宜萬鐵路卷橋河特大橋雙線空心橋墩封頂施工設計

周囿圓

(中鐵五局集團第五工程有限公司,湖南郴州 423000)

宜萬鐵路卷橋河特大橋雙線空心橋墩封頂施工設計

周囿圓

(中鐵五局集團第五工程有限公司,湖南郴州 423000)

結合宜萬鐵路W3標卷橋河特大橋工程實例,介紹了鐵路雙線空心橋墩封頂部分混凝土施工的方案設計,對滿堂腳手架方案和利用通風孔埋設支點搭設底模方案進行比選,選定利用通風孔埋設支點搭設底模方案。對該施工方案的工藝和步驟進行介紹。實踐表明:按該方案施工空心橋墩的實體段,不僅可大量節省材料的使用量,而且可大大提高施工工效,經濟效益顯著。

宜萬鐵路;鐵路橋;雙線空心橋墩;封頂施工;施工

1 工點概況

新建宜萬鐵路W3標設計為一次復線(并行)。該標段的控制工程為卷橋河特大橋,該橋共有41個橋墩,其中有29個橋墩為圓端形薄壁空心墩(位于直線上),墩身外坡為35∶1,內坡為65∶1。空心橋墩墩身下部設置有3m高的實體段,上部設置了1m的實體段,托盤高度為1.4m。設計要求托盤和墩頂實體段一次連續澆筑。空心墩墩身高度在31.1～44.1m,空心墩只是在墩頂以下4.5m處設置了1道凈空為70cm×140cm的進人洞門。直線上雙線空心橋墩頂部的具體構造情況見圖1。

該橋空心橋墩施工采用廠制大鋼模,自升式塔式起重機進行模板吊運拼裝,混凝土采用混凝土罐車運輸,自升式塔式起重機吊裝入模。卷橋河特大橋的施工進度、質量和安全控制的關鍵在于空心橋墩的施工控制,空心橋墩施工控制的關鍵點在于空心橋墩封頂實體段和托盤的施工控制。

圖1 雙線空心橋墩頂部構造示意(單位:cm)

2 方案選擇

目前建筑施工解決豎向承重的常規辦法是搭設滿堂腳手架的方式。但是該工點的雙線空心橋墩封頂施工中存在以下幾個問題:(1)空心墩內部空間狹小;(2)要求搭設的滿堂腳手架很高(最高達40m),技術上很難把握;(3)材料進出只能通過很小的空間(進人洞),施工很不方便;(4)施工周期長,塔機利用率不高,同時模板的周轉率很低,施工很不經濟;⑤設計要求墩頂實體段和托盤連續灌注,一次澆筑混凝土方量大(達93.1m3),對支架要求很高。

基于上述原因,如果采取上述的傳統辦法解決雙線空心橋墩墩頂實體段豎向承重問題,很不現實,必須尋求更經濟可靠的辦法解決上述問題。

該橋的雙線空心橋墩存在以下特點:(1)空心墩封頂實體段以下3m處設計有通風孔(φ20cm);(2)雙線空心橋墩頂部結構尺寸一致。通過比較分析,卷橋河特大橋空心橋墩頂部采取利用通風孔搭設施工平臺,在空心墩壁預埋支點,在支點上設置鋼橫梁,鋼橫梁上設傳力桿件支撐封頂實體段底模的方案進行封頂施工,構件詳細安裝見圖2。

圖2 封頂支撐構件安裝(單位:cm)

3 施工方案

3.1 預埋件制作

支點預埋件作為支撐系統的主要構件,制作要求較高。本方案設計中采用2根70cm長的I20a普通型鋼拼焊而成。支點預埋件加工制作過程中必須保證焊縫飽滿,同時外露端必須采用6mm厚鋼板封住。為了保證支點表面平整,在外露端上表面采用鋼板將焊縫墊平,同時端頭加焊_50×50×5型鋼作為鋼橫梁的卡子,防止鋼橫梁橫向移動。支點預埋件加工制作如圖3所示。

圖3 支點預埋件橫斷面(單位:cm)

3.2 預埋件安裝

混凝土施工到方案設計的高度前,在鋼模板上設置相應的方孔,預埋件按設計埋入50cm,外露20cm,同時將埋入部分與兩層空心墩身護面鋼筋焊接牢固。

3.3 操作平臺搭設

利用墩身原有設計的通風孔(φ20cm),在通風孔內橫穿鋼管(鋼管可以采用φ10cm的鋼管,也可以采用3根φ6cm的普通腳手架管焊成鋼管束),在鋼管上滿鋪竹跳板形成搭設支撐系統的工作平臺。

3.4 鋼橫梁安裝

埋設有支點預埋件的墩身混凝土達到一定強度后,墩身內模和原來內架拆除后,施工平臺搭設完畢后就可以進行鋼橫梁的安裝(I20b)。

3.5 支撐系統安裝

鋼橫梁安裝完畢后即可按設計的位置搭設傳力桿件(圖4),在傳力桿件上搭設木橫梁,木橫梁上密鋪木縱梁。在木縱梁上滿鋪5cm木板作為底模,在底模上鋪設寶麗板作為底模面板,支撐系統安裝根據圖2和圖5進行。

圖4 傳力桿件(可調螺栓式)

圖5 Ⅲ-Ⅲ截面(支撐系統安裝)(單位:cm)

3.6 主要材料

主要施工材料見表1。

4 施工檢算

雙線空心橋墩封頂實體段底模的支撐系統檢算的關鍵部位是支撐預埋件和搭設在支撐預埋件上支撐系統。支撐預埋件需要檢算其抗剪是否滿足要求,支撐系統比較復雜,需要對其的強度和整體穩定性進行檢算。支撐系統的強度和整體穩定性檢算用手算比較復雜,該方案采用同濟大學3D3S軟件進行檢算,檢算結果支撐系統的強度和整體穩定性滿足要求。

表1 主要施工材料

4.1 荷載計算及效應組合

荷載計算及效應組合見表2。

表2 荷載計算

4.2 預埋支承件抗剪檢算

式中 Vj——作用于預埋件的剪切荷載,Vj= 3211.0/14=229.36kN(14個支點平均分配);

K1——抗剪強度設計安全系數,取2.0;

μ——摩擦系數,取1.0;

AS1+AS2——預埋件的橫截面積,對I20a普通型鋼,

fsv——鋼材在混凝土中的抗剪強度設計值,取

經計算,μ(AS1+AS2)fsv/Vj=2.30＞2.0

支撐預埋件抗剪滿足要求。

5 施工要點

(1)預埋件埋設時必須嚴格按方案設計的高程和平面位置進行埋設,同時預埋件必須與空心墩的雙層鋼筋網焊接牢固;混凝土施工時隨時觀察預埋件的位置是否移動,如果與設計不相符必須及時調整。

(2)預埋件制作時焊縫必須飽滿,封口嚴密。

(3)搭設好支撐系統,在進行封頂混凝土施工前,埋設有預埋件的混凝土強度必須達到85%以上。

(4)支撐系統中的木橫梁不允許截斷,使用前必須檢查木橫梁的狀態,觀察是否有裂紋存在。

(5)傳力桿件作為支撐系統的重要部件,安裝必須仔細,安裝時必須旋動螺桿,保證傳力桿件全部頂緊木橫梁,不允許發生部分傳力桿件不受力的現象。

(6)考慮到鋼橫梁受力后會產生一定的撓度,沿底模長度方向設置2cm的預拱度。

(8)封頂實體段及墩身托盤施工完畢后,混凝土強度達到75%以上方可拆除支撐系統。

(9)由于空心墩內部比較潮濕,外露預埋件容易銹蝕,在拆除操作平臺之前必須將外露預埋件作涂灰鉛油二度防銹處理。

6 結語

該方案設計中采用的構件全是預先按設計中的尺寸和要求制作,支撐系統安裝非常方便;埋設有預埋件的混凝土澆筑完畢后需拆除空心墩內部的內鋼模和內腳手架,待這些工作完成后混凝土的強度已能滿足要求,可以搭設支撐系統了。封頂施工完畢后,就可以處理施工縫、綁扎頂帽鋼筋、設置頂帽預埋件等,到可以澆筑頂帽及支承墊石混凝土時,封頂混凝土的強度也已經達到規定要求,可以拆除支撐系統了。所以該方案設計中沒有單獨安排其安裝時間,而是利用工藝工期之間的間隔時間,大大縮短了施工周期。

該方案與傳統的滿堂腳手架相比,大大節約了周轉材料的使用量,加快了鋼模和自升式塔式起重機的使用效率,同時節約了人工費用,同時該方案中很多材料和構件都是重復使用,取得了明顯的經濟效果。

從該方案設計的使用情況來看,安全性能得到了保證,取得了良好的社會效益,對以后類似工程具有一定的借鑒意義。

[1] 周水興,何兆益,鄒毅松,等.路橋施工計算手冊[M].北京:人民交通出版社,2005.

[2] 李慶華.材料力學[M].成都:西南交通大學出版社,1994.

1004 -2954(2010)08 -0182 -03

2010 -05 -17

周囿圓(1976—),男,工程師,2000年畢業于西南交通大學土木工程專業,工學學士。

U445.55+9

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