预制空间有限的顶进桥施工技术浅析

石敏

【摘 要】以九江站改造青年南路框架桥施工为例，本工程是在原京九线九江青年路下穿铁路立交桥的基础上扩建，新桥中心线在原桥中心线向南昌方向偏移3.5米。原设计为既有京九上、下行线下框架采用顶进，新增线下框架就位预制节正位现浇。由于工期紧，框构主体变更为全部采用顶进施工。经现场调查，预制框构受地形空间的限制，框构桥分成四节预制，在线路两侧左右交错布置，既有铁路采用24m D型便梁加固及16m工字钢加固线路，再顶进。针对框架涵切割施工、便梁架空施工、顶进施工等进行了详细论述，为今后类似的施工积累了经验，提供了参考。

【关键词】框架桥；便梁；切割；施工；顶进

一、工程简介

本工程是在原京九线既有框架（4m+8m+4m）改建，改建后框架桥孔径布置为：6m+12.5m+12.5m+6m，全长42.13m，框构长28.6m，新桥中心线在原桥中心线向南昌方向偏移3.5米。

二、总体施工方案

原设计为既有京九上、下行线下框架采用顶进，新增线下框架就位预制节正位现浇。由于工期紧，框构主体变更为全部采用顶进施工。经现场调查，预制框构受地形空间的限制，故考虑将框构分成四节预制，在线路两侧左右交错布置，既有铁路采用24m D型便梁加固及16m工字钢加固线路，再顶进。其中九江端右侧预制京九左右线及武九客联上行疏解线3股道的（6.5+12.5m）框架①节17.1m，左侧预制武九客联2股道的（6.5+12.5m）框架②节11.5m；南昌端左侧预制武九客联及京九左右线4股道的（6.5+12.5m）框架③节22.1m，右侧预制武九客联上行疏解线1股道的（6.5+12.5m）框架④节6.5m。顶进顺序依次按照1#→3#→2#→4#的顺序进行顶进。

新建框架桥顶进前，先对九江侧（6.5+12.5m）框架节对应位置线路进行加固，待①、②节就位后，纵移D型梁、拆除工字钢；对庐山侧（6.5+12.5m）框架节对应位置线路进行加固，再将③、④节顶进就位。九江端支墩采用挖孔桩基础，24m便梁庐山端支撑在既有京九铁路框架桥上。顶进过程中，需拆除既有京九铁路框架桥中孔及九江侧边孔。庐山端支墩采用挖孔桩基础，24m便梁九江端支撑在已就位的九江侧新建顶进铁路框架桥上，顶进过程中，拆除既有京九铁路框架桥庐山侧边孔。本次改造采用既有桥同步拆除改建，新桥建成后，道路中心较现在偏西3.5m。

三、施工流程

施工顺序为：基坑开挖--框架桥预制--后背墙制作—拆除部分既有框架涵--九江端线路加固--九江端框架桥顶进--庐山端线路加固—拆除剩余部分既有框架涵--庐山端框架桥顶进--线路恢复。为缩短总体工期，桩基施工与框架节预制同步施工。

四、框架涵切割施工

本工程原结构为三跨框架涵，现因地方改造要求，该涵原位靠九江端两跨为新涵设计位置，在顶进替换时需要将九江端两涵（主、副）移除，因此必须先将九江端两涵与南昌副涵断开。本次拟采用片锯和链锯切割的方法解除框架涵的连接，其特点是施工时间短，所需人工和机械少。切割设备采用瑞士进口的HILTI（喜利得）切割设备，包括D-LP32片锯切割设备和DS-LP32链锯切割设备。本次先采用片锯切割框架涵下部砼体——两道切割缝，同时人工配合凿除已切割好的下部砼体——两道切割缝之间凿成U型槽，待下部砼体切割完成后返回最先切割侧，链锯切割顶板砼体。由于下部砼体链锯操作困难，厚度达1.4m，片锯切割一次不能解除连接，必须分成两次切割，每次切70cm厚。切割时先用片据切两条间隔70cm的缝，人工配合凿除两缝间混凝土成U型槽，在U型槽内重新安装切割机，将整个砼底板切开。上部混凝土在顶板上用取芯机钻两个孔（位置约在沉降缝两侧涵平均分为四段），通过钻孔和沉降缝安装链锯进行切割。

（一）片锯切割工艺

1.确定需要切割的位置，弹好墨线。

2.钻膨胀螺栓孔，打膨胀螺栓，安装切割设备。

3.安装连接电源、水源。

4.开动油压泵，运转机头，进行切割。

5.切割到位，拆除设备，移到下一点继续安装切割。

（二）链锯切割工艺

片锯切割完成后，进行链锯切割框架涵上部。

1.根据需切割的位置，用钻机钻穿链锯的工艺孔。

2.钻膨胀螺栓孔，打膨胀螺栓，安装切割设备及链锯。

3.连接电源、水源。

4.开动机器，运转机头，进行切割。

5.切割到位，拆除设备，移到下一點继续安装切割。

五、便梁架空施工

（一）架空部分养护

为较好地掌握D24便梁变化，在便梁两端两外侧各设一观测桩，对架空过程中便梁的状况进行随时观测，确保线路的稳定，保证列车的平稳运行，同时应经常检查架空便梁及线路扣件的扣紧度。

对于水平（三角坑）、高低，做到每过一趟车检查一次，检查轨距、水平用道尺，检查高低用目视，发现超保养标准立即进行处理。

各种检查要用规定的检查记录簿作好记录（线路检查记录簿、道岔检查记录簿、曲线正矢检查记录簿），作业要实行记名制，若发现作业质量不良，便于分析和追查责任。

（二）D24m便梁纵移

1.在封锁前一天将D24m便梁牛脚部位分解并将两线间2片便梁联结成整体。

2.封锁命令下达。

3.安装四对牛腿，将四米钢枕横架在便梁上。

4.将牛腿与钢枕用螺栓联结。

5.将D24便梁一头顶起，高度为高于支点70mm，安装两侧小台车、加垫临时垫块，落便梁在小台车上。

6.重复e工序，将D24便梁的另一头落在小台车上。

7.牵引小台车将D24便梁纵移24米到架设位。

8.将D24便梁的一头顶起2cm，拆除小台车落梁至支点上。

9.重复h工序，将便梁的另一头落至支点上。

10.解除封锁，开通线路。

六、顶进施工

施工按先后顺序分为基坑开挖、框架桥与后背墙制作、线路加固、框架桥顶进、线路恢复六部分。为缩短总体工期，桩基施工与框架节预制同步施工。

（一）基坑开挖

工作坑设在既有京九线两侧预制，基坑开挖边线距线路中心最小距离不小于3.5m，1号基坑尺寸为25.65×28.6m，2号基坑尺寸为25.65×23m，3号基坑尺寸为25.65×33.6m，4号基坑尺寸为25.65×18m，邻近既有线一侧，基坑开挖坡度为1：1.5，其余为1：1。

（二）滑板制做

滑板制做轴线与框架桥轴线重合，滑板面积大于框架桥投影面积每侧1m，尾端与后背梁相接，框架桥尾端距后背梁净距2.0m，以确保200t顶镐及顶铁能顺利装入。滑板采用C20钢筋混凝土，厚为0.3m。

1.滑板施工程序：

原地面夯实→10cm厚碎石垫层→30cm厚C20砼滑板→1mm石蜡→1mm润滑油→3mm油毡→1mm润滑油→3mm油毡。

2.滑板顶面顺顶进方向预留4‰的预仰坡，以减少顶进中出现的扎头现象，施工中应严格控制滑板面平整光洁度。

3.地锚梁与滑板砼一起灌注，锚梁宽0.5m，深0.5m，垂直于桥中线布置。

4.在滑板前端做船头坡，长1.0m，高0.1m，上铺隔离层。

（三）后背制作

1.计算说明

本工程采用便梁架空顶进方法，后背墙最大顶力为框架涵的自重的1.2倍。本工程顶进时顶板及两侧的土体基本掏空，摩擦力基本上只有底板的摩擦力，故左右侧各取后背墙最大顶力为22.1m和17.1m框架节自重的1.2倍。顶进时采用200t千斤顶。

依据现场基坑编号依次计算如下：

1#基坑预制17.1m框架，顶进距离：17.6m

G自17.1=52.64×17.1×2.55=2295T

F右侧max顶=1.2·G自=1.2×2295=2754T=27540KN

M倾覆=Fmax顶×l0=27540×0.2=5508KNm

油顶数n=2754÷200÷0.8=17.2台 为平衡取18台。

2#基坑预制11.5m框架，顶进距离：5.6m

G自11.5=52.64×11.5×2.55=1544T

F11.5顶=1.2·G自=1.2×1544=1853T=18530KN

M倾覆=Fmax顶×l0=18530×0.2=3706KNm

油顶数n=1853÷200÷0.8=11.6台 为平衡取12台。

3#基坑预制22.1m框架，顶进距离：12.5m

G自22.1=52.64×22.1×2.55=2967T

F左侧max顶=1.2·G自=1.2×2967=3561T=35610KN

M倾覆=Fmax顶×l0=35610×0.2=7122KNm

油顶数n=3561÷200÷0.8=22.3台 为平衡取24台。

4#基坑预制6.5m框架，顶进距离：5m

G自6.5=52.64×6.5×2.55=873T

F6.5顶=1.2·G自=1.2×873=1048T=10480KN

M傾覆=Fmax顶×l0=10480×0.2=2096KNm

油顶数n=1048÷200÷0.8=6.6台 为平衡取8台。

按照设计图先顶进九江侧框架节，再顶进庐山侧框架节，故油顶最大需求量为32台，考虑油顶工作故障等特殊原因，多备4台，共需油顶36台。

2.后背墙结构形式及结构尺寸拟定

根据初步方案确定1#、3#采用钢筋混凝土墙做顶进后背，2#、4#由于离民房较近，为确保民房安全，采用钢筋混凝土墙+挖孔桩做顶进后背。现初步拟定后背墙结构尺寸：

桩基：单排布置，共6根桩，桩距3m，桩径φ1.0m，长7m，主筋采用Φ20@300；混凝土采用C25。

后背：截面尺寸：宽×高：1.5×3.5m，纵向长22米。采用钢筋混凝土材料。后背墙自滑板埋入2.5m，外露1.0m。

3.检算后背墙稳定性

（1）桩基水平承载力验算

RH=ηbRh

式中：ηb-群桩效应综合系数，由《桩基规》查取，这里取0.85；

Rh-单桩水平承载力设计值

当缺少单桩水平静载试验资料时，可按下式估算桩身配筋率小于0.65%的灌注桩水平承载力设计值Rh

式中：号根据桩顶竖向力性质确定，压力取“+”，拉力取“-”

-桩的水平变形系数（1/m），

其中 m-地基土横向抗力系数的比例系数，查表m=60×106N/m4

b1-桩的截面计算宽度，b1=0.9×（1.0+1）=1.8m

EI-桩身抗弯刚度，EI=6.96×109

-桩截面抵抗矩塑性系数，圆形截面=2，矩行截面=1.75；

-桩身混凝土抗拉设计强度，C25混凝土=1.26Mpa；

-桩身换算截面受拉边缘的弹性抵抗矩，圆形截面为：

其中 -扣除保护层的桩直径，=0.96m；

- 钢筋弹性模量与混凝土弹性模量的比值；

；

-桩身最大弯矩系数，查表取值为=0.768；

-桩身配筋率，=0.28%<0.65%；

-桩身换算截面面积，对圆形截面为：

-桩顶竖向力影响系数，竖向压力取=0.5。

把数据带入各公式，可得：=0.435，=0.1012，=397KN

6根桩总共能承受的水平承载力： RH =0.85×397×6=2024.7KN

① 2#、4#后背被动土压力计算（采用朗肯土压力理论）

2#、4#后背墙根据地质资料显示主要以硬塑性粉质黏土为主，其物理力学的参数：内摩擦角=15°，粘聚力c=18kpa，基底摩擦系数=0.5，密度=2.0×103kg/m3

被动土压力系数：

土压力应力公式：

ho-墙后有超载q作用时的等效高度：ho=q/

-在顶层和底层土的高度

-土的容重，=g=2.0×103×10=20KN/m3

A 桩基的被动土压力计算（桩长全长7m，取5m桩长的范围计算）

=20×0×1.4996+2×18×1.2246=44.10kpa

=20×5×1.4996+2×18×1.2446=247.8kpa

M抗倾覆1p=×2.5=15324KNm

B 同理可以后背墙被动土压力及抗倾覆弯距：

E2p=11800.8KN M抗倾覆2p=29529.5

基底摩擦力计算

后背自重：G1=1.5×3.5×2.5×10×22=2887.5KN

F抗滑=G1=0.75×2887.5=2165.6KN

M抗倾覆 =G1×0.5=1082.8KNm

抗滑稳定性检算 （取2#框架节检算）

抗倾覆稳定性检算

故后2#、4#后背墙稳定性可以满足要求。

② 1#、3#后背被动土压力计算（采用朗肯土压力理论）

1#、3#后背墙根据地质资料显示主要以风化岩为主，其物理力学的参数：内摩擦角=50°，粘聚力c=20kpa，基底摩擦系数=0.5，密度=2.4×103kg/m3

被动土压力系数：

土压力应力公式：

土的容重，=g=2.4×103×10=24KN/m3

后背墙被动土压力及抗倾覆弯距：

=24×1×7.5486+2×20×2.7475=291.1kpa

=24×2.5×7.5486+2×20×2.7475=562.8kpa

M抗倾覆1p=×2.5=85923.6KNm

基底摩擦力计算

后背自重：G1=1.5×3.5×2.5×10×23=3018.8KN

F抗滑=G1=0.75×3018.1=2264.1KN

M抗倾覆 =G1×0.5=1082.8KNm

抗滑稳定性检算 （取3#框架节检算）

=

抗倾覆稳定性检算

=

故后1#、3#背墙稳定性可以满足要求。

4、框架顶进

①顶进动力系统设置

顶进采用200T油顶，按照设计图先顶进九江侧框架节，再顶进庐山侧框架节，故油顶最大需求量为32台，考虑油顶工作故障等特殊原因，多备4台，共需油顶36台。共设动力泵站4台。所有油顶靠框架两侧布置。

②顶铁设置

顶铁采用钢筋混凝土制作，尺寸为0.45m×0.45m×1m，在油顶后直线摆放。最大顶进长度为17.7m（1#框架节），按此预制顶铁数量。

③顶进顺序

先使用人工配合机械出土，依次按照1#→3#→2#→4#的顺序进行顶进。

七、结束语

昌九城际九江站改的桥涵施工中，技术要求高，工期紧，施工任务重。我单位在保证质量和满足工期的要求下优质高效的完成了任务，为今后类似的施工积累了经验，提供了参考。

参考文献：

[1]《客货共线铁路桥涵工程施工技术指南》 TZ203-2008

[2]《铁路桥涵工程施工质量验收标准》 TB10415-2003

[3]《高速鐵路桥涵工程施工技术指南》 中国铁道出版社