馮 猛

中鐵十六局集團(tuán)第二工程有限公司

1 引言

隨著高鐵的快速發(fā)展，新建鐵路線跨越天然氣管線設(shè)計(jì)方案中，門式墩相比連續(xù)梁以不影響架梁關(guān)鍵線路工期，投資成本低的優(yōu)勢(shì)，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(shè)成為施工的控制難點(diǎn)。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(xiàn)事故危害大等原因，使得常規(guī)支架方案或難以滿足安全要求，或不能滿足施工強(qiáng)度要求。本文以新建吳中城際鐵路2個(gè)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(tái)作為支架基礎(chǔ)，安全可靠性高，支架搭設(shè)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?？缭叫问椒謩e為（32+48+32）m 連續(xù)梁、門式墩形式。由于吳中城際鐵路工期緊張，連續(xù)梁工期不能滿足架梁要求，同時(shí)進(jìn)一步縮減投資，對(duì)此處跨越方式進(jìn)行優(yōu)化。在對(duì)現(xiàn)場(chǎng)天然氣管線位置及安全距離要求進(jìn)一步調(diào)查后，提出并通過(guò)了連續(xù)梁變簡(jiǎn)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(shè)計(jì)為預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土，混凝土為C50 纖維混凝土。蓋梁高3m、寬4m，2 個(gè)門式墩跨度分別26.9m、24m，混凝土方量分別為322方、288方?？缍却?、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(guī)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(jìn)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(zhǎng)邊各接長(zhǎng)2m，以保證支架穩(wěn)定。通過(guò)有限元程序ANSYS軟件進(jìn)行應(yīng)力計(jì)算，得出滿堂支架強(qiáng)度及最大變形滿足要求。此方案上報(bào)送西氣東輸管理處審批，因天然氣頂部承擔(dān)重荷載，不滿足安全要求被駁回。

（2）常規(guī)貝雷梁鋼管柱方案。采用貝雷梁鋼管柱方案，兩側(cè)承臺(tái)上搭設(shè)雙排φ630×10mm 鋼管立柱，鋼管柱頂搭設(shè)雙拼型鋼，型鋼上縱向鋪設(shè)貝雷梁。此方案承重支點(diǎn)均在承臺(tái)鋼管柱，避免了天然氣頂部附近承受載荷。通過(guò)有限元程序ANSYS軟件進(jìn)行應(yīng)力計(jì)算，因門式墩跨度過(guò)大，分別為24m、26.9m，貝雷梁強(qiáng)度及最大變形不能滿足要求。

（3）分析結(jié)果。經(jīng)分析以上兩種方案均不能滿足本工程施工要求。

3.2 改進(jìn)方案的研究分析

（1）增加斜撐鋼管支架方案。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)踏勘，進(jìn)一步研究討論，對(duì)貝雷梁鋼管柱方案進(jìn)行增強(qiáng)改進(jìn)。擬對(duì)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(shè)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(shè)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(jiàn)圖1。

圖1 斜撐鋼管支架貝雷梁方案

通過(guò)有限元程序ANSYS軟件進(jìn)行應(yīng)力計(jì)算，強(qiáng)度及最大變形滿足要求，但對(duì)斜撐底部橫向受力提出很高要求，同時(shí)受力對(duì)斜撐頂部施工精度要求高。經(jīng)討論分析，因最高門式墩26.9m，且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，難度系數(shù)大，施工精度難以控制，嚴(yán)重制約支架的強(qiáng)度。

（2）雙層貝雷梁鋼管柱方案。討論組又提出雙層貝雷梁構(gòu)想，并與多家貝雷梁租賃廠家進(jìn)行咨詢，確定了雙層貝雷梁連接固定操作可行。同時(shí)通過(guò)有限元程序ANSYS 軟件進(jìn)行應(yīng)力計(jì)算，雙層貝雷梁設(shè)置后，強(qiáng)度及最大變形滿足要求。

（3）分析結(jié)果。經(jīng)過(guò)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(yīng)用

4.1 支架方案

門式墩承臺(tái)施工時(shí)預(yù)先埋設(shè)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(nèi)。鋼板上焊接鋼管立柱，立柱全部采用Φ630×10mm螺旋鋼管。單側(cè)承臺(tái)上鋼管立柱設(shè)置5 根，蓋梁底部均勻設(shè)置3 根，間距2.5m，蓋梁外側(cè)設(shè)置2 根，間距5m。采用蝶形連接件連接鋼管，上下設(shè)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(jiàn)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(shè)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(shè)雙層貝雷梁，貝雷梁布設(shè)間距0.45m，3 個(gè)貝雷梁片1 組，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)支撐架連接在一起。貝雷梁上部橫向設(shè)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(shè)10×10cm方木，間距0.2m。方木上鋪設(shè)底模，采用厚度15mm的竹膠板，側(cè)模及端模采用模板廠的定制鋼模。

4.2 支架預(yù)壓

4.2.1 預(yù)壓方法

采用袋裝預(yù)壓土，每袋重量嚴(yán)格控制在1t 左右。分三次逐級(jí)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(jí)加載完成后，穩(wěn)定1h 進(jìn)行變形觀測(cè)。全部荷載完成后，在4h、8h、12h、24h進(jìn)行變形觀測(cè)。判斷支架穩(wěn)定的標(biāo)準(zhǔn)是相鄰兩次觀測(cè)累計(jì)變形量差值小于2mm。觀測(cè)24小時(shí)后仍不能滿足要求，增加觀測(cè)頻率，每4小時(shí)觀測(cè)一次，至觀測(cè)數(shù)據(jù)滿足要求為止。預(yù)壓卸載反向分級(jí)進(jìn)行，觀測(cè)底部標(biāo)高，計(jì)算出彈性變形值。

加載作業(yè)的重點(diǎn)是控制重量和速率，避免出現(xiàn)支架局部加載過(guò)快、過(guò)大問(wèn)題。

4.2.2 測(cè)量方法

在蓋梁支架頂部底模上設(shè)置測(cè)點(diǎn)，測(cè)點(diǎn)用紅油漆標(biāo)識(shí)，順梁方向設(shè)置2排，每排7個(gè)點(diǎn)，蓋梁中心1點(diǎn)，兩側(cè)各3點(diǎn)，間距3m，共設(shè)14個(gè)點(diǎn)。

對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算分析，算出彈性變形量用于底模高程調(diào)整。當(dāng)支架沉降值大于2cm 時(shí)，對(duì)相應(yīng)支架位置進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)處理，然后重新加載觀測(cè)。

5 結(jié)束語(yǔ)

本橋2個(gè)跨天然氣門式墩蓋梁的支架搭設(shè)及堆載預(yù)壓均在15天內(nèi)完成，同時(shí)鋼管及貝雷梁均得到轉(zhuǎn)場(chǎng)重復(fù)利用，進(jìn)一步降低了成本消耗。

雙層貝雷梁鋼管柱支架具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、模塊化程度高、施工快捷、可重復(fù)利用的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)安全系數(shù)高，穩(wěn)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(jīng)濟(jì)性、適用范圍方面比其他方案具有無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)，在今后同類工程中可大面推廣。