铁路桥梁高墩现浇箱梁施工技术分析

摘要：近几年随着经济的发展，铁路建设尤其是高速铁路进入了一个飞速发展时期。根据铁路线路特点，桥梁占路线总长很大比例，保证桥梁高墩现浇箱梁施工质量是整个铁路线路安全稳定运行最重要的环节之一。本文结合桥梁高墩现浇箱梁施工技术实例做出了简要分析，以供参考。

关键词：铁路桥梁；高墩；现浇箱梁；支架布置

前言

由于铁路线路大部分位于城市以外的山区以及郊外的特点，决定了桥梁占路线总长很大比例，在铁路桥梁山区施工中现浇连续箱梁常遇见地势起伏变化大、地下水发育等困难，本文对通过合理制定施工支架，克服了在山区修建高墩现浇连续箱梁所遇到的一系列难题进行了论述。

1工程概述

该桥梁工程位于R=265m左转平曲线上，单向双车道，桥面超高6%。上部结构为四联共18跨预应力混凝土单箱双室连续箱梁，跨度组合为5×20+(25+2×30+25)+5×20+4×20m。箱梁顶宽12m，底宽7m，20m跨箱梁等高1.5m， 25m跨、30m跨箱梁等高1.7m。 SJ匝道桥地处山谷之中，需跨越高填方主线和已通车的JM匝道，地势起伏落差大，桥墩普遍较高，多处连续桥跨净高大于20m，且地下水发育，地表泉眼较多，施工难度大。

2高墩现浇箱梁支架方案选择

通常现浇连续箱梁施工时先对地基进行处理，然后搭设满堂门式落地支架，业主规定必须逐跨进行堆载预压后才能进行连续箱梁施工，在地形起伏大、地下水系发育的山谷中采用满堂式落地支架不仅大面积进行地基处理的难度大、费用高，而且材料、人员的投入较大，特别是净高大于15m的高墩现浇箱梁施工如采用满堂门式落地支架，安全性将大大降低。

一般进行高墩现浇箱梁施工时，支架多采用钢管贝雷支架或整体稳定性较好、承载力较大的碗扣式支架。本工程施工采用单排式钢管贝雷支架进行16跨(两跨采用满堂门式落地支架)高墩连续箱梁现浇。

采用钢管贝雷支架优点是受地形制约较小，只需对小范围的钢管基础的地基进行处理，地基处理费用较少，且只需对典型初始段支架进行堆载预压，施工人员投入少，支架搭设速度较快，支架搭设质量有保证，且施工安全保证性大大提高。

3支架设计

根据SJ匝道桥各跨的结构型式和地形地貌，支架分为三种类型：净空较低的主线路基上的30m跨现浇箱梁采用普通的满堂门式落地支架；跨已通车的JM匝道的11~12#跨箱梁及接桥台落差较大的尾跨采用贝雷梁式支架；其余跨采用贝雷梁一柱式支架。满堂门式落地支架比较常见，在此不作介绍。

3.1钢管贝雷梁一柱式支架

3.1.1支架总体布置

普通高墩20m跨及25m跨不采用无钢管立柱的贝雷梁式支架，主要是考虑到在立柱的预埋牛腿上前后跨的贝雷梁需交错，贝雷梁太多则安、拆均比较困难，且贝雷的用量将大大增加，另牛腿承受荷载过大。基于以上几点考虑，采用贝雷梁一柱式支架，在跨中设钢管柱，两侧立柱预埋加强I45b牛腿，贝雷梁为两跨连续梁，两端支承在立柱预埋牛腿上的2I45b横梁，跨中支承在钢管顶的2I45b横梁上。跨中钢管柱为单排3根Ф100cm钢管桩立柱，同排钢管用10#槽钢剪刀撑联结，使钢管柱协同受力且能增加其稳定性。每根钢管安装前应检查有无局部变形严重或损坏，如发现应进行加强或修补。纵梁采用单层双排贝雷梁。贝雷片上正交布置横桥向I16工字钢横梁。再在I16工字钢上搭设门式支架，门式支架每两个交错布置，纵向间距61 cm，横向间距90cm。钢管贝雷支架横向水平，箱梁的横坡通过门式支架调节。其总体布置见图1：

图1匝道桥贝雷梁一柱式支架总体布置图(单位：cm)

3.1.2贝雷梁受力计算

箱梁分两次浇筑，保守起见，按一次性浇筑混凝土计算支架荷载。支架荷载计算包括：新浇筑钢筋混凝土自重Q1、贝雷梁自重Q2、施工人员及小型机具等荷载Q3、模板、门架、工槽钢自重Q4、振捣混凝土产生的荷载Q5。为简化计算，将新浇筑钢筋混凝土自重折算为纵向均布荷载，将Q3+Q4+Q5合并为均布面荷载。由于每跨贝雷梁较少，梁之间的间隙较大，且为了施工方便简单，各组贝雷梁之间不设横向联系，各组贝雷的实际受力状况不一，按照条分法计算每组贝雷梁所受荷载，组合后为沿纵向的均布荷载。底板范围贝雷梁的布置应尽量使各组贝雷受力大致均等。贝雷梁布置见图2：

25m跨 20m跨

图2支架横断面布置图(单位：cm )

按第一跨全跨浇筑计算，经荷载组合，25m跨各组贝雷承受的均布荷载为：q1.7=19.71kN/m； q2.6=44.19kN/m； q3.5=41.4kN/m；q4=39.2kN/m。各组贝雷梁的计算模型一样，为两跨连续梁，计算可得各组贝雷的弯距M,剪力Q、挠度f及钢横梁处支座反力R。从计算结果可知，弯矩和挠度普遍较小，贝雷梁主要受剪力控制，单层双排贝雷的[M]=1576.4kN ・ m； [Q]=490.5kN；考虑到箱梁分两次浇筑，安全系数K=1.2即可。[M]/Mmax=1576.4/734.33 =2.15 >1.2； [Q]/Qmax=490.5/339.55 =1.44 >1.2； fmax=1.23cm

3.1.3钢横梁受力计算

牛腿及钢管柱处的横梁均采用2I45b工字钢横梁，计算模型为两端悬臂的简支梁，其中各组贝雷梁的支承反力为集中荷载，计算贝雷梁时一己经求得，横梁自重1.8kN/m，为均布荷载。以25m跨箱梁为例，经计算：牛腿处横梁：Mmax=500.76kN'm； Qmax=344.94kN；对预埋牛腿的支承反力R1,=R2=673.07kN。经验算：25m跨牛腿处横梁在Mmax处(贝雷支承处)焊接15mm厚40cm宽的加强钢板以增大组合梁的抗弯截面系数，WX=5517cm3，其余处WX=3000cm3。考虑到横梁需多次周转使用，表面易锈蚀，强度作相应折减。

ơmax=KM/rw=112.38MPa

3.1.4牛腿及钢管柱受力计算

牛腿采用加强I45b，每根长2.5m，穿过立柱，与混凝土形成整体，同排立柱的预埋牛腿标高一致。牛腿主要承受弯剪，左右加焊38×1.5cm钢板加强板，上下加焊15.2×1.0cm钢板加强板，加强后牛腿惯性矩为63562cm4。牛腿的承受反力R=673.07kN 。经验算，牛腿ơmax=rwMy/I=94.99MPa

3.1.5钢管基础验算

为方便施工，钢管基础采用预制钢筋混凝土基础，表面预埋钢板以焊接钢管柱，基础可多次重复使用。以25m跨钢管所承受的最大压力R2=1212.07kN控制计算。匝道桥所处地段除去表土，其地基承载力一般均>200kPa，考虑到基础尺寸不宜过大，需换填砂石混合料，经夯实后其承载力可达350kPa。取安全系数K=1.3 ，混凝土基础面积S=kN/ơ=4.5m2，基础取2.2×2.2m，其面积S=4.84m2。换填混合料5Ocm厚，内摩擦角取350，传递至原状上时S= (2.2+1xtg350) 2=8.41，ơ=kN/A=187kPa，原状土一般均能符合要求，施工时每次均应触探，以确保原状土地基承载力大于200Mpa。

3.2跨路梁式支架

跨JM现浇段(11~12#)与JM匝道呈5l0斜交，11#、12#墩均为独柱墩，紧邻JM匝道，施工采用贝雷梁式支架，单跨跨越匝道。受高速公路及两侧地形的限制，为使贝雷支架吊装和拆除不影响高速公路通车，吊车不能在JM匝道作业。受工作幅度16m时起重重量5.2t的限制，同时考虑安装和拆卸支架的安全和难易程度，采用单层双排贝雷梁。为较小支架跨度，同时利用已浇筑的独柱墩参与受力，在独柱墩两侧平行JM匝道前进方向各布置Ф100钢管立柱一根，独柱墩浇筑混凝土前预埋2І45b。独柱墩施工完毕后通过抱箍及剪刀撑与钢管立柱连成一稳定整体，并可同时减小钢管立柱的轴向受力计算长度，贝雷纵梁安放在工钢横梁上。为使各组贝雷平均受力，贝雷梁之间必须全部用10#槽钢横向联结。贝雷梁仁门式支架布置同梁柱式，其总体布置见图3：

图3跨路支架总体布置图

由于独柱墩处预埋的钢横梁需安放跨路及邻跨支架的贝雷梁，位置有限，不可能安放过多贝雷梁，为尽量减少支架贝雷梁数量，假设前一跨箱梁张拉后，支架不承受箱梁荷载，则计算跨路支架受力时过11#墩4m已浇筑段可忽略不计。贝雷设计为单层双排，底板范围为8组共16片，两侧翼板各一组。箱梁分两次浇筑，保守起见，按一次性硅浇筑计算。支架荷载计算包括：新浇筑钢筋混凝土自重q1、贝雷梁自重q2、施工人员及小型机具等荷载、模板、门架、工槽钢自重、振捣混凝土产生的荷载(合为q3) .计算模型如图4所示：

图4跨路支架计算模型

贝雷梁分翼板范围外侧贝雷梁和底板范围贝雷梁两部分进行验算，因底板范围贝雷梁分布较密，且每隔3m用10#槽钢将各组梁联结，可假设底板范围贝雷梁作为整体均匀受力。经计算，外侧贝雷Mmax =882.59kN`m； Qmax=179.19kN；底腹板处贝雷Mmax=9887.3skN`m；Qmax=2009.92kN。对于外侧单层双排贝雷梁：[M1]/Mmax =1576.4/882.59=1.78， [Q1]/Qmax=490.5/179.19=2.74；对于底板8组单层双排贝雷：[M2]/Mmax=12611.2/9887.35=l.28； [Q2]/Qmax=3924/2009.92=1.95，安全系数K均大于1.2，挠度f

4结束语

该桥梁工程施工完毕，从实施效果上看，钢管贝雷支架能克服地形起伏变化大、高墩、跨路等诸多不利因素。结构受力及变形能准确计算，仅需对一典型初始段支架进行堆载预压，节约时间；支架搭拆主要依靠吊车作业，速度快，施工人员投入少，节省了大量人力和大面积地基处理的费用；施工安全保证性大大提高，施工安全可靠，对今后类似桥梁施工有较好的借鉴作用。