横跨既有线防护通道(钢构棚架)体系验算

何 恒

(中铁十五局集团第一有限公司，陕西西安 710018)

修建公路时，经常会遇到需要跨越既有铁路线的情况，为取得最大的社会效益和经济效益，应尽量减少封锁施工，保证铁路行车安全。这就需要解决公路建设与既有铁路运营交叉影响的矛盾，同时安全防护也是重中之重。广西防城港玉罗岭一桥是一座跨铁路公路桥，本工程的技术难点在于如何进行中跨防护通道施工，以保证顶板浇筑和旧桥拆除顺利完成。

玉罗岭一桥项目部结合施工经验，根据现场实际情况和广西沿海铁路股份有限公司的运营要求，制定了既有线防护通道专项施工方案，并通过了方案评审，在具体施工过程中，证明该方案切实可行，操作性强，施工周期短，社会效益和经济效益较高。

1 工程简况

玉罗岭一桥位于防城港港口区、原钦防高速公路玉罗岭收费站出口往市区方向230 m处(公路中心里程K45+445.17)，为原兴港大道上跨铁路而设。因广西沿海铁路钦州北至防城港段扩能改造和防城港城市道路(原兴港大道)加宽扩建需要，对既有桥进行拆除重建。新建玉罗岭一桥设计为铁路、公路两用的铁路立交桥，主体结构设计跨度为(10.2+17.7+10.2)m框架式刚架桥上跨铁路。桥梁顺铁路方向全长110.77 m，分(28.08+27.23+27.23+28.08)m四段;垂直铁路方向全宽43.30 m。铁路与公路交叉里程为K161+121.24=K45+445.17，公路轴线与铁路轴线交叉角38°52'，顺公路方向总长69.01 m，垂直公路方向总宽64.9 m。本桥主体刚架采用顺作法施工，先施工底板，待底板混凝土达到强度的70%后，分两次施工侧墙，侧墙首次浇筑高度为底板顶面以上8 m，侧墙二次浇筑与顶板同时施工，顶板混凝土一次浇筑。顶板非行车通道(两边跨)支架采用碗扣式脚手架搭设满堂支架，行车通道(中间跨)支架先采用钢管立柱、工字钢纵梁、贝雷片横梁等搭设设置1个净宽为11 m，最小净高为5.55 m(既有铁轨至横向贝雷片底高度)的行车安全防护通道，在防护通道上面搭设满堂支架。防护通道总长度为130 m，支架立柱采用φ529钢管，高5.10 m，间距为3 m，钢管立柱顶底部采用δ=2 cm钢板封头，为了确保钢管立柱的稳定性，在钢管中灌入细砂并浇水密实;立柱上托Ⅰ45a工字钢作为纵梁(每根工字钢长12 m，每排立柱顶部并立2根Ⅰ45a做纵梁)，纵梁上放贝雷片形成横梁(每组横梁长12 m)，间距为0.6 m，横梁贝雷片上满铺δ=2 mm钢板，作为搭设满堂支架的操作平台及拆桥防护平台。

防护通道起止桩号为:K161+052.18～K161+183.18，左侧条形基础宽度1 m，最小高度0.8 m(1号、4号刚架左幅可直接在既有企沙线内侧挡土墙上浇筑混凝土)，右侧条形基础宽度1.2 m，最小高度1.2 m(处于钦防右线路基上，施工前先对此段路基按设计图纸换填处理)，其中K161+052.68～K161+089段条形基础顶标高为14.26 m，K161+089～K161+113段条形基础顶标高为14.11 m，K161+113～K161+183.18段条形基础顶标高为13.96 m。

2 支架结构体系验算

2.1 荷载传递

跨既有铁路防护通道荷载传递过程:荷载→模板→横梁→纵梁→钢管→槽钢→贝雷片→工字钢→钢管立柱→基础。

2.2 荷载计算

1)模板自重:g1=2.704 ×1=2.704 kN/m2(恒载，含内模、侧模及支架，以混凝土自重8%计)。2)混凝土自重:g2=26×1.3=33.8 kN/m2(恒载，根据板厚1.3 m及混凝土密度计算，γ取26 kN/m3)。3)倾倒混凝土所产生的荷载:g3=3 kN/m2(活载，按经验取值)。4)振捣混凝土产生的荷载:g4=2.0 kN/m2(活载，按经验取值)。5)施工人员、施工料具运输、堆放荷载:g5=2.5 kN/m2(活载，按经验取值)。恒载分项系数取1.2系数，活载分项系数取1.4 系数，抗弯、剪强度验算组合值:q1=1.2 ×(g1+g2)+1.4 ×(g3+g4+g5)=1.2 × (2.704+33.8)+1.4 × (3+2+2.5)=54.554 8 kN/m。抗挠强度验算组合值:Q=1.2×(g1+g2)=1.2 × (2.704+33.8)=43.804 8 kN/m2。

2.3 行车通道支架体系验算

2.3.1 贝雷片验算

1)贝雷片横梁间距按照0.6 m计算，在进行计算时按照线型均布荷载考虑 q=0.6 ×54.554 8 kN/m+1.5 kN/m(贝雷片横梁自重线荷载)=34.233 kN/m，按照跨度为11 m的简支梁受力分析。具体布置如图1所示。

图1 贝雷片横梁受力图（单位：cm）

单排标准型贝雷梁几何特性:

弹性模量:E=210 GPa;截面模量:W=3 578.5 cm3;惯性矩:J=250 497.2 cm4。

2)抗弯验算:

最大剪力 Q=KvqL=0.5 ×34.233 ×11=188.282 kN·m。

容许应力［Q］=245.2 kN·m ＞Q=188.282 kN·m(可)。

3)抗压验算:

跨中最大弯矩M=KmqL2=0.125 ×34.233 ×112=517.77 kN·m。

容许应力［M］=788.2 kN·m ＞M=517.77 kN·m(可)。

4)挠度验算:

［f］=L/400=11 000 mm/400=28 mm(可)。

2.3.2 工字钢验算(Ⅰ45a)

1)2根并排工字钢纵梁，排架间距按照0.6 m，简支梁最大跨度按照3 m进行计算，贝雷梁线性荷载合计q=34.233 kN/m，每个集中荷载 P=12×q÷2=205.398 kN。

45a工字钢截面特性:

截面惯性矩:Im=32 241 cm4;毛截面半截面惯性矩:Sm=836.4 cm3;净截面抵抗矩:Wji=1 432.9 cm3。

2)强度验算:

跨中最大弯矩:M=3P×0.5L－P×0.5L－P×0.3L－P×0.1L=0.6PL=0.6 ×205.398 ×3=369.716 kN·m。

每根工字钢应力:

容许应力［δ］=170 MPa＞δ=129.01 MPa(可)。

3)挠度验算:

2.3.3 钢管立柱受力计算

1)钢管立柱截面特性，见表1。

表1 钢管立柱截面特性

立杆高度h=5.10 m，长细比 λ =μl/i=2×5 100/187.03=54.537(钢管柱是两段固定的细长压杆，故取μ=2)。

2)强度验算:

［N］=φ·A·［δ］=0.898×13 088×205=2 409 kN。

立杆承受的荷载按支座最大剪力荷载计算:

N=1.4(V左+V右)ql=1.4 × (0.625+0.625)× 54.554 8 ×11=1 050.178 kN。

N=1 050.178 kN ＜［N］=2 409 kN(可)。

2.3.4 条形基础受力计算

立柱条形基础左线采用1 m宽、最小0.8 m厚，右线采用1.2 m宽、最小1.2 m厚C20钢筋混凝土条形基础。

1)左线验算。

h=0.8 m，b=1.0 m，l=3 m(立柱间距)、L=12 m(一根工字钢长度)，得 S=bL=12 m2。

贝雷梁线性荷载合计q=34.233 kN/m，每个集中荷载P=12×q÷2=205.398 kN，总荷载F=21×P=4 313.358 kN(取一根工字钢范围的全部梁片传递荷载)。

基底应力 σ =F/S=4 313.358/12=359.446 5 kPa。

2)右线验算。

h=1.2 m，b=1.2 m，l=3 m(立柱间距)、L=12 m(一根工字钢长度)，得 S=bL=14.4 m2。

贝雷梁线性荷载合计q=34.233 kN/m，每个集中荷载P=12×q÷2=205.398 kN，总荷载 F=21 ×P=4 313.358 kN(取一根工字钢范围的全部梁片传递荷载)。

基底应力 σ =F/S=4 313.358/14.4=299.539 kPa。

结论:根据上述计算，立柱采用φ529钢管，施工时立柱搭设高度H=5.10 m，立柱间距为3 m，立柱上下面用20 mm厚的钢板加强，钢管立柱之间每隔3 m，采用200 mm×73 mm×7 mm槽钢联系，可以满足强度和稳定性的要求，立柱地基左线采用1 m宽、最小0.8 m厚钢筋混凝土条形基础，其中1号、4号刚架在混凝土挡土墙上浇筑条形基础，不需处理，2号、3号刚架在浇筑条形基础前必须检测基底承载力，承载力不足400 kPa，做换填处理后检测达到承载力要求方可浇筑此段条形基础。右线采用1.2 m宽，1.2 m厚 C20钢筋混凝土条形基础，1号，2号，3号，4号刚架在浇筑条形基础前必须检测基底承载力，承载力不足300 kPa，做换填处理后检测达到承载力要求方可浇筑此段条形基础。

3 结语

横跨既有铁路线部分采用钢管柱加纵向工字钢、横向贝雷片形成钢构防护棚架，上部满堂支架是横跨既有线桥梁最常用的支架方法，方案设计时必须对支架承载能力、刚度及稳定性进行验算，以确保在实际施工中支架不出现安全问题，保证铁路行车安全。因此支架验算显得尤为重要。

［1］JGJ 128—2000，建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范［S］.

［2］GB 50204—2002，混凝土结构工程施工质量验收规范［S］.

［3］GB 50300—2001，建筑工程施工质量验收统一标准［S］.

［4］江正荣.建筑施工计算手册［M］.北京:中国建筑工业出版社，2003.

［5］《建筑施工手册》编委会.建筑施工手册［M］.第5版.北京:中国建筑工业出版社，2012.

［6］GB J18—87，冷弯薄壁型钢结构技术规程［S］.