高速鐵路大跨度門式墩蓋梁支架施工技術的研究與應用

馮 猛

中鐵十六局集團第二工程有限公司

1 引言

隨著高鐵的快速發展，新建鐵路線跨越天然氣管線設計方案中，門式墩相比連續梁以不影響架梁關鍵線路工期，投資成本低的優勢，被廣泛采用。但門式墩蓋梁由于跨度大、混凝土方量大、載荷重，支架搭設成為施工的控制難點。在蓋梁施工中，通常采用滿堂支架或梁柱式支架方案，但由于天然氣管道周圍施工安全要求高，出現事故危害大等原因，使得常規支架方案或難以滿足安全要求，或不能滿足施工強度要求。本文以新建吳中城際鐵路2個跨天然氣門式墩蓋梁施工為案例，介紹雙層貝雷梁鋼管立柱支架方案。該支架類型利用承臺作為支架基礎，安全可靠性高，支架搭設輕便快捷，適用范圍廣，能夠很好的解決墩高5m～30m，跨度20m～30m范圍的蓋梁施工。

2 工程概況

新建吳中城際鐵路楊灘村跨定武高速立交特大橋在DK126+029、DK127+903 里程跨越天然氣管線。跨越形式分別為（32+48+32）m 連續梁、門式墩形式。由于吳中城際鐵路工期緊張，連續梁工期不能滿足架梁要求，同時進一步縮減投資，對此處跨越方式進行優化。在對現場天然氣管線位置及安全距離要求進一步調查后，提出并通過了連續梁變簡支梁，門式墩跨越DK126+029 天然氣管線方案。DK126+029、DK127+903 處天然氣管道與鐵路交叉角度分別為41°、20°，管道埋深均大于1.5m，管道外徑1.16m，地面距蓋梁底高度分別為23m、5.4m。門式墩蓋梁設計為預應力鋼筋混凝土，混凝土為C50 纖維混凝土。蓋梁高3m、寬4m，2 個門式墩跨度分別26.9m、24m，混凝土方量分別為322方、288方。跨度大、混凝土方量大、天然氣管線安全要求施工受限，是施工中的主要難題。

3 蓋梁支架方案的研究分析

3.1 常規支架方案的研究分析

（1）滿堂支架方案。采用滿堂支架方案，支架底部進行10cm 混凝土硬化處理，采用Φ48 鋼管，立桿間距60cm，步距120cm，因DK126+029 處門式蓋梁底高23m，支架短邊各加寬5m，長邊各接長2m，以保證支架穩定。通過有限元程序ANSYS軟件進行應力計算，得出滿堂支架強度及最大變形滿足要求。此方案上報送西氣東輸管理處審批，因天然氣頂部承擔重荷載，不滿足安全要求被駁回。

（2）常規貝雷梁鋼管柱方案。采用貝雷梁鋼管柱方案，兩側承臺上搭設雙排φ630×10mm 鋼管立柱，鋼管柱頂搭設雙拼型鋼，型鋼上縱向鋪設貝雷梁。此方案承重支點均在承臺鋼管柱，避免了天然氣頂部附近承受載荷。通過有限元程序ANSYS軟件進行應力計算，因門式墩跨度過大，分別為24m、26.9m，貝雷梁強度及最大變形不能滿足要求。

（3）分析結果。經分析以上兩種方案均不能滿足本工程施工要求。

3.2 改進方案的研究分析

（1）增加斜撐鋼管支架方案。經現場踏勘，進一步研究討論，對貝雷梁鋼管柱方案進行增強改進。擬對貝雷梁中間底部增加2道斜向支撐，底部固定焊接在豎向鋼管立柱上。2道斜撐頂部之間采用3m橫向鋼管柱連接，鋼管柱頂部設置2道雙拼型鋼，型鋼支撐貝雷梁中間底部。豎向支撐與斜撐之間設置2道鋼管橫向連接。支架中鋼管均采用Φ630×10mm 螺旋鋼管。斜撐鋼管支架詳見圖1。

圖1 斜撐鋼管支架貝雷梁方案

通過有限元程序ANSYS軟件進行應力計算，強度及最大變形滿足要求，但對斜撐底部橫向受力提出很高要求，同時受力對斜撐頂部施工精度要求高。經討論分析，因最高門式墩26.9m，且結構復雜，難度系數大，施工精度難以控制，嚴重制約支架的強度。

（2）雙層貝雷梁鋼管柱方案。討論組又提出雙層貝雷梁構想，并與多家貝雷梁租賃廠家進行咨詢，確定了雙層貝雷梁連接固定操作可行。同時通過有限元程序ANSYS 軟件進行應力計算，雙層貝雷梁設置后，強度及最大變形滿足要求。

（3）分析結果。經過安全性、便捷性方面比較，確定了采用雙層貝雷梁鋼管柱方案。

4 雙層貝雷梁鋼管柱方案的應用

4.1 支架方案

門式墩承臺施工時預先埋設鋼板，采用直徑800mm，厚度10mm圓形鋼板。每塊鋼板焊接2道“幾”字型鋼筋，錨固在混凝土內。鋼板上焊接鋼管立柱，立柱全部采用Φ630×10mm螺旋鋼管。單側承臺上鋼管立柱設置5 根，蓋梁底部均勻設置3 根，間距2.5m，蓋梁外側設置2 根，間距5m。采用蝶形連接件連接鋼管，上下設置2 道橫向支撐，焊接成整體。橫撐間距2.5m，蝶形連接件與橫撐豎向布置間距3.5m，連接件材料全部采用[20b 槽鋼，布置詳見圖2。

圖2 門式墩蓋梁支架立面圖

鋼管立柱頂部焊接10mm 厚圓形鋼板，鋼板上設置主橫梁，采用2 道I600 工字鋼，牢固焊接在鋼板上。工字鋼上縱向搭設雙層貝雷梁，貝雷梁布設間距0.45m，3 個貝雷梁片1 組，通過標準支撐架連接在一起。貝雷梁上部橫向設置分配梁，采用I400工字鋼，間距0.5m。分配梁上安裝I12 工字鋼整體支撐架，支撐架頂部鋪設10×10cm方木，間距0.2m。方木上鋪設底模，采用厚度15mm的竹膠板，側模及端模采用模板廠的定制鋼模。

4.2 支架預壓

4.2.1 預壓方法

采用袋裝預壓土，每袋重量嚴格控制在1t 左右。分三次逐級加載，加載重量為施工荷載的60%、100%、120%，按照先兩端后中間的順序加載。每級加載完成后，穩定1h 進行變形觀測。全部荷載完成后，在4h、8h、12h、24h進行變形觀測。判斷支架穩定的標準是相鄰兩次觀測累計變形量差值小于2mm。觀測24小時后仍不能滿足要求，增加觀測頻率，每4小時觀測一次，至觀測數據滿足要求為止。預壓卸載反向分級進行，觀測底部標高，計算出彈性變形值。

加載作業的重點是控制重量和速率，避免出現支架局部加載過快、過大問題。

4.2.2 測量方法

在蓋梁支架頂部底模上設置測點，測點用紅油漆標識，順梁方向設置2排，每排7個點，蓋梁中心1點，兩側各3點，間距3m，共設14個點。

對觀測數據進行計算分析，算出彈性變形量用于底模高程調整。當支架沉降值大于2cm 時，對相應支架位置進行補強處理，然后重新加載觀測。

5 結束語

本橋2個跨天然氣門式墩蓋梁的支架搭設及堆載預壓均在15天內完成，同時鋼管及貝雷梁均得到轉場重復利用，進一步降低了成本消耗。

雙層貝雷梁鋼管柱支架具有結構簡單、模塊化程度高、施工快捷、可重復利用的優點，同時安全系數高，穩定可靠，可以很好的解決20m～30m 跨度、5m～30m 墩高的門式墩蓋梁施工難題。在安全性、便捷性、經濟性、適用范圍方面比其他方案具有無法比擬的優勢，在今后同類工程中可大面推廣。