兰新铁路二线跨涩宁兰天然气管道门式墩施工工艺

摘要：跨越这些控制点,同时又不能在道路中间设置桥墩时,一般可设置成门式墩。这样做的优点主要表现在采用门式墩后桥梁的跨径可以得到较好的控制，对于现在国内铁路网的积极修建以及各种管道网更加密集，门式墩成为今后跨越型施工的首选。

门式墩盖梁为大体积预应力混凝土,如何总结出一套简便、准确、高效的预应力盖梁施工技术理论体系,便成为在施工技术中需要解决的现实课题。如何进行准确的技术设计,周密的施工组织和严格的成本控制,是整个施工设计中必须重点研究的课题。以预应力盖梁施工为研究对象,针对预应力盖梁施工的特点难点，找出最优方案，达到节省经济效益的目的。

关键词：桥型及一般构造、桩基施工、基坑开挖、基坑回填、支架施工、刚构主体施工、门式墩顶板满堂脚手架施工计算、结语

中图分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号：

一、工程简介

兰新铁路平安湟水河特大桥跨144#墩中心里程DK155+781.50，线路与天然气管道夹角为13.52°，两侧承台与天然气管道的最小距离均为4.67m。盖梁梁底至原地面净空高度为7.66m。见平面布置图1。

图1门式墩平面图

二、桥型及一般构造

图二 门式墩立面图

门式墩采用每跨包含12根桩径φ1.25m（墩身每侧6根）桩长45m的桩基，桩基上接9.8m×5.2m×3m钢筋混土承台基础，共2个，墩壁宽2米.

由于桩基长度超过40m，所以在桩基施工中应加入桩基检测声测管。

三、桩基施工

同一般钻孔灌注桩施工工艺，需注意在天然气管道附近的大型设备需避开提燃气管道区域5m以上，施工时应在现场标出具体管道位置，并作不易磨灭的警示标志。

四、基坑开挖

钻孔桩施工完毕后进行基坑开挖，因门式墩处有天然气管道通过，承台内边缘距管道较近，为满足施工中的安全要求，特采用砌砖作为承台模板的方法进行施工。

基坑开挖前首先由测量人员在保证天然气避开提燃气管道区域5m以上的位置的前提下，测出基坑的边界线，由机械进行开挖，并有专人进行指挥。当靠近天然气管道一侧挖至承台底设计标高时，先进行砖模砌筑，砌筑时应保证： 1、根据实验室提供砂浆配合比进行配料称量。在拌制过程中应注意砂浆含水率并及时作出调整，确保投料准确，砂浆的稠度控制在7-10cm；2、砂浆砌筑应上下错缝，内外搭砌灰缝平直、砂浆饱满，饱满度：水平缝不低于90%，竖直缝不低于80%。水平灰缝厚度和竖向灰缝宽度一般为10mm，但不小于8mm，也不应大于12mm；

然后进行基坑其他三周的开挖及砖模砌筑。

该承台基础位置处为湿陷性黄土，基坑开挖要求在基坑底面以上预留0.1m土层，人工夯实至设计高程，及时将基底修理平整。

基底及时浇筑一层厚5cm的C15混凝土面层作为承台施工的底模，垫层表面要求基本平整，顶面高程允许偏差为±50mm。基坑在绑钢筋前必须保证基底的干净，垫层的平整，无水。四周保留足够的立模所需空间约30cm。

五、基坑回填

承台施工完毕后，先将基础纵向混凝土套箱凿除，基坑及时用不透水土分层回填至高于附近地面0.3m左右，以利于排水。应分层(30cm一层)回填含水率适中、能够夯实的黏土，并用小型打夯机分层夯实。至基坑顶缘后，要做成顺坡。注意不能破坏沉降观测标。承台回填应及时，不可长期被水浸泡。

六、支架施工

（1）支架搭设

考虑到门式墩底有天然气管道通过，做满堂支架的底部混凝土基础时，在基础底部加设钢筋网片，防止对天然气管线造成压力破坏。

支架搭设采用Φ48×3.5mm钢管碗扣式满堂支架。支架立杆间距为0.6×0.6m，步距为0.6m。可调托撑以上依次铺设纵桥向10×10cm方木、横桥向10×10cm方木、1.2cm竹胶板。

（2）支架预压

支架预压的目的是为了检测支架的整体稳定性，消除支架的非弹性变形与地基沉降，取得支架的弹性变形数据，并据此推算出支架的预拱度及支架标高设置的其他数据。

预压材料采用密度为1.6t/方河砂，使用1.5t砂袋和砂包，人工装满，具体以实际称重。

在计算支架预压荷载时，应分节按上部结构自重及未铺设的模板重量及施工荷载之和的1.2倍，预压荷载宜采用均布形式。支架预压范围应为上部结构的实际投影面。

预压砂袋加载顺序由中间向两侧，且确保砂袋的高度、宽度及堆放的紧密性符合要求。砂袋尽量过磅后均匀堆码，以便准确统计加载量。要吸取雨天砂包浸水之后变重，可能超过脚手架承重极限发生倒塌事故的教训。

支架预压依次施加的荷载应为单元内预压荷载值的0%、50%、80%、100%、120%、100%、80%、50%、0%。纵向加载时，应从跨中开始向支点处进行对称布载。横向加载时，应从结构中心线向两侧进行对称布载。

在全部加载完成后的支架预压监测过程中，当满足下列条件之一时，应判定支架预压合格：各监测点最初24h的沉降量平均值小于1mm；各监测点最初72h的沉降量平均值小于5mm。

七、门式墩主体施工

门式墩主体施工按照壁、顶板板两次完成施工，先完成墩壁再完成顶板。

（1）钢筋加工与绑扎应满足相关规范的技术要求，在施工中HRB335钢筋采用采用电弧焊。在钢筋焊接前根据现场施工条件、规范和设计要求进行工艺试验，合格后再进行正式施焊。

（2）模板纵横向ф48钢管背肋，并用横穿拉筋加固方法，拉筋采用Ф12钢筋，拉筋间距为0.6米×0.9米，拉筋两侧采用卡扣和双螺帽固定。安装模板时，墩壁外侧模板直接安装到刚构顶面标高；顶板底模采用竹胶板，模板接缝用双面胶粘牢、并且为防止拆模后混凝土表面出现接缝，在模板接缝处用腻子填满、抹平。

（3）泵送混凝土灌注时的自由倾落高度控制在2米以内。采用插入式振捣器振捣密实。振捣棒移动间距不超过其作用半径1.5倍，灌注层分层厚度为振动器作用部分长度的1.25倍，与模板保持5-10cm的距离，避免振捣棒碰撞模板、钢筋及预埋件。且插入下层砼5-10cm，每一处振动完毕后，边振动边徐徐提升振捣棒，振捣时观察到砼不再下沉、不再冒出气泡、表面泛浆、水平有光泽时即可缓慢抽出振捣棒。在砼浇筑完成后，对砼面及时进行修整、抹平，砼浇注完初凝后覆盖草袋洒水养护。

⑷预应力束张拉完毕后，严禁撞击锚具和钢束，并应立即进行管道压浆。张拉过程中，预应力筋断裂或滑脱数量不得超过预应力筋总数的0.5％，并不得位于结构的同一侧，且每束内断丝不得超过1根。所有预应力张拉均要求双控（张拉力和延伸量同时控制），延伸量误差控制在-6%～+6%以内。两端钢丝回缩量之和不得大于8mm，夹片式锚具回缩量不得大于6mm。张拉过程中，作好延伸量及张拉力记录。

⑸张拉完毕后，必须在24小时之内进行管道压浆作业。压浆前1小时用高压水冲洗、湿润孔壁，用高压气泵吹除积水。填封锚具周围钢丝间缝隙和孔洞。压浆前先试泵。压浆时，灰浆泵压力一般取0.6～0.8MPa，压浆时及压浆后3d内，梁体及环境温度不得低于5℃，当气温大于35℃时，压浆应在夜间进行。

八、门式墩顶板满堂脚手架施工计算

参数信息

1.模板支架参数

横向间距或排距(m):0.60；纵距(m):0.60；步距(m):0.60；

立杆上端伸出至模板支撑点长度(m):0.10；模板支架搭设高度(m):16.70；

采用的钢管(mm):Φ48×3.5 ；板底支撑连接方式:方木支撑；

立杆承重连接方式:可调托座；

2.荷载参数

模板与木板自重(kN/m2):1.000；混凝土与钢筋自重(kN/m3):26.000；

施工均布荷载标准值(kN/m2):3.000；

3.材料参数

面板采用竹胶板，厚度为15mm；板底支撑采用方木；

面板弹性模量E(N/mm2):10584；面板抗弯强度设计值(N/mm2):37；

木方抗剪强度设计值(N/mm2):1.500；木方的间隔距离(mm):300.000；

木方弹性模量E(N/mm2):9000.000；木方抗弯强度设计值(N/mm2):9.500；

木方的截面宽度(mm):150.00；木方的截面高度(mm):150.00；

托梁材料为：木方 : 150×150mm；

4.顶板参数

顶板的计算厚度(mm):2800.00；

模板面板计算

模板面板为受弯构件,按三跨连续梁对面板进行验算其抗弯强度和刚度

模板面板的截面惯性矩I和截面抵抗矩W分别为：

W = 60×1.52/6 = 22.5 cm3；

I = 60×1.53/12 = 16.875 cm4；

模板面板的按照三跨连续梁计算。

面板计算简图

1、荷载计算

(1)静荷载为钢筋混凝土楼板和模板面板的自重(kN/m)：

q1 = 26×2.8×0.6+1×0.6 = 44.28 kN/m；

(2)活荷载为施工人员及设备荷载(kN/m)：

q2 = 3×0.6= 1.8 kN/m；

2、强度计算

计算公式如下:

M=0.1ql2

其中：q=1.2×44.28+1.4×1.8= 55.656kN/m

最大弯矩 M=0.1×55.656×3002= 500904 N·m；

面板最大应力计算值σ =M/W= 500904/22500 = 22.262 N/mm2；

面板的抗弯强度设计值[f]=37 N/mm2；

面板的最大应力计算值为 22.262 N/mm2 小于面板的抗弯强度设计值 37 N/mm2,满足要求!

模板支撑方木的计算

方木按照三跨连续梁计算，截面惯性矩I和截面抵抗矩W分别为:

W=b×h2/6=15×15×15/6 = 562.5 cm3；

I=b×h3/12=15×15×15×15/12 = 4218.75 cm4；

方木楞计算简图

1.荷载的计算

(1)静荷载为钢筋混凝土楼板和模板面板的自重(kN/m)：

q1= 26×0.3×2.8+1×0.3 = 22.14 kN/m ；

(2)活荷载为施工人员及设备荷载(kN/m)：

q2 = 3×0.3 = 0.9 kN/m；

2.强度验算

计算公式如下:

M=0.1ql2

均布荷载 q =1.2 × q1 + 1.4 ×q2 = 1.2×22.14+1.4×0.9 = 27.828 kN/m；

最大弯矩 M = 0.1ql2 = 0.1×27.828×0.62 = 1.002 kN·m；

方木最大应力计算值σ= M /W = 1.002×106/562500 = 1.781 N/mm2；

方木的抗弯强度设计值[f]=9.500 N/mm2；

方木的最大应力计算值为 1.781 N/mm2 小于方木的抗弯强度设计值 9.5 N/mm2,满足要求!

3.抗剪验算

截面抗剪强度必须满足:

τ = 3V/2bhn < [τ]

其中最大剪力: V = 0.6×27.828×0.6 = 10.018 kN；

方木受剪应力计算值 τ = 3 ×10.018×103/(2 ×150×150) = 0.668 N/mm2；

方木抗剪强度设计值 [τ] = 1.5 N/mm2；

方木的受剪应力计算值 0.668 N/mm2 小于 方木的抗剪强度设计值 1.5 N/mm2，满足要求!

4.挠度验算

计算公式如下:

ν=0.677ql4/(100EI)≤[ν]=l/250

均布荷载 q = q1 = 22.14 kN/m；

最大挠度计算值 ν= 0.677×22.14×6004 /(100×9000×42187500)= 0.051 mm；

最大允许挠度[ν]=600/ 250=2.4 mm；

方木的最大挠度计算值 0.051 mm 小于 方木的最大允许挠度 2.4 mm,满足要求!

托梁材料计算

托梁按照集中荷载作用下的三跨连续梁计算；

托梁采用：木方 : 150×150mm；

W=562.5 cm3；

I=4218.75 cm4；

集中荷载P取纵向板底支撑传递力，P＝16.697kN;

托梁计算简图

托梁计算弯矩图(kN·m)

托梁计算变形图(mm)

托梁计算剪力图(kN)

最大弯矩 Mmax = 1.753 kN·m ；

最大变形 Vmax = 0.109 mm ；

最大支座力 Qmax = 35.9 kN ；

最大应力 σ= 1753498.019/562500 = 3.117 N/mm2；

托梁的抗压强度设计值 [f]=9.5 N/mm2；

托梁的最大应力计算值 3.117 N/mm2 小于 托梁的抗压强度设计值 9.5 N/mm2,满足要求!

托梁的最大挠度为 0.109mm 小于 600/250,满足要求!

模板支架立杆荷载设计值(轴力)

作用于模板支架的荷载包括静荷载和活荷载。

1.静荷载标准值包括以下内容

(1)脚手架的自重(kN)：

NG1 = 0.158×16.7 = 2.64 kN；

钢管的自重计算参照《扣件式规范》附录A。

(2)模板的自重(kN)：

NG2 = 1×0.6×0.6 = 0.36 kN；

(3)钢筋混凝土楼板自重(kN)：

NG3 = 26×2.8×0.6×0.6 = 26.208 kN；

经计算得到，静荷载标准值 NG = NG1+NG2+NG3 = 29.208 kN；

2.活荷载为施工荷载标准值与振倒混凝土时产生的荷载

经计算得到，活荷载标准值 NQ = (3+2 ) ×0.6×0.6 = 1.8 kN；

3.不考虑风荷载时,立杆的轴向压力设计值计算

N = 1.2NG + 1.4NQ = 37.57 kN；

立杆的稳定性计算

立杆的稳定性计算公式:

σ =N/(φA)≤[f]

其中N ---- 立杆的轴心压力设计值(kN) ：N = 37.57 kN；

φ---- 轴心受压立杆的稳定系数,由长细比 lo/i 查表得到；

i ---- 计算立杆的截面回转半径(cm) ：i = 1.58 cm；

A ---- 立杆净截面面积(cm2)：A = 4.89 cm2；

W ---- 立杆净截面模量(抵抗矩)(cm3)：W=5.08 cm3；

σ-------- 钢管立杆最大应力计算值 (N/mm2)；

[f]---- 钢管立杆抗压强度设计值 ：[f] =205 N/mm2；

L0---- 计算长度 (m)；

按下式计算:

l0 = h+2a = 0.6+0.1×2 = 0.8 m；

a ---- 立杆上端伸出顶层横杆中心线至模板支撑点的长度；a = 0.1 m；

l0/i = 800 / 15.8 = 51 ；

由长细比 Lo/i的结果查表得到轴心受压立杆的稳定系数φ= 0.849 ；

钢管立杆的最大应力计算值 ；σ=37569.924/（0.849×489） = 90.495 N/mm2；

钢管立杆的最大应力计算值 σ= 90.495 N/mm2 小于 钢管立杆的抗压强度设计值 [f] = 205 N/mm2，满足要求！

如果考虑到高支撑架的安全因素，建议按下式计算

l0 = k1k2(h+2a)= 1.243×1.068×(0.6+0.1×2) = 1.062 m；

k1 -- 计算长度附加系数按照表1取值1.243；

k2 -- 计算长度附加系数，h+2a = 0.8 按照表2取值1.068 ；

Lo/i = 1062.019 / 15.8 = 67 ；

由长细比 Lo/i的结果查表得到轴心受压立杆的稳定系数φ= 0.789 ；

钢管立杆的最大应力计算值 ；σ=37569.924/（0.789×489） = 97.377 N/mm2；

钢管立杆的最大应力计算值 σ= 97.377 N/mm2 小于 钢管立杆的抗压强度设计值 [f] = 205 N/mm2，满足要求！

立杆的地基承载力计算

立杆基础底面的平均压力应满足下式的要求

p ≤ fg

地基承载力设计值:

fg = fgk×kc = 200×1=200 kpa；

其中，地基承载力标准值：fgk= 200 kpa ；

脚手架地基承载力调整系数：kc = 1 ；

立杆基础底面的平均压力：p = N/A =37.57/0.25=150.28 kpa ；

其中，上部结构传至基础顶面的轴向力设计值 ：N = 37.57 kN；

基础底面面积 ：A = 0.25 m2 。

p=150.28 ≤ fg=200 kpa 。地基承载力满足要求！

九、结束语

此门式墩采用本工法组织施工，施工整个过程的安全、质量处于受控状态，且混凝土外观质量较好，能够获得较大的经济效益。