許三平

(中鐵第四勘察設計院集團有限公司，武漢 430063)

1 概述

京滬高速鐵路徐州至上海段正線大中橋總數(shù)138座，共521.9 km，占正線建筑長度的81.2%。徐滬段由于路網(wǎng)發(fā)達、控制點多，特殊結構多是京滬高速鐵路橋梁的一個顯著特點，全線共設特殊結構300余處，主要結構類型有連續(xù)梁拱、系桿拱、連續(xù)梁等。鑒于此，特殊結構橋梁的施工是京滬高鐵能否順利完成控制因素。一般情況下，連續(xù)梁拱采用“先梁后拱”的施工方法，系桿拱通常采用“先梁后拱”，主跨48 m及以下連續(xù)梁宜采用膺架法現(xiàn)澆的施工方法，主跨48 m以上連續(xù)梁采用懸臂灌注法施工。

隨著現(xiàn)場施工的不斷深入，部分架梁控制工點特殊結構施工已制約了架梁工期，還有部分航道交通管制等因素，常規(guī)施工方法無法滿足現(xiàn)場需要。在充分論證的前提下，設計提出了系桿拱采用“先拱后梁”法施工、連續(xù)梁拱拱肋施工采用“整體縱移”、大跨度連續(xù)梁采用膺架施工等“非常規(guī)”施工方法。結合京滬高速鐵路徐滬段施工組織，研究了主跨56～100 m連續(xù)梁針對不同支架條件下膺架施工方法施工圖，目前，以上特殊結構橋梁施工均已完成，并已順利通車。

2 施工方案研究

京滬高速鐵路特殊結構橋梁施工方法根據(jù)不同結構類型主要分整體膺架施工(主要使用小跨度連續(xù)梁)、大節(jié)段膺架施工(大跨度連續(xù)梁)、懸臂灌注法施工(組合結構主梁、大跨度連續(xù)梁)、先梁后拱及先拱后梁施工(系桿拱)、拱肋支架拼裝(拱肋)、拱肋整體縱移(拱肋)等。由于膺架施工周期短，在受工期控制或施工組織控制的預應力混凝土連續(xù)梁(如在梁場附近，控制架梁工期)最適合采用;懸臂灌注法施工主要適用于跨越航道及立交的大跨度連續(xù)梁;先梁后拱施工方法主要適用于可搭設支架的系桿拱橋，先拱后梁施工主要適用于受立交、通航限制無法搭設支架的系桿拱。拱肋支架拼裝適用于具備搭設支架條件的拱肋;拱肋整體縱移適用于工期受限制的拱肋施工。

2.1 系桿拱

京滬高速鐵路徐滬段共設系桿拱21處，其中大部分系桿拱具備搭設支架條件，設計采用“先梁后拱”的施工方法，主要施工步驟為:搭設支架→支架預壓→現(xiàn)澆拱腳及系梁混凝土→張拉系梁預應力→系梁上搭設拱肋支架→安裝拱肋→泵送鋼管混凝土→張拉吊桿?！跋攘汉蠊啊笔┕し椒üに嚦墒臁⑹┕ぶ芷诳?，是系桿拱橋的理想施工方法。但由于蘇南河道航運繁忙，部分系桿拱跨越受通航限制的航道，由于航道部門要求，通航水域無法搭設支架，設計研究采用“先拱后梁”的施工方法，其主要施工步驟為:支架施工拱腳→纜索吊裝拱肋節(jié)段(或采用浮吊整體吊裝)→合龍后灌注管內混凝土→張拉系桿→支架現(xiàn)澆靠拱腳段系梁→拱肋鋼管混凝土灌注→分段掛籃現(xiàn)澆各節(jié)段系梁混凝土。目前，“先拱后梁”施工系桿拱設計及施工處于國內同行業(yè)先進水平。圖1為“先拱后梁”法施工吊裝拱肋實景。

圖1 “先拱后梁”法施工吊裝拱肋

2.2 連續(xù)梁拱

連續(xù)梁拱一般采用“先梁后拱”施工方法，主要施工步驟如下:利用掛籃懸臂澆筑主梁→合龍主梁邊孔→拆除臨時支墩→合龍主梁中孔→以橋面為工作面，支架拼裝鋼管拱肋(或原位拼裝豎向轉體)→依次灌注拱肋上弦管、下弦管、綴板內混凝土→按指定次序張拉吊桿，調整吊桿力→張拉主梁后期鋼索→施工橋面系→調整吊桿力到成橋設計索力。

京滬高速鐵路徐滬段丹昆特大橋跨婁江采用(70+136+70)m連續(xù)梁拱，主橋墩號716號、717號。由于該工點為控制工點，若采用常規(guī)先施工主梁再拼裝施工拱肋的施工方法，則無法滿足鋪設無砟軌道工期要求。為了滿足工期的要求，在京滬高鐵(70+136+70)m連續(xù)梁拱北側引橋710號墩～715號墩五孔簡支梁橋面范圍，搭設鋼管樁拼裝拱肋支架，用汽車吊將鋼管拱拱肋逐段吊裝到支架上進行焊接拼裝。按相關要求將拱肋、拱肋橫撐及相關配件在地面上分節(jié)段焊接到位后，由汽車吊將拱肋逐段吊裝到梁面預先搭設的鋼管支架上，吊裝拱肋時遵循左右對稱、前后對稱的原則，最大不平衡安裝不超過1個吊裝節(jié)段。

拱肋安裝按照如下步驟進行:①確定支架在梁面上的具體位置并澆筑混凝土基礎、插打拼拱鋼管樁→②安裝架拱鋼管支架、鋼管支架連接系及拉纜風繩→③檢查架拱鋼管支架、驗收合格后進行拱肋節(jié)段及橫撐的安裝，邊安裝邊調整線形→④兩側拱肋對稱安裝(預留合龍段)→⑤安裝合龍段→⑥安裝橫撐→⑦整體焊接。

鋼管拱拼裝完成后，采用鋼絞線將拱腳預緊;最后拆除支架，實現(xiàn)整個鋼管拱整體滑移(圖2)?；频轿缓鬂仓澳_混凝土。

圖2 拱肋“整體縱移”

2.3 連續(xù)梁

一般來說，主跨 48 m梁聯(lián)長 113.3 m，混凝土1 400 m3左右，采用支架施工一次成橋比較合理，但在無法搭設支架或地基處理困難的工點也可采用懸灌施工。主跨56 m及以上連續(xù)梁，從受力角度采用懸灌法施工是較為合理的，但考慮現(xiàn)場實際情況，在條件容許情況下，也可采用膺架法現(xiàn)澆施工。主跨56 m連續(xù)梁由于聯(lián)長達到137.5 m，若采用通長索，預應力損失大，受力不合理。同時混凝土高達1 850 m3，混凝土澆筑困難。但考慮工期因素，在增加混凝土供應的前提下，綜合考慮采用膺架法一次成橋也是可行的。主跨56 m以上由于混凝土方量大，預應力配置困難，無法采用一次成橋，若采用膺架法施工，必須分段。

(1)節(jié)段劃分

主跨48 m梁及以下連續(xù)梁，聯(lián)長均小于113.3 m，為方便施工，不宜分節(jié)段施工，采用一次成橋。主跨56 m連續(xù)梁雖然混凝土方量較大，而一旦分節(jié)段施工至少需分3個節(jié)段，加上合龍段，勢必使工期加長，而懸灌施工節(jié)段也不多，相比之下膺架法采用現(xiàn)澆施工意義不大。考慮增加混凝土供應量，一次澆筑成橋相對合理一些。主跨64、72 m連續(xù)梁由于混凝土方量大，預應力配置困難，不宜采用一次成橋，設計采用分5個節(jié)段，2個合龍段。主跨80 m連續(xù)梁一般考慮采用分 5個節(jié)段，2個合龍段。但蘊藻浜特大橋DK1292+059.405 ～DK1292+237.105 處跨越翔江公路和顧江河，由于線路與公路交角只有34°，支架設置比較困難。若采用常規(guī)分節(jié)，跨中張拉時，跨中托空，支架受力不均勻，由于受道路限制，支架無法加強，合龍段支架不能滿足要求。為此，設計研究了在跨中設合龍段方案，全梁設6個節(jié)段，1個合龍段。主跨100 m連續(xù)梁一般考慮采用分5個節(jié)段，2個合龍段。蘊藻浜跨滬寧鐵路處既有線與高鐵交角只有21°，跨鐵路貝雷梁受鐵路凈空限制，無法加強?？缰袕埨瓡r，跨中托空，支架受力不均勻，合龍段支架不能滿足要求。為此，設計研究了在跨中設合龍段方案，全梁設6個節(jié)段，1個合龍段，滿足了支架受力要求。

(2)施工順序

①(40+64+40)m及(40+72+40)m連續(xù)梁(圖3)

②(60+100+60)m連續(xù)梁(一)(圖4)

圖3 (40+64+40)m及(40+72+40)m連續(xù)梁施工順序(單位:mm)

圖4 (60+100+60)m連續(xù)梁施工順序(一)

③(60+100+60)m連續(xù)梁(二)(圖5)

3 特殊施工方法橋梁設計要點

3.1 結構尺寸

為方便模板周轉及配合下部結構及凈空要求，系桿拱、連續(xù)梁拱、連續(xù)梁不同施工方法結構尺寸、材料類型原則上保持一致，連續(xù)梁內部輪廓根據(jù)受力計算確定。

3.2 縱向計算

圖5 (60+100+60)m連續(xù)梁施工順序(二)

由于采用不同的施工方法，各種施工工況下結構的體系、受力模式、工作特點各不相同，特別是“先拱后梁”施工方法系梁合龍前，由于拱肋承受的荷載不斷增加，拱腳必然會產(chǎn)生較大的水平推力，設計考慮在墩頂設置臨時固結，并張拉4束無黏結高強低松弛預應力鋼絞線，以平衡墩頂產(chǎn)生的水平推力。因此不同施工方法的結構受力模式是不同的，結構計算時應結合施工步驟仿真計算。

縱向計算一般采用橋梁博士3.0、BSAS、MIDAS2006程序建立平面有限元模型進行施工階段及運營階段分析，計算恒載、預應力、收縮徐變、體系溫度、局部溫差、支座不均勻沉降、活載等荷載，得出支反力及內力、應力、強度、變形等。

經(jīng)計算，各種跨度、不同施工方法施工階段、運營階段技術指標均能滿足規(guī)范要求。

3.3 橫向計算

橫向計算一般為運營階段控制，由于系桿拱、連續(xù)梁拱結構尺寸、材料類型各種施工方法完全一致，故不同施工方法橫向計算均能滿足設計要求。連續(xù)梁橋面寬、梁高、結構截面尺寸、橫向預應力、截面配筋與懸灌施工方法連續(xù)梁基本一致，故大跨度連續(xù)梁膺架施工方法橫向計算也能滿足設計要求。

3.4 動力仿真

由于系桿拱、連續(xù)梁拱結構尺寸、材料類型各種施工方法完全一致。連續(xù)梁外輪廓與懸灌梁基本一致，內輪廓也相差甚微，可以認為整個梁體剛度與懸灌施工方法連續(xù)梁基本一致，采用現(xiàn)澆施工方法后，梁后期徐變也較懸灌施工小，所以特殊結構橋梁采用不同施工方法動力性能能滿足高速行車要求。

3.5 支架、掛籃設計

無論是系桿拱、連續(xù)梁拱還是大跨度連續(xù)梁，支架及掛籃的設計顯得尤為重要，稍有不慎將會付出慘痛的代價，公路上支架垮塌、掛籃出現(xiàn)故障的現(xiàn)象比較多，鐵路上也有類似情況發(fā)生。支架、掛籃的設計要結合梁體施工順序、預應力張拉、地基處理以及支架本身安全系數(shù)等因素綜合考慮。施工前認真閱讀設計圖紙及說明，構件加工及安裝施工均應嚴格按圖紙要求進行，如果因特殊情況需要進行結構調整，應及時與設計人員溝通聯(lián)系。支架鋼管均預先在加工廠進行加工，然后現(xiàn)場逐根吊裝，測量控制垂直度和頂高程。對于軟弱地基處理效果，需通過現(xiàn)場復合地基載荷試驗來確定其承載力特征值及相關參數(shù)，并以此為依據(jù)計算基礎處理后承載力特征值。施工期間，在澆筑混凝土前，注意天氣情況預報，應避開在超出設計條件的氣象情況下進行施工。支架及模板體系預拱度應參考計算書和設計要求及預壓結果嚴格設置，確保梁頂成橋線形。

4 經(jīng)濟效益

系桿拱、連續(xù)梁拱根據(jù)不同的邊界條件采用不同的施工方法，適應性強、可最大限度滿足施工組織的需要，從而降低了工程造價，具有良好的經(jīng)濟效益。

在一般情況下大跨連續(xù)梁采用懸灌施工，由于張拉齡期等指標要求，使每節(jié)段周期一般都在7～10 d，采用現(xiàn)澆一般可縮短工期30～80 d，因此無論從工期還是從工程造價上看都是比較經(jīng)濟的。

從施工現(xiàn)場的情況來看，很多連續(xù)梁采用了膺架法施工，原因如下:部分連續(xù)梁位于梁場附近，為了盡快疏通架梁通道;受地方行政審批影響，部分連續(xù)梁按懸臂灌注法施工已無法按期完成等。

采用現(xiàn)澆連續(xù)梁主要有以下優(yōu)勢:現(xiàn)澆連續(xù)梁與相同跨度懸灌施工梁相比，可以最大限度地節(jié)省工期;在地基地質條件較好的情況下，可以節(jié)省工程投資。根據(jù)不同道路條件采用不同施工方法，可以適用于受道路通行限制的支架敷設。根據(jù)張拉后支架受力工況，采用不同施工方法的現(xiàn)澆施工，使支架受力更合理，安全有保障。

5 結語

不同特殊結構橋梁根據(jù)邊界條件的不同可選擇適合的施工方法，為高速鐵路特殊結構橋梁施工提供了新的思路，開拓了視野，具有很好的社會、經(jīng)濟效益，為客運專線鐵路特殊結構橋梁建設提供了有益的借鑒。

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