温州市铁路与轨道交通投资集团有限公司 浙江温州 325000
摘要：结合温州市域铁路S1线一期工程灵昆特大桥路中高架区间桥梁施工，介绍了采用可倒用的混凝土预制构件作为单层钢管立柱贝雷梁支架扩大基础在桥梁上部结构现浇施工方面的应用，供同类型工程施工时参考。
关键词：市域铁路；现浇箱梁；预制构件；支架基础；施工应用
市域铁路，又称为通勤铁路，其线路周边条件较一般铁路复杂，多位于或邻近城镇区域，需跨越众多既有道路、河道，因此桥梁上部结构跨度和形式多样，较难采用预制架设或者移动模架施工工法，现市域铁路的桥梁上部结构多采用支架法现浇施工。
在支架法施工工艺中，钢管立柱贝雷梁支架是一种很成熟的支架体系，由于支架材料制式化，现场加工零构件数量少，施工效率高，在桥梁施工中得到广泛应用，根据桥梁跨度和基础条件，贝雷梁采用双层整跨或者在跨中设置临时支墩的单层短跨度支架。由于跨中临时支墩的基础设置费用高，钢管立柱和分配梁等材料用量大，同时对地基条件要求较高，因此单层短跨度支架的应用受到很大局限，但相对于双层整跨贝雷梁支架而言，单层贝雷梁支架安装拆除简便，对机械设备和支架材料要求低，支架结构整体失效造成灾难性后果的安全风险低，若能够充分利用地质条件，解决传统支架基础材料无法倒用，一次性投入过大的问题，则在特定场合，单层贝雷梁支架方案有着较大优势，应予以推广应用。
一、工程背景
温州市域铁路S1线一期工程灵昆特大桥位于瓯江入海口处，连接瓯江南岸与灵昆岛，跨越瓯江后穿越灵昆岛延伸至灵昆车辆段，设计为双线铁路桥梁，采用现浇施工。
主桥灵昆岛段线路条件复杂，穿越滩涂、农田、村庄和道路，部分线路为路中高架，墩位位于在建市政道路绿化带中央。
上部结构主要有30m/35m简支梁、5×35m道岔连续梁、（40+60+40）m跨道路连续梁等几种梁型。桥位处地质条件较差，为典型的沿海软弱地基，表层软弱土层深度达30m，地基承载力差，施工方案前期策划时，简支梁和道岔连续梁采用双层贝雷梁支架施工，跨道路连续梁采用挂篮悬臂浇筑施工。
由于市政道路与S1线桥梁同步施工，且所在区域为填海造地形成的滩涂，需先进行软基础加固处理，然后堆载宕渣预压，S1线项目进场时正进行软基加固施工，受交叉施工影响，灵昆特大桥244#～291#墩路中高架段工期较原计划工期严重滞后，一直无法正常施工。现场剩余30m/35m双线简支箱梁21跨，5×35m道岔连续梁3联（共15跨），（35+50+35）m、（40+60+40）m跨道路连续梁3联（共9跨），从场地交付开始钻孔桩施工到箱梁现浇施工完成工期仅剩8个月，且工期需跨春节，实际有效工期仅为7个月，跨道路连续梁挂篮施工工期明显不足，简支梁和道岔连续梁近1.2km长的施工区域支架需达到满铺状态方可完成，材料和设备组织困难，按常规施工组织根本无法完成，项目工期和成本压力极大。
二、施工组织策划
1.施工组织和资源投入
项目剩余工期极短，下部结构施工可以通过增加钻机和钢板桩投入加快进度，但上部结构施工复杂，各工序所需时间压缩空间极小，即使采取赶工措施亦无法逾越，按常规施工组织不可能安全完成，必须对原有施工方进行优化调整。
参照以往项目赶工经验，通过设计变更将跨道路连续梁由挂篮节段悬臂浇筑施工调整为分成3段大节段支架法现浇施工，创造赶工条件，每联耗时70天，可按期完成。考虑到施工场地条件已发生变化，可利用已形成的市政道路有利地基条件设置跨中临时支墩，简支梁和道岔连续梁改用采用单层贝雷梁支架施工，增加工作面，多点同步施工，简支箱梁和5×35m连续梁节段按20d/跨进行工期筹划。
考虑到跨道路连续梁支架整联搭设，材料需求量大，为避免材料单独投入，采用单层贝雷梁支架，与简支梁已经道岔连续梁材料灵活倒用，使用碗扣支架调整梁底线型。
支架和模板数量投入情况详见下表：
表1 244#～291#墩箱梁施工工期安排和支架模板资源投入情况
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2.方案调整重点考虑的问题和对策
箱梁现浇采用中间设临时支墩的单层贝雷梁支架方案，支架结构应安全可靠，施工工期能够满足要求，临时支墩增加的投入与工期延误后的增加项目固定支出作对比应有经济优势，支架材料应便于倒用，能够满足进度需求，取得良好的经济和社会效益，力争项目综合成本最低。在方案策划阶段，重点考虑以下几方面的问题：
（1）地基稳定性问题：在既有地基条件下设置扩大基础，虽然道路经过堆载预压，其理论设计承载力能够满足支架受力要求，但地基是否真正稳定尚有待验证。方案策划阶段现场对临时支墩进行了堆载预压试验，按照120％荷载进行预压，经验证地基承载力能够满足要求，荷载加载至50％时基础沉降趋于稳定，50％至120％加载阶段基础沉降值小于5mm，主要沉降发生在加载前期，加载48h后日沉降量小于1mm，累计最大下沉量小于20mm。地基承载力及沉降能够满足箱梁支架现浇施工要求，方案可行。
（2）支架成本控制问题：与双层贝雷梁支架相比，虽单层贝雷梁梁片用量减半，但临时支墩钢管和基础混凝土用量大，按常规原位现浇混凝土基础的方法施工成本较高，混凝土一次性投入浪费严重，若成本问题无法解决，则单层贝雷梁方案方案无优势可言。主要采取了以下几种措施控制成本：
① 贝雷梁片安装设备调整：双层贝雷梁安装需两台吊机抬吊，对设备要求较高，而单层贝雷梁重量减半，现场对接方便，可采用1台汽车吊机整段或分节段起吊安装，同时对运输车辆的要求显著降低，可减少现场施工机械设备数量，降低成本；
② 调整钢管立柱规格和数量：单层贝雷梁支架钢管立柱受力小，材料规格较双层贝雷梁支架立柱要求低，虽然跨中临时支墩增加了钢管数量，但通过减少边墩钢管数量、降低材料规格等措施，钢管实际用量增加有限，经测算贝雷梁租赁以及安装和拆除所需费用与钢管立柱增加的工程量费用持平，成本可控；
③ 支架跨度标准化设计：单层贝雷梁支架跨度设计为6m和9m两种常用跨度，简支梁与连续梁支架钢管、分配梁等材料统一规格，便于灵活倒用；
④ 采用可倒用的预制混凝土基础：由于施工区段地基稳定，条件基本一致，采用可倒用的钢筋混凝土垫板和混凝土底座作为临时支墩基础，材料具有通用性，可一次投入多次使用，原地面找平后采用压路机碾压密实，地面铺垫河沙找平后即可安装基础，施工便捷，综合成本低；
⑤ 统筹安排支架材料：由于支架材料具有通用性，不存在双层贝雷梁支架材料需整跨制备，材料用量大，支架制作周期长、调整困难等问题，材料倒用次数增加可有效降低施工成本。现场可通过微调施工顺序、材料消耗量大的工点增加劳动力和机械设备投入等措施提前完成施工，可节省材料使用量；
（3）支架材料后续利用问题：支架设计时选用的材料规格均为常用规格，所用的钢管柱、分配梁等除用于支架外，后续可周转用于栈桥、平台等施工，较双层贝雷梁支架方案而言，更有利于倒用。临时支墩混凝土预制件，设计时考虑起重吊装、运输等问题，使用完成后可以周转用于其他项目，如预制混凝土垫板可用作支架预压或者铺垫施工便道等，可做到一次投入、多次使用，综合成本低。
三、支架设计施工
（1）简支梁、5×35m道岔连续梁支架设计
30m/35m双线简支梁现浇支架按3跨或4跨布置，承台上设置2根φ530*8mm钢管桩作为边跨支撑桩，跨中设置2排或3排中间支墩，每排设置4根φ530*8mm钢管桩，采用2.0m×2.0m×0.6m混凝土基座和2.0m×6.0m×0.2m钢筋混凝土垫板作为扩大基础。
5×35m双线道岔梁现浇支架按4跨布置，承台上设置3根φ530*8mm钢管桩作为边跨支撑桩，跨中设置3排中间支墩，每排设置5根φ530*8mm钢管桩，基础形式同简支梁支架。
以5×35m道岔连续梁支架为例，布置形式分别如图1、图2所示：
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图1 5×35m道岔连续梁支架纵断面布置示意图
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图2 5×35m道岔连续梁支架横断面布置示意图
（2）3跨连续梁支架设计
3跨连续梁支架采用单层贝雷梁支架，贝雷梁上采用扣件式钢管脚手架调整梁底线型，在中墩和边墩承台上各设置3根φ530*8mm管桩做支撑桩，边跨跨中设置4/5个中间支墩（35m边跨4个中间支墩，40m跨边跨5个中间支墩），中跨跨中设置8个中间支墩。每个中间支墩设置4/5根φ530*8mm管桩（近中支墩处第一排中支点为5根管桩）。
支架具体布置形式分别如图3、图4和图5所示。
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图3（35+60+35）m连续梁支架纵里面布置示意图
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图4（40+60+40）m连续梁支架纵里面布置示意图
（3）混凝土扩大基础设计
中间临时墩预制混凝土基础采用二阶设计，基础为钢筋混凝土结构，基础顶预埋12根φ20预埋螺杆，并安装δ=16mm钢板作为与立柱的连接构件，为方便吊装作业，预埋4根φ20的圆钢作为吊点。基础底面尺寸2.0m×2.0m，一阶尺寸1.2m×1.2m×0.4cm；二阶尺寸2.0m×2.0m×0.22m，总高0.6m（重约4.576t）。
支架搭设前，将管桩基础范围进行整平碾压后，铺设4.0m×2.0m×0.2m预制钢筋混凝土垫板（重约4.16t），然后安放预制基础，独立基础与垫板之间采用细沙铺垫找平。
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图5（35+60+35）/（40+60+40）m连续梁支架横断面布置示意图
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经计算，钢管立柱最大支反力为797.5Kn，根据地勘报告，原地面上层覆土为粘性土，土层厚度1.4m~2.8m，地基承载力为115kpa。选取石渣厚度1.2m（容重18.1kN/m3），地表覆土最小厚度1.4m（容重14.0kN/m3）最不利条件进行中支墩独立基础地基承载力验算。
垫层下石渣地基压力扩散角取30°。
石渣面层基础附加应力：
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原粘性土面层附加应力：
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地基承载力满足要求。
（4）支架管桩基础
① 承台上支架基础施工
承台施工时按照设计图纸对应的位置在承台顶面预埋管桩支架柱脚锚栓。锚栓采用12根φ20预埋螺杆。支架施工前清理预埋件顶面，复测预埋件标高，清除外露螺栓上杂物，将支撑管桩底口法兰盘通过螺栓与承台预埋板固定、密贴。
② 支架跨中钢筋混凝土独立基础施工
a.依据设计图纸，测量放出跨中支点基础位置后，采用挖掘机清除表面的软土（主要为承台开挖时放置在跨间的软土），回填宕渣与既有路面齐平或略高于原既有路面，采用20T振动压路机碾压整平，碾压遍数不少于6～8次，直至宕渣表面无明显轮迹为止，确保碾压地基承载力不小于200kpa；
b.地表处理完成后，地面铺垫3～5cm厚的中粗砂并找平，采用25t吊机吊装摆放6.0m×2.0m×0.22m钢筋混凝土预制垫板至已检验合格的基础设计位置，然后摆放预制混凝土扩大基础，基础与混凝土垫板间抄垫0.5cm厚细砂，确保密贴；
c.对已安装到位的扩大基础，验收基础与地基的接触情况，清理外露螺栓及钢板上的杂物，测量复测其标高；
d.为防止阴雨天气雨水冲刷垫板下方中粗砂造成空洞影响受力，扩大基础安装完成后使用砂浆沿垫板四周抹面封闭。
四、结语
温州S1线一期工程灵昆特大桥路中高架段桥梁现浇采用单层贝雷梁支架施工，将挂篮悬臂节段浇筑变更支架法大节段现浇，有效节约了工期，同时单层贝雷梁的应用降低了支架组装与拆卸量，节约了材料租费、人工以及机械成本，使得有限工期内以较少投入增加工作面成为可能。支架跨中临时支点使用可倒用的预制混凝土扩大基础，很好的解决了传统扩大基础施工成本高、浪费严重的问题，施工速度快，安全风险低，可供同类型桥梁施工参考。