跨铁路承台施工方案

上海中环线（浦西段）A1.2标军工路立交工程

跨何杨铁路承台、箱梁支架施工方案

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中铁四局集团上海中环线（浦西段）A1.2标军工路立交工程

项目经理部

二OO五年四月四日

1、工程概况：

中环线A1.2标军工路立交工程是上海市中环线（浦西段）的重要组成部分，是中环线上一个非常的节点工程，位于军工路和翔殷路交汇处，南北向长1013米，东西向长805米，设计为6条匝道，1条主线。该梁主线桥长955.72米，墩号为ZH1~ZH29墩，跨径平均长为35米；WE匝道全长6.75米，WE1~WE34墩，平均跨经为35米，EW匝道全长657.33m，墩号为EW0-EW29平均跨径20米；NS匝道全长763.67米，墩号为NS1-NS33，平均跨径为25米；NW匝道全长155.14米，墩号为NW1-NW9，平均跨径为20米；WN匝道全长256.62米，墩号为WN1-WN15，平均跨径为17米；SN匝道全长286.55m米，墩号为SN1~SN12，平均跨径为24米。其中主线桥梁平均宽35.59米，匝道平均宽8.5米，主线墩柱采用单柱或双柱，Y型钢筋砼匝道墩柱采用Φ1.6米、Φ2.2米圆形钢筋砼，墩柱上部结构采用现浇钢筋砼梁。

其中ZH10~11、EW18~19、WE13~14跨越何杨铁路，给施工带来了一定的难度，基础、立柱等结构施工均受铁路运输制约，如何制定合适的方案最大限度地减少对铁路运输的影响，是本工程的一大难点。其中WE13、WE14、EW18、EW19 距离铁路较近，最近的有7m，最远的也仅8.27m。采用插打钢板桩进行支护，外围再采用φ800旋喷桩进行围护，具体设计请参照图纸和计算书。

2、编制依据

2.1建筑施工安全检查标准JGJ59-99；

2.2《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》JGJ130-2001；

2.3上海市《建筑施工普通脚手架安全技术规定》；

2.4上海市《高层建筑钢管脚手架施工规定（试行）》；

2.5《公路桥梁及木结构钢结构设计规范》

2.6《建筑结构荷载规范》GB50009

2.7《建筑地基基础设计规范》GBJ7

3、承台施工方案

3.1、施工前准备

先进行道口两侧场地平整,清除地面障碍物,设置道口护栏及临时看守房。与铁路管理部门签订施工协议和铁路行车安全协议,配备通讯和联络设备。设备机具、人员持证上岗、原材料检验报验。

3.1.1、跨铁路承台结构尺寸表

序号	墩（台）号	承台标高（m）		承台中心距铁路距离（m）	承台尺寸（m）	备　注
		承台底	承台顶
1	ZH10左	0.800	3.000	16.81	9.6*5.6*2.2	铁轨标高为4.510
2	ZH10右	0.800	3.000	18.96	7.6*5.6*2.2
3	ZH11左	0.800	3.000	19.20	7.6*5.6*2.2
4	ZH11右	0.800	3.000	15.60	7.6*5.6*2.2
5	EW18	0.55	2.35	6.24	15.572*3.6*1.8
6	EW19	0.53	2.33	8.70	14.906*3.6*1.8
7	WE13	0.700	2.500	7.00	4.6*4.6*1.8
8	WE14	0.700	2.500	8.00	4.6*4.6*1.8

3.2、承台开挖地基处理

3.2.1、概况

本工程承台位于铁路沿线附近，根据EW匝道和主线ZH承台开挖的施工经验和地质勘察报告资料，该承台土质极差，而地下水位高，属潜水类型，又由于货运铁路沿线对铁路沿线的路基侧压力较大，对今后承台的开挖施工有很大的影响。所以在开挖时，普通的插打钢板桩的方法已不再适用，需进行特殊的保护措施，以保证铁路营运的安全。所以根据现场情况及地质概况，EW、WE匝道拟用钻孔灌注挡土桩加搅拌桩的支护方法，ZH主线采用旋喷桩止水及普通钢板桩支护。本承台开挖深度约5m，再加上开挖施工的弃土，基坑将达6m，列车的自重与列车行驶产生的振动荷载对基坑以及铁路路基的稳定性产生极为不利的影响。在经过各方面综合考虑后，决定采用挡土灌注桩进行深基坑围护，桩位布置平距为1m,在承台边界线1.2m处进行钻孔桩桩位放样，具体施工方案按照钻孔桩施工方案施工，同时在施工过程中也要进行地下管线的保护，在探明管线后再进行施工。（钻孔桩的深度尺寸及配筋见下面的计算数据）

由于所处地段为砂土层，地下水位浅，含水量较高，全是灰色粘质粉土和弹性淤泥土，土质不均匀，地基承载力差，该土层在开挖时极易加快铁路路基产生流沙现象。在列车荷载的不断振动挤压下，挡土桩外侧的土可能会从桩缝里不断挤压出以及加速基坑周围水的流失，最终导致铁路路基下沉，所以在钻孔桩施工完毕后在桩位外侧1.2m处范围内再加φ800旋喷桩进行止水处理（详见附图）。

a、EW、WE匝道承台施工

由于EW、WE匝道承台距铁路较近，本匝道承台边线最外边3m处（承台边线到旋喷桩中心）采用φ800旋喷桩进行止水；承台边线最外边2 m处（承台边线到钻孔灌注桩中心）处进行第二道加固措施，采用φ800钻孔灌注桩进行挡土作用，以加固铁路运行安全保证承台施工正常进行。（承台内具体防护、施工按常规）

b、主线承台施工

    由于ZH主线承台距铁路较远，本主线承台外围采用旋喷桩进行止水（承台边线至旋喷桩中心2.2m），在承台1.2m处采用加密普通钢板进行支护, 承台内具体防护、施工按常规进行施工。

3.2.2、高压旋喷桩施工

1）施工参数

采用新两重管法施工，根据本单位以往经验及结合本工程点，主要施工参数如下：

施工参数表

序号	机  具	压  力	流  量	机具功能
1	空压机	0.6～0.8Mpa	1.0m3/mim	辅助切割土体,搅拌水泥土的混合物,扩大加固桩径
2	泥浆泵	0.5～0.6 Mpa	80L/mim	将水泥浆混入被割破碎的土体
3	喷射钻机	提升速度:8～25cm/ mim 旋转速度:8～12r.p.m		喷射注浆的实施

设备配备

地基加固共配备2套旋喷设备，每套设备主要有：

设备名称	型号	数量（台）	设备名称	型号	数量
旋喷机	GPS2000型	1	污水泵	常规	3台
空压机	6方/分	1	灰净浆搅拌系统	常规	1套
液压钻机	GXY-1型	2	泥净浆泵	HB80型	6台

3）浆液及配比

本工程高压喷射注将浆所用材料为425＃普通硅酸盐水泥，水灰比0.5。

4）施工工艺流程

a流程图

4)施工流程

a、准确确定孔位；

b、液压钻机就位钻孔；

c、高喷台车将喷头贯入到加固设计底部深度；

d、将喷头提出地表清洗及移位。

5）施工方法

（1）施工现场准备

旋喷施工的最大电力要求180KW，设备材料堆场200m3。

（2）泥浆管理及外运

充分利用现场原有泥浆池及排浆沟，并根据旋喷桩具体桩位砌出临时性排浆沟，浆池的泥将待干燥后按土方及时外运到业主指定的处理场地。

（3）施工安排

旋喷桩施工采用跳打方式进行，并根据现场条件加以调整，以保证施工工期。

6）为了保证深层旋喷桩的质量，施工过程中必须做到以下几点：

（1）钻机就位与设计位置偏差小于5cm，垂直偏差度小于1%；

（2）施工时严格控制各种施工参数，发现问题及时汇报处理；

（3）现场施工做到及时记录、及时整理、及时汇报处理；

（4）在施工时严格遵守操作规程，班长和技术员严格进行质量自检。

3.3、挡土钻孔灌注桩的设计和计算

根据中环线军工路地质勘测报告，在地表6m以下以砂土为主，查土的内摩擦角表可得取，土体重度按天然平均重度

3.3.1、桩深计算

地面荷载：履带吊车或挖掘机在周围时可按P=10计算

基坑深度由于弃土高度的影响采用6m计算，土的天然重度，则施工时的机械荷载等效高度

综合重度： 

主动土压力系数： 

被动土压力系数： 

被动土和主动土综合区深度： 

桩基受拉区深度： 

综合主动土压力和： 

主动土压力重心高度： 

桩后土体综合压力系数： 

由m、n布氏理论曲线查表得

桩基受压区深度： 

桩基深度： 

3.3.2、最大弯矩计算 

最大弯矩为桩剪力为零处即得：

3.3.3、挡土灌注桩的截面设计

考虑采用C25水下混凝土，按照规范查表的C25最小配筋率为0.15%，配筋率大于或等于0.15%。截面设计尺寸的选择：根据上面的计算弯矩，选定材料，确定截面尺寸和配筋验算。

     作用在受弯构件荷载效应值（计算弯矩）

     受弯构件截面承载能力

即： 

已知挡土墙承受的最大弯矩，桩基直径A=502654mm2，选用2422 

（1）

且             （2）

                                   （3）

     混凝土抗弯曲强度设计值取13.5MPa；

     混凝土抗弯曲强度设计值，取340MPa；

r       圆形截面的半径；

A      灌注桩截面面积；

     纵向钢筋所在圆周的半径，取360mm；

     受压区混凝土截面面积的圆心角与的比值；

     纵向受拉区钢筋截面面积与全部纵向钢筋截面面积的比值，当〉0.625时， =0

将（1）（2）（3）式整理后，令

用试算法得=0.518

已知=0.46 将代入（3）得=0.214

将各值代入下式

满足设计需要。

3.3.4、过梁尺寸设计

（1）截面选择

     受弯构件计算截面上的荷载效应（计算弯矩）；

     受弯构件计算截面承载能力；

      混凝土轴心抗压设计强度；

      钢筋抗拉设计强度；

      按等效矩形应力图的计算受压区高度；

      截面宽度；

      截面有效高度,具体值为扣除底部混凝土保护层厚度后的梁高；

、      分别为混凝土和钢筋的材料安全系数；

     受压区高度界限系数，查表得二级钢筋为0.55；

＝A              受压区高度 

  其中、分别为过梁钢筋混凝土的均部荷载和过梁上人产生的集中荷载  

采用C25混凝土  

解方程得：x1=723mm   x2=16mm x1不适合超出梁高舍去

（2）求所需钢筋数量

将已知值及x2=16mm ＝A  

钢筋净间距：、12mm

设计配筋率

通过验算。

4、跨铁路立柱施工

　　跨铁路支架最大高度16m、最低9m,支架底搭在未回填的承台上，支架周围用密目网进行防护，以防止坠落到铁路钢轨上影响列车运行安全，其立柱施工按常规施工。

5、跨铁路箱梁施工方案

翔殷路西段与何杨支线铁路相交。既有翔殷路宽为20m，按设计扩建后该铁路道口处地面道路总宽为47.7m,其中左幅宽为24.7m, 右幅宽为23m。且主线ZH10(K4+578.68)～ZH11(K4+632.68),匝道EW18～EW19,WE13～WE14跨越何杨支线铁路。

箱梁跨铁路尺寸表

序号	墩（台）号	箱梁宽度（m）	箱梁跨铁路跨距（m）	立柱顶至钢轨净空（m）	备　注
1	ZH10	25.3	45	13.638	铁轨标高为4.510
2	ZH11	25.3		13.585
3	EW18	17.6	20	10.925
4	EW19	17.6		11.016
5	WE13	9.0	22	8.383
6	WE14	9.0		8.143

立柱施工完毕后，拔除钢板桩立即进行基坑回填，回填时分层进行并夯填密实。上部现浇砼箱梁施工前先对支架的基础进行处理，箱梁支架搭设成形式跨越何杨铁路支线。在EW匝道、WE匝道以及中环线主线横跨铁路处，由于ZH主线位置是在既有的翔殷路绿化带上，EW匝道、WE匝道在翔殷路两侧铁路两边的平房位置，因此必须对现浇砼连续箱梁的支架基础进行处理，并作地基承载力试验，承载力需达到计算要求，否则要进一步处理。处理的方法为，将铁路两侧的“门式”支架基础位置用重型压路机进行反复碾压至密实后铺设10cm厚的碎石垫层， 然后在上面浇筑50cm厚，150cm宽的钢筋砼条形基础；普通钢管支架基础的做法为，在碾压层上面铺设10cm厚的碎石垫层后浇筑15cm厚的砼硬化面层。箱梁支架基础处理完毕后，在支架基础的两侧修筑排水沟，以便将雨水及时排除，以免雨水浸泡基础从而引起支架基础产生沉降。箱梁支架搭设时严禁侵入铁路限界（铁路限界为：净空≥5.50m；水平距离距线路中心≥2.44m）。由于何杨铁路支线为单线铁路，因此跨越铁路的“门”型通道搭设的宽度和高度在满足铁路限界的基础上,留有适当的富余量,采用ф609㎜钢管支墩,工字钢纵横梁搭设,详细结构见附图

跨铁路吊装工字钢时，必须事先与铁路调度部门取得联系，利用货物列车的行车间隙进行吊装作业，在吊装过程中随时与车站调度保持联系，及时掌握列车的运行情况，在尽可能短的时间范围内吊装完毕。

工字钢吊装完毕后在其底部挂设密目安全网，并在密目网上层的型钢空挡间铺设竹胶板，以防物体坠落。纵横梁上的脚手架必须使用脚托，防止火车震动脚手架钢管滑落，脚托上的水平纵横杆离脚托最大不超过20cm。

箱梁浇注具体施工方案按照中环线高排架施工专家评审方案书，结合铁路交通施工方案，浇筑箱梁混凝土时，须严格火车行驶速度（≤25Km/小时）,保证箱梁施工质量。

施工工序流程

6、设计方案计算书

6.1、ZH跨铁路主线支架计算方案

6.1.1整联梁荷载：

26KN/ m 3×1995=51870KN

面积载：51870KN÷115 m÷24.704 m =18.26KN/ m 2

支架产生的荷载：0.2KN/ m 3×7 m×9 m×24.704 m =3.1KN

人群产生的荷载：3KN/ m 2×7m×24.704 m =518.8KN

模板、方木自重：1KN/ m2×7m×24.704 m＝172.9 KN

振捣冲击荷载： 2KN/ m2×7m×24.704 m＝345.9 KN

施工荷载：3KN/ m2×7ｍ×24.704 m＝518.8 KN

支架上综合产生的荷载：N=18.26m 2×7m×24.704m+3.1 KN +518.8 KN+172.9 KN +345.9 KN +518.8 KN =5103.2KN

总面载：5103.2KN÷24.704 m÷7 m=29.5KN/m2

沿桥纵向荷载集度：q=29.5 KN/ m 2×0.5 m =14.8KN/m

跨中弯矩：M=ql2/8=90.65KN.m

6.1.2纵向型钢的选用

==

选用61H34型钢：Ix=13900 cm4  S*=4 cm3    Wx=817.6m3

挠度验算： l=7m  E=2.1×105MPa  

ƒ=5ql4/（384EI）=15.9m

[ƒ]=l/400=7m/400=17.5mm 

ƒ< [ƒ]

验算通过。

局部剪应力力验算：

剪力：Q=14.8N/m×7m/2=51.8KN

τ=QS*/Iδ=121.5Mpa<[τ] =170 Mpa中δ为腹板厚度δ=15mm

验算通过。

6.1.3.搭设在钢管上的横梁的选材

H型钢对横梁的压力：Qَ =14.8KN/m×7m÷2=51.8KN 

图乘法

跨中最大弯矩：M′=51.8KN×5÷2×1m－51.8 KN ×1.5m=51.8KN.m

Wx= 1.3M′/[σ]=1.3×51.8KN/205Mpa=328cm3

考虑选用2H24  Wx=382.7cm3   Ix=4592.7cm4   S*=233 cm3具体尺寸见下图：

6.1.4挠度验算：

ƒ=ωyc/EI=35.6KN.m2×1/2÷（EI）=1.8mm

[ƒ]=L/400=2/400=5mm   ƒ<[ƒ]  验算通过。

其中ω为M k的面积， yc为对应的 M竖标值。

6.1.5剪力验算：

支座处的剪力Qَ   =5 Q/2 =259KN.m

τ=QS*/Iδ=259×287/Iδ=131.4MPa<[τ] =170 MPa

验算通过。

6.1.6下部钢管桩的选用：

选用临界长细比[λ]=100，考虑选用Φ609mm厚度10mm的钢管。

每根钢管承受压力：F=N/32=137.9KN

Φ609mm钢管的临界压力： 

其中l0是构件的有效长度，由于钢管桩是一端自由一端固定，l0=2l=12m，l为钢管的实际长度。

6.1.7承受压力验算：

F=137.9KN << =6.3MN

验算通过。

稳定性验算：

λ= l0/rx  rx=（Im/Am）1/2  Im 为钢管的毛截面惯性矩，Am毛截面积。

Im=π（D4－d4）/   Am=π（D2－d2）/4 、 D=300mm 、 d=280mm

λ= l0/rx=2l/（Im/Am）1/2=97.5 <[λ]=100

验算通过。

6.1.8钢管柱下部基础

考虑采用C30砼条形基础，截面尺寸1m×0.5m长32m

由上部所有构件传至地面的应力：P／=（N+26KN/m3×32m×0.5m2）÷32m÷1m=172.5Kpa

即地面承载力要达到172.5Kpa

钢管对砼局部承压计算： N/[32×π（D2－d2）/4]=15.1Mpa<30MPa 

其中N 为上部总荷载。

C30混凝土局部承压强度验算通过。

6.2、EW 匝 道 支 架 搭 设 计 算 方 案

6.2.1整联梁荷载：

26KN/ m 3×620 m 3=16120KN

整联面积载：16120KN÷17.312 m÷52m =17.9KN/ m 2

支架产生的荷载：0.2KN/ m 3×（15.4－6.5） m =1.78 KN/ m 2

人群产生的荷载：3KN/ m 2

模板、方木自重：1KN/ m2

振捣冲击荷载： 2KN/ m2

施工荷载：3KN/ m2

综合产生的面载：N=17.9m 2+3KN/ m 2 +1.78 KN/ m 2+1KN/ m2+2KN/ m2 +3KN/ m2 =28.7KN/ m 2

6.2.2纵向型钢的选用

纵向桁架上的荷载集度

q=28.7KN/m2×0.5m=14.35KN/m

跨中弯矩：M= ql2/8=87.9KN.m

==

考虑选用H32型钢Ix=12027cm4  S*=359 cm3    Wx=751.7m3

6.2.3挠度验算：

ƒ=5ql4/（384EI）=17.7mm 

[ƒ]=L/400=18mm      ƒ<[ƒ]  验算通过。

6.2.4剪应力验算：

支点处剪力：Q=14.35KN/m×7m÷2=50.2 KN

τ=QS*/Iδ=50.2×359 cm3 /Iδ=10MPa<[τ] 

6.2.5搭设在钢管上的横梁的选材：

H型钢对横梁的压力：Qَ =14.35KN/m×7m÷2=50.23KN 

图乘法

跨中最大弯矩：M′=50.23KN×5÷2×1m－50.23 KN ×1.5m=50.23KN.m

Wx= 1.3M′/[σ]=1.3×50.23KN/205Mpa=318.5cm3

考虑选用2H24  Wx=382.7cm3   Ix=4592.7cm4   S*=233 cm3具体尺寸见下图：

6.2.6挠度验算：

ƒ=ωyc/EI=34.54KN.m2×1/2÷（EI）=1.8mm

[ƒ]=L/400=2/400=5mm   

其中ω为M p图的面积， yc为对应的 M 图竖标值。

ƒ=1.8mm<[ƒ]=L/400=2/400=5mm  验算通过。

6.3、WE支架搭设的计算

6.3.1.整联荷载：

26KN/ m 3×455=11830KN

面积载：11830KN÷78 m÷8.7 m =17.4KN/ m 2

支架产生的荷载：0.2KN/ m 3×6 m =1.2KN/m2

人群产生的荷载：3KN/ m 2

模板、方木自重：1KN/ m2

振捣冲击荷载： 2KN/ m2

施工荷载：3KN/ m2

综合产生的荷载：N=17.4 KN /m 2+1.2KN/m 2+2KN/ m2+3KN/ m 2 +1KN/ m2 + 3KN/ m2=27.6KN/ m 2

6.3.2纵梁选材

沿桥纵向荷载集度：q=27.6 KN/ m 2×0.5 m =13.8KN/m

M=ql2/8=84.5KN.m

Wx=1.3M/[σ]=536cm3 

考虑选用H32型钢Ix=12027cm4  S*=359 cm3    Wx=751.7m3

6.3.3挠度验算：  

ƒ=5ql4/（384EI）=17.1mm<[ ƒ]=L/400=17.5mm

验算通过。

6.3.4局部剪应力验算：

Q=q×7m×1/2=48.3KN

τ=QS*/Iδ=9.6Mpa<[τ]=170MPa 其中δ为腹班板厚度δ=15mm

通过验算。

6.3.5横梁的选材

6.3.5.1搭设在钢管上的横梁的选材

H型钢对横梁的压力：Qَ =13.8KN/m×7m÷2=48.3KN 

图乘法

跨中最大弯矩：M′=48.3KN×5÷2×1m－48.3 KN ×1.5m=100.5KN.m

Wx= 1.3M′/[σ]=1.3×48.3KN/205Mpa=306cm3

考虑选用2H24  Wx=382.7cm3   Ix=4592.7cm4   S*=233 cm3具体尺寸见下图：

6.3.7挠度验算：

ƒ=ωyc/EI=138.2KN.m2×1/2÷（EI）=1.7mm

[ƒ]=L/400=2/400=5mm   

其中ω为M p图的面积， yc为对应的 M 图竖标值。

ƒ=1.7mm<[ƒ]=L/400=5/400=5mm  验算通过。

6.3.8局部剪应力演算:

τ=3 Qَ S*/2Iδ=36.7Mpa<[τ]=170Mpa    腹板厚度δ=10mm

验算通过.

3.3.9.钢管柱下基础设计

上部总荷载：27.6KN/m2×7 m×9 m =1738.8KN

地面承受压强：P=[9m×(2 m×0.3 m +0.3 m×0.8 m)×26KN/m3+1738.8KN]÷2÷9=107.5KPa

即地基强度必须到107.5KPa才能满足强度。

7、施工安全措施

1、加强对工程施工的安全管理工作，遵守标书、合同和及总承包单位有关安全生产的规章制度，施工负责人对本单位的安全工作负责，要做到有针对性的详细安全交底，提出明确安全要求，并认真监督检查。

2、施工现场有健全电气安全管理责任制度和严格的安全操作规程。电力线路和设备的选型需按国家标准限定安全载流量，所有电气设备的金属外壳做到具备良好的接地或接零保护，所有的临时电源和移动电具要设置有效的漏电保护装置，做到经常对现场的电气线路、设备进行安全检查，对电气绝缘、接电零电阻和漏电保护器是否完好，指定专人定期测试。

3、施工现场应设置安全警示牌，进入施工现场必须戴好安全帽，上、下支架有扶梯。

4、建立安全检查制度，项目部专职安全员负责对现场施工人员进行安全生产教育和对安全制度的学习，组织定期安全检查，发现问题及时整改，执行按季评比，增强全体职工安全意识和自我保护观念。

5、在施工区域和生活区域及道路上设置照明系统，保证夜间照明和生活用电。

6、现场施工的坑、洞、危险处，设置明显的警示标志，不准任意移动。施工现场对高空作业安设防护拦。

7、施工区域内按有关规定建立消防责任制，按照有关防火要求布置临建设设，配备足够数量的消防器材，并设立明显的防火标志。

8、安全用火规定。

凡是用火的地方，必须按规定办理动火证，制定防火措施，并设专人看护，工作完毕后，必须将火种彻底熄灭。

动火人员必须持证操作，无证人员不能擅自动火。严格执行一机二证一监护制度。

扑灭火灾时应遵守电气设施，严禁用水和泡沫灭火。油类、油漆、沥青、有机溶剂等易燃液体及忌水化学物品，严禁用水灭火。

8、危险部位监控措施

1、工程项目部应根据安全保证计划中确定的危险部位和过程，落实监控人员，确定监控措施和方式，实施重点监控，必要时应连续监控。

2、对监控人员的素质，技能加以培训，保证监控人员正当行使职责与权限不受干扰。记录监控结果并及时反馈到相关部门。

3、将悬空作业、起重机械安装和拆除定为危险作业，实施重点监控。

4、连续施工过程中安全设施的衔接工作，应有专人负责落实。