復雜地質條件下門式墩施工工藝研究

李發LI Fa

（中鐵二十五局集團第四工程有限公司，柳州 545007）

0 引言

目前我國高速鐵路建設正處于蓬勃發展的時期，與此同時也促進了我國橋梁建設水平的飛躍提升。由于我國西南地區地質多樣，使得鐵路橋梁在建設過程中會遇到各種地質災害情況，對橋梁施工造成很大影響，其中以巖溶發育地質影響最大。巖溶發育地區多為卡斯特地質，一方面對橋梁樁基鉆進及灌注產生極大影響，另一方面對于支架施工的梁體結構，其地基承載力也無法滿足要求，即便是改良后的地質其承載力往往也存在較大變化，使得支架沉降不均從而影響上部結構施工。在柳梧鐵路龍鳳跨柳南高速特大橋門式墩施工中，由于該門式墩所處地質條件較差加之門墩蓋梁較重，若采用滿堂式支架不但需要對蓋梁范圍的地質進行加固處理，而且在施工中由于荷載較大使得支架沉降無法控制，從而影響蓋梁的施工質量及線性。針對上述問題，項目部對該蓋梁支架進行認真設計比選，最終采用鋼管型鋼支架，該支架可將上部荷載盡量傳遞至已完成的承臺基礎上，從而最大程度地減少了支架沉降，使得施工安全性處于可靠范圍內，同時也確保了蓋梁的施工質量和線性滿足要求。通過現場實際應用，該門式墩蓋梁在復雜地質條件下施工所涉及的相關技術在實際應用中取得很好的效果。

1 工程概況

柳梧鐵路LWZQ-1 標全長35.737km，其中龍鳳跨柳南高速特大橋是該項目的重點橋梁之一，該橋梁為上下雙線設計，線間距為4.2m～4.38m，橋梁中心為DK16+345，孔跨布置為：9×32m+2×24m+60×32m 簡支梁+（60+100+60）m連續梁，橋梁全長2543.558m。

本橋39～41 號墩采用2～32m 簡支梁和門式墩跨越。門式墩的墩高均為22m，單個墩身立柱截面尺寸為3.0m×2.8m，單個承臺平面尺寸為7.1m×7m，蓋梁截面尺寸為3.5m×3.0m，長度為24.2m，最大跨度為17.0m。（圖1）

圖1 龍鳳跨柳南高速特大橋門式墩結構圖

2 總體施工方案

龍鳳跨柳南高速特大橋門式墩蓋梁支架采用鋼管型鋼支架，鋼管立柱采用φ630mm（厚度10mm）的螺旋鋼管制作，順橋向鋼管立柱設置6 排，每排2 根，其中蓋梁下方設置4 排，墩身立柱外側各設置1 排，中間兩排支架設置在跨中位置混凝土擴大基礎上，其他支架均設置在已完成的承臺面上。鋼管立柱頂面設置調節砂箱，砂箱頂部設置橫向支座梁，采用2I56b 工字鋼，橫向長度9m；橫向支座梁上設置縱向底分配梁，采用2I56b 工字鋼。蓋梁下方由于其為變截面結構設計，在縱向底分配梁上通過搭設支架（間距60cm）從而滿足蓋梁底部線性，支架采用φ48×3.5mm 盤扣式支架，盤扣架頂部采用I10 工字鋼（間距60cm）和10×10cm 木方（間距20cm）作為底模支撐系統；蓋梁地模和側模均采用定制鋼模板。為確保支架的穩定性，在支架立柱每隔6m 設置一道連墻件預埋。（圖2）

圖2 龍鳳跨柳南高速特大橋門式墩支架結構圖

3 主要施工工藝

3.1 支架搭設施工流程

支架基礎施工→墩身支架預埋件施工→支架安裝→支架預壓→底模板、外側模板安裝→鋼筋綁扎→預應力安裝→混凝土施工→養護→拆模→預應力張拉、注漿→拆除支架、底模。

3.2 蓋梁支架搭設

支架基礎利用橋墩承臺基礎，將承臺頂面處里后，即可開始進行鋼管支墩的吊裝，一排鋼管支墩吊裝完成后，采用12#槽鋼做與墩身連接及剪刀撐連接，第二排鋼管支墩吊裝后，采用同樣方法進行連接，兩排鋼管支墩之間也要連接，在墩柱的位置，采用井子架的形式與柱子固定，以保證結構的整體性及穩定性。

縱橫向分配梁采用吊車安裝，人工配合的方式，鋼管支墩安裝完后在頂部設置卸落砂筒，然后進行縱橫向分配梁的吊裝，分配梁與砂筒的連接采用鋼板焊接牢固。頂分配梁從帽梁中間向兩端開始布設，工字鋼間距應符合圖紙要求，確保均勻受力。

3.3 蓋梁支架預壓

支架搭設完成需對支架進行預壓，不但可以檢測支架承載力能否滿足要求，同時還可以消除支架非彈性形變，測出彈性形變為后續立模標高提供數據依據。預壓重量為蓋梁設計重量的1.1 倍進行加載，預壓材料采用1m*1m*1m（預壓塊容重按2.4 噸/方）預制混凝土塊（2.4噸/塊），按蓋梁結構形式合理布置預制混凝土塊布放位置，對施工的各項荷載進行準確模擬。為了保證加載過程的安全性，確保預壓塊堆碼高度控制在6m 以內。

預壓過程中合理設置觀測點并做好觀測記錄，以利于計算支架的變形量。監測斷面設置在預壓區域的兩端及間隔1/4 長度位置，每個監測斷面布置對稱中線布置3 個觀測點，預壓加載分0%、60%、110%3 次進行，每階段加載完成后1 小時進行支架的變形觀測，以后每間隔6 小時進行一次觀測，待相鄰兩次觀測沉降量不大于2mm 后方可進行下一階段加載。待加載重量全部施加到位后，連續觀測24 小時支架位移值小于2mm 后方可進行卸載。待消除支架非彈性變形量及壓縮穩定后測出彈性變形量，即完成支架預壓施工。

3.4 蓋梁鋼筋安裝

門式墩托梁普通鋼筋主要采用HPBΦ300、HRBΦ400兩種規格，鋼筋加工制作時應按照圖紙進行施工。在底模與外模均安裝好后，開始綁扎梁體鋼筋。首先進行底板鋼筋綁扎，其次兩側，最后頂板。當預應力管道與鋼筋位置沖突時，首先要確保預應力管道位置準確，然后適當調整鋼筋位置。在管道彎起位置處需設置加強鋼筋進行連接，防止后續在張拉過程中管道產生偏移及開裂。鋼筋接長及焊件必須按照規范進行操作，尤其是鋼筋搭接長度必須滿足要求，鋼筋安裝完畢經驗收合格后方可進行下一步施工工序。

3.5 蓋梁混凝土澆筑

蓋梁模板、鋼筋、預應力筋、各預埋件及預留孔經檢查均符合設計及規范要求，得到監理工程師許可，實驗人員現場檢測混凝土性能合格后，可以進行混凝土澆筑。澆筑前清理模板內雜物，比如鋼筋頭、焊渣等，并適當用水濕潤。蓋梁混凝土一次澆筑完成，在澆筑時需分區分層進行，每層澆筑厚度不得超過30cm。澆筑順序為跨中往兩端分層進行，在澆筑底部位置時由于鋼筋較為密集，需適當加大混凝土塌落度，當澆筑至頂層時為減少浮漿需適當減少塌落度。澆筑完成初凝后及時覆蓋養護，養護時間不得少于14 天。

4 支架受力計算

4.1 支架受力計算

采用Midas Civil 軟件對支架進行整體建立模型，鋼管立柱、縱橫向分配梁均采用梁單元模擬，通過定義荷載工況考慮蓋梁混凝澆筑完成時為最不利工況進行計算并進行荷載組合。支架及蓋梁自重由軟件自動生成，支架主要桿件的受力如圖3 所示。

圖3 在最不利工況下支架立柱正應力圖（單位：MPa）

由圖3 可得出：在最不利荷載組合下，鋼管樁最大正應力為81MPa ＜f ＝215MPa。最大剪應力τ＝15MPa ＜fv ＝125MPa。說明鋼管樁的應力強度滿足規范要求。

4.2 鋼管樁穩定性驗算

考慮到鋼管樁豎向高度較大，且從后面的反力計算結果來看，反力最大。下面重點對鋼管樁的穩定性進行驗算。鋼管樁：截面面積為0.0286m2，截面慣性矩為2.96×10-3m4。Q235B 鋼材的彈性模量E=2.06×105MPa。

根據相關規范，結構的穩定性應根據下列公式計算。

式中：N—所計算構件段內的軸心壓力；

φx—彎矩作用平面內的軸心受壓構件穩定系數；

Mx—所計算構件段內的最大彎矩；

βmx—等效彎矩系數，在橫向荷載作用下=1.0；

γx—截面塑性發展系數，取值1.15；

f—材料的抗壓強度設計值，Q235B 鋼材取值215MPa。

鋼管樁中間段穩定性驗算結果：偏安全考慮計算長度取18m，=18/0.32=56；N′EX=4.15×107，查本規范附錄C 得φx=0.922；Wix=Ix/yo=2.96×10-3/0.45=6.43×10-3；查看模型可得知N=1204.6kN；Mx=271.6kN·m。

將相應數值帶入上述公式計算可得92.3MPa＜215MPa

從以上計算結果可知，鋼管的穩定滿足規范要求。

4.3 縱分配梁受力驗算

2I56 縱梁間距為140cm+120cm+140cm，以2I56 橫梁為支座，最大跨度為680cm。

式中：W —I56 工字鋼截面抵抗矩，W=2342000mm2；

I—I56 工字鋼截面慣性矩，I=655756000mm4；

q1—I56 工字鋼承受的均布線荷載；

L1—I56 工字鋼跨度，取6800mm。

其在荷載作用下縱分配梁應力如圖4。

圖4 在最不利工況下縱分配梁正應力圖（單位：MPa）

通過縱分配梁正應力圖可得出，該構件的彎曲應力為：σmax=165.4MPa

5 安全質量保障措施

①蓋梁支架必須由專業分包單位進行指導安裝，安裝人員必須經過專業培訓并考核合格后方可上崗作業。在安裝前需對蓋梁平面位置、安裝標高等參數進行定位復核，尤其是梁底位置必須滿足要求符合要求后進行安裝。②支架預壓過程中做好安全防護工作，平臺上掛設醒目的標志標牌，在加載過程中一切非施工人員嚴禁進入施工現場，施工區域設置警戒線進行隔離，保證整個加載過程安全、順利、無干擾。③張拉或退錨時，張拉油頂后面嚴禁站人，并在張拉作業區后方設置木防護板以防預應力筋拉斷或錨具、夾片彈出傷人。

6 結束語

通過采用鋼管型鋼支架，并對該支架受力性能進行認真計算分析，同時對施工過程中的各項工序嚴格把控等一系列措施，最大程度的減少了支架沉降，使得施工安全性處于可靠范圍內，同時也確保了蓋梁的施工質量和線性滿足要求。通過現場實際應用，該門式墩蓋梁在復雜地質條件下施工所涉及的相關技術在實際應用中取得很好的效果，也為后續類似施工提供了借鑒和參考。