鐵路門式墩墩帽托架施工技術

喬守朝 （中鐵十六局集團第三工程有限公司，浙江 湖州 313000）

1 工程概述

1.1 工程概況

下沿特大橋是樂清灣港區鐵路支線工程SG05標段的關鍵控制線工程，是連接樂清港與溫州車站的重要支線貨運鐵路，主橋位于樂清市境內，跨既有甬臺溫鐵路一跨采用門式墩構造采用門式墩構造，立柱平面尺寸為2.5m（橫）×3.0（縱），立柱頂端2.5m高低范圍內采用C50鋼筋混凝土，其余均為C40鋼筋混凝土；帽梁跨中高度2.5m，端部高2.0m，立柱頂部高3.2m，帽梁橫向全寬21.9m，縱寬2.5m，為C50預應力混凝土結構。

圖1 雙層門式墩構造圖

1.2 地形地貌

本標段屬于剝蝕低山區，最高海拔高程為409.33m，最低溝谷海拔標高1.6m，最大高差約408m。測區山體自然坡度一般20o～55o不等，植被較發育，山體上部地形較陡峻，基巖裸露；溝谷多深切、部分溝谷沿流向形成陡壁，起伏較大，植被較為發育；高處一般辟為旱地，低洼處一般辟為水田水塘。

2 總體施工方案

2.1 方案比選

2.1.1 方案設計

①方案一：鋼管樁支架法施工

門式墩兩側墩柱采用翻模法施工，帽梁采用支架法施工，空心（實體）墩施工至墩頂階段時在墩頂安裝支架預埋件，墩身施工完成后安裝鋼管樁支架，預壓后進行帽梁施工。

②方案二：采用三角托架結合型鋼支撐架施工法現澆施工

門式墩立柱施工鋼筋效仿鋼筋籠對接發采用整體吊裝套筒對接工藝，分兩次澆筑一次澆筑2.5m定位，第二次澆筑完成。

帽梁采用空中支架法施工，立柱施工時預留支架三角托架預留孔洞，立柱施工完成后安裝三角托架并按設計要求安裝精軋螺紋鋼張拉，形成帽梁支架的承重體系，然后安裝支架部分及底模，整體吊裝帽梁鋼筋安裝就位后，安裝側模，澆筑混凝土。

2.1.2 方案比較

對于方案一，是梁體結構施工應用最普遍，結構計算簡單，工藝成熟的施工方法，但是它存在明顯不足是施工周期長，工序多，施工中焊接量比較大，倒運不方便，對于工期緊張，施工場地受限的本工程來說，明顯施工周轉少，需用量大，工程中對于焊接要求較高，不利于現場控制，而且每個墩身標高不一致，每個墩身安裝管樁就必須對管樁長度進行調整，管樁周轉使用不便，施工場地有限，不利于材料的堆放和構建安裝，而方案二由于受到征地拆遷的影響，剩余門式墩立柱及帽梁施工工期緊張，為滿足業主施工總工期的要求，采用立柱及帽梁鋼筋場內綁扎成型，整體吊裝安裝的方式可以在墩身施工支架安裝同時進行鋼筋綁扎，大大縮短施工工期，而且三角托架結構尺寸比管樁占地少，而且其根據每個墩身標高采用在立柱上預埋預留孔的方法，三腳架可以反復周轉，加工的三腳架更可以供多個工地周轉使用，提高了材料的利用率。

2.2 方案選定及整體施工方案概述

經過以上兩個方案比較，和本工程施工要求及特點，方案二利用三角托架結合型鋼支撐架施工法現澆施工最適合本工程。

2.3 帽梁施工

帽梁鋼筋綁扎和支架安裝同步進行，鋼筋綁扎在現場硬化場地搭設支架整體綁扎，同時進行三角支架體系構件拼裝工作。

2.3.1 帽梁鋼筋施工

鋼筋綁扎胎具采用鋼管腳手架進行搭設，在鋼管上焊接鋼筋頭作為鋼筋的綁扎的定位槽，同時在鋼筋的內部設置鋼管腳手架內支撐作為帽梁鋼筋的勁性骨架及頂板鋼筋的定位裝置。

場地硬化完成后，根據胎具設計圖，在地面上放設胎具布置線，安裝綁扎胎具，在定位鋼筋支撐底層橫桿及立桿鋼管上放線焊接定位槽鋼筋。鋼筋綁扎嚴格按照胎具定位槽的位置進行綁扎，為防止吊裝過程中主筋錯動，環箍N3鋼筋每兩m與主筋點焊一道，同時將該箍筋接頭采用焊接連接，同時接觸網支柱預埋筋同步綁扎定位并安裝牢固。

預應力管道位置必須按照圖紙要求進行定位，為了不使預應力管道損壞，一切焊接宜在預應力管道埋置前進行，管道安裝后盡量不焊接，預應力管道在平彎或者豎彎段適當加密定位網片，以保證足夠的強度，當普通鋼筋與管道發生矛盾時，移動鋼筋位置，保證管道定位準確。

2.3.2 帽梁支架安裝

帽梁采用三角托架結合型鋼支撐架施工法現澆施工，帽梁施工時的荷載通過型鋼支撐架傳遞至橫梁和托架分配梁，再經過三角托架荷載傳遞給立柱，并通過立柱最終向下傳遞給墩身。

三角托架采用2I45b工字鋼焊接而成，沿縱向設置2個三角托架，中對中間距為2.5m，沿橫向對稱布置。支撐架采用I25b型鋼組合而成。橫向分配梁和縱向分配梁均采用2I45b工字鋼。三角托架橫寬3.0m，高5m，外形為直角三角形。對三角托架進行受力檢算，其單根斜向I45b型鋼最大軸力為40t，I45b的截面積S111.466cm2。

滿足安全規范要求[1]。

抗傾覆穩定性驗算[2]：（墩身承受的不平衡彎矩為8000kN·m）

1.2×3.8m×2.0m×24kN/m3×4mxx=11.835m×2×24kN/m3×1.25m+8000kN·m。安全富余系數X=9.95。

三角托架安裝前，將加工好的施工吊籃安裝在立柱橫橋向的兩面，作為三角托架安裝時的簡易平臺，方便施工。

三角托架上弦端部插入墩身預留孔中，墩縱向中心線兩側90cm各設置一個，開洞尺寸高寬30cm，深32cm，并用角鋼包邊。立柱開洞在其混凝土澆筑時預留，預留在立柱順橋面，并用精軋螺紋鋼筋預拉（如三角托架安裝示意圖）；上節點單根精軋螺紋鋼筋預拉力為27t，下節點單根精軋螺紋鋼筋預拉力為15t。三角托架安裝應保證定位準確、垂直度良好；精軋螺紋鋼筋為托架關鍵受力部件，必須保證材料質量，并按設計要求張拉，嚴禁鋼筋受剪。

選用[16型鋼作為焊接卸落裝置的原料，制作成為上下兩層楔狀的結構，結合面為斜性坡面。卸落裝置需要提前安裝至預定位置的托架上，選用硬木進行固定，至安裝完畢后再進行下一步帽梁澆筑。卸落時基本按照安裝時的順序反序逐步操作，即先拆除用于限制和固定的硬木，再通過敲擊使楔木上下層適當錯開，隨后由上至下逐步拆除支架結構，選用2I45b工字鋼和1cm蓋板在托架上搭建分配梁，方向為橋縱向。在分配梁之上選用HN600×200型鋼沿橋橫向布置橫梁，間距控制在90cm左右。縱梁與分配梁之間須進行加固連接，同時設置臨時性的斜拉槽鋼，以此保證縱梁的抗傾覆性能。型鋼支撐架根據帽梁結構尺寸的變化和考慮吊重能力，共設置了9段，用角鋼和槽鋼在后場加工成型。

2.3.3 鋼筋的整體吊裝

支撐體系安裝完成后，鋪設底模，堆載預壓合格后，整體吊裝帽梁鋼筋，帽梁鋼筋及預應力共重34.3t，考慮吊架、內支撐等總重量不超過40t，結合吊機的站位及吊裝高度的要求，選用2臺130t汽車吊抬吊的方式進行帽梁鋼筋的安裝。

帽梁鋼筋起吊設置專用型鋼吊架，吊架采用雙拼工40型鋼，工字鋼上下焊接吊耳，上吊耳與吊機主鉤連接，下吊耳與吊點分配梁連接。帽梁鋼筋的起吊吊點設置在吊點分配梁上，吊點分配梁橫穿與面筋底部。分配梁使用雙槽16型鋼制作，共設置7根扁擔梁，14個吊點。吊點與吊架之間采用鋼絲繩連接或采用環式吊鉤相連，抬吊鋼筋吊架至鋼筋上方，安裝環式吊鉤，調整各起吊點受力均勻，在信號員的統一指揮下，同時垂直起吊帽梁鋼筋至立柱鋼筋頂面高度，汽車吊爬臂使鋼筋至立柱正上方，通過溜繩微調帽梁鋼筋，同時對個別鋼筋相抵觸采用撬開等方式保證鋼筋順利就位。

為保證帽梁鋼筋的順利就位，經設計同意采取以下保證措施：

①立柱主筋N1、N1a伸入帽梁部分的直彎鉤取消，錨固長度相應調整，立柱豎向主筋伸入帽梁的長度由原設計的100cm調整為160cm；

②立柱頂部加密區鋼筋N1a與N1由并排方式調整為垂直布置，鋼筋綁扎時加強定位；

③大小里程側立柱鋼筋N1與帽梁N4相碰，適當調整鋼筋的位置，并應保證最外層鋼筋的混凝土凈保護層厚度滿足規范要求；

④帽梁對應立柱鋼筋對接位置處的箍筋，待帽梁鋼筋安裝就位后再進行綁扎焊接。采用加設C32鋼筋內支撐的方式保證吊裝時此處鋼筋剛度和穩定度。預應力束必須在混凝土強度達到設計值的90%以上同時齡期達到7d時才能張拉，張拉時做到對稱張拉及雙控，以張拉力為主，理論伸長量為輔，實際伸長量與理論伸長量控制在6%以內。

預應力筋張拉完成后及時用高性能管道壓漿料進行孔道壓漿。采用真空輔助壓漿技術進行孔道壓漿，穿束前用通孔器疏通預應力管道，穿束時先將導線穿過孔道與預應力束連接在一起，由人工牽引穿束，穿束后檢查預應力筋外漏情況，保證兩端外漏情況基本相同，滿足張拉要求。

2.3.4 支架拆除

底模處模板和支架的拆除，應當在帽梁處的應力張拉完畢后進行，拆除過程需要謹慎進行，一般按照設計的順序逐步完成拆除，如果設計中并未對拆除順序進行規定的，可按照先支后拆的逆順序完成拆除，拆除過程中須注意不得對拆下的材料進行拋扔等不規范作業，不得強行拆除，卸落前應在相應位置做好標示，以確定每次拆除的量。拆除之前，可以采用手拉式葫蘆將將底模與橫梁進行連接處理，進行拆除的過程按照由上至下的順序，使用汽車進行起吊輔助。拆除順序為橫梁——分配梁——三角托架。

3 實施效果

采用三角托架法現澆施工起到很好的效果，極大的提高了施工效率，縮短了施工時間，在拆遷工作壓力大、安全風險大、任務重和工期緊的情況下，該方法的滿足了施工工期要求，三角托架結合型鋼支撐架施工法施工節約鋼材造價：（11.835-5）m ×4m ×103.5kg/1000kg/t×4200元/t/（60%）=1.99萬元（假設材料費占工程造價的60%）。

本方案最終成功實施，對于大型的帽梁施工以及懸臂結構施工均有重要的參考意義，尤其是三角托架的使用，在結構尺寸上相對于梁式支架而言所占的面積更小，安裝簡單方便，施工中焊接量小，造價低（每個墩節約2萬元），利用率高。