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铁路框架墩施工技术

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摘要:大西客专右线太钢特大桥于5~9#墩以框架墩形式上跨石太上行线,大西右线与石太上行线夹角约10°,因石太线东侧为石太客专,西侧为太原北站III场牵出线,框架墩跨度受限仅16m,又因大西客专与石太上行线高差小,为保证限界要求,大西右线桥梁跨度只能采用12m、16m跨度方能满足要求,施工条件异常困难,本文详细介绍了支架设计、搭设、拆除施工关键技术。

关键词:运营铁路;框架墩;门洞支架;施工安全

0引言

铁路桥框架墩一般多设计在铁路立交桥处,施工时要保证既有铁路的不中断运营,施工难度大,安全风险高。本文所述框架墩位于铁路枢纽内,两侧均有其他运营铁路,施工条件特别困难,本文通过对复杂困难条件下上跨运营铁路施工框架墩技术研究,总结出一套经济合理、技术先进、安全可靠的施工方案及工艺,为今后类似工程提供借鉴。

1工程概况

1.1框架墩概况

大西客专右线太钢特大桥于5~9#墩以框架墩形式上跨石太上行线,大西右线与石太上行线夹角约10°,因石太线东侧为石太客专,西侧为太原北站III场牵2线,框架墩跨度受限仅16m,又因大西客专与石太上行线高差小,为保证限界要求,大西右线桥梁跨度只能采用12m、16m跨度方能满足要求,施工条件异常困难。框架墩处采用现浇后张法预应力钢筋混凝土横梁及简支T梁上跨石太上行线,5~7#墩为牛腿式横梁,横梁长16m、高3.26m、宽2m、牛腿宽1.16m,长4.8m,牛腿上架设12m简支T梁;8#墩、9#墩横梁为矩形横梁,长16.2m、高2.3m、宽2.2m,横梁上架设16m简支T梁。

1.2既有线概况

5~9#框架墩上跨石太上行线(K231+340.5~K231+400.4),此段落石太上行线为曲线段,曲线半径400m、位于1.6‰爬坡地段。施工范围共有接触网支柱2根(分别为130#、132#)位于线路西侧,回流线悬挂于接触网杆内侧,132#处为回流线锚段。

1.3工程特点

①横梁门洞搭设、拆除,横梁施工等上跨繁忙干线的作业,施工等级高,安全风险大。

②施工场地狭窄,大型机械几乎无回转半径,门洞只能逐个依次搭设、拆除,连续施工工期长,是代建大西客专的工期控制工程,工期压力大。

③工程量大,现浇横梁5榀,搭设、拆除横梁施工门洞5次。

2施工方案

2.1总体施工方案

框架墩横梁采用在石太上行线上方搭设门洞式支架现浇完成。总体施工方案为先集中搭设5榀门洞支架,再平行进行横梁主体施工,最后拆除施工门洞。门洞由φ609钢管立柱、工字钢纵、横梁门洞骨架、满铺竹胶板作业面及底模支撑体系组成。横梁钢筋在钢筋加工场集中加工成半成品,采用小型汽车拉运至施工现场,通过施工步梯人工搬运至施工门洞上,逐件进行安装、绑扎。横梁底模、侧模均采用竹胶板。混凝土在搅拌站集中拌制,混凝土罐车运输,泵车泵送入模。横梁预应力钢筋在主体浇筑完成七天且抗压强度满足设计要求后,进行张拉、压浆、封锚,拆除横梁模板、拆除施工门洞,完成施工。

2.2施工类别及要点

计划结合太原铁路局集中修天窗,利用一天120分钟天窗迁改回流线、调整接触线、承力索导高;4天各120分钟集中修天窗(III级)完成5个施工门洞搭设;60天完成5榀横梁主体施工;利用4天各120分钟停电天窗(III级完成)拆除施工棚洞。

3施工门洞设计

门洞式支架由下部钢管柱(包括沙箱)支撑体系,上部两拼I50工字钢横梁、I56工作钢纵梁组成其主骨架;顶面为竹胶板作业面、I20工字钢分配梁、方木底模支撑体系及钢管护栏组成其施工平台。
3.1钢管柱支撑体系

门洞立柱采用φ609钢管,钢管外径609mm,壁厚10mm,高度根据各墩横梁底与石太上行线外轨轨面净空高度设置,平均高度6.9m(由1节3m短柱1节4.7m长柱组成),钢管立柱中跨跨度9.4m。钢管柱与上、下结构物及钢管柱间均采用法兰栓接。下法兰与承台预埋法兰栓接,上法兰栓接φ609×φ580×800mm钢制沙箱。预埋法兰在框架墩承台施工时提前预埋至承台混凝土中,并通过100cm长锚筋与承台连结成整体。钢管柱四周采用20#槽钢设置剪刀撑增强棚洞整体性,槽钢与钢管柱间焊接。5#墩柱受场地限制,工字钢纵梁Z1、Z2与I50工字钢横梁搭接长度较短,因此,在东侧墩身浇筑时,在设计浇筑面顶西侧预埋60×80cm钢板,Z1、Z2就位后,采用2根I56工字钢斜撑加固。受横梁与既有线轨面净高限制,钢管柱顶安装沙箱以便横梁施工完成后降低支架高度,拆除横梁底模支撑体系。沙箱结构高度80cm,装沙后高度100cm,最大可降高度20cm。根据设计检算,钢管柱中跨跨度不得超过9.41m。框架墩墩柱中心间距为13m,则法兰、钢管柱中心距离墩柱中心位置l=12-9.42=1.8m。5#墩东侧承台尺寸为2.5×6.4m。东侧承台远离石太上行线侧加宽0.5m,钢筋按设计图相应增加。西侧墩柱靠近石太上行线内侧施作两根Φ1m桩,桩长7m,人工挖孔桩,桩顶端预埋法兰盘。

3.2工字钢纵、横梁棚顶骨架

棚顶以工字钢纵、横梁作为主骨架。采用两拼I50工字钢作为横系梁将上部荷载分配并传递至钢管立柱,横系梁单根长度6.4m,横系梁与钢管柱顶沙箱上钢板焊接,焊缝高度8mm,单个柱顶焊缝总长160cm。纵梁由16根I56工字钢按横梁正投影下、正投影外两种规格分别加工。横梁正投影下间距30cm布置,正投影外部位间距60cm布置,横系梁端部另加设两根。各组纵梁间间隔100cm设置横向10#槽钢将纵梁连接为整体。框架墩横梁正投影下I56工字钢纵梁间距30cm布置,共8根,单根长度9.7m,每4根一组(以Z1、Z2命名)。框架墩横梁正投影外纵梁(以Z3、Z4命名)间距60cm,最外侧两根纵梁间距35cm,单根长度19.2m,工字钢采用等强度钢板满焊连接。

3.3满铺竹胶板平台及底模支架体系

纵梁上部满铺一层2cm厚竹胶板作为作业平台。横梁底模采用I20工字钢分配梁及8cm纵向方木支撑。I20工字钢共14根,间距60cm垂直横梁布置,5~7#墩(有牛腿)单根长度470cm,8#、9#墩单根长度230cm。工字钢横梁端部焊接长790cmI20工字钢使其形成整体。8cm方木单根长8.2m,间距30cm布置。

3.4施工平台防护坠物措施

平台四周设置间距3m塑料管立柱、间距0.6m横杆及密目网围护,防止施工人员、小型工具坠落。立柱外径48mm,壁厚3mm。立柱采用绑扎方式与纵梁连接,纵梁吊装前在纵梁顶面焊间隔3m焊接30cm短钢管头,纵梁吊装就位后将塑料管插入短钢管内。横杆利用直角扣件与立杆连结。管柱上使用尼绒绳绑扎密目网,形成四周封闭工作空间。在密目网四周设置高15cm竹胶板挡板,防止施工机具坠落砸伤既有线设备。

4施工门洞安装及拆除

施工门洞吊装及拆除分别利用4个120分钟石太上行线停电天窗点完成。以单榀门洞为例,主要作业内容包括门洞东、西两侧共8根钢管柱、4组2拼I50工作钢系梁、4组I56工字钢纵梁、1组I20工作钢分配梁、竹胶板工作平台、平台防护措施吊装及拆除。7#、8#墩门洞支架钢结构主骨架分别利用一台300t汽车吊,在第一个天窗点内同时完成;6#、9#墩门洞支架钢结构主骨架分别利用一台200t汽车吊,在第二个天窗点完成,同时完成7#、8#墩竹胶板施工作平台搭设及平台防护设施安装;5#墩门洞支架钢结构主骨架利用一台200t汽车吊,在第三个天窗点完成,同时完成7#、9#墩竹胶板施工作业平台搭设及平台防护设施安装;5#墩竹胶板施工作平台搭设及平台防护设施安装在第四个天窗点完成。棚洞拆除按照搭设逆顺序进行。

4.1门洞构件准备及施工机械、机具准备

门洞支架各构件按照门洞设计方案提前加工成型,运输至施工现场。钢管柱、2拼I50工作钢横系梁、I56工字钢纵向及I20工字钢分配梁提前加工成型,并在连接部位设置明显标线,以便点内快速、准确安装。施工吊车点前就位,并提前进行场地平整、承载力检测。

4.2门洞支架钢结构主骨架吊装

①第一个天窗点2台300t汽车吊分别吊装7#、8#墩主骨架。

1)钢管柱吊装:汽车吊分别站位于石太上行线东、西两侧进行吊装作业,其中7#墩吊车支腿距离石太上行线最近距离3.73m,吊装钢管柱最大作业半径15.76m;8#墩吊车支腿距离石太上行线最近距离5.90m,吊装钢管柱最大作业半径17.68m。其中最不利工况为8#墩作业半径为17.68m的钢管柱吊装。此工况下作业半径17.68m,吊车大臂伸长至26.5m,作业半径按18m计算,查徐工QY100汽车吊性能表,吊装能力为10.9t,钢管柱自重1.2t,安全系数为10.9÷1.2=9>1.2满足安全要求。

2)两拼I50工字钢横梁安装:I50工字钢横梁在加工场焊接加工成型,利用100t吊车在对应钢管柱吊装完成后进行吊装。I50工作钢横梁自重0.6t,作业半径小于钢管柱吊装半径,满足安全要求。横梁吊装完成后,在点内完成横梁与钢管柱顶钢板焊接及靠近既有线侧槽钢斜撑焊接。

3)上部I56纵梁、I20工字钢分配梁吊装:纵梁及纵梁间横梁连结分组在钢筋加工场提前加工成型,需用停电天窗内40分钟完成4组纵梁吊装及精确对位作业。使用QY100K型吊车进行纵梁吊装,保持汽车吊位置不变。7#墩吊装远离吊车纵梁时作业半径最大为11.38m,8#墩吊装远离吊车纵梁时作业半径最大为13.11m,最不利工况为8#墩远离吊车纵梁吊装。8#墩横梁施工门洞纵梁吊装时,汽车吊站位于石太上行线东侧,车身平行既有线方向站位,回转中心距离8#台墩身中心6.98m。吊装远端纵梁(即Z3)时作业半径最大,为13.11m,以14m计算,此时吊车大臂伸长至26.5m,支腿全伸,平衡重8.3t。查QY100t汽车吊吊装性能表,此时吊装能力为15t,Z3重量8.345t,安全系数18.5÷8.345=2.22>1.2,满足安全要求。Z1、Z2、Z4纵梁自重分别为4.551t、3.381t小于Z3纵梁自重,且作业半径较Z3小,采用QY100t汽车吊装,保持吊装Z3纵梁站位,满足吊装安全系数,吊装安全可控。为保证纵梁准确、快速就位,在两拼I50工作钢横梁上设置限位装置,确保纵梁快速精确就位,同时保证工字钢纵梁在承重过程中不发生位移。限位装置采用75×75×8mm角钢。I20工字钢分配梁吊装保持汽车吊站位不变,I20工字钢自重1.34t,自重小且作业半径小于纵梁吊装作业半径,吊装满足安全要求。6#、9#门墩式支架体系主骨架吊装与7#、8#墩作业工况相似,利用2台100t汽车吊分别站位于石太上行线东、西两侧在第2个天窗点完成;5#墩利用1台100t汽车吊站位于石太上行线西侧在第三个天窗点完成吊装。

②竹胶板平台、底模支撑及防护措施搭设。

1)搭设人行斜道:纵梁吊装完成后,采用扣件式钢管脚手架搭设之字型人行运料斜道。斜道总高度8.7m,有效高度7.5m,上部设置1.2m高围栏。斜道及平台宽度1.5m,斜道坡度不大于1:3,脚手板采用顺铺木板,坡面间隔30cm设置防滑条。钢管纵、横向间距1.5m,步距0.9m。5#、6#、7#墩斜道搭设在西侧墩柱处,8#、9#斜道搭设在东侧墩柱处。扣件钢管脚手架内、外面设置剪刀撑,底部20cm设置扫地杆,外部设置铁丝网。

2)上部竹胶板底模、护网安装:运料通道完成后安装平台隔离护网栏杆及护网。栏杆立杆、横杆提前加工成型,利用对接扣件迅速与纵梁上已焊接牢靠并与纵梁一同吊装就位的短钢管柱连接。横杆利用直角扣件与立柱连接牢靠。栏杆安装完成后,在栏杆内侧绑扎铁丝网。竹胶板提前裁剪并编号,使用人工搬运方式、安装就位。竹胶板接缝处必须严密,必要时接缝处采用条状板材将接缝封闭。7#、8#墩利用第二个天窗点完成栏杆、护网及竹胶板平台搭设;6#、9#墩利用第三个天窗点完成栏杆、护网及竹胶板平台搭设;5#墩利用第四个天窗点完成栏杆、护网及竹胶板平台搭设。

3)方木安装:施工门洞竹胶板、防护网安装完成后,在石太上行线形成封闭的作业空间,方木、底模等底模支撑体系构件采用人工在天窗点外搬运、安装。

5横梁主体施工

5.1横梁模板安装及拆除

横梁底模、侧模均采用厚2cm竹胶板,采用钢管、木肋及配套马蹄扣等紧固件连接。

5.2钢筋绑扎

钢筋由钢筋加工场制作,小型车辆或人工运输至现场。受场地限制钢筋人工搬运至施工平台上,人工倒运并绑扎。其他小型构造钢筋及预埋件人工利用人行运料斜道搬运至安装位置。

5.3混凝土浇筑横梁

混凝土浇筑采用混凝土罐车运输、地泵泵送入模,横梁与牛腿及墩身后浇段一次浇筑成型。

5.4预应力施工

混凝土强度及龄期达到设计要求后,预应力钢束进行张拉、封锚等施工。

6结语

大西客专右线太钢特大桥5-9#框架墩横梁采用支架现浇法施工,2016年9月23日开始施工,2016年12月15日完工,有效解决了铁路营业线有限空间混凝土横梁施工难题,确保了铁路运营及施工安全,受到了业主及铁路局领导的好评,为今后类似桥梁施工提供了有益借鉴。

参考文献:

[1]杨永强.现浇混凝土框架桥施工质量探讨[J].发展,2012(04).

[2]张玮.铁路斜交框架桥混凝土裂缝成因及控制[J].四川建筑,2009(01).

[3]张伟,阎贵平,林昱.某框架桥裂缝原因分析与处理[J].铁道建筑,2007(04).

作者:高荣峰 单位:中铁六局集团太原铁路建设有限公司

铁路框架墩施工技术责任编辑:冯紫嫣    阅读:人次