邹城三十米桥上跨铁路立交桥施工技术研究

陈南宁

摘 要：本文以邹城三十米桥上跨铁路立交桥项目为依托，阐述了主桥工程基坑围护结构改为地下连续墙、转体结构由平铰变为球铰、主塔选用爬模施工方案的依据，为以后同类工程施工的前期规划提供参考。

关键词：方案比选；基坑围护；转体结构；主塔施工

1 工程概况

邹城市三十米桥上跨铁路立交桥建设工程位于邹城市中部，采用独塔双柱双跨双索面预应力混凝土斜拉桥，墩塔梁固结体系，跨径组合为2×110m。主桥跨越京沪铁路站场线路及规划电厂专用线，共跨越14股道，采用转体法施工。

主梁采用双边主梁截面，主梁标准宽度23.2m，桥面板厚度为0.3m，中心最高点2.77m，设双向2%横坡，至边主梁处梁高变为2.6m。

转体结构由转体下转盘、铰、上转盘、转体牵引系统等组成。转体主要参数：转体重量21000t；转体长度2×99m；连续千斤顶牵引吨位不小于400t。转体施工临时拽拉钢束采用31-φs15.2钢绞线及其配套锚具。

主墩基础采用21根直径2m的钢筋混凝土钻孔灌注桩，桩长40.5m，按嵌岩桩设计。主墩承台为直径22m、厚度为7m的圆柱承台。主墩承台基坑开挖深度约11.5m，地下水位在地面下3.9m～7.8m，主墩承台距既有线铁路轨道最小距离为11.9m。

2 总体施工规划

施工前对施工现场内影响施工的“四电”进行迁改，然后开始主墩桩基施工，同步進行过渡墩桩基施工。18#主墩桩基施工结束前完成主墩承台基坑围护结构的施工。进行主墩承台基坑开挖，然后进行承台、转体结构、下塔柱及主梁0#块施工，0#块浇筑完成后进行主塔施工，同步进行主梁转体部分及边跨现浇段的施工，斜拉索张拉完成后进行转体施工，最后进行合龙段及附属结构施工。

3 主墩承台基坑围护方案比选

3.1 方案概述

方案一：深层搅拌桩+钢筋混凝土围护桩

基坑外围施工，叶片直径0.85m，桩长28m，桩间距1.2m三轴深层搅拌桩，搭接0.35m，深层搅拌桩顶浇筑0.3m厚的压顶梁，深层搅拌桩中每隔1.2m插一根6m长工字钢；在深层搅拌桩施工完成后，在其内侧施工钢筋混凝土灌注桩，桩径1.2m，桩长28m；

主墩承台基坑开挖前，用圈梁把钻孔桩连成整体，采用型钢或钢管做径向支撑，开挖至5.5m时做1m×1m环形腰梁，并用0.8m×1m钢筋混凝土梁做径向支撑。

方案二：地下连续墙

地下连续墙及导墙均采用圆环形钢筋混凝土结构，在靠近铁路侧接触网立柱处增设一排高压旋喷桩。地下连续墙壁厚0.8m，中心圆环直径26.2m，平均深度约16.37m，采用C30水下混凝土，合计方量1303m3。标准断面宽度为5.111m一槽段，在靠近铁路侧接触网立柱处单个槽段宽度约为2.56m。主筋用Φ25螺纹钢筋，布置两层，并设架立筋连接成钢筋骨架。导墙沿地下连续墙内、外侧布置，导墙径向厚度2.5m，高度1.2m，导墙钢筋按构造钢筋布置。在连续墙墙顶以下6m处设置一圈环形腰梁内撑，腰梁宽0.8m，高1.2m，其钢筋通过预埋钢筋连接器与连续墙内侧钢筋连接。

3.2 方案比选

3.2.1 工期比较

方案一：深层搅拌桩72根，计2016延米，桩长28m，入岩深度约9m，日进度按400m考虑，需5天完成；钻孔灌注桩56根，桩长28m，入岩深度约9m，按六台钻机布置，每台钻机每根桩需约10天，共需100天；圈梁加劲支撑安装约需2天；腰梁圈梁及加劲梁施工约需4天。则方案一所需总工期约111天。

方案二：导墙施工2天，成槽机每天成一槽，共需18天，水下混凝土封底4天，腰梁3天；高压旋喷桩施工10天（其中高压旋喷桩可与成槽同步施工，待其施工完成后进行附近对应槽段施工）则方案二所需总工期约35天。

比较：方案二比方案一节省76天。

3.2.2 造价比较

方案一：总造价约350万元；

方案二：总造价约430万元。

比较：方案二比方案一造价多80万元。

3.2.3 施工可行性比较

本工程属于邻近既有线深基坑施工。

方案一采用深层搅拌桩做止水帷幕，用钢筋混凝土钻孔桩+顶层圈梁+腰梁做基坑开挖时围护结构，可承受基坑开挖过程中产生的土压力，能在基坑四周形成止水带减少地下水渗入。对既有营业线的影响主要包括：围护施工过程中搅拌钻机、钻孔桩机、吊机倾覆侵入铁路限界影响运营安全、深基坑开挖过程中铁路侧路基地下水流失导致铁路路基沉降影响运营安全。

方案二采用地下连续墙，能够防渗并抵抗基坑开挖过程中产生的土压力，当基坑开挖过程中有大量渗水时，可采取不排水开挖、水下混凝土封底的办法，能有效降低对既有营业线路基的影响。针对本工程地质，国内有多例成功施工案例。

比较：方案二较方案一优。方案二不设内支撑，方案一中两道圈梁内支撑影响基坑开挖、承台施工的工效，方案二对既业线的安全影响比方案一小。

3.3 结论

综上，尽管方案二造价比方案一略高，但方案二工期比方案一节省约76天且便于后续施工，方案二对既有线的安全影响比方案一小，故采取方案二。

4 转体结构方案比选

4.1 方案简介

方案一：平铰方案

转体结构由转体下转盘、平铰、上转盘、转体牵引系统组成。上、下平铰直径均为5.3m，厚度均为5.5cm，转动轴直径315mm，共布置2104块直径6cm的聚四氟乙烯片。平铰加工及安装精度要求较高：盘边缘相对误差≯0.5mm。

方案二：球铰方案

转体结构由转体下转盘、球铰、上转盘、转体牵引系统组成。球铰球面半径8m，平面投影直径4.2m，分上下两片，厚度均为5.5cm，转动轴直径275mm，共布置1484块直径6cm的聚四氟乙烯片。球铰加工及安装精度要求较高：球铰顶口务必水平，其顶面任意两点误差≯1mm。

4.2 方案比选

（1）转体球铰的特点

转体球铰的上球面板与镶嵌在下球面板上的四氟滑板形成转动副，实现梁体的水平转动；桥梁上部载荷通过上球面板、四氟滑板、下球面板均匀地传递给下部结构，传力途径简单明确。转体球铰具有以下特点：

a）传力途径简单明确，通过球面传力，b）整体刚度大，偏心适应性强。球铰结构刚度好，上球铰凸球面与下球铰凹球面结构相适应，转动对中一致性好，当受到倾覆力作用时，易于调整梁体平衡，运行安全稳定性高。当上部结构载荷分布均匀性好。

出现重心偏移时，可以利用球面来平衡偏心力矩，保证工程的安全性。

c）技术成熟可靠、安全度高。摩擦副面均经过数控车床加工，加工精度高，定位准确，组装精度高，水平转动平稳。球面滑板直接镶嵌在下球面板镶坑内，固定可靠。

d）球铰直径4.2m，可以在厂家加工成一块，方便运输及安装。

（2）转体平铰的特点

转体平铰主要由上平面板与镶嵌在下平面板上的四氟滑板形成转动副，实现梁体的水平转动；桥梁上部荷载通过上平面板、四氟滑板、下平面板传递给下部结构。

转体平铰为保证转动平稳顺利，对上、下面板的加工平整度以及安装平整度要求很高，如出现倾斜不平则难以进行调整，会显著影响转动的实现。且在竖向高承载力作用下，平面铰结构易发生变形，也会影响转动功能的实现。转体平铰由于采用平面转动难以进行转动前梁体的平衡纠偏，且在偏心载荷作用下转动平顺性差。

平铰上、下面板各分为两块制造，在现场再进行拼焊。此种设计由于焊缝较长，焊接会引起面板变形，在施工现场将无法进行修复。而面板变形会使平铰与上下部混凝土結构、平铰上下面板间不能保证均匀接触，会导致荷载传递不均匀，构件受力不均匀，影响转体实施。

（3）造价分析

转体平铰较球铰简单，造价较低，但本工程平铰直径5.3m为国内最大直径，加工时需额外加工胎膜，增加了成本；转体球铰加工复杂，但国内已有相同直径的胎膜，不需额外加工。总体比较，球铰的造价比平铰略高。

4.3 结论

平铰、球铰的造价相差不大，球铰的安全性能优于平铰，球铰安装较平铰方便且转体精度高、自调偏性能好。

5 主塔施工方案比选

主塔上塔柱高51.6m，除根部2.0m高度范围为变截面，其余为空心标准截面，尺寸为3.0m×6.0m，可采用爬模或翻模浇筑方式，下面将分别论述。

5.1 方案简介

方案一：翻模施工

工艺原理是将塔身分成等高的节段，分段浇注。根据分段高度，将外侧模板设计成与分段等高的 2 或 3 节，配合 1 节内侧模板。每节外侧模均自带操作平台，施工过程中不需另外搭设操作平台。浇注完成顶节混凝土后，拆除底节模板，将其接于顶节模板之上，继续进行混凝土施工，如此循环，直到施工完成。在斜拉索锚固区有环向预应力，在环向预应力张拉压浆时，需增设吊篮，吊挂在底节外模上做张拉压浆操作平台。

方案二：爬模施工

采用液压自爬模系统，由模板结构系统、液压提升设备系统和平台系统三大部分组成。根据分段高度确定单节模板高度，塔柱底节及第二节施工时，通过塔吊进行模板拼装，自第三节时，安装液压系统，爬模提升通过自身液压系统提升，不需塔吊辅助。在环向预应力张拉施工时，在爬模系统底平台增设吊篮，模板提升时，吊篮随模板一起提升，不需重新安拆。

5.2 方案比选

方案一：翻模施工不需搭设支架，利用塔吊辅助进行翻模，成本低。缺点有：①本工程邻近既有线，塔吊辅助翻模时，吊装的安全风险较大，主要表现在吊装时模板的重心（吊点）选择难度大；②在有索区施工时，环向预应力操作平台所用吊篮在模板提升前需拆除，再使用时需重新吊装，重复装拆影响工效、增加成本；③主塔施工中，钢筋吊装、劲性骨架安装、索导管安装、内模安装等均需要塔吊配合，本工程单塔两柱共使用一台塔吊，塔吊基本满负荷运转，若利用塔吊进行模板提升，则影响施工工效。

方案二：液压自爬模整个结构仅用一个液压滑动模板 ，一次组装，爬升过程中不用再进行支模、 拆模、 搭设脚手架的工作 ，混凝土可连续浇筑 ，施工速度快 ，避免施工缝 ，同时可节省大量模板、脚手材料和劳动力，减轻劳动强度， 降低施工成本， 整个工艺流程顺畅，交叉作业少。爬模操作平台外围可设置封闭式安全防护网，无需反复拆除和安装，安全风险小。缺点是成本较高。

5.3 结论

上述两种方案，在成本上方案二比方案一约多三十万，但安全风险最小，工期最快。本工程邻近营业线，安全防护要求高。综合考虑安全成本及工期的因素，主塔施工爬模优于翻模。

6 结语

工程项目施工管理重在过程控制，过程控制是施工企业创效最关键、最核心的内容，而方案优化在施工过程控制中发挥着无可替代的作用。结合工程实际情况，综合考虑安全、质量和工期各方面因素，多比较，多分析才能比选出最合适的方案。

参考文献

[1]林寿，杨嗣信.《液压自动爬模技术》.中国建筑工业出版社，2009

[2]张联燕.《桥梁转体施工》.人民交通出版社，2003