跨既有线特大桥门式墩施工技术与管理

2023-12-04钟兴龙

中国设备工程 2023年22期

钟兴龙

（中铁二十二局集团第一工程有限公司，黑龙江哈尔滨 150000）

1 前言

我国铁路与高速公路建设快速发展，公路与铁路交叉分布这种不可避免的情况也愈来愈多，因高速铁路行车速度过快，而对于铁路线型的要求较高。采用大跨径桥梁解决此类问题不经济也不实用，门式墩布置方式灵活，可以解决小角度问题，工期短、经济性好等优点，较好地解决了此问题并在高速铁路工程中得到了较为广泛的应用。

陈亮介绍了门式墩在高速铁路上的应用，并通过实际工程探讨了门式墩的结构形式及布置形式；徐铁卫通过对冠山溪特大桥跨既有线门式墩钢盖梁吊装施工工艺的探讨，总结了施工中的难点、重点，并与支架施工进行了对比，指出采用钢盖梁吊装法解决了施工对既有线运输影响的问题，保证了施工和运营安全；梁启杰、吴泥、程志华等以沪昆客运专线赵家里特大桥8 号门式桥墩跨既有沪昆铁路上行线施工为实例，结合相关安全技术规范和现场施工安全技术措施等，全面分析跨既有电气化铁路线钢盖梁门式墩施工安全技术，确保了施工过程安全受控。王永超简要介绍了门式墩在铁路、公路上的应用，并介绍了门式墩的结构形式、施工方法及其优点和缺点，有关经验可供相关专业人员参考。钟庆荣、杨贵龙、胡洪波、张建春等分析表明，钢管桩支架法能保证长悬臂盖梁端部挠度变形不影响盖梁线形及断面尺寸，确保长悬臂盖梁施工质量及安全。

本文结合幺河2 号特大桥跨既有公路路线门式桥墩施工为实例，对墩身施工、支架布置、计算分析方法、施工管理进行研究，为同类工程提供技术参考。

2 工程概况

新建铁力至伊春铁路工程线路全长60.277km，其中幺河2 号特大桥桥梁全长2841.835m。桥梁形式为简支箱梁。其中61#～63#号墩及76#～77#号墩为框架墩，61#～63#号墩横跨S207 省道伊牡公路；76#～77#号墩跨既有鹤哈高速翠峦互通立交进口匝道。框架墩跨越进口匝道交角为30 度。横梁为预应力钢筋混凝土横梁，采用支架现浇法施工。框架墩横梁高×宽尺寸为3.2m×5.0m及3.2m×5.4m 规格，双柱式框架墩，单孔最大跨度为30m，最小跨径26.5m。框架墩外形尺寸图1 所示。

图1 框架墩结构图（最大跨径）

3 施工方法

3.1 墩身施工

墩身模板采用大块定型钢模板，本桥墩身采用一次性浇注法，混凝土倾斜安装串筒。脚手架平台搭设完成后，安装好模板，高程等各项满足要求以后固定模板位置，在浇筑混凝土时，保证模板内无杂物且稳定，在可靠稳定的地基上安装好支架。

基地预埋的钢筋位置准确，并满足保护层厚度要求，钢筋可采用搭接电弧焊或边条焊接，并按照规范要求错开接头位置。墩柱竖向钢筋接头如不可避免，应设置在墩柱中间2m 段内。为了更准确地保证钢筋的位置和保护层的厚度，在钢筋放入垫块，钢筋安装时，注意接地端子的预埋。使用用低水化热水泥，以便控制混凝土入模时的温度，混凝土输送泵或汽车吊提升入模。墩身混凝土浇筑至距顶部1.5m 高度，其余部分同与横梁一同浇筑完成，浇筑完成以后及时采用塑料薄膜洒水养护。

3.2 支架施工

（1）地基处理。预应力混凝土现浇横梁支架基础均位于均位于原地面上，基坑挖方完成后，进行地基承载力检测。施工前已对地基承载力进行检测，检测结果大于等于222kPa，满足施工要求。条形基础浇筑完成后，周边开挖排水沟，铺设塑料布，防止雨水侵蚀。

（2）支架立柱安装。支架采用φ630mm 及φ820mm钢管作为支撑立柱，将所受荷载传递到钢筋混凝土条形基础，然后传递给地基。钢管应在加工厂加工成型，钢管立柱安装时，应与预埋底钢板焊接牢固。

（3）钢管砂箱安装。砂箱在立柱顶设置砂箱，作为落架、脱模的措施。砂箱总高度36cm。砂盆由20mm厚钢板卷制而成，其内径为792mm，高度24cm，底板为20mm 厚钢板。砂盆内支撑墩采用内径为754mm 的钢管，壁厚14mm，顶板为20mm 钢板，高度20cm，支撑墩内部填充C30 混凝土。砂箱内设置10cm 厚中粗砂，并在砂箱底部两侧分别设置掏砂口。砂箱设置于支架立柱顶部和横向分配梁之间。砂箱用砂采用洁净的中粗砂，晒干，在设置砂箱过程中，利用砂箱内砂子的厚度精确调整标高，要用水准仪测定砂箱顶面高程（图2）。

图2 砂盆示意图

（4）施工平台安装。纵横梁均采用双拼工字钢，砂盆安装完成后吊放横梁，然后用油漆将纵梁的吊放位置涂画在横梁上，纵梁在工字钢横梁上按0.45m 间距布置，纵梁吊装到位后，及时将纵梁焊接在横梁上。纵梁安装完成后，铺设木方及底模，木方尺寸为100×100mm间距200mm 布置，底模采用竹胶板铺装。施工平台宽度为7.5m 即横梁两侧预留3.0m 作业平台。平台两侧间隔3m 焊接钢管立柱，用于悬挂密目网。纵梁长度为27.5m。每根纵梁的焊缝位置应避免跨中，相邻纵梁的焊缝位置相互错开。

3.3 支架有限元计算

（1）有限元模型的建立。采用有限元软件Midas/Civil 对支架计算进行校核，模型的X 轴正向与里程增大顺桥向一致，Z 轴正向为竖桥向上，纵桥向为Y 轴方向。模型中各个单元均采用梁单元进行模拟，支架立杆底部的节点边界条件为固定三个方向的自由度，并且边界条件使用一般支撑模拟，所建立有限元模型如图3 所示。

图3 有限元模型

（2）有限元分析结果。有限元分析计算得出整体结构的变形与应力值，通过观察位移等直线和应力值来评价结构的安全性，整体结构竖向位移如图4 所示，双拼工字钢纵梁应力如图5 所示。

图4 整体结构竖向位移

结果发现，钢管排架结构在荷载作用下的最大下挠量为18.6mm；双拼I45 工字钢纵梁最大值为131.1MPa，最大剪应力为28.4MPa，满足规范要求；双拼I45 工字钢主横梁的弯曲应力最大值为79.9MPa，其应力最大值为86.3MPa，满足规范要求；172.6MPa 为钢管排架的组合应力最大值，钢管排架轴向应力最大值为95.7MPa，满足规范要求。钢管立柱轴向压应力为101.2MPa，小于Q235 的应力强度设计值190MPa；N=1970kN ≤[N]=3340kN，稳定性满足规范要求；σ=119.2MPa ≤f=190MPa 抗风稳定性满足要求；支架变形计算值为6.2mm。钢管支架底部的C40 钢筋混凝土条形基础，[σ]=18.7MPa>3.7MPa，支架底钢筋混凝土局部承压力满足要求。通过对新建铁力至伊春铁路工程幺河2 号特大桥框架墩进行计算，结果均满足规范要求。

4 施工管理

4.1 工期保证措施

安排下部结构施工队进行龙门架墩盖梁施工。在相应的墩柱施工完成后，按照梁的顺序组织盖梁施工。构建一队管理能力强、结构合理的领导小组来协调组织各项工作，控制好每一步施工进度，配备优秀的技术工人是保证工期的前提。

4.2 质量通病及预防措施

（1）出现水纹。当出现水纹情况时，其原因可能是混凝土下料过厚，分层厚度较大，过厚的混凝土层使得振捣不充分，或在振捣过程过长，使混凝土出现轻微离析。出现这种情况时，严格控制混凝土下料量，并控制好振捣时间，不可过长也不可过短。

（2）预埋件偏差。当出现预埋件偏差情况时，其原因可能是垫石位置的偏差导致的。对于放样后位于空位处的预埋钢筋，要用钢板辅助，在盖梁钢筋上焊接钢板，然后在钢板上焊接预埋钢筋并且注意在振捣过程中，振捣棒不可触碰到钢筋，以免引起偏差。

（3）缺角掉块。出现缺角掉块的现象的原因可能是脱模过早，出现这种情况时要注意，根据需要涂抹涂膜剂以辅助脱模，并且合理控制脱模时间，脱模过程要轻轻脱模，避免对混凝土造成破坏。

4.3 安全保证措施

为保证施工的安全，首先定下安全目标，即无安全责任事故发生。可以成立安全生产领导小组随时对施工进行督查，建立健全安全保证体系，定期分发施工过程中用到的保护用品，实行逐级安全技术交底制，所有施工人员必须经过安全教育方可入场工作，定期检查机械器材的功能正常。对于易燃易爆物品例如乙炔设备分开存放、立放，支撑体系施工完毕后，在钢管柱挂上安全网。