跨海高鐵高墩施工關鍵技術

周欣，鄭宗昊

（中交第二航務工程局有限公司，湖北 武漢 430040）

幾種常見的施工方式，如爬模、滑膜、翻模、掛架等，都是高鐵高墩施工方式。泉州灣跨海大橋跨越泉州灣，其中47#墩-73#墩位于泉州灣海域，墩柱高度在25m至50m 之間，均屬于高墩作業(yè)范疇。傳統(tǒng)高墩施工工藝存在模板周轉周期長，架體笨重，機械設備投入大，經(jīng)濟效益不高，墩身外觀易出現(xiàn)錯臺、蜂窩麻面、色差等問題。由于泉州灣跨海大橋海上區(qū)域建設工程量大、工期短、運輸不便，因此，制約工程能否完成既定工期目標的重要因素就是跨海高鐵高墩建設周期的問題。通過講解新建福廈高鐵泉州灣跨海大橋(3×70)米連續(xù)鋼構高墩吊架法施工流程，在提高墩身外觀質量的同時，提高安全性能和作業(yè)效率，為今后跨海高鐵高墩施工提供借鑒。

1 工程概況

新建福廈鐵路 FX-6 標段采用泉州灣跨海大橋跨越泉州灣，為本標段重點及關鍵控制性工程。泉州灣跨海大橋引橋采用3×70m 連續(xù)剛構，本文選取具有代表性的64#墩空心墩為例：墩高45.606m、斷面尺寸10×4m，墩高按照2×4m+8*4.5m+1.231m 分節(jié)施工。

圖1 泉州灣跨海大橋64#墩空心墩立面圖

2 跨海高鐵高墩施工方案比選

（3×70）m連續(xù)鋼構高墩施工，初步選擇液壓爬模、翻模、掛架法三種工藝。工藝優(yōu)缺點對比見表1所示。

表1 不同施工工藝對比分析

通過三種施工工藝對比分析，結合“精品工程 、智能福廈”的建設目標，以及項目工期緊、標準高的特點，選取掛架法作為跨海高鐵高墩施工工藝。

3 掛架系統(tǒng)結構設計

3.1 掛架系統(tǒng)

吊架系統(tǒng)主要有預埋件系統(tǒng)，三角架，上部承重系統(tǒng)，模板，后移裝置，頂層工作臺，中層工作臺，修飾工作臺，安全防護裝置等，具體內容見圖2。

圖2 墩身掛架總體布置圖

3.2 掛架架體體系驗算

依據(jù)結構力學對架體體系各工況（包括掛架系統(tǒng)處于非工作狀態(tài)，模板后移鋼筋綁扎，鋼筋綁扎后掛架系統(tǒng)起吊，模板就位混凝土澆筑）及各部件、內外模板進行受力分析計算，結果表明滿足要求。

3.3 掛架預埋體系驗算

經(jīng)整體計算，三角架的主要約束反力：

V=54.5kN，（用于埋件抗剪驗算）

N=31.4kN（用于埋件抗拉驗算）

R=31kN，-5.3 kN（用于三角架尾撐抗壓驗算）

3.3.1 埋件錨固力計算

參照《建筑施工計算手冊》按錨板錨固計算錨固強度，現(xiàn)場采用C40 混凝土，當混凝土強度達到15MPa時安裝掛架，故fc=15MPa ，則fcc=0.9fc=13.5MPa ，τ=0.71MPa

式中：

u—錨板周長（mm）；

h—錨固深度（mm）；

τ—混凝土的剪切強度（N/mm2）。

計算得

按局部抗壓強度，有

式中：

b—錨板邊長（mm）；

d—螺栓直徑（mm）；

fcc—混凝土的局部擠壓強度（N/mm2）。

計算得

按錐體破壞，取K=2，有

式中：

b—錨板邊長（mm）；

h—破壞錐體高度（通常與錨固深度相同）（mm）；

fc—混凝土的局部抗壓強度（N/mm2）。

計算得

取三者最小值F=136.3kN＞31.4kN,滿足要求。

3.3.2 錨錐螺紋強度計算

圖3 錨錐結構圖

錐形螺母螺紋采用M30X3 的普通螺紋，查《機械設計手冊》（卷3，P12-7）螺紋牙剪切強度，有：

b——螺紋牙根部寬度，

b=p-0.25p=0.75×3=2.25mm；

d3——外螺紋小徑，d3=26.75mm；

n——螺紋的工作圈數(shù)，n=40/3=13.3，取n=13。

計算得

螺紋牙彎曲強度，有

式中：

H1——基本牙型高度，H1=1.62mm；

將數(shù)據(jù)代入上式得：

錨錐螺紋的剪切和彎曲強度均滿足要求。

3.3.3 六角螺栓強度計算

六角螺栓M30X3 的有效直徑d=26.7mm，承受拉應力為

承受剪應力為

六角螺栓抗拉強度和剪切強度均滿足要求。

3.3.4 三角架橫梁與埋件連接局部計算

圖4所示為三角架橫梁連接部位的模型

圖4 局部模型

經(jīng)計算，該局部的最大應力如圖5所示。

圖5 應力云圖

三角架橫梁連接部位強度滿足要求。

4 掛架法主要施工工藝

4.1 預埋件安裝

（1）埋件裝配：埋件螺母、精軋螺紋鋼筋、螺絲釘為螺紋連接，并注意螺絲鋼旋入螺絲釘深度及埋件螺絲釘深度，確保螺紋連接長度。

（2）埋設定位：在面板上通過定位螺栓將埋設部件固定，進行第一次澆筑。澆筑完成后，在面板上進行打孔作業(yè)。第二次及以后的澆筑，采用安裝螺栓的方式，將埋設部件固定在面板上。

（3）埋件安裝：第一次澆注完畢后，拆除定位螺栓或安裝螺栓，將模板調離位置，在爬錐上安裝埋件支座及受力螺栓。

（4）埋設部件的取出：操作者利用套筒扳手、爬錐卸具，在利用砂漿抹平爬錐留下孔洞的同時，將受力螺栓、爬錐在修飾工作平臺上取出，使其重復利用。

4.2 架體、模板及工作平臺安裝

（1）三角架安裝：按爬錐中到中間距在水平地面上擺放兩塊300mmx2500mm 左右的木板。保證與木板連線夾角90°、兩對角線誤差不大于2mm 的兩條軸線絕對平行。將三角架扣子置于板軸上，保證三角架向中間的距離等于向中間的距離爬第一次灌注爬錐。

（2）三腳架平臺安裝：要求平臺平整牢固，在與部件發(fā)生沖突的位置開孔，以保證架體的使用，并再次校正兩三腳架中到中間距是否為第一次澆筑爬錐中到中位置。

（3）三腳架吊裝：將拼裝好的三角架整體吊起，在第一次澆筑時埋好的埋件支座上，平穩(wěn)地掛好，插上安全插銷即可。

（4）模板組裝：先在模板下墊兩根木梁，再在模板上安裝豎式圍椽、可調支桿、頂樓平臺挑架，保證模板整體牢固，支撐結構牢固。

（5）頂層平臺安裝：要求平臺平整結實，為保證架體的使用，在與構件發(fā)生沖突的部位開孔。

（6）模板吊裝：在三角架后移裝置上整體吊裝裝配好的模板。采用斜撐調節(jié)角度，校正模板，安裝可調支桿銷軸，完成吊裝工序。

4.3 提升架體

掛架的提升主要利用外界塔吊提升，在吊裝前將架體上的材料全部清理干凈，并穩(wěn)固臺板的連接，在吊裝的時候找準著力點進行吊裝。整個架體在升降時一起升降(包括平臺分配梁，臺板，護欄鋼管，安全網(wǎng))，既安全又便于操作。

5 結語

本文結合泉州灣跨海大橋(3×70)m 連續(xù)鋼構高墩施工，重點介紹了掛架法在跨海高鐵施工中的關鍵技術，對以后類似工程提供參考。