跨海高铁高墩施工关键技术

周欣，郑宗昊

（中交第二航务工程局有限公司，湖北 武汉 430040）

几种常见的施工方式，如爬模、滑膜、翻模、挂架等，都是高铁高墩施工方式。泉州湾跨海大桥跨越泉州湾，其中47#墩-73#墩位于泉州湾海域，墩柱高度在25m至50m 之间，均属于高墩作业范畴。传统高墩施工工艺存在模板周转周期长，架体笨重，机械设备投入大，经济效益不高，墩身外观易出现错台、蜂窝麻面、色差等问题。由于泉州湾跨海大桥海上区域建设工程量大、工期短、运输不便，因此，制约工程能否完成既定工期目标的重要因素就是跨海高铁高墩建设周期的问题。通过讲解新建福厦高铁泉州湾跨海大桥(3×70)米连续钢构高墩吊架法施工流程，在提高墩身外观质量的同时，提高安全性能和作业效率，为今后跨海高铁高墩施工提供借鉴。

1 工程概况

新建福厦铁路 FX-6 标段采用泉州湾跨海大桥跨越泉州湾，为本标段重点及关键控制性工程。泉州湾跨海大桥引桥采用3×70m 连续刚构，本文选取具有代表性的64#墩空心墩为例：墩高45.606m、断面尺寸10×4m，墩高按照2×4m+8*4.5m+1.231m 分节施工。

图1 泉州湾跨海大桥64#墩空心墩立面图

2 跨海高铁高墩施工方案比选

（3×70）m连续钢构高墩施工，初步选择液压爬模、翻模、挂架法三种工艺。工艺优缺点对比见表1所示。

表1 不同施工工艺对比分析

通过三种施工工艺对比分析，结合“精品工程 、智能福厦”的建设目标，以及项目工期紧、标准高的特点，选取挂架法作为跨海高铁高墩施工工艺。

3 挂架系统结构设计

3.1 挂架系统

吊架系统主要有预埋件系统，三角架，上部承重系统，模板，后移装置，顶层工作台，中层工作台，修饰工作台，安全防护装置等，具体内容见图2。

图2 墩身挂架总体布置图

3.2 挂架架体体系验算

依据结构力学对架体体系各工况（包括挂架系统处于非工作状态，模板后移钢筋绑扎，钢筋绑扎后挂架系统起吊，模板就位混凝土浇筑）及各部件、内外模板进行受力分析计算，结果表明满足要求。

3.3 挂架预埋体系验算

经整体计算，三角架的主要约束反力：

V=54.5kN，（用于埋件抗剪验算）

N=31.4kN（用于埋件抗拉验算）

R=31kN，-5.3 kN（用于三角架尾撑抗压验算）

3.3.1 埋件锚固力计算

参照《建筑施工计算手册》按锚板锚固计算锚固强度，现场采用C40 混凝土，当混凝土强度达到15MPa时安装挂架，故fc=15MPa ，则fcc=0.9fc=13.5MPa ，τ=0.71MPa

式中：

u—锚板周长（mm）；

h—锚固深度（mm）；

τ—混凝土的剪切强度（N/mm2）。

计算得

按局部抗压强度，有

式中：

b—锚板边长（mm）；

d—螺栓直径（mm）；

fcc—混凝土的局部挤压强度（N/mm2）。

计算得

按锥体破坏，取K=2，有

式中：

b—锚板边长（mm）；

h—破坏锥体高度（通常与锚固深度相同）（mm）；

fc—混凝土的局部抗压强度（N/mm2）。

计算得

取三者最小值F=136.3kN＞31.4kN,满足要求。

3.3.2 锚锥螺纹强度计算

图3 锚锥结构图

锥形螺母螺纹采用M30X3 的普通螺纹，查《机械设计手册》（卷3，P12-7）螺纹牙剪切强度，有：

b——螺纹牙根部宽度，

b=p-0.25p=0.75×3=2.25mm；

d3——外螺纹小径，d3=26.75mm；

n——螺纹的工作圈数，n=40/3=13.3，取n=13。

计算得

螺纹牙弯曲强度，有

式中：

H1——基本牙型高度，H1=1.62mm；

将数据代入上式得：

锚锥螺纹的剪切和弯曲强度均满足要求。

3.3.3 六角螺栓强度计算

六角螺栓M30X3 的有效直径d=26.7mm，承受拉应力为

承受剪应力为

六角螺栓抗拉强度和剪切强度均满足要求。

3.3.4 三角架横梁与埋件连接局部计算

图4所示为三角架横梁连接部位的模型

图4 局部模型

经计算，该局部的最大应力如图5所示。

图5 应力云图

三角架横梁连接部位强度满足要求。

4 挂架法主要施工工艺

4.1 预埋件安装

（1）埋件装配：埋件螺母、精轧螺纹钢筋、螺丝钉为螺纹连接，并注意螺丝钢旋入螺丝钉深度及埋件螺丝钉深度，确保螺纹连接长度。

（2）埋设定位：在面板上通过定位螺栓将埋设部件固定，进行第一次浇筑。浇筑完成后，在面板上进行打孔作业。第二次及以后的浇筑，采用安装螺栓的方式，将埋设部件固定在面板上。

（3）埋件安装：第一次浇注完毕后，拆除定位螺栓或安装螺栓，将模板调离位置，在爬锥上安装埋件支座及受力螺栓。

（4）埋设部件的取出：操作者利用套筒扳手、爬锥卸具，在利用砂浆抹平爬锥留下孔洞的同时，将受力螺栓、爬锥在修饰工作平台上取出，使其重复利用。

4.2 架体、模板及工作平台安装

（1）三角架安装：按爬锥中到中间距在水平地面上摆放两块300mmx2500mm 左右的木板。保证与木板连线夹角90°、两对角线误差不大于2mm 的两条轴线绝对平行。将三角架扣子置于板轴上，保证三角架向中间的距离等于向中间的距离爬第一次灌注爬锥。

（2）三脚架平台安装：要求平台平整牢固，在与部件发生冲突的位置开孔，以保证架体的使用，并再次校正两三脚架中到中间距是否为第一次浇筑爬锥中到中位置。

（3）三脚架吊装：将拼装好的三角架整体吊起，在第一次浇筑时埋好的埋件支座上，平稳地挂好，插上安全插销即可。

（4）模板组装：先在模板下垫两根木梁，再在模板上安装竖式围椽、可调支杆、顶楼平台挑架，保证模板整体牢固，支撑结构牢固。

（5）顶层平台安装：要求平台平整结实，为保证架体的使用，在与构件发生冲突的部位开孔。

（6）模板吊装：在三角架后移装置上整体吊装装配好的模板。采用斜撑调节角度，校正模板，安装可调支杆销轴，完成吊装工序。

4.3 提升架体

挂架的提升主要利用外界塔吊提升，在吊装前将架体上的材料全部清理干净，并稳固台板的连接，在吊装的时候找准着力点进行吊装。整个架体在升降时一起升降(包括平台分配梁，台板，护栏钢管，安全网)，既安全又便于操作。

5 结语

本文结合泉州湾跨海大桥(3×70)m 连续钢构高墩施工，重点介绍了挂架法在跨海高铁施工中的关键技术，对以后类似工程提供参考。