高速铁路大跨度门式墩盖梁支架施工技术的研究与应用

冯 猛

中铁十六局集团第二工程有限公司

1 引言

随着高铁的快速发展，新建铁路线跨越天然气管线设计方案中，门式墩相比连续梁以不影响架梁关键线路工期，投资成本低的优势，被广泛采用。但门式墩盖梁由于跨度大、混凝土方量大、载荷重，支架搭设成为施工的控制难点。在盖梁施工中，通常采用满堂支架或梁柱式支架方案，但由于天然气管道周围施工安全要求高，出现事故危害大等原因，使得常规支架方案或难以满足安全要求，或不能满足施工强度要求。本文以新建吴中城际铁路2个跨天然气门式墩盖梁施工为案例，介绍双层贝雷梁钢管立柱支架方案。该支架类型利用承台作为支架基础，安全可靠性高，支架搭设轻便快捷，适用范围广，能够很好的解决墩高5m～30m，跨度20m～30m范围的盖梁施工。

2 工程概况

新建吴中城际铁路杨滩村跨定武高速立交特大桥在DK126+029、DK127+903 里程跨越天然气管线。跨越形式分别为（32+48+32）m 连续梁、门式墩形式。由于吴中城际铁路工期紧张，连续梁工期不能满足架梁要求，同时进一步缩减投资，对此处跨越方式进行优化。在对现场天然气管线位置及安全距离要求进一步调查后，提出并通过了连续梁变简支梁，门式墩跨越DK126+029 天然气管线方案。DK126+029、DK127+903 处天然气管道与铁路交叉角度分别为41°、20°，管道埋深均大于1.5m，管道外径1.16m，地面距盖梁底高度分别为23m、5.4m。门式墩盖梁设计为预应力钢筋混凝土，混凝土为C50 纤维混凝土。盖梁高3m、宽4m，2 个门式墩跨度分别26.9m、24m，混凝土方量分别为322方、288方。跨度大、混凝土方量大、天然气管线安全要求施工受限，是施工中的主要难题。

3 盖梁支架方案的研究分析

3.1 常规支架方案的研究分析

（1）满堂支架方案。采用满堂支架方案，支架底部进行10cm 混凝土硬化处理，采用Φ48 钢管，立杆间距60cm，步距120cm，因DK126+029 处门式盖梁底高23m，支架短边各加宽5m，长边各接长2m，以保证支架稳定。通过有限元程序ANSYS软件进行应力计算，得出满堂支架强度及最大变形满足要求。此方案上报送西气东输管理处审批，因天然气顶部承担重荷载，不满足安全要求被驳回。

（2）常规贝雷梁钢管柱方案。采用贝雷梁钢管柱方案，两侧承台上搭设双排φ630×10mm 钢管立柱，钢管柱顶搭设双拼型钢，型钢上纵向铺设贝雷梁。此方案承重支点均在承台钢管柱，避免了天然气顶部附近承受载荷。通过有限元程序ANSYS软件进行应力计算，因门式墩跨度过大，分别为24m、26.9m，贝雷梁强度及最大变形不能满足要求。

（3）分析结果。经分析以上两种方案均不能满足本工程施工要求。

3.2 改进方案的研究分析

（1）增加斜撑钢管支架方案。经现场踏勘，进一步研究讨论，对贝雷梁钢管柱方案进行增强改进。拟对贝雷梁中间底部增加2道斜向支撑，底部固定焊接在竖向钢管立柱上。2道斜撑顶部之间采用3m横向钢管柱连接，钢管柱顶部设置2道双拼型钢，型钢支撑贝雷梁中间底部。竖向支撑与斜撑之间设置2道钢管横向连接。支架中钢管均采用Φ630×10mm 螺旋钢管。斜撑钢管支架详见图1。

图1 斜撑钢管支架贝雷梁方案

通过有限元程序ANSYS软件进行应力计算，强度及最大变形满足要求，但对斜撑底部横向受力提出很高要求，同时受力对斜撑顶部施工精度要求高。经讨论分析，因最高门式墩26.9m，且结构复杂，难度系数大，施工精度难以控制，严重制约支架的强度。

（2）双层贝雷梁钢管柱方案。讨论组又提出双层贝雷梁构想，并与多家贝雷梁租赁厂家进行咨询，确定了双层贝雷梁连接固定操作可行。同时通过有限元程序ANSYS 软件进行应力计算，双层贝雷梁设置后，强度及最大变形满足要求。

（3）分析结果。经过安全性、便捷性方面比较，确定了采用双层贝雷梁钢管柱方案。

4 双层贝雷梁钢管柱方案的应用

4.1 支架方案

门式墩承台施工时预先埋设钢板，采用直径800mm，厚度10mm圆形钢板。每块钢板焊接2道“几”字型钢筋，锚固在混凝土内。钢板上焊接钢管立柱，立柱全部采用Φ630×10mm螺旋钢管。单侧承台上钢管立柱设置5 根，盖梁底部均匀设置3 根，间距2.5m，盖梁外侧设置2 根，间距5m。采用蝶形连接件连接钢管，上下设置2 道横向支撑，焊接成整体。横撑间距2.5m，蝶形连接件与横撑竖向布置间距3.5m，连接件材料全部采用[20b 槽钢，布置详见图2。

图2 门式墩盖梁支架立面图

钢管立柱顶部焊接10mm 厚圆形钢板，钢板上设置主横梁，采用2 道I600 工字钢，牢固焊接在钢板上。工字钢上纵向搭设双层贝雷梁，贝雷梁布设间距0.45m，3 个贝雷梁片1 组，通过标准支撑架连接在一起。贝雷梁上部横向设置分配梁，采用I400工字钢，间距0.5m。分配梁上安装I12 工字钢整体支撑架，支撑架顶部铺设10×10cm方木，间距0.2m。方木上铺设底模，采用厚度15mm的竹胶板，侧模及端模采用模板厂的定制钢模。

4.2 支架预压

4.2.1 预压方法

采用袋装预压土，每袋重量严格控制在1t 左右。分三次逐级加载，加载重量为施工荷载的60%、100%、120%，按照先两端后中间的顺序加载。每级加载完成后，稳定1h 进行变形观测。全部荷载完成后，在4h、8h、12h、24h进行变形观测。判断支架稳定的标准是相邻两次观测累计变形量差值小于2mm。观测24小时后仍不能满足要求，增加观测频率，每4小时观测一次，至观测数据满足要求为止。预压卸载反向分级进行，观测底部标高，计算出弹性变形值。

加载作业的重点是控制重量和速率，避免出现支架局部加载过快、过大问题。

4.2.2 测量方法

在盖梁支架顶部底模上设置测点，测点用红油漆标识，顺梁方向设置2排，每排7个点，盖梁中心1点，两侧各3点，间距3m，共设14个点。

对观测数据进行计算分析，算出弹性变形量用于底模高程调整。当支架沉降值大于2cm 时，对相应支架位置进行补强处理，然后重新加载观测。

5 结束语

本桥2个跨天然气门式墩盖梁的支架搭设及堆载预压均在15天内完成，同时钢管及贝雷梁均得到转场重复利用，进一步降低了成本消耗。

双层贝雷梁钢管柱支架具有结构简单、模块化程度高、施工快捷、可重复利用的优点，同时安全系数高，稳定可靠，可以很好的解决20m～30m 跨度、5m～30m 墩高的门式墩盖梁施工难题。在安全性、便捷性、经济性、适用范围方面比其他方案具有无法比拟的优势，在今后同类工程中可大面推广。