CN106120580B - 一种用于顶进预制框架的变坡滑道装置及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于顶进预制框架的变坡滑道装置及其施工方法，由钢筋混凝土段、破碎素混凝土段和钢管混凝土段三部分组成，所述的钢管混凝土段包括斜坡段和设计段，在所述的斜坡段和设计段上铺设有钢管网。所述的钢管网的结构是：底层设有多根平行排列的底层横向钢管，在所述的底层横向钢管上设有多根平行排列的上层纵向钢管，所述的底层横向钢管与所述的上层纵向钢管接触处进行焊连，多根平行排列的所述的上层纵向钢管间采用第一钢筋进行焊连，多根平行排列的所述的底层横向钢管采用第二钢筋进行焊连。本发明能确保预制框架翻转进入斜坡道后以最省顶力方式快速、精准的顶进施工而不对滑道造成损坏。

Description

一种用于顶进预制框架的变坡滑道装置及其施工方法

技术领域

本发明涉及一种用于顶进预制框架的装置，特别是一种用于顶进预制框架的变坡滑道装置。本发明还涉及该用于顶进预制框架的变坡滑道装置的施工方法。

背景技术

目前有一种情况，预制框架在线外预制完成后，发现上游已建的排水涵实际标高与设计不符--上游流水面标高低于涉铁新建涵洞的设计流水面标高，导致框架涵按设计建成后无法排水。为解决涵洞排水问题，需要对涉铁段涵洞设计标高进行降低处理。由于预制框架已按原设计标高预制完成，预制框架顶进滑道已按原设计标高形成，采取顶进滑道变坡处理的施工方案。即在预制框架顶进过程中，对顶进滑道进行降坡处理。在变坡滑道上进行框架顶进施工，除了对框架体本身结构应力有影响外，框架体在变坡点翻转、简支状态及斜坡道上运行过程中，滑道的受力体系发生变化，可能出现应力过于集中而导致滑道破坏，因此，采用常规的钢筋混凝土结构形式的滑道不适合变坡滑道。

目前的变坡滑道的结构由预制段、斜坡段和设计段组成，在预制段和斜坡段交汇处形成有上变坡点，在斜坡段和设计段交汇处形成有下变坡点，设计情况如下：

1、在预制段，预制框架均匀落在滑道上，滑道受力比较均匀，滑道可按常规的结构形式，即钢筋混凝土滑道；

2、当预制框架经过上变坡点处，预制框架从预制段翻转到斜坡段，在翻转过程中，变坡点承受着整个框架体自重的作用，反过来也就是说，预制框架承受着变坡点集中荷载作用，不仅预制框架后端撬得比较高，影响顶进操作，而且由于上变坡点的集中荷载作用，极易对预制框架进行破坏。因此，在顶进过程中，上变坡点处滑道不宜采用刚性的滑道，而是采用破碎的素混凝土滑道即破碎段，预制框架经过变坡点处，滑道在预制框架自重作用下能够均匀下沉，不仅降低了翘起的高度，而且预制框架不是由一个点来支撑，而是由一段破碎段滑道面来支撑，不至于对预制框架造成破坏；

3、预制框架自上变坡点翻转后，进入斜坡段，预制框架翻转后及在斜坡段顶进过程中，对斜坡段有一个向下的冲击力，对滑道极易造成破坏而影响顶进的顺利进行。特别是经过下变坡点时，预制框架呈简支状态，斜坡段及设计段的滑道受到预制框架集中荷载作用，极易对采用普通钢筋混凝土制作的滑道造成破坏。

发明内容

本发明所要解决的第一个技术问题是提供一种能确保预制框架翻转进入斜坡道后以最省顶力方式快速、精准的顶进施工而不对滑道造成损坏的用于顶进预制框架的变坡滑道装置。

本发明所要解决的第二个技术问题是提供该用于顶进预制框架的变坡滑道施工装置的用于顶进预制框架的变坡滑道装置的施工方法。

为了解决上述第一个技术问题，本发明提供的用于顶进预制框架的变坡滑道装置，由钢筋混凝土段、破碎素混凝土段和钢管混凝土段三部分组成，所述的钢管混凝土段包括斜坡段和设计段，在所述的斜坡段和设计段上铺设有钢管网。

所述的钢管网的结构是：底层设有多根平行排列的底层横向钢管，在所述的底层横向钢管上设有多根平行排列的上层纵向钢管，所述的底层横向钢管与所述的上层纵向钢管接触处进行焊连，多根平行排列的所述的上层纵向钢管间采用第一钢筋进行焊连，多根平行排列的所述的底层横向钢管采用第二钢筋进行焊连。

所述的底层横向钢管和所述的上层纵向钢管上均每隔一段距离留有若干混凝土灌注孔，所述的底层横向钢管和所述的上层纵向钢管内采用混凝土填满。

所述的混凝土灌注孔为100*200mm的矩形孔洞或φ100mm圆形孔洞。

多根平行排列的所述的底层横向钢管的间距为500mm，多根平行排列的所述的上层纵向钢管的间距600mm。

多根平行排列的所述的上层纵向钢管之间采用φ20mm第一钢筋进行焊连。

多根平行排列的所述的底层横向钢管间采用φ16mm第二钢筋进行焊连。

在所述的变坡滑道的底部，从所述的钢筋混凝土段到设计端，通长、通宽设置有砂夹碎石垫层，所述的砂夹碎石垫层的厚度100mm。

距所述的钢管网的左、右侧最外结构边缘每隔4～6m，各埋置有方向墩。

所述的方向墩为混凝土方向墩，或工字钢方向墩。

为了解决上述第二个技术问题，本发明提供的用于顶进预制框架的变坡滑道装置的施工方法，包括以下步骤：

(一)、施工准备：方案比选及论证、编制施工方案、测量放样、材料准备、施工设备到位；

(二)、基坑开挖：采用挖掘机开挖，人工修整；

(三)、基底处理：施工前对地基承载力进行检测，承载力满足要求可以直接进行下道工序施工；承载力若不满足要求，尤其是软土地基，采用加固措施，直至地基承载力满足预制框架顶进施工要求；

(四)、垫层施工：按变坡滑道基础标高及滑道坡率修整滑道地基后，铺填砂夹碎石垫层，并压实紧密；

(五)、钢管加工

⑴底层横向钢管以滑道宽度为长度全幅设置，上层纵向钢管以钢管混凝土滑道的长度通长设置；

⑵底层横向钢管和上层纵向钢管的两端采用薄铁皮焊接封住；

⑶底层横向钢管和上层纵向钢管的管身隔2～3m各对称设置混凝土灌注孔，混凝土灌注孔为100*200mm的矩形孔洞或φ100mm圆形孔洞；

⑷安装横向钢管

根据预制框架顶进运行状态，在破碎素混凝土段终端到变坡滑道终端，在砂夹碎石垫层表面垂直于滑道轴线每500m间距开槽，开槽深度100mm；将底层横向钢管沿槽布置，对称的钢管混凝土灌注孔连线平行于滑道面；调整方向和水平后，纵向采用φ16mm的第二钢筋将相邻底层横向钢管进行两两焊连，第二钢筋的间距600mm；

⑸安装上层纵向钢管

在底层横向钢管上每600mm间距铺设上层纵向钢管，上层纵向钢管与底层横向钢管之间采用焊联，相邻上层纵向钢管间采用φ20mm的第一钢筋进行焊连，第一钢筋间距500mm；下变坡点处，上层纵向钢管的变坡处理是采用两段独立钢管，斜坡段上层纵向钢管与设计段上层纵向钢管采用焊联。

(六)、方向墩设置

在滑道两侧距钢管网最外侧100mm处，每隔4～6m各设置一道方向墩，方向墩与上层纵向钢管和底层横向钢管两两相切焊接。

(七)、浇筑滑道混凝土

在预制段钢筋绑扎、钢管、方向墩及模板安装完成后并经检测各部位符合要求后，浇筑滑道混凝土形成钢筋混凝土段，同时对上层纵向钢管、底层横向钢管内采用混凝土充填密实，要求管内、管外混凝土浇筑成整体。

(八)、破碎素混凝土段

按变坡滑道要求，对破碎素混凝土段进行破碎处理，形成软弱带，以便预制框架经过上变坡点时，整体均匀沉降。

采用上述技术方案的用于顶进预制框架的变坡滑道装置及其施工方法，其技术特点是：

1、采用破碎素混凝土，解决了变坡滑道上预制框架顶进过程中经过变坡点处技术问题，通过预制框架经过破碎素混凝土软弱带的均匀下沉，确保了预制框架不被集中荷载的破坏，避免了预制框架后端抬起过高而影响预制框架顶进的顺利进行；

2、通过钢管混凝土施工技术研究和应用，解决了预制框架经由斜坡道对滑道造成的冲击破坏作用及经由下变坡点时预制框架简支状态下的集中荷载对滑道的破坏作用，该技术首次应用于预制框架顶进施工领域，填补了预制框架顶进施工领域的空白，为在变坡滑道上预制框架施工顶进的成功应用奠定了基础；

(3)、以相适应的原则，通过不同的受力状态应用不同的混凝土结构，最经济的解决了变坡顶进的滑道结构问题，经顶进应用实践表明，该滑道结构在顶进施工过程中，没有发生任何的变形及破坏，安全可靠性强。

综上所述，本发明是一种能确保预制框架翻转进入斜坡道后以最省顶力方式快速、精准的顶进施工而不对滑道造成损坏的用于顶进预制框架的变坡滑道装置及其施工方法。

附图说明

图1是对顶进滑道进行降坡处理示意图。

图2是用于顶进预制框架的变坡滑道的结构示意图。

图3是本发明的工艺流程图。

图4是本发明的用于顶进预制框架的变坡滑道装置的纵断面示意图。

图5是沿图4中A-A线剖示图。

图6是本发明的钢管网的结构示意图。

图7是本发明的钢管上的混凝土灌注孔的结构示意图。

图8是本发明的斜坡段和设计段交汇处的钢管连接结构示意图。

图9是本发明的钢管网的底层横向钢管与上层纵向钢管的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

长沙湘府路高排涵工程下穿京广铁路，施工方案采用在铁路路基外侧工作坑内预制，然后架空铁路按设计顶进就位。

预制框架在线外预制完成后，发现上游已建排水涵实际标高与设计不符——上游流水面标高低于涉铁新建涵洞的设计流水面标高，导致预制框架按设计建成后无法排水。为解决涵洞排水问题，需要对涉铁段涵洞设计标高进行降低处理，经计算，标高下降达65cm。由于预制框架已按原设计标高预制完成，预制框架顶进滑道已按原设计标高形成，经过多次优化方案比选后采取顶进滑道变坡处理的施工方案。即在预制框架顶进过程中，对顶进滑道进行降坡处理，如图1所示。

在变坡滑道上进行预制框架顶进施工，除了对预制框架本身结构应力有影响外，预制框架在变坡点翻转、简支状态及斜坡道上运行过程中，滑道的受力体系发生变化，可能出现应力过于集中而导致滑道破坏，因此，采用常规的钢筋混凝土结构形式的滑道不适合变坡滑道。

参见图2，变坡滑道由钢筋混凝土段3、破碎素混凝土段4、斜坡段5和设计段6组成，在破碎素混凝土段4处形成有上变坡点7，在斜坡段5和设计段6交汇处形成有下变坡点8，变坡滑道设计情况：

1、在钢筋混凝土段3，预制框架9均匀落在滑道上，滑道受力比较均匀，滑道按常规的结构形式，即钢筋混凝土滑道；

2、当预制框架9经过上变坡点7处，钢筋混凝土段3翻转到斜坡段5，在翻转过程中，上变坡点7承受着整个预制框架9自重的作用，反过来也就是说，预制框架9承受着上变坡点7集中荷载作用，不仅预制框架9后端撬得比较高，影响顶进操作，而且由于上变坡点7的集中荷载作用，极易对预制框架9进行破坏。因此，在顶进过程中，上变坡点7处滑道不宜采用刚性的滑道，而是采用破碎的素混凝土滑道即破碎素混凝土段4，预制框架9经过上变坡点7处，滑道在预制框架9自重作用下能够均匀下沉，不仅降低了翘起的高度，而且预制框架9不是由一个点来支撑，而是由一段滑道面即破碎段4来支撑，不至于对预制框架9造成破坏；

3、预制框架9自上变坡点7翻转后，进入斜坡段5，预制框架9翻转后及在斜坡段5顶进过程中，对斜坡段5有一个向下的冲击力，对滑道极易造成破坏而影响顶进的顺利进行。特别是经过下变坡点8时，预制框架9呈简支状态，斜坡段5及设计段6的滑道受到预制框架9集中荷载作用，采用普通钢筋混凝土极易对滑道造成破坏。鉴于该段受力的特殊情况，经过反复研究和论证，在施工过程中提出了钢管混凝土滑道的方案。

参见图4和图5，用于顶进预制框架的变坡滑道装置，由钢筋混凝土段3、破碎素混凝土段4和钢管混凝土段三部分组成，钢管混凝土段包括斜坡段5和设计段6，在斜坡段5和设计段6上铺设有钢管网1。

参见图6，钢管网1的结构是：底层设有多根平行排列的底层横向钢管2，在底层横向钢管2上设有多根平行排列的上层纵向钢管10，底层横向钢管2与上层纵向钢管10接触处进行焊连，多根平行排列的上层纵向钢管10间采用第一钢筋11进行焊连，多根平行排列的底层横向钢管2采用第二钢筋12进行焊连。

底层横向钢管2和上层纵向钢管10上均每隔一段距离留有若干混凝土灌注孔13，底层横向钢管2和上层纵向钢管10内采用混凝土填满。

混凝土灌注孔13为100×200mm的矩形孔洞或φ100mm圆形孔洞。

多根平行排列的底层横向钢管2的间距为500mm，多根平行排列的上层纵向钢管10的间距600mm。

多根平行排列的上层纵向钢管10之间采用φ20mm第一钢筋11进行焊连。

多根平行排列的底层横向钢管2间采用φ16mm第二钢筋12进行焊连。

在变坡滑道的底部，从钢筋混凝土段3到设计端，通长、通宽设置有砂夹碎石垫层14，砂夹碎石垫层14的厚度100mm。

距钢管网1的左、右侧最外结构边缘每隔4～6m，各埋置有方向墩15。

方向墩15为混凝土方向墩，或工字钢方向墩。以便在顶进过程中，随时控制预制框架9顶进的方向，发现偏斜及时采取纠偏措施。

参见图3、图4、图5、图6、图7、图8和图9，本发明提供的用于顶进预制框架的变坡滑道装置的施工方法，包括以下步骤：

1、施工准备：方案比选及论证、编制施工方案、测量放样、材料准备、施工设备到位；

2、基坑开挖：采用挖掘机开挖，人工修整；

3、基底处理：施工前对地基承载力进行检测，承载力满足要求可以直接进行下道工序施工；承载力若不满足要求，尤其是软土地基，采用钢管桩、旋喷桩或其他加固措施，直至地基承载力满足预制框架9顶进施工要求；

4、垫层施工：按变坡滑道基础标高及滑道坡率修整滑道地基后，铺填砂夹碎石垫层14，并压实紧密；

5、钢管加工

⑴底层横向钢管2和上层纵向钢管10均采用φ300钢管，底层横向钢管2以滑道宽度为长度全幅设置，上层纵向钢管10以钢管混凝土滑道的长度通长设置；

⑵底层横向钢管2和上层纵向钢管10的两端采用薄铁皮焊接封住；

⑶底层横向钢管2和上层纵向钢管10上隔2～3m各对称设置混凝土灌注孔13，混凝土灌注孔13为100×200mm矩形或直径100mm的圆形，以能灌注混凝土即可；

⑷安装底层横向钢管

根据预制框架9顶进运行状态，在破碎素混凝土段4终端到变坡滑道终端，在砂夹碎石垫层14表面垂直于滑道轴线每500m间距略略的开槽，开槽深度100mm；将底层横向钢管2沿槽布置，对称的混凝土灌注孔13连线平行于滑道面；调整方向和水平后，纵向采用多根φ16mm的第二钢筋12将相邻底层横向钢管2进行两两焊连，第二钢筋12的间距600mm。

⑸安装上层纵向钢管

在底层横向钢管2上每600mm间距铺设上层纵向钢管10，上层纵向钢管10与底层横向钢管2间采用焊联，相邻上层纵向钢管10间采用多根φ20mm的第一钢筋11进行焊连，第一钢筋11间距500mm；下变坡点8处，上层纵向钢管10的变坡处理是采用两段独立钢管，斜坡段5的上层纵向钢管10与设计段6的上层纵向钢管10采用焊联。

6、方向墩设置

在滑道两侧距框架最外侧100mm处，每隔4～6m各设置一道方向墩15，方向墩15与上层纵向钢管10、底层横向钢管2两两相切焊接；

7、浇筑滑道混凝土

在钢筋混凝土段3钢筋绑扎、底层横向钢管2、上层纵向钢管10、方向墩15及模板安装完成后并经检测各部位符合要求后，浇筑滑道混凝土，同时对上层纵向钢管10、底层横向钢管2内采用混凝土充填密实，要求管内、管外混凝土浇筑成整体。

八、破碎素混凝土段

按变坡滑道要求，对破碎素混凝土段4进行破碎处理，形成软弱带，以便预制框架9经过上变坡点7时，整体均匀沉降。

九、安全质量注意事项

1、上层纵向钢管10、底层横向钢管2铺设水平、间距、平整度要满足变坡滑道坡率要求，在施工过程中要测量放样定位；

2、上层纵向钢管10顶部基本上要与混凝土齐平，不留保护层，也不暴露在外，可有效增加滑道表面的刚度；

3、底层横向钢管2与上层纵向钢管10间、底层横向钢管2和第二钢筋12、上层纵向钢管10与第一钢筋11间采用焊接，注意焊接的质量；

4、地基承载力要检测满足设计及规范要求；

5、混凝土表面不需要过于光滑，可做成粗糙面，可增加钢板滑道与滑道间的摩擦力。

Claims (9)

1.一种用于顶进预制框架的变坡滑道装置，由钢筋混凝土段(3)、破碎素混凝土段(4)和钢管混凝土段三部分组成，其特征是：所述的钢管混凝土段包括斜坡段(5)和设计段(6)，在所述的斜坡段(5)和设计段(6)上铺设有钢管网(1)，所述的钢管网(1)的结构是：底层设有多根平行排列的底层横向钢管(2)，在所述的底层横向钢管(2)上设有多根平行排列的上层纵向钢管(10)，所述的底层横向钢管(2)与所述的上层纵向钢管(10)接触处进行焊连，多根平行排列的所述的上层纵向钢管(10)间采用第一钢筋(11)进行焊连，多根平行排列的所述的底层横向钢管(2)采用第二钢筋(12)进行焊连。

2.根据权利要求1所述的用于顶进预制框架的变坡滑道装置，其特征是：所述的底层横向钢管(2)和所述的上层纵向钢管(10)上均每隔一段距离留有若干混凝土灌注孔(13)，所述的底层横向钢管(2)和所述的上层纵向钢管(10)内采用混凝土填满。

3.根据权利要求2所述的用于顶进预制框架的变坡滑道装置，其特征是：所述的混凝土灌注孔(13)为100×200mm的矩形孔洞或φ100mm圆形孔洞。

4.根据权利要求1或2所述的用于顶进预制框架的变坡滑道装置，其特征是：多根平行排列的所述的底层横向钢管(2)的间距为500mm，多根平行排列的所述的上层纵向钢管(10)的间距600mm。

5.根据权利要求1或2所述的用于顶进预制框架的变坡滑道装置，其特征是：多根平行排列的所述的上层纵向钢管(10)之间采用φ20mm第一钢筋(11)进行焊连。

6.根据权利要求1或2所述的用于顶进预制框架的变坡滑道装置，其特征是：多根平行排列的所述的底层横向钢管(2)间采用φ16mm第二钢筋(12)进行焊连。

7.根据权利要求1或2所述的用于顶进预制框架的变坡滑道装置，其特征是：在所述的变坡滑道的底部，从所述的钢筋混凝土段(3)到设计段(6)，通长、通宽设置有砂夹碎石垫层(14)，所述的砂夹碎石垫层(14)的厚度100mm。

8.根据权利要求1或2所述的用于顶进预制框架的变坡滑道装置，其特征是：距所述的钢管网的左、右侧最外结构边缘每隔4～6m，各埋置有方向墩(15)，所述的方向墩(15)为混凝土方向墩，或工字钢方向墩。

9.施工权利要求1所述的用于顶进预制框架的变坡滑道装置的施工方法，其特征是：包括以下步骤：

(一)、施工准备：方案比选及论证、编制施工方案、测量放样、材料准备、施工设备到位；

(二)、基坑开挖：采用挖掘机开挖，人工修整；

(三)、基底处理：施工前对地基承载力进行检测，承载力满足要求可以直接进行下道工序施工；承载力若不满足要求，尤其是软土地基，采用加固措施，直至地基承载力满足预制框架顶进施工要求；

(四)、垫层施工：按变坡滑道基础标高及滑道坡率修整滑道地基后，铺填砂夹碎石垫层，并压实紧密；

(五)、钢管加工

⑴底层横向钢管以滑道宽度为长度全幅设置，上层纵向钢管以钢管混凝土滑道的长度通长设置；

⑵底层横向钢管和上层纵向钢管的两端采用薄铁皮焊接封住；

⑶底层横向钢管和上层纵向钢管的管身隔2～3m各对称设置混凝土灌注孔，混凝土灌注孔为100*200mm的矩形孔洞或φ100mm圆形孔洞；

⑷安装横向钢管

根据预制框架顶进运行状态，在破碎素混凝土段终端到变坡滑道终端，在砂夹碎石垫层表面垂直于滑道轴线每500m间距开槽，开槽深度100mm；将底层横向钢管沿槽布置，对称的钢管混凝土灌注孔连线平行于滑道面；调整方向和水平后，纵向采用φ16mm的第二钢筋将相邻底层横向钢管进行两两焊连，第二钢筋的间距600mm；

⑸安装上层纵向钢管

在底层横向钢管上每600mm间距铺设上层纵向钢管，上层纵向钢管与底层横向钢管之间采用焊联，相邻上层纵向钢管间采用φ20mm的第一钢筋进行焊连，第一钢筋间距500mm；下变坡点处，上层纵向钢管的变坡处理是采用两段独立钢管，斜坡段上层纵向钢管与设计段上层纵向钢管采用焊联；

(六)、方向墩设置

在滑道两侧距钢管网最外侧100mm处，每隔4～6m各设置一道方向墩，方向墩与上层纵向钢管和底层横向钢管两两相切焊接；

(七)、浇筑滑道混凝土

在预制段钢筋绑扎、钢管、方向墩及模板安装完成后并经检测各部位符合要求后，浇筑滑道混凝土形成钢筋混凝土段，同时对上层纵向钢管、底层横向钢管内采用混凝土充填密实，要求管内、管外混凝土浇筑成整体；

(八)、破碎素混凝土段

按变坡滑道要求，对破碎素混凝土段进行破碎处理，形成软弱带，以便预制框架经过上变坡点时，整体均匀沉降。