿通道主體結(jié)構(gòu)縱向全長 21.6 m，橫向由 2 個獨(dú)立的、平行的鋼筋混凝土閉合式框架結(jié)構(gòu)組成，兩箱凈距為 0.04 m，每個箱涵寬 14.75 m，頂?shù)装搴?1.0 m，側(cè)墻厚 0.9 m，框架凈高 10 m，通道頂部覆土約 1～2 m，鐵路位于覆土層上。通道標(biāo)準(zhǔn)斷面如圖 2 所示。

圖2 通道標(biāo)準(zhǔn)斷面圖（單位：cm）

1.2 工程周邊環(huán)境及實施難點(diǎn)

下穿鐵路工程位于 3# 線 K0+155（中心樁號）位置處，工程下穿正運(yùn)營的東風(fēng)鐵路。起點(diǎn)武當(dāng)路至東風(fēng)鐵路處兩側(cè)均為高層建筑及幼兒園，可操作空間比較狹窄，環(huán)境比較復(fù)雜，大樁號側(cè)為張家溝溝谷。東風(fēng)鐵路位于 K0+155 山坡坡頂處，與坡腳高差約為 20 m（開挖高度約為 15 m），高差較大，不具備修筑便道及操作平臺的條件。主體結(jié)構(gòu)施工主要面臨以下難題。

1）模板支架及主體結(jié)構(gòu)頂板施工位于正在運(yùn)營的東風(fēng)鐵路正下方，且存在大量管線等構(gòu)造物，實施前需做好保護(hù)工作，同時需對支架基礎(chǔ)全面積采用混凝土硬化處理以達(dá)到設(shè)計承載力要求。

2）基坑放坡開挖施工，主體結(jié)構(gòu)側(cè)壁支架搭設(shè)及施工場地空間受限，模板支架施工容易發(fā)生支架垮塌和脹模風(fēng)險。施工前施工單位應(yīng)編制專項施工方案，并進(jìn)行專家論證，后期施工過程中安排專職安全人員現(xiàn)場實施監(jiān)督。

3）施工機(jī)械作業(yè)或傾覆、施工材料、機(jī)具等侵入支架搭設(shè)、鐵路限界，影響主體施工及鐵路運(yùn)輸安全。

4）主體結(jié)構(gòu)施工對支架搭設(shè)、鐵路路基的影響是個動態(tài)過程，施工過程中由于監(jiān)測不及時到位，容易發(fā)生重大安全事故。施工前施工單位編制施工動態(tài)監(jiān)測方案和施工應(yīng)急預(yù)案，并進(jìn)行專家論證。

5）通道頂距鐵軌底及相應(yīng)管線僅 1.5 m 左右，上部空間有限，材料吊運(yùn)多數(shù)要跨過鐵路。

6）通道南側(cè)為橋梁施工區(qū)域，場地有限，所有通道用材料堆放、設(shè)備占位場地僅限于北側(cè)。

主體結(jié)構(gòu)現(xiàn)場施工如圖 3 所示。

圖3 主體結(jié)構(gòu)現(xiàn)場施工圖

2 盤扣式支架在鐵路下有限空間內(nèi)搭設(shè)中的應(yīng)用

在進(jìn)行方案設(shè)計時通過對各種支架形式對比分析，并綜合結(jié)合鐵路下有限空間、施工進(jìn)度、成本等各方面的影響因素，最終確定為盤扣支架作為現(xiàn)澆箱梁的支架。

2.1 支架形式說明及對比

在道路橋梁設(shè)計中，因地形所限、跨線交通或路線圓曲半徑過小等原因?qū)е轮黧w結(jié)構(gòu)設(shè)計為現(xiàn)澆箱涵時，往往采用支架現(xiàn)澆法進(jìn)行現(xiàn)澆箱梁施工。支架現(xiàn)澆法中支架的形式又存在多種方式，具體如下所述。

碗口鋼管支架為直徑φ=48 mm、壁厚為 3 mm 的鋼管立桿和橫桿組成，立桿與橫桿均為裝配式定型構(gòu)件，采用直徑φ=48 mm 的鋼管通過螺旋扣件設(shè)置斜撐。碗扣支架采用無螺栓連接，安裝拆除速度快，但支架穩(wěn)定性較低，單桿受力較小，且無法在地形高差較大，較復(fù)雜地質(zhì)情況下使用。

重力式門式架由一片一片門式架組成，單片門架和剪刀斜撐均為主要受力立桿為直徑φ=60 mm 鋼管，采用直徑為φ=30 mm 的鋼管剪刀撐進(jìn)行連接，同時采用直徑φ=48 mm 的鋼管通過螺旋扣件設(shè)置水平連接桿、斜撐、掃地桿。重力式門式架安拆速度較快，成本較低，但穩(wěn)定性較低，交叉支撐桿易在交叉點(diǎn)處斷裂，且安裝質(zhì)量把控難度高。

盤扣支架分為立桿、橫桿、斜桿，市面上立桿普遍為φ=60 mm 鋼管，橫桿普遍為直徑φ=48 mm 的鋼管，斜桿普遍為直徑φ=33 mm 的鋼管。所有桿件均為裝配式定型桿件，尺寸統(tǒng)一，安拆速度快，主要受力桿件為直徑φ=60 mm 的鋼管，單桿最大承載力可達(dá) 8 t，搭設(shè)模式基本固定，且檢查簡單，可調(diào)節(jié)一定的平曲線，對場地范圍要求低，支架頂部橫縱坡及豎曲線調(diào)節(jié)范圍廣，支架損耗小，所有桿件連接均有保險，桿件連接點(diǎn)可形成近似固結(jié)狀態(tài)，大大提升了支架的整體穩(wěn)定性［3，4］。

2.2 預(yù)壓荷載計算及預(yù)壓方案選擇

根據(jù)圖紙可計算現(xiàn)澆通道頂板混凝土總計 669.6 m3，鋼筋 134 t，按照最大預(yù)壓荷載為梁體自重的 1.2 倍進(jìn)行時，最大壓載重量為 2 008.8 t，整幅進(jìn)行預(yù)壓。每個沙袋尺寸為 1 m×1 m×1 m，重量以 1.4 t 計（實際根據(jù)現(xiàn)場稱重并標(biāo)記為準(zhǔn)），堆碼高度根據(jù)現(xiàn)場情況調(diào)整。

計算后得各單位面積梁重及預(yù)壓重量如表 1 所示。

表1 單位面積梁重及預(yù)壓重量表

采用模擬壓重方法，經(jīng)過比選，租用混凝土塊壓重費(fèi)用較高，用碎石易對袋子及底模造成損壞，水袋預(yù)壓因上部為鐵路，空間有限，水袋安放高度不夠，故采用沙袋預(yù)壓方法進(jìn)行壓重，全部預(yù)壓完后可繼續(xù)拉回混凝土廠重復(fù)使用。

3 下穿通道主體結(jié)構(gòu)頂板支撐體系計算

本項目支架采用盤扣式支架搭設(shè)，在方案設(shè)計時需對主體結(jié)構(gòu)頂板支撐體系進(jìn)行驗算，根據(jù) JGJ 231－2010《建筑施工承插型盤扣式鋼管支架安全技術(shù)規(guī)程》中的相關(guān)規(guī)定，對立桿長細(xì)比、立桿穩(wěn)定性及立桿支撐面承載力進(jìn)行驗算［5］，具體如表 2 所示。

表2 荷載設(shè)計驗算參數(shù)表

其中，主梁的計算簡圖如圖 4 所示。計算可得，支座反力依次為R1=19.381kN，

圖4 主梁計算簡圖（單位：cm）

R2=34.115 kN，R3=34.394 kN，R4=18.305 kN。

3.1 立桿長細(xì)比驗算

l01=h′+2×k×a=500+2×0.7×450=1 130 m

l0=η×h=1.2×1 000=1 200m

長細(xì)比λ=max［l01，l0］/i=1 200/20.1=59.7≤［λ］=150；滿足要求。

式中：l0，l01為桿件的計算長度，為安全計，取二者的最大值。

3.2 立桿穩(wěn)定性驗算

1）頂部立桿段。

λ1=l01/i=1 130/20.1=56.219；

查表得：φ=0.8；

不考慮風(fēng)荷載，可調(diào)托座反力：N1=max［R1，R2，R3，R4］=max［19.381，34.115，34.394，18.305］=34.394 kN；

f=N1/（φ A）=34.394/（0.8×571）

=75.293 N/mm2≤［σ］=400 N/mm2，滿足要求。式中：φ為軸心受壓立桿的穩(wěn)定系數(shù)；f為鋼管立桿抗壓強(qiáng)度計算值。

2）非頂部立桿段。

λ1=l01/i=1 200/20.1=59.701；

查表得：φ=0.783；

不考慮風(fēng)荷載，可調(diào)托座反力：N1=max［R1，R2，R3，R4］+rG×q×H=max［19.381，34.115，34.394，18.305］=36.394kN；

f=N1/（φA）=36.394/（0.783×571）

=80.951 N/mm2≤［σ］=400N/mm2，滿足要求。式中：φ為軸心受壓立桿的穩(wěn)定系數(shù)；f為鋼管立桿抗壓強(qiáng)度計算值。

3.3 立桿支承面承載力驗算

根據(jù) GB 50010－2010《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》第6.5.1 條規(guī)定，參數(shù)剖析如表 3 所示。

表3 參數(shù)剖析表

βh=0.992，ft=0.992N/mm2，η=1，h0=h-20=880 mm；

Um=2×［（a+h0）+（b+h0）］=4 120 mm；

F=（0.7βhft+0.25σpc，m）ηUmh0=（0.7×0.992×0.992+0.25×0）×1×4 120×880/1 000=2 496.62 7 kN≥F1=36.194 kN；受沖切承載力滿足要求。

根據(jù) GB 50010－2010《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》第6.6.1 條規(guī)定：

fc=11.078 N/mm2，βc=1；

βl=（Ab/Al）1/2=［（a+2b）×3b/（ab）］1/2=［400×300/（200×100）］1/2=2.449；Aln=ab=20 000 mm2；

F=1.3βcβlfcAln=1.35×1×2.449×11.078×20 000/1 000=732.657 kN≥F1=36.194 kN，局部受壓承載力滿足要求。

4 關(guān)鍵施工技術(shù)

4.1 側(cè)墻操作架搭設(shè)

墻體施工操作外架搭設(shè)采用φ60.3×3.2 盤扣式鋼管搭設(shè)，搭設(shè)步距采用 1.5 m，采取雙排架，立桿縱向間距為 1.5 m，立桿橫向間距為 1.2 m。在腳手架上搭設(shè)通道，以方便人員的上下。通道采用盤扣架配套定制鋼跳板及鋼爬梯。同時設(shè)置 1.2 m 的防護(hù)欄桿，并安置安全網(wǎng)。

盤扣式腳手架工藝流程：場地平整、夯實硬化→材料配備→畫立桿安裝點(diǎn)位線、定位設(shè)置通長墊板、可調(diào)底座→立桿→縱、橫向掃地桿→縱、橫向水平桿→立桿→縱、橫向水平桿→外豎向斜桿及水平斜桿→安掛扣式鋼腳手板→綁扎防護(hù)欄桿→綁扎阻燃密目安全網(wǎng)。墻體外架搭設(shè)正立面、側(cè)面如圖 5、圖 6 所示。

圖5 墻體外架搭設(shè)正立面圖（單位：m）

圖6 墻體外架搭設(shè)側(cè)面圖（單位：m）

搭設(shè)完成的支架需經(jīng)項目專職安全人員檢驗并報安全監(jiān)理檢核合格后方可進(jìn)行側(cè)墻鋼筋的安裝施工。

4.2 頂板支撐體系及模板安裝

頂板模板支撐架采用φ60.3×3.2 的盤扣式滿堂架。盤扣支架縱向間距 90 cm，橫向間距除腋角漸變加厚區(qū)設(shè)置為 60 cm，其余均為 90 cm，所有步距 100 cm，并按規(guī)范要求設(shè)置斜撐及水平剪刀撐。

盤扣式支架工藝流程：調(diào)整座→標(biāo)準(zhǔn)基座→第一層橫桿→平主架→第二層橫桿→第一層斜桿→第三層橫桿→第二層斜桿→主架→第四層橫桿→第三層斜桿→U 型調(diào)整座。頂板模板支撐體系橫斷面如圖 7 所示。

圖7 頂板模板支撐體系橫斷面圖（單位：m）

箱涵頂板上部約 1.5～2 m 位置為架空鐵路，施工空間有限，鐵路運(yùn)行期間，安全風(fēng)險高，周圍場地局限，支架搭設(shè)、支架預(yù)壓及混凝土澆筑等受鐵路運(yùn)行和周圍環(huán)境影響大，施工難度高。為解決施工中豎向空間受限的問題，項目上充分利用縱向空間，由中間往兩側(cè)逐步搭設(shè)，同時在大樁號側(cè)利用已經(jīng)成型道路作為施工操作平臺，后期完成施工后再對其進(jìn)行恢復(fù)清理。因此，在施工區(qū)域除鐵路通行寬度范圍內(nèi)均設(shè)置封閉圍擋。

4.3 支架預(yù)壓

支架與模板安裝完成后在頂板鋼筋綁扎前，為確保支架施工使用安全，保證頂板結(jié)構(gòu)施工線形，需對頂板支架進(jìn)行壓載試驗。通過支架預(yù)壓可以檢驗支架及基礎(chǔ)是否滿足受力要求，同時消除支架的非彈性變形，且通過實測支架彈性變形，為后續(xù)設(shè)置施工預(yù)拱度提供依據(jù)。支架預(yù)壓如圖 8 所示。

圖8 支架預(yù)壓圖（單位：m）

本工程采用分級加載方式：0→60%→100%→120 %。預(yù)壓時將預(yù)壓區(qū)域截面分為 6 個區(qū)。當(dāng)從縱向加載時，宜從混凝土結(jié)構(gòu)跨中開始向支點(diǎn)處對稱布載；當(dāng)橫向加載時，應(yīng)從橋梁中心線向兩側(cè)進(jìn)行對稱布載。預(yù)壓堆載的重量等于現(xiàn)澆頂板重量的 120 %，即按準(zhǔn)備施工的梁體重量的 1.2 倍進(jìn)行分級加載預(yù)壓。

本項目支架搭設(shè)位于正在運(yùn)營的東風(fēng)鐵路正下方，且距鐵軌底及相應(yīng)管線僅 2 m 左右，所以現(xiàn)場鐵路下及南側(cè)部分無法進(jìn)行預(yù)壓。實施中，支架采用北側(cè)預(yù)壓，測量出北側(cè)支架的彈性變形量及非彈性變形量；同時利用北側(cè)的預(yù)壓數(shù)據(jù)來反推算鐵路下及南側(cè)支架的變形量，進(jìn)而對預(yù)拱度進(jìn)行相應(yīng)地調(diào)整。

4.4 支架監(jiān)測

本項目采用盤扣式滿堂架支撐體系，在支撐架搭設(shè)和鋼筋模板安裝、混凝土澆筑前及混凝土終凝前后，必須隨時監(jiān)測。

其中，滿堂架縱向 20 m 布置 4 個監(jiān)測剖面，剖面橫向在L/4、L/2 及 3L/4 處各設(shè)置一點(diǎn)，監(jiān)測基準(zhǔn)點(diǎn)設(shè)置在已澆筑通道底板的固定位置設(shè)置，做好保護(hù)措施，防止破壞。采用全站儀、水準(zhǔn)儀和激光反射儀等進(jìn)行監(jiān)測，在變形監(jiān)測點(diǎn)處預(yù)埋反射片，并設(shè)變形監(jiān)測報警值。通道支架縱向監(jiān)測點(diǎn)布置如圖 9 所示。

圖9 通道支架縱向監(jiān)測點(diǎn)布置示意圖（單位：m）

在澆筑混凝土前，監(jiān)控量測人員先量測監(jiān)測點(diǎn)的原始坐標(biāo)及標(biāo)高數(shù)據(jù)并做好記錄。在澆筑混凝土過程中監(jiān)控量測人員應(yīng)實施實時監(jiān)測，隨時觀測支撐體系的變形情況，若發(fā)現(xiàn)滿堂架體系發(fā)生變形等異常時立刻停止混凝土澆筑施工，待查明原因并整改完善后方可繼續(xù)施工。

5 結(jié)論

1）本項目采用盤扣式滿堂架支撐體系，其具有搭設(shè)模式基本固定、對場地范圍要求低、支架頂部橫縱坡及豎曲線調(diào)節(jié)范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，更好地滿足了市政道路工程中安全、綠色、環(huán)保的建設(shè)理念。

2）下穿鐵路的現(xiàn)澆箱涵支架搭設(shè)施工風(fēng)險較高，尤其是在施工場地受限、周圍環(huán)境復(fù)雜多變的情況下，需根據(jù)現(xiàn)場實際情況逐一出具施工對策，并同時綜合運(yùn)用監(jiān)測手段多方位布點(diǎn)以保障主體結(jié)構(gòu)施工安全進(jìn)行。

3）主體結(jié)構(gòu)施工對支架搭設(shè)、鐵路路基的影響是動態(tài)過程，施工過程中由于監(jiān)測不及時到位，容易發(fā)生重大安全事故，施工過程中必須做到隨時監(jiān)測。Q