鐵路門式墩墩帽托架施工技術(shù)

喬守朝 （中鐵十六局集團(tuán)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(qū)鐵路支線工程SG05標(biāo)段的關(guān)鍵控制線工程，是連接樂清港與溫州車站的重要支線貨運(yùn)鐵路，主橋位于樂清市境內(nèi)，跨既有甬臺(tái)溫鐵路一跨采用門式墩構(gòu)造采用門式墩構(gòu)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(nèi)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(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)。

圖1 雙層門式墩構(gòu)造圖

1.2 地形地貌

本標(biāo)段屬于剝蝕低山區(qū)，最高海拔高程為409.33m，最低溝谷海拔標(biāo)高1.6m，最大高差約408m。測區(qū)山體自然坡度一般20o～55o不等，植被較發(fā)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(fā)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(shè)計(jì)

①方案一：鋼管樁支架法施工

門式墩兩側(cè)墩柱采用翻模法施工，帽梁采用支架法施工，空心（實(shí)體）墩施工至墩頂階段時(shí)在墩頂安裝支架預(yù)埋件，墩身施工完成后安裝鋼管樁支架，預(yù)壓后進(jìn)行帽梁施工。

②方案二：采用三角托架結(jié)合型鋼支撐架施工法現(xiàn)澆施工

門式墩立柱施工鋼筋效仿鋼筋籠對(duì)接發(fā)采用整體吊裝套筒對(duì)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(shí)預(yù)留支架三角托架預(yù)留孔洞，立柱施工完成后安裝三角托架并按設(shè)計(jì)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(cè)模，澆筑混凝土。

2.1.2 方案比較

對(duì)于方案一，是梁體結(jié)構(gòu)施工應(yīng)用最普遍，結(jié)構(gòu)計(jì)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(yùn)不方便，對(duì)于工期緊張，施工場地受限的本工程來說，明顯施工周轉(zhuǎn)少，需用量大，工程中對(duì)于焊接要求較高，不利于現(xiàn)場控制，而且每個(gè)墩身標(biāo)高不一致，每個(gè)墩身安裝管樁就必須對(duì)管樁長度進(jìn)行調(diào)整，管樁周轉(zhuǎn)使用不便，施工場地有限，不利于材料的堆放和構(gòu)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(yè)主施工總工期的要求，采用立柱及帽梁鋼筋場內(nèi)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(shí)進(jìn)行鋼筋綁扎，大大縮短施工工期，而且三角托架結(jié)構(gòu)尺寸比管樁占地少，而且其根據(jù)每個(gè)墩身標(biāo)高采用在立柱上預(yù)埋預(yù)留孔的方法，三腳架可以反復(fù)周轉(zhuǎn)，加工的三腳架更可以供多個(gè)工地周轉(zhuǎn)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(jīng)過以上兩個(gè)方案比較，和本工程施工要求及特點(diǎn)，方案二利用三角托架結(jié)合型鋼支撐架施工法現(xiàn)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(jìn)行，鋼筋綁扎在現(xiàn)場硬化場地搭設(shè)支架整體綁扎，同時(shí)進(jìn)行三角支架體系構(gòu)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(jìn)行搭設(shè)，在鋼管上焊接鋼筋頭作為鋼筋的綁扎的定位槽，同時(shí)在鋼筋的內(nèi)部設(shè)置鋼管腳手架內(nèi)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(jù)胎具設(shè)計(jì)圖，在地面上放設(shè)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(yán)格按照胎具定位槽的位置進(jìn)行綁扎，為防止吊裝過程中主筋錯(cuò)動(dòng)，環(huán)箍N3鋼筋每兩m與主筋點(diǎn)焊一道，同時(shí)將該箍筋接頭采用焊接連接，同時(shí)接觸網(wǎng)支柱預(yù)埋筋同步綁扎定位并安裝牢固。

預(yù)應(yīng)力管道位置必須按照?qǐng)D紙要求進(jìn)行定位，為了不使預(yù)應(yīng)力管道損壞，一切焊接宜在預(yù)應(yīng)力管道埋置前進(jìn)行，管道安裝后盡量不焊接，預(yù)應(yīng)力管道在平彎或者豎彎段適當(dāng)加密定位網(wǎng)片，以保證足夠的強(qiáng)度，當(dāng)普通鋼筋與管道發(fā)生矛盾時(shí)，移動(dòng)鋼筋位置，保證管道定位準(zhǔn)確。

2.3.2 帽梁支架安裝

帽梁采用三角托架結(jié)合型鋼支撐架施工法現(xiàn)澆施工，帽梁施工時(shí)的荷載通過型鋼支撐架傳遞至橫梁和托架分配梁，再經(jīng)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(shè)置2個(gè)三角托架，中對(duì)中間距為2.5m，沿橫向?qū)ΨQ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(duì)三角托架進(jìn)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(guī)范要求[1]。

抗傾覆穩(wěn)定性驗(yàn)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(shù)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(shí)的簡易平臺(tái)，方便施工。

三角托架上弦端部插入墩身預(yù)留孔中，墩縱向中心線兩側(cè)90cm各設(shè)置一個(gè)，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(shí)預(yù)留，預(yù)留在立柱順橋面，并用精軋螺紋鋼筋預(yù)拉（如三角托架安裝示意圖）；上節(jié)點(diǎn)單根精軋螺紋鋼筋預(yù)拉力為27t，下節(jié)點(diǎn)單根精軋螺紋鋼筋預(yù)拉力為15t。三角托架安裝應(yīng)保證定位準(zhǔn)確、垂直度良好；精軋螺紋鋼筋為托架關(guān)鍵受力部件，必須保證材料質(zhì)量，并按設(shè)計(jì)要求張拉，嚴(yán)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(jié)構(gòu)，結(jié)合面為斜性坡面。卸落裝置需要提前安裝至預(yù)定位置的托架上，選用硬木進(jìn)行固定，至安裝完畢后再進(jìn)行下一步帽梁澆筑。卸落時(shí)基本按照安裝時(shí)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(dāng)錯(cuò)開，隨后由上至下逐步拆除支架結(jié)構(gòu)，選用2I45b工字鋼和1cm蓋板在托架上搭建分配梁，方向?yàn)闃蚩v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?？v梁與分配梁之間須進(jìn)行加固連接，同時(shí)設(shè)置臨時(shí)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(jù)帽梁結(jié)構(gòu)尺寸的變化和考慮吊重能力，共設(shè)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(shè)底模，堆載預(yù)壓合格后，整體吊裝帽梁鋼筋，帽梁鋼筋及預(yù)應(yīng)力共重34.3t，考慮吊架、內(nèi)支撐等總重量不超過40t，結(jié)合吊機(jī)的站位及吊裝高度的要求，選用2臺(tái)130t汽車吊抬吊的方式進(jìn)行帽梁鋼筋的安裝。

帽梁鋼筋起吊設(shè)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(jī)主鉤連接，下吊耳與吊點(diǎn)分配梁連接。帽梁鋼筋的起吊吊點(diǎn)設(shè)置在吊點(diǎn)分配梁上，吊點(diǎn)分配梁橫穿與面筋底部。分配梁使用雙槽16型鋼制作，共設(shè)置7根扁擔(dān)梁，14個(gè)吊點(diǎn)。吊點(diǎn)與吊架之間采用鋼絲繩連接或采用環(huán)式吊鉤相連，抬吊鋼筋吊架至鋼筋上方，安裝環(huán)式吊鉤，調(diào)整各起吊點(diǎn)受力均勻，在信號(hào)員的統(tǒng)一指揮下，同時(shí)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(diào)帽梁鋼筋，同時(shí)對(duì)個(gè)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(jīng)設(shè)計(jì)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(yīng)調(diào)整，立柱豎向主筋伸入帽梁的長度由原設(shè)計(jì)的100cm調(diào)整為160cm；

②立柱頂部加密區(qū)鋼筋N1a與N1由并排方式調(diào)整為垂直布置，鋼筋綁扎時(shí)加強(qiáng)定位；

③大小里程側(cè)立柱鋼筋N1與帽梁N4相碰，適當(dāng)調(diào)整鋼筋的位置，并應(yīng)保證最外層鋼筋的混凝土凈保護(hù)層厚度滿足規(guī)范要求；

④帽梁對(duì)應(yīng)立柱鋼筋對(duì)接位置處的箍筋，待帽梁鋼筋安裝就位后再進(jìn)行綁扎焊接。采用加設(shè)C32鋼筋內(nèi)支撐的方式保證吊裝時(shí)此處鋼筋剛度和穩(wěn)定度。預(yù)應(yīng)力束必須在混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)值的90%以上同時(shí)齡期達(dá)到7d時(shí)才能張拉，張拉時(shí)做到對(duì)稱張拉及雙控，以張拉力為主，理論伸長量為輔，實(shí)際伸長量與理論伸長量控制在6%以內(nèi)。

預(yù)應(yīng)力筋張拉完成后及時(shí)用高性能管道壓漿料進(jìn)行孔道壓漿。采用真空輔助壓漿技術(shù)進(jìn)行孔道壓漿，穿束前用通孔器疏通預(yù)應(yīng)力管道，穿束時(shí)先將導(dǎo)線穿過孔道與預(yù)應(yīng)力束連接在一起，由人工牽引穿束，穿束后檢查預(yù)應(yīng)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(yīng)當(dāng)在帽梁處的應(yīng)力張拉完畢后進(jìn)行，拆除過程需要謹(jǐn)慎進(jìn)行，一般按照設(shè)計(jì)的順序逐步完成拆除，如果設(shè)計(jì)中并未對(duì)拆除順序進(jìn)行規(guī)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(duì)拆下的材料進(jìn)行拋扔等不規(guī)范作業(yè)，不得強(qiáng)行拆除，卸落前應(yīng)在相應(yīng)位置做好標(biāo)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(jìn)行連接處理，進(jìn)行拆除的過程按照由上至下的順序，使用汽車進(jìn)行起吊輔助。拆除順序?yàn)闄M梁——分配梁——三角托架。

3 實(shí)施效果

采用三角托架法現(xiàn)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(shí)間，在拆遷工作壓力大、安全風(fēng)險(xiǎn)大、任務(wù)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(jié)合型鋼支撐架施工法施工節(jié)約鋼材造價(jià)：（11.835-5）m ×4m ×103.5kg/1000kg/t×4200元/t/（60%）=1.99萬元（假設(shè)材料費(fèi)占工程造價(jià)的60%）。

本方案最終成功實(shí)施，對(duì)于大型的帽梁施工以及懸臂結(jié)構(gòu)施工均有重要的參考意義，尤其是三角托架的使用，在結(jié)構(gòu)尺寸上相對(duì)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(jià)低（每個(gè)墩節(jié)約2萬元），利用率高。