艱險峽谷山區(qū)高墩橋梁混凝土運輸方法研究

張振興

(中鐵三局集團(tuán)有限公司， 太原 030001)

艱險峽谷山區(qū)高墩橋梁混凝土運輸方法研究

張振興

(中鐵三局集團(tuán)有限公司， 太原 030001)

新建西安至平?jīng)鲨F路田家窯2號大橋是目前國內(nèi)鐵路四線橋梁中最大跨度的單T剛構(gòu)橋，其跨度在亞洲地區(qū)的鐵路四線橋梁中也居首位。為解決該橋C55聚丙烯纖維混凝土運距較遠(yuǎn)、運輸中安全風(fēng)險大、極易堵塞泵管等難點，確?；炷恋臐仓|(zhì)量，根據(jù)艱險峽谷山區(qū)的地形條件及高墩橋梁懸臂澆筑的施工特點，對混凝土運輸方案比選、永臨結(jié)合施工棧橋設(shè)計、豎向支撐點布置、桁架結(jié)構(gòu)制作、棧橋架設(shè)等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究。在西安端橋臺溝壁與0號塊的接觸網(wǎng)支架平臺上搭設(shè)施工棧橋，桁架構(gòu)件選擇無縫鋼管，創(chuàng)新使用了釣魚法吊裝桁架梁，實現(xiàn)了位于峽谷山區(qū)高墩橋梁混凝土水平泵送的目的，縮短了混凝土運輸時間及澆筑時間，增加了可靠性，提升了泵送混凝土質(zhì)量。

峽谷； 高墩； 混凝土； 運輸； 棧橋； 永臨結(jié)合

1 工程概況

1.1 工程設(shè)計概況

新建西安至平?jīng)鲨F路田家窯2號大橋，位于陜西省咸陽市永壽縣田家窯村東，為跨越黃土沖溝而設(shè)。溝深90 m，溝谷狹窄，岸坡高陡，自然剝蝕嚴(yán)重，錯落、黃土陷穴等不良地質(zhì)發(fā)育，工程地質(zhì)條件較復(fù)雜。溝內(nèi)灌木、雜草叢生，陡坎上黃土裸露。平?jīng)鰝?cè)溝岸自然坡度超過70°，西安側(cè)溝岸最大自然坡度達(dá)60°，溝岸自然坡角遠(yuǎn)大于其岸坡最終穩(wěn)定角(一般為30°)，溝谷岸坡處于欠穩(wěn)定狀態(tài)。

橋梁全長237.3 m，孔跨布置為4-(2×108 m)單T剛構(gòu)曲線橋，平面曲線半徑 1 200 m。設(shè)一墩兩臺，1#主墩高為68 m(含11.5 m梁高)，墩身為雙薄壁墩，薄壁長22.1 m，壁厚2 m，凈間距9 m，梁為4線2×108 m預(yù)應(yīng)力混凝土T型剛構(gòu)，橋梁整體示意圖如圖1所示。兩幅雙線橋并列設(shè)置，基礎(chǔ)共用。上部結(jié)構(gòu)采用單箱單室、變高度、變截面預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁，梁段按施工順序共劃分為41個，有9種不同長度的節(jié)段，采用掛籃施工的最重梁段重約235 t。

圖1 橋梁整體示意圖

1.2 總體施工技術(shù)

鉆孔灌注樁采用旋挖鉆機(jī)成孔；利用定型鋼模板采用翻模法施工薄壁墩，墩間的橫向連接及橫梁采用滿堂支架法施工；在主墩兩側(cè)及中間施工臨時托架，墩身內(nèi)預(yù)埋工字鋼作為支撐，0號段左右幅分4次澆筑，利用墩身、掛籃鋼?，F(xiàn)澆施工0號梁段(左右幅同時施工)；懸臂段施工采用掛籃施工，兩幅橋并列同時進(jìn)行；現(xiàn)澆段梁體按曲線設(shè)置施工，一次成型；支架系統(tǒng)澆筑時采用落地支架，強(qiáng)度達(dá)到拆模要求后，采用臨時支撐。

2 艱險峽谷山區(qū)高墩橋梁混凝土水平泵送運輸方法設(shè)計

2.1 峽谷山區(qū)垂直泵送運輸問題

雙薄壁墩和墩梁錨固區(qū)0號塊施工時，混凝土運輸經(jīng)田家窯1號大橋繞行的便道至90 m深的黃土沖溝底，然后在溝底設(shè)置2臺地泵，經(jīng)雙幅橋之間的雙薄壁墩內(nèi)垂直泵送至澆筑部位進(jìn)行施工。雙薄壁墩和0號段C55聚丙烯纖維混凝土垂直泵送過程中，易出現(xiàn)以下影響混凝土澆筑速度，施工外觀質(zhì)量難以保證的問題：

(1)0號段施工過程中，泵送高程達(dá)到最大值，對混凝土入泵的性能要求極高，混凝土拌合物的塌落度損失較大且不易控制，進(jìn)而造成混凝土在泵送過程中極易堵塞泵管。

(2)施工現(xiàn)場配置兩臺混凝土輸送泵，混凝土垂直泵送施工達(dá)不到兩端同時進(jìn)行施工的要求。

(3)在進(jìn)行梁體混凝土施工時，如果在溝底進(jìn)行混凝土垂直泵送施工，由于運輸便道繞行且便道坡度大，混凝土澆筑施工受到天氣條件的制約。

(4)混凝土垂直+水平長度均較大的泵送過程中，極易造成泵送管堵塞，且檢修危險、緩慢，勢必會延長施工工期，甚至?xí)o必須連續(xù)灌注混凝土的箱梁帶來極大的質(zhì)量風(fēng)險。

2.2 懸臂段混凝土運輸方案

(1)方案一：采用混凝土垂直泵送方式，但泵送設(shè)備重新購進(jìn)或者租賃更大功率的混凝土輸送泵。擬采用三一重工HBT90CH-2135D超高壓混凝土輸送泵，該泵額定最大的輸送壓力為35 MPa，滿足懸臂最大泵送形成的壓力損失需求。

(2)方案二：根據(jù)現(xiàn)有地泵的泵送能力，懸臂梁1號～9號段采用現(xiàn)有的地泵進(jìn)行垂直泵送施工混凝土澆筑，10號～19號懸臂梁段在兩側(cè)黃土邊坡上設(shè)置混凝土汽車泵(臂長48 m)進(jìn)行混凝土澆筑施工。

(3)方案三：結(jié)合田家窯2號大橋特殊的地理位置，在西安端橋臺沖溝壁與0號段梁體上搭設(shè)施工棧橋，利用蒿店站進(jìn)場道路作為混凝土運輸便道，在田家窯2號大橋的西安端橋臺后設(shè)置既有混凝土輸送泵泵送混凝土，改變剛構(gòu)梁懸臂段混凝土運輸?shù)姆绞綖樗竭\輸。

結(jié)合峽谷山區(qū)垂直泵送運輸混凝土所出現(xiàn)的問題，將運輸方案對剛構(gòu)梁體施工質(zhì)量影響、成本影響和工期目標(biāo)影響作為方案比選的主要條件，比選結(jié)果見表1和表2。

表1 混凝土運輸方案可行和施工風(fēng)險對比

表2 混凝土運輸方案成本和懸臂施工工期影響對比(成本按施工18月計)

經(jīng)過3個方案各方面指標(biāo)對比，最終確定方案三為最佳混凝土運輸方案，即采取永臨結(jié)合施工棧橋?qū)崿F(xiàn)混凝土水平運輸施工方案是最經(jīng)濟(jì)合理、可行性高、風(fēng)險低、科學(xué)合理，且縮短懸臂施工工期的方案。

3 跨深谷棧橋設(shè)計

3.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計

(1)施工棧橋整體布置

施工棧橋采用鋼管焊接成桁架作為棧橋的主梁，泵管和行人通道設(shè)置在桁架內(nèi)部，保證了棧橋的受力均勻和行走安全。整個施工棧橋為三跨連續(xù)梁結(jié)構(gòu)，設(shè)置4個豎向支撐點和1個橫向約束支點。第一個支撐點設(shè)置在田家窯2號大橋刷方邊坡的臺階上，第二個支撐點設(shè)置在田家窯2號大橋西安端橋臺前的沖溝壁上，在田家窯2號大橋1號墩正上方0號塊梁面上設(shè)置懸挑支架作為第三個主要支撐，第四個支撐點設(shè)置在0號塊箱梁中部的接觸網(wǎng)支架平臺上,如圖2和圖3所示。

圖2 施工棧橋平面布置圖

圖3 施工棧橋立面布置圖(m)

(2)主桁結(jié)構(gòu)

桁架主材采用無縫鋼管焊接，橫斷面采用三角形結(jié)構(gòu)，三角形高2.2 m，底寬1.5 m(弦桿中心之間尺寸)，延縱向每1.8 m設(shè)置一根上弦桿與下弦桿之間的連接豎桿。桁架上弦桿采用型號為114-5的無縫鋼管，兩根下弦桿采用型號為89-5的無縫鋼管，上弦桿與下弦桿之間的連接豎桿采用型號為48-4的有縫鋼管，上弦桿與下弦桿之間的連接斜桿采用型號為70-5的無縫鋼管，兩根下弦桿之間的連接橫桿采用型號為80的槽鋼。

3.2 計算分析

(1) 恒荷載

腳踏板：按木板4 cm厚考慮，則連接橫桿上承受的腳踏板線荷載為1.2×6×0.04×0.9=0.259 2 kN/m(連接橫桿間距0.9 m)。

安全網(wǎng)：重量1.2×0.01×2.2×2=0.052 8 kN/m，作用于上弦桿。

(2) 活荷載

泵送過程混凝土荷載按集中力作用于連接橫桿上，集中荷載為0.9×1.4×(0.32×0.9+0.319×0.9)=0.724 6 kN。

風(fēng)荷載計算依據(jù)TB 1002.1-2005《鐵路橋涵設(shè)計規(guī)范》：按最大風(fēng)速28 m/s計算基本風(fēng)W0=28×28/1.6=490 Pa，

K1=0.8，K2=1.42，K3=1.30，標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)壓Wf=0.8×1.42×1.30×0.49=0.723 632 kPa。按桁架結(jié)構(gòu)的受力面積需乘以0.4系數(shù)，由于該桁架結(jié)構(gòu)兩側(cè)掛安全網(wǎng)，增大迎風(fēng)面積，系數(shù)按0.6考慮，風(fēng)壓作用于上、下弦桿上，單根所受線荷載為0.9×1.4×0.723 632×2.2×0.6/2=0.6 kN/m。

(3) 主要計算結(jié)果

纜風(fēng)繩設(shè)置于兩支墩跨中，在風(fēng)力作用下，僅考慮單側(cè)作用，計算結(jié)果如表3所示。

表3 強(qiáng)度及穩(wěn)定性計算結(jié)果(MPa)

經(jīng)計算主桁受力不滿足要求，需對結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。

3.3 深化設(shè)計

(1) 鋼支撐墩優(yōu)化(第二支點)

為了減小主跨跨度，根據(jù)其現(xiàn)場位置條件，對其結(jié)構(gòu)形式的四個柱側(cè)增設(shè)牛腿；在西安端橋臺方向的支撐鋼墩高度為7 m，采用鋼筋混凝土挖孔樁承臺基礎(chǔ)，鋼墩在線路方向焊接7.2 m的牛腿，以減小鋼桁架的跨度。牛腿和牛腿下方斜撐采用40a工字鋼焊接，兩牛腿之間采用14a槽鋼連接。在牛腿上方外側(cè)每0.5 m焊接一根長度為0.3 m的75角鋼，角鋼呈45°角度，以有利于桁架吊裝時就位。桁架架設(shè)好以后，在桁架下弦兩桿內(nèi)側(cè)焊接80槽鋼，槽鋼延線路方向呈“]”焊接，以保證桁架橫向不能移動，如圖4所示。

圖4 鋼支撐墩構(gòu)造圖(mm)

(2) 優(yōu)化后計算結(jié)果

跨度減小后，主桁架的優(yōu)化計算結(jié)果，如表4所示。

表4 強(qiáng)度及穩(wěn)定性計算結(jié)果(MPa)

優(yōu)化后的計算結(jié)果基本可滿足施工臨時結(jié)構(gòu)的要求。

4 施工技術(shù)方案及安全技術(shù)措施

4.1 棧橋制作

(1) 泵管桁架焊接

桁架焊接時由于受焊接場地限制，桁架總長為72.5 m分成兩段焊接。第一段50 m，第二段22.5 m，兩段連接接頭處上弦、下弦桿斷開點錯開距離不小于3.6 m。在下弦桿兩設(shè)置φ16定位鋼筋。設(shè)置腳手架支撐固定并焊接上弦桿。

(2) 鋼支墩焊接

西安臺方向的鋼支撐墩柱支撐為40a工字鋼，格構(gòu)綴材為14a槽鋼。焊接時先將延線路方向的兩根主支撐工字鋼柱焊接為一個榀，鋼支撐墩焊接分為兩榀直接在場地內(nèi)焊接。

4.2 棧橋吊裝

桁架吊裝前，用全站儀放樣處桁架兩端端部位置線。桁架吊裝時采用釣魚法的思路，即用25 t吊車在2號橋右側(cè)臺臺前硬化場地內(nèi)起吊第一段長度為50 m的桁架，起吊桁架離地1～2 m后將桁架向1號墩方向移動3～4 m，然后將起吊點后移3～4 m再次起吊向1號墩方向移動。

4.3 混凝土泵送

混凝土泵送采用1臺HTB-80地泵泵送，地泵設(shè)置在田家窯2號大橋西安端橋臺后路橋過渡段上。泵管沿施工棧橋上箱梁面后采用三通泵管進(jìn)行分流，根據(jù)彎管、直管和軟泵管對混凝土泵送、力摩擦阻力不同進(jìn)行懸臂梁兩端流量的調(diào)節(jié)，以達(dá)到兩端同步澆筑。

4.4 安全技術(shù)措施

施工過程中，為限制棧橋的橫向位移及豎向變形，在3號段梁體前端50 cm處設(shè)置1根40工字鋼懸挑住桁架，工字鋼后端于梁體預(yù)埋2根φ32精軋螺紋鋼筋錨固。此舉減小桁架中間跨度10.4 m，從而減小原支點處局部桿件的應(yīng)力。

5 應(yīng)用效果分析

田家窯2號大橋在溝壁與0號塊之間搭設(shè)施工棧橋，實現(xiàn)混凝土水平泵送，因運輸路線由3 km縮短為500 m，混凝土運輸時間縮短，運輸成本降低。由于改變了混凝土輸送方式，縮短了灌注時間，增加了可靠性，降低了風(fēng)險。施工棧橋作為人工上、下橋的施工通道，間接增加工人橋面作業(yè)時間，提高每班作業(yè)工效。

6 結(jié)束語

基于永臨結(jié)合的思路，針對艱險峽谷山區(qū)大跨度高墩橋梁：

(1)設(shè)計了施工棧橋，在其上架設(shè)混凝土泵管，實現(xiàn)梁體混凝土水平運輸?shù)哪康?，解決了梁體混凝土運輸受天氣、施工艱險環(huán)境的限制造成的難題，確保了梁體混凝土施工質(zhì)量。

(2)提供一種用于減小鋼桁架跨度的鋼支撐墩結(jié)構(gòu)，根據(jù)其現(xiàn)場位置條件，對其結(jié)構(gòu)形式的四個柱側(cè)增設(shè)牛腿，鋼墩在線路方向焊接7.2 m的牛腿，以減小鋼桁架的跨度。

(3)桁架架設(shè)中創(chuàng)新使用了釣魚法吊裝架設(shè)，即由于塔吊前段起吊重量限制，采用塔吊在前端牽引，25 t吊車在后端主要掛重吊裝安裝。

以上實踐證明，針對本橋采用的施工方法切合實際、安全有效，可為類似工程提供較好的借鑒。

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Research on Concrete Transportation for the High-Pier Bridge in Difficult Canyon Mountainous Areas

ZHANG zhenxing

(China Railway No.3 Engineering Group Co. Ltd., Taiyuan 030001, China)

The Tianjiayao No.2 Bridge with four-track of new Xi’an-Pingliang railway is a single T rigid frame bridge with the largest span in China, and the span is ranked first of four-track railway bridges in Asia . In order to solve the problems of C55 polypropylene fiber concrete such as long distance transportation, big safety risk in transportation, block in the pipe of concrete pump, and to ensure the quality of concrete construction, according to topographic conditions in difficult canyon mountainous areas and construction characteristics of cantilever casting for the high-pier bridge, the research was done on the key construction technologies like concrete transportation scheme comparison, the design of construction trestle based on permanent and temporary idea, arrangement of vertical supporting points, manufacturing of truss structure, erection of trestle. The trestle is built on the platform between gully cliff in Xi’an end abutment and the support of OCS. Seamless steel tubes are chosen as the truss components , and the innovation application of fishing method is used to erect truss, which makes that the purpose of level pumping concrete for the high-pier bridge in difficult canyon mountainous areas is realized. It shortens the time of concrete transportation and casting, increases the reliability, and improves the quality of pumping concrete.

canyon; high-pier; concrete; transportation; trestle; permanent and temporary ideas

2016-03-10

張振興(1964-)，男，高級工程師。

1674—8247(2016)03—0049—05

U443.22

A