随着近几年国内高铁建设的迅猛发展, 各大高铁项目在各地如火如荼地建设中, 高铁项目建设不但给施工单位带来可观的利润和积累丰富的施工经验, 同时一些施工难度大的工程也给施工单位带来不小的挑战。跨既有铁路线桥梁施工不但施工难度大, 而且安全风险高。如今可以通过预制箱梁、钢箱梁架设、移动模架制梁、挂篮悬臂浇筑或转体施工降低施工难度和安全风险, 而对于与既有线夹角小、跨数少、地质条件差的现浇连续梁可采取的措施有限, 需要在施工前对其进行详细研究分析, 制订可靠的施工方案。

新建郑州—徐州铁路客运专线站前工程兰考南站预留菏泽—兰考引入变更设计菏兰正线上跨郑徐客专桥, 起讫里程AK074+595.450—AK074+824.545, 桥全长229.095m, 其中1~2号墩、7~8号墩不架梁, 2~7号墩为5孔32.6m上跨连续梁, 设计净空7.25m, 与郑徐客专夹角为10°, 桥址位于民权县境内。平面关系如图1所示。

上跨部分采用门式墩, 边墩采用圆端形实体桥墩, 钻孔桩基础及承台。桥跨布置为 (31.85+3×32.7+31.85) m预应力混凝土连续梁, 全长163.3m。边支座横桥向中心距4.5m, 中支座横桥向中心距4.2m。防护墙内侧净宽9.0m, 桥梁宽12.6m, 桥梁建筑总宽12.9m。采用等高箱梁, 箱梁顶板最低点处梁高为3.05m。

桥位处主要有第四系全新统冲积层黏性土、粉土、砂类土, 结构松软, 压缩性较大, 强度低, 工程特性差, 易产生过大、不均匀沉降。地下水埋深0.8~2.4m。

1) 桥位处多为粉砂土, 压缩性大, 地基承载力低, 地下水位埋藏较浅, 现场地质条件差, 对现浇连续梁原位施工影响非常大。

2) 箱梁等高3.05m, 单位面积内的梁体自重较大, 保证梁体成型后的线形流畅和避免对既有铁路客运专线的干扰是一个难点。

3) 该桥与郑徐客专夹角为10°, 夹角小, 箱梁大部分位于民权特大桥上方, 为了保证既有线铁路大桥正常施工, 模板系统受力点较少, 从而导致横向分配梁跨度较大, 横向分配梁和竖向受力构件需要足够的刚度、强度和稳定性。

桥梁墩身高21~24.5m, 5跨连续梁分3个节段施工, 先施工中间节段, 再施工两端节段。

1) 若采用满堂支架法, 桥位处为粉砂土, 地基承载力低, 地下水位较高, 对地基处理的要求高, 需要整跨硬化。墩身高度>20m, 满堂支架施工不安全, 而且梁体位于既有线桥梁上方, 满堂支架也无法搭设。因此, 满堂支架不适合该桥施工。

2) 若采用移动模架施工, 由于连续梁跨数较少, 没有足够的空间进行移动模架拼装。而且移动模架的拼装和拆除工作会给郑徐客专正在铺轨工作的过往车辆造成安全隐患。因此, 移动模架也不适合该桥施工。

3) 若采用贝雷梁支架法施工, 钢管立柱和贝雷片结合能够满足该桥的现场施工要求。钢管立柱可以根据该桥和民权特大桥的相对位置合理布置, 柱顶由分配梁和纵向贝雷梁组成承重体系。由于地基承载力低, 钢管柱基础不宜采用条形基础。打入钢管容易对临近的郑徐客专桥梁桩基造成扰动, 也不宜作为钢管立柱的基础。综合分析钻孔灌注桩对邻近结构物的扰动小, 且承载力大, 因此采用钻孔灌注桩作为基础的贝雷梁支架方案施工。

2~7号墩现浇支架采用φ1.25m钻孔桩基础, 下部结构采用φ630×16钢管立柱, 其中2~3号、6~7号墩现浇支架为单根布置, 1排4根;墩旁支点2号墩采用钢管立柱, 3号墩采用牛腿;钢管立柱顶布置横桥向分配梁, 分配梁采用2I50a型钢截面, 牛腿上分配梁截面为2I40a型钢。

3~4号、5~6号墩, 桩基和钢管立柱3根为1组, 呈三角形布置, 其中两根钢管立柱上搭设分配梁, 另一根作为横向稳定连接柱;纵向共布设2组。墩身上支点为墩帽处设预埋件焊接牛腿;钢管立柱顶布置横桥向分配梁, 分配梁采用D24型便梁, 牛腿上分配梁截面为2I40a型钢。D24型便梁长、宽、高分别为24 500mm×480mm×1 300mm, 重16 028.3kg。

4~5号墩钢管布置, 纵向布置3组钢管, 钢管立柱顶布置横桥向分配梁, 分配梁采用D20型便梁, 牛腿上分配梁截面为2I40a型钢。

横向分配梁上设纵向贝雷架, 纵向单排布置形式为 (1×1 500+9×3 000) mm, 横向共布置18排, 间距为90cm, 其中在腹板底部间距为45cm, 贝雷架顶部横向布置I16, 间距75cm, 工字钢顶部为10cm×10cm方木, 间距20cm。

采用MIDAS/Civil计算软件建立现浇支架空间模型, 如图2所示。贝雷梁采用梁单元模拟 (释放梁端约束) , 其他分配梁和钢管柱均采用梁单元模拟计算。

荷载取值 (竖向力) :箱梁自重按实际荷载施加I16横桥向分配梁上, 风荷载等效为节点荷载施加于贝雷片节点上。

边界条件:钢管柱底铰接。

1) 根据模型计算贝雷梁、分配梁和钢管立柱的强度、刚度与稳定性满足施工要求。

2) 采用钻孔桩基础, 根据前面计算的每个墩处钢管立柱最大反力 (包含钢管桩自重) , 按此反力计算钻孔桩最大桩长。

根据TB10002.5—2005《铁路桥涵地基与基础设计规范》, 钻孔桩单桩容许承载力为:

式中:U为桩身周长, 按钢管桩外径计算;m₀为桩端承载力折减系数, 根据地质情况取0.7。

计算得钻孔桩的入土深度为15~19m。

连续梁支架地基处理采用钻孔桩处理方式, 桩径1.25m, 桩长15~29m, 共有桩基58根, 其中3~6号墩, 桩基布置为正三角形, 间距3m, 3根为1组, 桩基施工完成后, 破除桩顶1m桩头, 支立模板, 安装钢管底部预埋件, 浇筑混凝土。桩顶顶部预埋钢管支架相关预埋件。

1) 支架采用φ630×16钢管, 钢管采用汽车式起重机吊装架立, 架立过程中先架靠近既有线一侧, 其中2, 7号墩钢管每隔5m与墩身设1道, 其余钢管之间采用I25每隔5m横向、纵向分别连接1道。

2) 钢管顶部横向位置开设2道深度为35cm、宽度为2cm槽口, 间距30cm, 纵向在中心位置开设1道槽口, 槽内设置厚度为2cm钢板, 各板件间采用焊接连接, 顶部布设80cm×80cm且厚度为2cm钢板用于放置活络端。

3) 钢管顶部设活络端, 便于连续梁施工完成后, 降低贝雷梁等上部支架, 施工时, 先用千斤顶将活络头顶至设计标高位置, 将活络头内用塞铁固定, 然后回油松开千斤顶。

4) 依次吊装横向分配梁、纵向贝雷梁、工字钢和铺设方木。

5) 翼缘板处支架采用碗扣支架搭设, 横向间距为60cm, 纵向间距为90cm, 层高60cm, 纵向每隔4排设剪刀撑1道, 支架底部、顶部均设置可调底托、顶托。

因连续梁施工时, 郑徐客专大桥进入工程线施工阶段, 为保证郑徐客专工程车辆行车及施工人员安全, 在连续梁贝雷架顶部铺设防护架, 防护架采用1.5cm厚竹胶板+土工布+0.3cm厚钢板, 横向宽度13m, 纵向长度通桥163.3m布置。横向两侧设50cm高踢脚板, 避免杂物掉落。

新建郑徐铁路客运专线站前工程兰考南站预留菏泽—兰考正线上跨郑徐客专桥, 通过对现场地质情况、桥梁结构以及与民权特大桥的相对位置进行综合分析比较, 选择钻孔灌注桩为基础的贝雷梁支架进行现浇连续梁施工。采用MIDAS/Civil计算软件建立现浇支架空间模型进行设计计算。钻孔灌注桩承载力大, 解决了地质条件差的问题, 采用回旋钻进行桩基施工, 减少扰动。选择2根桩基进行单桩承载力试验, 桩基承载力和沉降量均满足施工要求。3根钢管柱为1组, 呈正三角形布置, 第3根钢管柱的设置增强了钢管立柱的稳定性。D24, D20便梁作为钢管立柱顶部横向分配梁, 有效解决了钢管立柱之间跨度大工字钢和贝雷片刚度不足的问题。贝雷梁支架进行整体预压检验后顺利完成现浇连续梁施工, 成桥后桥梁整体线形流畅, 各项指标满足规范要求。它的建成为国内类似桥梁施工带来一定的借鉴意义。