钱大怀 中铁二十四局集团有限公司

嘉闵高架桥是上海西部地区新辟的南北向快速通道，其中在闵行区春申路沿线上跨既有沪春线、沪昆线及在建沪杭客专线，公路高架桥计上跨11股铁路线（含规划沪杭城际铁路），并与铁路线形成四层立体交叉桥，从下至上分别是：既有沪春铁路、既有沪昆铁路、规划沪杭城际铁路为地面线路，第二层为金山铁路支线，第三层为在建沪杭客专，第四层即为本次在建嘉闵高架公路春申铁路段。由于公路高架处于四层立交最高层，临近铁路两侧墩身多以超40m高度跨越铁路线，其立柱建筑高度属于上海市最高，尤其墩顶高低端盖梁，截面尺寸为：15.84m×4.45（1.65）m、盖梁悬臂长、混凝土一次浇注量达140.8m3(详见图1)。同时本次上跨铁路高架桥桥址多位于当地北竹港河道中或沿岸，受既有铁路线和河道的双重制约，在建沪杭客专同步施工的道路和场地干扰，加之施工设备进场和吊装作业场地的缺乏，造成盖梁施工十分困难。

图1 Z8、Y8立柱盖梁与既有线位置图

1 盖梁方案的构想与比选

盖梁侧模采用定型钢模板，底模采用竹胶板加工制作，模板采用侧包底施工工艺，由吊车配合安装。钢筋在加工场地加工为成品和半成品，根据盖梁高度和施工条件采用整体吊装或直接在立柱顶部安装。盖梁砼采用一次性浇筑，砼由自建拌合站供应，泵送入模。针对本次超40m高墩的长大盖梁施工，最大难度在于如何建立稳固的支撑体系问题。

1.1 碗扣式满堂落地支撑体系

优点：设计、验算简单，安装方便。

缺点：需要有较宽阔的地面支持，不适宜施工场地狭小的区域，更不能在河道中使用；高支撑架本体安全防护措施要求高。另根据上海市的相关建设单位规定：高度大于30m桥墩不允许用落地支撑架进行水平混凝土施工。由于本工程桥墩高度均大于40m，不满足建设单位的规定要求，不宜采用。

1.2 钢桁架托架

优点：不占用地面，可以工厂制作，现场吊装不仅简单方便，安装周期短，结构稳定受力均匀。

缺点：一次性投入大，再利用率低。

1.3 贝雷片支撑架

优点：贝雷片为定型产品，现场吊装简单方便，安装周期短，不占用地面，可以反复使用，较经济。

缺点：整个支撑托架重心较高，不如钢桁架托架稳定性好。

根据三个方案的分析比较，参考上海市公路高架路其它施工标段的经验，从使用贝雷片作高柱墩盖梁施工承托层的情况看，盖梁混凝土浇筑后存在变形量偏大问题。经过比选论证，我们确定钢桁架托架作为最优方案。

2 临近既有线盖梁施工的防护措施

既有沪春线、沪昆线均为电气化铁路，高墩施工过程中为避免高空坠物击毁接触网线或打击运行通过列车，防止造成严重事故，需对既有线进行严密防护。

2.1 电气化线路的改造

（1）施工前确定施工影响范围内的电气化立柱，则必须进行移位。由于立柱腕臂在绝缘瓷瓶以外部分都为带27.5KV的高压带电体，如不对立柱进行移位，无法对腕臂做防电处理，因此必须做好危及行车安全的防护措施。

（2）把施工影响范围内的回流线进行换线，把裸露的铝芯线改成绝缘电缆架空或落地填埋保护。

2.2 盖梁施工范围既有线上方封锁搭设全覆盖防护棚

既有沪春线和沪昆线均为电气化铁路，防护棚净高为12.2m，沿线间距3.5m，跨径为20.4m。防护棚架基础采用混凝土条形基础，立柱采用¢500mm壁厚12mm钢管，横梁采用45a工字钢，主纵梁采用45a工字钢，其余纵梁采用10#槽钢，面板采用18mm胶合板和3mm镀锌铁板（详见图2）。

图2 沪春线防护棚横断面图

3 盖梁托架（结构）设计及力学分析验算

3.1 盖梁托架（结构）设计

考虑到盖梁施工的特点及本标段盖梁多处于河道内，墩身高、地基承载力差，不适合采用落地式支架施工，盖梁采用预埋销棒和钢桁架托架方法进行施工。钢桁架托架具体结构如图3、图7所示：

图3 钢桁架托架宗断面结构

3.1.1 销棒预留孔

在墩柱施工时，预先将钢管安装到墩柱的预定标高，控制好钢管的水平度及间距，定位钢筋按50cm一道固定，在钢管两端套Φ10螺旋钢筋并将钢管的两端用胶带封死，防止水泥浆流入。每个墩柱上共预埋2个销棒孔，销棒采用直径140mm的45号圆钢加工而成，预埋孔采用直径150mm的钢管。在预留孔端部安装钢筋网片，墩柱砼施工时应严格控制施工质量，加强振捣，保证预埋孔处的砼密实。

3.1.2 安装销棒、牛腿

在墩身施工完成后，利用墩顶平台搭设临时的施工平台(采用型钢加工一个小型的吊篮，利用吊车提升至销棒预留孔位置，然后用钢丝绳将吊篮拴在墩柱顶部的预留主筋上（详见图4)，用以安装销棒和牛腿。在预埋管位置敲出预留孔，清理里面的水泥浆等杂物，冲洗干净，保证孔内无毛刺、砂石等杂物。将加工好的销棒插入预埋孔内，然后安装牛腿。牛腿采用20和25mm厚钢板加工而成，应严格按照设计制作，保证每条焊缝的质量。

图4 安全施工平台示意图

3.1.3 安装型钢桁架

销棒牛腿安装完成后，再安装型钢桁架。上桁架采用H600型钢，下桁架采用H400型钢，待两片型钢桁架安装定位好后，采用H300型钢将其连接成整体并加剪刀撑，在桁架上横梁上设置4道Φ28精轧螺纹钢，下横梁设置2道，在两片桁架内的精轧螺纹钢上套Φ48钢管，外侧用螺母拧紧，以保证其整体受力，使盖梁支架具有足够的稳定性。桁架顶标高控制在盖梁底标高20cm～40cm，以方便在桁架上搭设支架。

盖梁施工人员通道采用定型爬梯，现场组拼，爬梯安装好后按规范要求进行检查验收。

3.1.4 三角托架搭设

在安装好的支架上架设制作好的三角托架，托架采用[14a和[10a槽钢制作。三角托架架设到桁架后之间用槽钢相连。三角托架上再铺设一层方木，方木间距20cm，方木上再架设模板。三角托架采用每根立杆下的钢楔调整高度，钢楔焊接至桁架的H60型钢上（详见图5）。

图5 三角托架示意图

3.1.5 支架防倾覆措施

在超高支架外侧设置抗风索，利用抗风索拉住支架，提高支架稳定性（详见图6）。

图6 钢管支架防倾覆示意图

3.2 盖梁托架（结构）设计及力学分析验算

3.2.1 盖梁结构图

图7 盖梁结构图

3.2.2 荷载确定

盖梁砼自重： G1=2165(kN);

钢模自重： 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 型钢支架：G5=2×（17.64+9.8）×132.8+2×47.86×（2×5+

2.9×4 ）=93.6(kN);

方木自重： 查规范知方木荷载为5kN/m3，则：G6=(0.1×0.12×3.05) ×5×78=14.3(kN);

施工人员、机具重量，查规范荷载按2.5kN/m2，则：

G7=15.84×3.05×2.5=120.9(kN)；

查规范振捣砼产生的荷载为2kN/m2，砼浇筑产生的冲击荷载为2kN/m2，则：G8=15.84×3.05×(2+2)=193.3(kN);

荷载分项系数：静荷载为1.2，活荷载为1.4。

3.2.3 横梁、主梁及钢销棒验算

（1）横梁验算：简化分析受力情况见图8。

图8横梁受力图

横梁采用I28的工钢，28a工字钢的截面矩w=508cm3，惯性矩I=7115cm4，弹性模量E=2.1×105N/mm2;

作用于横梁上的总荷载：G=[（G1+G2+G3+G4+G6）×1.2+G7×1.4]/(15.84×3.05)=63kN/m2;

间距按1m计算，横梁所受荷载q=63×1=63kN/m;

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

已知 a=0.15m，L3=3.05m，当 X=a+L3/2=0.15+3.05/2=1.675m时弯矩、挠度最大;

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;

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

挠度 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

通过以上计算分析，28a工字钢主梁满足施工要求

（2）主梁验算：简化分析受力情况见图9。

图9 主梁受力图

主梁采用H60型钢，H60型钢的截面矩w=3343cm3，惯性矩I=97287cm4，弹性模作用于横梁上的总荷载：G=[（G1+G2+G3+G4+G5+G6+G7）×1.2+G8×1.4]/(15.84×3.05)=69kN/m2;主梁间距按1.5m计算，主梁所受荷载q=69×1.5=103.5kN/m，考虑到主梁支模采用I28型工钢焊接三角支架支撑悬臂主梁的稳定性，验算其悬臂部分弯矩，M=1/2×q×x2;最大弯矩M=1/2×103.5×1.67×1.67=145kN·m; 应力 σ=M/w=145×103/3343=43MPa＜［σ］=215Mpa，f/L<1/400。

（3）钢棒钢验算。采用直径dcm钢棒，两端各外露0.1m，钢棒的性质如下：

惯性矩I=πd4/32;

考虑安全系数为2，则有直径d>12.35cm钢销棒支撑主梁满足施工要求。结论：按照以上布置的方木、工字钢、钢棒均能满足受力要求

4 盖梁托架的试压

为验证高墩盖梁支撑体系的安全可靠性，检验钢销棒的刚度和抗剪强度以及销孔处砼的抗剪能力，并尽量消除钢桁架本身承重变形量。首件制的盖梁托架拼装好后首先进行加载试验。

根据计算，采用钢销棒法施工盖梁过程中，钢销棒最大受力约84t，按照1.5倍的安全系数考虑，试验拟用126t的荷载作用于每个销棒牛腿上，检验托架的安全稳定性，钢销棒对墩柱砼的损坏情况，钢销棒材料是否能够承受施工荷载，对钢销棒的整体刚度的影响。

5 盖梁施工工艺

盖梁施工工艺流程详见图10。

图10 盖梁施工工艺流程图

6 盖梁托架拆除

在盖梁预应力张拉完成后，再进行盖梁支架（托架）的拆除工作。操作步骤如下：

（1）利用三角托架下钢楔子进行降模，然后抽出模板，拆除三角托架。

（2）待三角托架拆除完后进行桁架的拆除，桁架尺寸较大，拆除时应安排专门的安全人员和吊装人员现场统一协调指挥。

（3）桁架拆除完后再拆除牛腿及销棒，在盖梁上吊操作平台下来进行拆除。

（4）销棒法施工最后还要销棒预埋孔修补，先用石子将预埋管填实，留一段用砼填塞密实，待砼达到一定强度后再用调配好的水泥砂浆修补砼表面，保证砼外观。

7 结束语

嘉闵上跨铁路公路工程临近既有线，其超40m高墩在不具备落地支架困难条件下，通过采用埋销棒和钢桁架托架方法成功地解决了高空长大盖梁施工这一难题，同时通过临近的既有线上方设置全覆盖防护棚，解决了既有电气化铁路安全防护问题，可为后续类似工程提供了良好的借鉴。