張振興

(中鐵三局集團(tuán)有限公司， 太原 030001)

艱險(xiǎn)峽谷山區(qū)高墩橋梁混凝土運(yùn)輸方法研究

張振興

(中鐵三局集團(tuán)有限公司， 太原 030001)

新建西安至平?jīng)鲨F路田家窯2號(hào)大橋是目前國(guó)內(nèi)鐵路四線(xiàn)橋梁中最大跨度的單T剛構(gòu)橋，其跨度在亞洲地區(qū)的鐵路四線(xiàn)橋梁中也居首位。為解決該橋C55聚丙烯纖維混凝土運(yùn)距較遠(yuǎn)、運(yùn)輸中安全風(fēng)險(xiǎn)大、極易堵塞泵管等難點(diǎn)，確?；炷恋臐仓|(zhì)量，根據(jù)艱險(xiǎn)峽谷山區(qū)的地形條件及高墩橋梁懸臂澆筑的施工特點(diǎn)，對(duì)混凝土運(yùn)輸方案比選、永臨結(jié)合施工棧橋設(shè)計(jì)、豎向支撐點(diǎn)布置、桁架結(jié)構(gòu)制作、棧橋架設(shè)等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究。在西安端橋臺(tái)溝壁與0號(hào)塊的接觸網(wǎng)支架平臺(tái)上搭設(shè)施工棧橋，桁架構(gòu)件選擇無(wú)縫鋼管，創(chuàng)新使用了釣魚(yú)法吊裝桁架梁，實(shí)現(xiàn)了位于峽谷山區(qū)高墩橋梁混凝土水平泵送的目的，縮短了混凝土運(yùn)輸時(shí)間及澆筑時(shí)間，增加了可靠性，提升了泵送混凝土質(zhì)量。

峽谷； 高墩； 混凝土； 運(yùn)輸； 棧橋； 永臨結(jié)合

1 工程概況

1.1 工程設(shè)計(jì)概況

新建西安至平?jīng)鲨F路田家窯2號(hào)大橋，位于陜西省咸陽(yáng)市永壽縣田家窯村東，為跨越黃土沖溝而設(shè)。溝深90 m，溝谷狹窄，岸坡高陡，自然剝蝕嚴(yán)重，錯(cuò)落、黃土陷穴等不良地質(zhì)發(fā)育，工程地質(zhì)條件較復(fù)雜。溝內(nèi)灌木、雜草叢生，陡坎上黃土裸露。平?jīng)鰝?cè)溝岸自然坡度超過(guò)70°，西安側(cè)溝岸最大自然坡度達(dá)60°，溝岸自然坡角遠(yuǎn)大于其岸坡最終穩(wěn)定角(一般為30°)，溝谷岸坡處于欠穩(wěn)定狀態(tài)。

橋梁全長(zhǎng)237.3 m，孔跨布置為4-(2×108 m)單T剛構(gòu)曲線(xiàn)橋，平面曲線(xiàn)半徑 1 200 m。設(shè)一墩兩臺(tái)，1#主墩高為68 m(含11.5 m梁高)，墩身為雙薄壁墩，薄壁長(zhǎng)22.1 m，壁厚2 m，凈間距9 m，梁為4線(xiàn)2×108 m預(yù)應(yīng)力混凝土T型剛構(gòu)，橋梁整體示意圖如圖1所示。兩幅雙線(xiàn)橋并列設(shè)置，基礎(chǔ)共用。上部結(jié)構(gòu)采用單箱單室、變高度、變截面預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁，梁段按施工順序共劃分為41個(gè)，有9種不同長(zhǎng)度的節(jié)段，采用掛籃施工的最重梁段重約235 t。

圖1 橋梁整體示意圖

1.2 總體施工技術(shù)

鉆孔灌注樁采用旋挖鉆機(jī)成孔；利用定型鋼模板采用翻模法施工薄壁墩，墩間的橫向連接及橫梁采用滿(mǎn)堂支架法施工；在主墩兩側(cè)及中間施工臨時(shí)托架，墩身內(nèi)預(yù)埋工字鋼作為支撐，0號(hào)段左右幅分4次澆筑，利用墩身、掛籃鋼?，F(xiàn)澆施工0號(hào)梁段(左右幅同時(shí)施工)；懸臂段施工采用掛籃施工，兩幅橋并列同時(shí)進(jìn)行；現(xiàn)澆段梁體按曲線(xiàn)設(shè)置施工，一次成型；支架系統(tǒng)澆筑時(shí)采用落地支架，強(qiáng)度達(dá)到拆模要求后，采用臨時(shí)支撐。

2 艱險(xiǎn)峽谷山區(qū)高墩橋梁混凝土水平泵送運(yùn)輸方法設(shè)計(jì)

2.1 峽谷山區(qū)垂直泵送運(yùn)輸問(wèn)題

雙薄壁墩和墩梁錨固區(qū)0號(hào)塊施工時(shí)，混凝土運(yùn)輸經(jīng)田家窯1號(hào)大橋繞行的便道至90 m深的黃土沖溝底，然后在溝底設(shè)置2臺(tái)地泵，經(jīng)雙幅橋之間的雙薄壁墩內(nèi)垂直泵送至澆筑部位進(jìn)行施工。雙薄壁墩和0號(hào)段C55聚丙烯纖維混凝土垂直泵送過(guò)程中，易出現(xiàn)以下影響混凝土澆筑速度，施工外觀質(zhì)量難以保證的問(wèn)題：

(1)0號(hào)段施工過(guò)程中，泵送高程達(dá)到最大值，對(duì)混凝土入泵的性能要求極高，混凝土拌合物的塌落度損失較大且不易控制，進(jìn)而造成混凝土在泵送過(guò)程中極易堵塞泵管。

(2)施工現(xiàn)場(chǎng)配置兩臺(tái)混凝土輸送泵，混凝土垂直泵送施工達(dá)不到兩端同時(shí)進(jìn)行施工的要求。

(3)在進(jìn)行梁體混凝土施工時(shí)，如果在溝底進(jìn)行混凝土垂直泵送施工，由于運(yùn)輸便道繞行且便道坡度大，混凝土澆筑施工受到天氣條件的制約。

(4)混凝土垂直+水平長(zhǎng)度均較大的泵送過(guò)程中，極易造成泵送管堵塞，且檢修危險(xiǎn)、緩慢，勢(shì)必會(huì)延長(zhǎng)施工工期，甚至?xí)o必須連續(xù)灌注混凝土的箱梁帶來(lái)極大的質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)。

2.2 懸臂段混凝土運(yùn)輸方案

(1)方案一：采用混凝土垂直泵送方式，但泵送設(shè)備重新購(gòu)進(jìn)或者租賃更大功率的混凝土輸送泵。擬采用三一重工HBT90CH-2135D超高壓混凝土輸送泵，該泵額定最大的輸送壓力為35 MPa，滿(mǎn)足懸臂最大泵送形成的壓力損失需求。

(2)方案二：根據(jù)現(xiàn)有地泵的泵送能力，懸臂梁1號(hào)～9號(hào)段采用現(xiàn)有的地泵進(jìn)行垂直泵送施工混凝土澆筑，10號(hào)～19號(hào)懸臂梁段在兩側(cè)黃土邊坡上設(shè)置混凝土汽車(chē)泵(臂長(zhǎng)48 m)進(jìn)行混凝土澆筑施工。

(3)方案三：結(jié)合田家窯2號(hào)大橋特殊的地理位置，在西安端橋臺(tái)沖溝壁與0號(hào)段梁體上搭設(shè)施工棧橋，利用蒿店站進(jìn)場(chǎng)道路作為混凝土運(yùn)輸便道，在田家窯2號(hào)大橋的西安端橋臺(tái)后設(shè)置既有混凝土輸送泵泵送混凝土，改變剛構(gòu)梁懸臂段混凝土運(yùn)輸?shù)姆绞綖樗竭\(yùn)輸。

結(jié)合峽谷山區(qū)垂直泵送運(yùn)輸混凝土所出現(xiàn)的問(wèn)題，將運(yùn)輸方案對(duì)剛構(gòu)梁體施工質(zhì)量影響、成本影響和工期目標(biāo)影響作為方案比選的主要條件，比選結(jié)果見(jiàn)表1和表2。

表1 混凝土運(yùn)輸方案可行和施工風(fēng)險(xiǎn)對(duì)比

表2 混凝土運(yùn)輸方案成本和懸臂施工工期影響對(duì)比(成本按施工18月計(jì))

經(jīng)過(guò)3個(gè)方案各方面指標(biāo)對(duì)比，最終確定方案三為最佳混凝土運(yùn)輸方案，即采取永臨結(jié)合施工棧橋?qū)崿F(xiàn)混凝土水平運(yùn)輸施工方案是最經(jīng)濟(jì)合理、可行性高、風(fēng)險(xiǎn)低、科學(xué)合理，且縮短懸臂施工工期的方案。

3 跨深谷棧橋設(shè)計(jì)

3.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

(1)施工棧橋整體布置

施工棧橋采用鋼管焊接成桁架作為棧橋的主梁，泵管和行人通道設(shè)置在桁架內(nèi)部，保證了棧橋的受力均勻和行走安全。整個(gè)施工棧橋?yàn)槿邕B續(xù)梁結(jié)構(gòu)，設(shè)置4個(gè)豎向支撐點(diǎn)和1個(gè)橫向約束支點(diǎn)。第一個(gè)支撐點(diǎn)設(shè)置在田家窯2號(hào)大橋刷方邊坡的臺(tái)階上，第二個(gè)支撐點(diǎn)設(shè)置在田家窯2號(hào)大橋西安端橋臺(tái)前的沖溝壁上，在田家窯2號(hào)大橋1號(hào)墩正上方0號(hào)塊梁面上設(shè)置懸挑支架作為第三個(gè)主要支撐，第四個(gè)支撐點(diǎn)設(shè)置在0號(hào)塊箱梁中部的接觸網(wǎng)支架平臺(tái)上,如圖2和圖3所示。

圖2 施工棧橋平面布置圖

圖3 施工棧橋立面布置圖(m)

(2)主桁結(jié)構(gòu)

桁架主材采用無(wú)縫鋼管焊接，橫斷面采用三角形結(jié)構(gòu)，三角形高2.2 m，底寬1.5 m(弦桿中心之間尺寸)，延縱向每1.8 m設(shè)置一根上弦桿與下弦桿之間的連接豎桿。桁架上弦桿采用型號(hào)為114-5的無(wú)縫鋼管，兩根下弦桿采用型號(hào)為89-5的無(wú)縫鋼管，上弦桿與下弦桿之間的連接豎桿采用型號(hào)為48-4的有縫鋼管，上弦桿與下弦桿之間的連接斜桿采用型號(hào)為70-5的無(wú)縫鋼管，兩根下弦桿之間的連接橫桿采用型號(hào)為80的槽鋼。

3.2 計(jì)算分析

(1) 恒荷載

腳踏板：按木板4 cm厚考慮，則連接橫桿上承受的腳踏板線(xiàn)荷載為1.2×6×0.04×0.9=0.259 2 kN/m(連接橫桿間距0.9 m)。

安全網(wǎng)：重量1.2×0.01×2.2×2=0.052 8 kN/m，作用于上弦桿。

(2) 活荷載

泵送過(guò)程混凝土荷載按集中力作用于連接橫桿上，集中荷載為0.9×1.4×(0.32×0.9+0.319×0.9)=0.724 6 kN。

風(fēng)荷載計(jì)算依據(jù)TB 1002.1-2005《鐵路橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》：按最大風(fēng)速28 m/s計(jì)算基本風(fēng)W0=28×28/1.6=490 Pa，

K1=0.8，K2=1.42，K3=1.30，標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)壓Wf=0.8×1.42×1.30×0.49=0.723 632 kPa。按桁架結(jié)構(gòu)的受力面積需乘以0.4系數(shù)，由于該桁架結(jié)構(gòu)兩側(cè)掛安全網(wǎng)，增大迎風(fēng)面積，系數(shù)按0.6考慮，風(fēng)壓作用于上、下弦桿上，單根所受線(xiàn)荷載為0.9×1.4×0.723 632×2.2×0.6/2=0.6 kN/m。

(3) 主要計(jì)算結(jié)果

纜風(fēng)繩設(shè)置于兩支墩跨中，在風(fēng)力作用下，僅考慮單側(cè)作用，計(jì)算結(jié)果如表3所示。

表3 強(qiáng)度及穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果(MPa)

經(jīng)計(jì)算主桁受力不滿(mǎn)足要求，需對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

3.3 深化設(shè)計(jì)

(1) 鋼支撐墩優(yōu)化(第二支點(diǎn))

為了減小主跨跨度，根據(jù)其現(xiàn)場(chǎng)位置條件，對(duì)其結(jié)構(gòu)形式的四個(gè)柱側(cè)增設(shè)牛腿；在西安端橋臺(tái)方向的支撐鋼墩高度為7 m，采用鋼筋混凝土挖孔樁承臺(tái)基礎(chǔ)，鋼墩在線(xiàn)路方向焊接7.2 m的牛腿，以減小鋼桁架的跨度。牛腿和牛腿下方斜撐采用40a工字鋼焊接，兩牛腿之間采用14a槽鋼連接。在牛腿上方外側(cè)每0.5 m焊接一根長(zhǎng)度為0.3 m的75角鋼，角鋼呈45°角度，以有利于桁架吊裝時(shí)就位。桁架架設(shè)好以后，在桁架下弦兩桿內(nèi)側(cè)焊接80槽鋼，槽鋼延線(xiàn)路方向呈“]”焊接，以保證桁架橫向不能移動(dòng)，如圖4所示。

圖4 鋼支撐墩構(gòu)造圖(mm)

(2) 優(yōu)化后計(jì)算結(jié)果

跨度減小后，主桁架的優(yōu)化計(jì)算結(jié)果，如表4所示。

表4 強(qiáng)度及穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果(MPa)

優(yōu)化后的計(jì)算結(jié)果基本可滿(mǎn)足施工臨時(shí)結(jié)構(gòu)的要求。

4 施工技術(shù)方案及安全技術(shù)措施

4.1 棧橋制作

(1) 泵管桁架焊接

桁架焊接時(shí)由于受焊接場(chǎng)地限制，桁架總長(zhǎng)為72.5 m分成兩段焊接。第一段50 m，第二段22.5 m，兩段連接接頭處上弦、下弦桿斷開(kāi)點(diǎn)錯(cuò)開(kāi)距離不小于3.6 m。在下弦桿兩設(shè)置φ16定位鋼筋。設(shè)置腳手架支撐固定并焊接上弦桿。

(2) 鋼支墩焊接

西安臺(tái)方向的鋼支撐墩柱支撐為40a工字鋼，格構(gòu)綴材為14a槽鋼。焊接時(shí)先將延線(xiàn)路方向的兩根主支撐工字鋼柱焊接為一個(gè)榀，鋼支撐墩焊接分為兩榀直接在場(chǎng)地內(nèi)焊接。

4.2 棧橋吊裝

桁架吊裝前，用全站儀放樣處桁架兩端端部位置線(xiàn)。桁架吊裝時(shí)采用釣魚(yú)法的思路，即用25 t吊車(chē)在2號(hào)橋右側(cè)臺(tái)臺(tái)前硬化場(chǎng)地內(nèi)起吊第一段長(zhǎng)度為50 m的桁架，起吊桁架離地1～2 m后將桁架向1號(hào)墩方向移動(dòng)3～4 m，然后將起吊點(diǎn)后移3～4 m再次起吊向1號(hào)墩方向移動(dòng)。

4.3 混凝土泵送

混凝土泵送采用1臺(tái)HTB-80地泵泵送，地泵設(shè)置在田家窯2號(hào)大橋西安端橋臺(tái)后路橋過(guò)渡段上。泵管沿施工棧橋上箱梁面后采用三通泵管進(jìn)行分流，根據(jù)彎管、直管和軟泵管對(duì)混凝土泵送、力摩擦阻力不同進(jìn)行懸臂梁兩端流量的調(diào)節(jié)，以達(dá)到兩端同步澆筑。

4.4 安全技術(shù)措施

施工過(guò)程中，為限制棧橋的橫向位移及豎向變形，在3號(hào)段梁體前端50 cm處設(shè)置1根40工字鋼懸挑住桁架，工字鋼后端于梁體預(yù)埋2根φ32精軋螺紋鋼筋錨固。此舉減小桁架中間跨度10.4 m，從而減小原支點(diǎn)處局部桿件的應(yīng)力。

5 應(yīng)用效果分析

田家窯2號(hào)大橋在溝壁與0號(hào)塊之間搭設(shè)施工棧橋，實(shí)現(xiàn)混凝土水平泵送，因運(yùn)輸路線(xiàn)由3 km縮短為500 m，混凝土運(yùn)輸時(shí)間縮短，運(yùn)輸成本降低。由于改變了混凝土輸送方式，縮短了灌注時(shí)間，增加了可靠性，降低了風(fēng)險(xiǎn)。施工棧橋作為人工上、下橋的施工通道，間接增加工人橋面作業(yè)時(shí)間，提高每班作業(yè)工效。

6 結(jié)束語(yǔ)

基于永臨結(jié)合的思路，針對(duì)艱險(xiǎn)峽谷山區(qū)大跨度高墩橋梁：

(1)設(shè)計(jì)了施工棧橋，在其上架設(shè)混凝土泵管，實(shí)現(xiàn)梁體混凝土水平運(yùn)輸?shù)哪康?，解決了梁體混凝土運(yùn)輸受天氣、施工艱險(xiǎn)環(huán)境的限制造成的難題，確保了梁體混凝土施工質(zhì)量。

(2)提供一種用于減小鋼桁架跨度的鋼支撐墩結(jié)構(gòu)，根據(jù)其現(xiàn)場(chǎng)位置條件，對(duì)其結(jié)構(gòu)形式的四個(gè)柱側(cè)增設(shè)牛腿，鋼墩在線(xiàn)路方向焊接7.2 m的牛腿，以減小鋼桁架的跨度。

(3)桁架架設(shè)中創(chuàng)新使用了釣魚(yú)法吊裝架設(shè)，即由于塔吊前段起吊重量限制，采用塔吊在前端牽引，25 t吊車(chē)在后端主要掛重吊裝安裝。

以上實(shí)踐證明，針對(duì)本橋采用的施工方法切合實(shí)際、安全有效，可為類(lèi)似工程提供較好的借鑒。

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Research on Concrete Transportation for the High-Pier Bridge in Difficult Canyon Mountainous Areas

ZHANG zhenxing

(China Railway No.3 Engineering Group Co. Ltd., Taiyuan 030001, China)

The Tianjiayao No.2 Bridge with four-track of new Xi’an-Pingliang railway is a single T rigid frame bridge with the largest span in China, and the span is ranked first of four-track railway bridges in Asia . In order to solve the problems of C55 polypropylene fiber concrete such as long distance transportation, big safety risk in transportation, block in the pipe of concrete pump, and to ensure the quality of concrete construction, according to topographic conditions in difficult canyon mountainous areas and construction characteristics of cantilever casting for the high-pier bridge, the research was done on the key construction technologies like concrete transportation scheme comparison, the design of construction trestle based on permanent and temporary idea, arrangement of vertical supporting points, manufacturing of truss structure, erection of trestle. The trestle is built on the platform between gully cliff in Xi’an end abutment and the support of OCS. Seamless steel tubes are chosen as the truss components , and the innovation application of fishing method is used to erect truss, which makes that the purpose of level pumping concrete for the high-pier bridge in difficult canyon mountainous areas is realized. It shortens the time of concrete transportation and casting, increases the reliability, and improves the quality of pumping concrete.

canyon; high-pier; concrete; transportation; trestle; permanent and temporary ideas

2016-03-10

張振興(1964-)，男，高級(jí)工程師。

1674—8247(2016)03—0049—05

U443.22

A