浅谈雅万高铁450t跨线龙门吊基础设计及施工

浅谈雅万高铁450t跨线龙门吊基础设计及施工

1蔡华奇,2田北北

中国水利水电第八工程局有限公司，湖南长沙  410004

[摘要]雅万高铁1号梁场采用两台MGHZ450型跨线式龙门吊双机抬吊箱梁上桥放置运梁车上进行箱梁的运送。450t跨线龙门吊内、外基础平均高差3.5m，且外侧临近高速公路。通过优化轨道基础设计，在安全、方便现场施工的前提下，节约了施工成本及工期。实践证明，后期设备运行时安全可靠，相关做法可供以后类似工程参考。

[关键词]梁场；跨线龙门吊；基础设计

高速铁路中箱梁预制场的箱梁上桥方式根据梁场选址位置，主要分为路基上桥、跨线龙门吊提吊上桥两种方式。龙门吊的轨道基础根据梁场提梁区的地势环境而设计建造。本文简要介绍印尼雅万高铁1号梁场450t龙门吊根据复杂地形环境设计的龙门吊基础设计及施工,对运行后的安全进行评估，为类似环境下的大型设备基础设计及施工提供借鉴。

1 工程概况

新建印度尼西亚雅（加达）万（隆）高速铁路是印尼和东南亚第一条高铁，是新时代中印尼发展战略对接和务实合作的旗舰项目，是中国一带一路标志性项目，也是中国高速铁路首次全系统、全要素、全产业链走出国门的第一单，建成通车后，两地的出行时间将由现在的3个多小时缩短至40分钟。

其中雅万高铁1号梁场位于雅万高铁正线里程DK28的右侧，承担DK4+781~DK40+377区段内1018榀箱梁的预制架设任务。1号梁场采用两台MGHZ450t跨线龙门吊提梁上桥。

MGHZ450t龙门吊主要结构为刚性支腿、柔性支腿、主梁、起重小车、大车走行机构、电气系统等。设备总重471t，额定起重量450t，净空36m，总体尺寸为 17.3m×42.8m×42.0m。其中龙门吊的钢型支腿在线路左侧，紧邻雅万高速公路，高速公路地面高程为27～28m；柔性支腿位于线路右侧，紧邻梁场移梁通道，移梁通道地面高程为31.0m。内外原地地面高程高差3m～4m。

1 基础设计

1.1 基础样式确定

龙门吊基础在设计时对4个方案进行了研讨，具体如下：

（1）方案一：将场内土方开挖至与高速公路齐平，需要将整个梁场（20万㎡）的场坪高程降低3.5m，则粗略估计需开挖弃土约70万m³，施工难度大，且土方开挖、外运费用高达1000万；

（2）方案二：对支腿外侧高速公路进行土方回填，因轨道基础已经占用高速公路一个车道，若再进行土方回填，经过与当地高速公路公司沟通，因会造成占用两个车道，严重影响高速通行能力，不得采用此种方式进行施工；      

（3）方案三：对450t龙门吊钢型支腿（高速公路侧）进行改造，加高3.5m，柔性支腿保持原设计，改造为外支腿高内支腿低的结构形式，经与450t龙门吊生产厂家的受力计算，在原龙门吊结构上进行改造破坏了龙门吊的结构稳定，不满足力学要求，故无法实现。

（4）方案四：对450t门吊基础形式进行差异化设计，450t龙门吊高速公路侧基础采用混凝土挡土墙加预制管桩基础的结构形式，梁场内侧基础采用混凝土扩大基础加预制管桩的结构形式，以此来调整场内外高差。

1.2 荷载取值

（1）吊车轮压：每个轮子轮压 384KN，每处8个轮子，共384*8=3072KN，受荷宽度2550mm；计算墙体时N=3072*1.5=4608KN

吊车引起的每延米墙体的竖向力：4608/2.55=1807KN

（2）水平力(受荷宽度2550mm):

1） 吊车横向水平力(龙门吊左线一侧为刚性支腿，右线一侧为柔性支腿)：

起重小车重量 mg：60T

吊车起重量：450T

Fp=0.1*（450+60）=510KN

每处8个轮子的横向水平力为510/2=215KN

2）吊车运行偏移引起的水平荷载：14.4*8=115.2KN

3）吊车风荷载：为整机侧向风载 78.2/4=19.55KN

4）墙风荷载：18.67KN

标准组合下：横向水平力F=215+115.2+19.55+18.67=368.42KN

每延米墙体的水平力(标准值)：280.92/2.55=144.5KN

基本组合下：

横向水平力F=1.5*(215+115.2)+1.5*0.7*(19.55+18.67)=535.4KN

每延米墙体的水平力(设计值)：535.4/2.55=210KN。

1.3 基础结构验算

（1）混凝土挡土墙验算（以外漏高速公路地面3.5m为例）

1）挡土墙尺寸

墙身高：5.400（m）

墙顶宽：1.500（m）

墙埋深：1.900（m）

2）物理参数

混凝土墙体容重：25.000（kN/m3）

混凝土强度等级：C40

纵筋级别：HRB400

抗剪腹筋级别：HRB400  

裂缝计算钢筋直径：25（mm）

3）水平方向受弯承载力

墙底截面计算:

截面高度 H=1.500（m）

截面剪力Q=210（KN）

截面弯矩M（设计值）= 210*（5.4-1.4）=840（kN-m）

截面弯矩M（设计值）= 144.5*（5.4-1.4）=578（kN-m）

抗弯拉筋构造配筋:配筋率Us=0.11% ＜ Us_min=0.21%

抗弯受拉筋:As=3206(mm2)  截面抗剪验算满足，不需要配抗剪腹筋

最大裂缝宽度为: 0.188（mm）

选取钢筋 25@150   As=3272（mm2）

4）竖向承载力

图2 荷载图

图3 剪力图、弯矩图

两种情况相比较取 Mmax=5755.8(kN-m)，Vmax=4291(kN)

先根据素混凝土进行计算，根据《混凝土结构设计规范》附录D.3.1进行计算：

Ym=1.4； Y=(0.7+120/1600)*1.4=1.085； fct=0.94；

（1.085*0.94*1500*5400*5400）/6 = 7435（kN-m）＞ 5755.8（kN-m）抗弯满足。

根据《混凝土结构设计规范》6.3.4

0.7*1.71*1500*（5400-40）= 9623KN ＞ 6122KN，抗剪满足要求。

（2）桩、承台设计（按挡土墙最高4.5m时计算）

1）桩、承台参数

①桩参数

桩基重要系数：0.9；桩类型：预制管桩；

承载力性状：端承摩擦桩；桩长：10m；桩径：500mm；桩混凝土等级：C40；

单桩极限承载力：2500KN；

②承台参数

承台底标高：-1.9m；承台混凝土：C40；承台钢筋：HRB400；

配筋计算：100mm；承台尺寸：L11/L12为2.5m；e11/e12为2.1m；

厚度H为1.4m；

图4 结构断面图

2）荷载取值

①承台荷载

按照最不利情况时考虑(伸缩缝处)，墙高4.5m，埋深1.9m；

扩散到承台底时，受荷宽度2.55+4.5+1.9-0.1=8.85m

墙自重：Gk1=1.5*8.85*5*25=1659KN

承台自重：Gk2=5.4*1.4*8.85*25=1672KN

土重：Gk2=(5.4-1.5) *0.5*6.85*20=267.15KN

竖向力：Fk=3072KN

竖向力设计值:F设=1.3*（1659+1672+267.15）+1.5*3072=9285KN

M=535.4*（4.5+1.9）=3426（kN-m）

②桩荷载

弯矩Mx：0（KN·m）；弯矩Mz：3426（KN·m）；轴力N：9285（KN）；

剪力Vx：535.4KN；剪力Vy：0KN；荷载综合分项系数：1.44

3）桩、承台结构验算

①桩基竖向承载力验算

根据《桩基规范》5.2.2及5.2.3

Ra=Quk/K（式中：Ra为单桩竖向承载力特征值；Quk为单桩竖向极限承载力标准值；K为安全系数，取K=2）

单桩竖向极限承载力标准值Quk=2500KN，单桩竖向承载力特征值Ra=1250KN

根据《桩基规范》5.1.1 式5.1.1-1计算轴心荷载作用下顶全反力，式5.1.1-2计算偏心荷载作用下桩顶全反力。

在轴心荷载作用下，桩顶全反力N= 1074.653(kN)

按《桩基规范》5.2.1（不考虑地震作用）式5.2.1-1（yoNk≤1.0R）验算

（yoNk=967.2kN）≤（1.00R=1250.000kN）满足

在偏心荷载作用下,按《桩基规范》5.2.1（不考虑地震作用）式5.2.1-2（yoNkmax≤1.2R）计算（YoNkmax=1277.865kN）≤（1.20R=1500.000kN）满足

②承台受力计算

桩净反力：最大桩净反力：2044.59KN；

受弯计算：

承台柱边截面弯矩：左侧为2836.106KN·m；右侧为5520.394KN·m；

承台控制弯矩Mx：0KN·m；My：5520.394KN·m；

a.柱对承台的冲切：

总抗冲切力：41174.188（KN）

（γ0F1=5571KN）≤（抗冲切力=41174.188KN），故满足。

b.承台抗剪验算

根据《桩基规范》5.9.10 计算

剪切面1

剪切面坐标（mm）：（1900,-3100）～（1900,3100）

实际宽度（mm）： 6200；计算宽度b（mm）：6200

剪跨a（mm）：1150；剪跨比λ：0.885；剪切系数 a：0.929；

高度影响系数βhs: 0.886；抗剪切力（kN）：11335.304

剪切力设计值（kN）:4089.181

（γ0V=3680.28kN）≤11335.304kN 满足截面要求；

剪切面2

剪切面坐标（mm）：（1900,-3100）～（1900,3100）

实际宽度（mm）： 6200；计算宽度b（mm）：6200

剪跨a（mm）：1150；剪跨比λ：0.885；剪切系数 a：0.929；

高度影响系数βhs: 0.886；抗剪切力（kN）：11335.304

剪切力设计值（kN）:2100.819

（γ0V=1890.75kN）≤11335.305kN 满足截面要求；

③承台受力检算结果

X向主筋配置：E18@110（13996mm2，0.161%）＞Asx=13020mm2 满足

Y向主筋配置：E18@100（13487mm2，0.178%）＞Asx=13020mm2 满足

抗冲切满足；抗剪切满足；局部受压满足。

2 基础施工

2.1 预制管桩施工

（1）内侧轨道基础施工流程

测量放线→基础开挖→放桩位→桩机就位→管桩起吊、对桩位→桩顶放置桩垫→套桩帽→桩帽放锤垫→打冷锤2-3击→复查桩垂直度→正式打桩→收锤、测贯入度→移至下一根桩

（2）外侧轨道基础施工流程

测量放线→钢板桩施工→基础开挖→放桩位→桩机就位→管桩起吊、对桩位→桩顶放置桩垫→套桩帽→桩帽放锤垫→打冷锤2-3击→复查桩垂直度→正式打桩→收锤、测贯入度→移至下一根桩

2.2 承台、挡土墙施工

（1）施工顺序

底部垫层混凝土施工→桩芯混凝土浇筑→承台位置放样→承台及墙体钢筋绑扎→承台模板施工→承台混凝土浇筑→墙体钢筋绑扎→墙体模板施工→墙体混凝土浇筑→钢轨预埋件施工→二期C45细石混凝土浇筑→钢轨精调施工。。

（2）施工缝要求

龙门吊轨道基础上部结构每隔20m设置伸缩缝（20m一段作为施工缝），伸缩缝缝宽30mm，变形缝内填充材料为泡沫板，下部承台每隔60m设伸缩缝，伸缩缝位置与上部墙体位置对应，伸缩缝缝宽30mm，内部采用泡沫板填充。

（3）模板搭设

承台及墙体模板采用1.5cm厚竹胶板，立模高度根据结构高度进行确定，施工前须根据测量放样控制点进行模板尺寸的调整，竹胶板背部采用5*8cm的放木条做竖向背楞，横向采用直径48mm的钢管做围楞，双根布置，竖向40cm一道进行布置，钢管围楞中间采用直径13mm的拉模筋将模板对拉牢固40cm*40cm方框式布置。其中外侧轨道基础须模板两侧须采用钢管进行支撑，防止模板歪斜，外侧轨道基础两侧采用盘扣架作为施工操作平台。

外侧轨道基础盘扣架采用标准盘扣架进行搭设，盘扣架采用φ48mm立杆，单根长2m，共450根；横杆为φ42mm，单根长1.2m，共1100根；斜拉杆为φ42mm，共1100根；盘扣架布置12块楼梯板，采用200块1.2m长步行板。

图5 模板安装图

（4）混凝土施工

1）垫层混凝土采用C15素混凝土，除轨道基础二次浇筑层采用C45细石混凝土外，其余结构混凝土采用C40混凝土。

2）混凝土保护层厚度：混凝土侧面及顶面保护层厚度为35mm，基础底保护层厚度50mm，浇筑垫层前基底应清除虚土或夯实。

3）混凝土墙上的预留洞及预埋件应与其他各工序密切配合施工，避免遗漏，严禁后凿，在进行浇筑混凝土前各有关单位要派遣技术人员核对预留洞及预埋件，不得遗漏。

4）基础完工后应及时回填土，墙两侧施作纵向排水沟，回填应相对两方向同时进行，分层夯实，回填土采用素填土，回填土每层虚铺厚度＜300mm,填土压实系数≥0.94，回填土夯实后的干容重不小于16KN/m3。

5）施工基础梁砼前要用钢刷将钢筋上的淤泥清洗干净，预埋螺栓丝扣用胶带缠绕保护。

6）基础施工时尽量安排在温度较低时进行，以降低混凝土的入模温度，基础梁混凝土尽量一次浇注完成。

7）混凝土养护采用塑料布或土工布覆盖洒水养护，保证湿润养生时间不少于7天。

3使用效果

450t龙门吊基础施工完成后，在提梁期间，对龙门吊基础进行了沉降观测，观测期内，450t龙门吊基础单次沉降最大1mm，累计最大沉降量1.9mm，沉降符合规范设计要求；对混凝土结构进行观测未发现裂纹，龙门吊整体运行平稳, 工况良好。

2022年6月27日成功提梁1018榀，成为雅万高铁全线首个架设完成的梁场，并获得雅万高铁业主KCIC的高度赞扬，为此颁发：箱梁架设零事故奖（1018榀箱梁架设安全工时为263,991小时），登上了印尼各大新闻媒体头条，具有很好的社会效益。

4 结束语

在工程实践中，因地适宜，根据现场地形环境多方案研讨，优化设备基础设计，以达到降本增效的目的。MGHZ450龙门吊在面对内外轨道高差3.5m的情况下，采用混凝土挡土墙加预制管桩基础的结构形式，在满足安全使用的前提下，不仅节约施工成本，同时节约了施工工期。经实践证明，本次450t龙门吊基础设计及施工安全、可靠，可供类似工程借鉴。

参考文献：

[1] 刘东旭.软土地基450 t提梁龙门吊行走轨道基础设计[J].国防交通工程与技术,2017,15(2):24-27.

[2] 王宇亮,赵家妹,江皓.高低腿龙门吊在预制箱梁吊装施工中的应用[J].河北理工大学学报(自然科学版).2010.03.033.

[3] [1]张少华. 水泥搅拌桩在高速铁路箱梁制梁场450t提梁机基础处理中的运用[J]. 低碳世界, 2017(36):2.

作者简介

  蔡华奇（1981-），男，高级工程师，主要从事铁路施工技术管理工作。E-mail：

田北北（1991-），男，工程师，主要从事铁路施工技术管理工作。

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