京滬高速鐵路禹濟(jì)特大橋29.15 m非標(biāo)箱梁架設(shè)施工技術(shù)

申永利

(中國中鐵航空港建設(shè)集團(tuán)有限公司,北京 100093)

1 工程概況

京滬高速鐵路禹濟(jì)特大橋穿越山東德州禹城、齊河兩縣，地處黃河河漫灘。橋梁起訖DK385+573.5～DK406+918.87，全長21.345 km。全橋孔跨布置以24、32 m的客運(yùn)專線鐵路標(biāo)準(zhǔn)箱梁為主，采用特殊結(jié)構(gòu)連續(xù)梁跨越河流、道路等，但是為了不侵占小河道、溝渠和跨越鄉(xiāng)村道路等，輔以非標(biāo)箱梁進(jìn)行孔跨調(diào)整。其中，禹濟(jì)特大橋X42～X43號(hào)墩地處邯濟(jì)鐵路與黃河北二道堤之間，地形狹窄，為了采用特殊結(jié)構(gòu)同時(shí)跨越邯濟(jì)鐵路、黃河北二道堤，調(diào)整孔跨布置設(shè)計(jì)為29.15 m非標(biāo)支架現(xiàn)澆箱梁。施工組織的箱梁架設(shè)方向?yàn)閄42號(hào)指向X43號(hào)墩。

禹濟(jì)特大橋的X42、X43號(hào)墩設(shè)計(jì)均采用12根φ1.00 m、長度40 m鉆孔樁，承臺(tái)設(shè)計(jì)為底層11.0 m×8.0 m×2.0 m，二層8.0 m×4.5 m×1.5 m；墩柱設(shè)計(jì)為6.0 m×2.0 m的圓端形墩身、7.8 m×3.0 m的雙曲線墩帽，高度12.5 m。位于黃河河漫灘，地層為粉質(zhì)黏土和淤泥層，一般地下水位在地表下1 m左右。

2 箱梁施工方案比選

京滬高速鐵路禹濟(jì)特大橋X42號(hào)墩至X43號(hào)墩的29.15 m非標(biāo)箱梁地處黃河河漫灘，前后方向分別為黃河北二道堤和邯濟(jì)鐵路，地形非常狹窄，材料周轉(zhuǎn)、大型設(shè)備進(jìn)出場困難且墩柱高達(dá)10 m以上。綜合考慮施工風(fēng)險(xiǎn)、技術(shù)難度、施工工期、經(jīng)營成本以及自有材料、機(jī)械設(shè)備等因素，如果1孔29.15 m非標(biāo)箱梁采用支架現(xiàn)澆施工，箱梁模型、周轉(zhuǎn)材料和地基處理費(fèi)用較高，并且施工場地狹窄、道路運(yùn)輸困難，造成施工吊裝場地受限、風(fēng)險(xiǎn)大，材料運(yùn)輸、支架現(xiàn)澆等制約施工周期長。另外設(shè)計(jì)文件中表明也可預(yù)制架設(shè)施工，并且29.15 m非標(biāo)箱梁與標(biāo)準(zhǔn)跨度箱梁體外截面尺寸相同， 在梁場采用臺(tái)座預(yù)制，可以充分利用梁場、運(yùn)架設(shè)備。因此，確定采用JQ900b型架橋機(jī)進(jìn)行預(yù)制架設(shè)施工。

JQ900b型架橋機(jī)設(shè)計(jì)架設(shè)梁型為20 m、24 m、32 m雙線等跨箱梁及其中任意跨度組合的變跨箱梁，29.15 m非標(biāo)箱梁無法采用正常的標(biāo)準(zhǔn)工況架設(shè)。為了架設(shè)29.15 m非標(biāo)箱梁，經(jīng)過咨詢架橋機(jī)設(shè)計(jì)單位、制造單位，綜合武廣、鄭西等客運(yùn)專線架設(shè)箱梁的施工經(jīng)驗(yàn)，擬定了3種架設(shè)方案。

2.1 架橋機(jī)1號(hào)柱后退

架橋按照架設(shè)32 m箱梁的工況進(jìn)行施工，2號(hào)柱支撐于X42墩中心后方的1.9 m處，1號(hào)柱利用32 m箱梁的架設(shè)工況且向后倒退3.45 m，支撐于X43墩中心的架設(shè)前方的0.6 m處。經(jīng)過計(jì)算，由于架橋機(jī)設(shè)計(jì)在此處1號(hào)柱為作為支點(diǎn)，架橋機(jī)的2個(gè)鋼箱臂內(nèi)未設(shè)加勁鋼板，架橋機(jī)大臂2個(gè)鋼箱抗剪強(qiáng)度計(jì)算不能滿足，必須進(jìn)行改造。但是，由于鋼箱焊接熱變形難以控制，并且必須返回制造單位改造，費(fèi)用較高，不予考慮。

2.2 架橋機(jī)2號(hào)柱后退

架橋機(jī)架設(shè)29.15 m非標(biāo)箱梁按照架設(shè)32 m箱梁的工況進(jìn)行施工，1號(hào)柱支撐于X43墩中心的架設(shè)前方的0.6 m處，相應(yīng)2號(hào)柱支撐于X42墩中心后方的1.9 m向后倒退3.45 m處。由于設(shè)計(jì)時(shí)架橋機(jī)在箱梁頂面的支撐位置在梁端，但此工況與設(shè)計(jì)文件不相符，經(jīng)過使用《橋梁博士》軟件建模進(jìn)行支撐2號(hào)柱的箱梁受力檢算，在箱梁的設(shè)計(jì)工況二、三情況下強(qiáng)度安全系數(shù)超過設(shè)計(jì)規(guī)范，并且箱梁跨中有較大的拉應(yīng)力出現(xiàn)，此方案不可行。

2.3 架橋機(jī)1號(hào)柱采用臨時(shí)支墩支撐

架橋機(jī)架設(shè)29.15 m非標(biāo)箱梁按照架設(shè)32 m箱梁的工況進(jìn)行施工，2號(hào)柱按照設(shè)計(jì)布設(shè)在X42墩中心的架設(shè)后方的1.9 m處，1號(hào)柱支撐于臨時(shí)支墩，臨時(shí)支墩考慮采用增設(shè)鉆孔樁基礎(chǔ)、擴(kuò)展承臺(tái)、1號(hào)柱兩支點(diǎn)分別支撐于四肢鋼管格構(gòu)柱進(jìn)行箱梁架設(shè)。

以上3種29.15 m非標(biāo)箱梁預(yù)制架設(shè)的設(shè)計(jì)方案經(jīng)過計(jì)算分析、綜合考慮，確定采用第3種架設(shè)方案，具體箱梁架設(shè)立面設(shè)計(jì)見圖1。

3 施工方案設(shè)計(jì)

3.1 基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

由于1號(hào)柱支點(diǎn)橫向間距為4.8 m，縱向位于X43墩前方4.05 m，正好處于底層承臺(tái)邊緣前5 cm，無法利用承臺(tái)支撐，因此，基礎(chǔ)增設(shè)2根φ1.0 m、橫向間距4.8 m、長度30 m鉆孔樁，與承臺(tái)2根鉆孔樁共同承載2個(gè)格構(gòu)柱。擴(kuò)展承臺(tái)為異型，相應(yīng)的鋼筋進(jìn)行延伸，檢算承臺(tái)結(jié)構(gòu)受力滿足要求。

3.2 支墩設(shè)計(jì)

根據(jù)自有材料，1號(hào)柱每個(gè)支點(diǎn)的支墩采用10 mm厚鋼板、φ410 mm×8 mm鋼管焊接成4肢綴板鋼管格構(gòu)柱，在相應(yīng)柱下承臺(tái)增設(shè)2層φ16 mm網(wǎng)片鋼筋。柱腳使用承臺(tái)頂面預(yù)埋1 250 mm×1 250 mm×16 mm鋼板、φ20 mm鋼筋錨固。柱頭使用[20兩層進(jìn)行應(yīng)力傳遞，并在頂面和墩柱交叉焊接。

圖1 京滬高速鐵路禹濟(jì)特大橋29.15 m非標(biāo)箱梁架設(shè)方案立面(單位：mm)

3.3 預(yù)壓設(shè)計(jì)

為了消除支墩的非彈性變形，檢驗(yàn)支墩的強(qiáng)度、穩(wěn)定性是否滿足要求，在承臺(tái)內(nèi)埋設(shè)600 mm×450 mm×20 mm鋼板，打孔、錨固8根φ25 mm精軋螺紋鋼，墩頂設(shè)置2層700 mm×700 mm×16 mm鋼板傳遞壓力至格構(gòu)柱，利用支墩間隙連接φ25 mm精軋螺紋鋼進(jìn)行支墩預(yù)壓。

4 施工工藝

4.1 基礎(chǔ)施工

按照設(shè)計(jì)對增設(shè)的鉆孔樁進(jìn)行放樣，使用旋挖鉆成孔，吊放20 m鋼筋籠，導(dǎo)管灌注混凝土。接著整體開挖承臺(tái)基坑，制作、綁軋承臺(tái)鋼筋，安裝兩側(cè)柱角應(yīng)力擴(kuò)散網(wǎng)片，安裝預(yù)壓錨固鋼板和φ25 mm精軋螺紋鋼，預(yù)埋柱腳鋼板和錨筋，立模、灌注承臺(tái)混凝土，基礎(chǔ)平面設(shè)計(jì)見圖2。

圖2 基礎(chǔ)設(shè)計(jì)平面(單位：mm)

4.2 支墩施工

首先使用8根φ410 mm×8 mm×14400 mm焊接鋼管，4根一組焊接成格構(gòu)柱，從柱腳1 m起，采用10 mm厚綴板、每隔4 m將4根鋼管交叉按照設(shè)計(jì)進(jìn)行焊接成組，檢查合格。然后檢查柱腳預(yù)埋鋼板，分別吊裝每根格構(gòu)柱，柱腳對位后，校正鋼管，立即進(jìn)行柱腳預(yù)埋鋼板和加勁板的焊接，接著使用型鋼把預(yù)埋在墩柱凹槽內(nèi)的鋼板和柱頂交叉焊接成整體。最后，焊接兩鋼管格構(gòu)柱之間交叉橫、斜撐，安裝焊接柱頭型鋼。對支墩的結(jié)構(gòu)尺寸、焊縫等進(jìn)行檢查， 支墩施工見圖3。

圖3 支墩施工

為了確保鋼結(jié)構(gòu)的焊接質(zhì)量，邀請專業(yè)單位對整個(gè)支墩的焊接等進(jìn)行超聲波探傷。

4.3 預(yù)壓檢測

預(yù)壓是為了消除支墩的非彈性變形，模擬結(jié)構(gòu)承重檢驗(yàn)支墩的強(qiáng)度、穩(wěn)定性是否滿足設(shè)計(jì)要求。首先是接長承臺(tái)內(nèi)的預(yù)埋精軋螺紋鋼至柱頭錨墊板頂面，采用750 kN穿心千斤頂進(jìn)行單根50 kN預(yù)緊，同時(shí)利用全站儀、水準(zhǔn)儀測量臨時(shí)支墩平面、高程變形等。其次按照設(shè)計(jì)要求循環(huán)逐級(jí)加載。

架橋機(jī)1號(hào)柱支點(diǎn)單柱最大受力為2 442 kN，考慮1.1倍安全系數(shù)，單個(gè)臨時(shí)柱預(yù)壓荷載為2 686.2 kN，單根精軋螺紋鋼張拉力為348 kN。預(yù)壓加載分3級(jí)進(jìn)行，每級(jí)每根精軋螺紋鋼加載荷載為116、232、348 kN，精軋螺紋鋼加載順序見張拉構(gòu)造板標(biāo)識(shí)(圖4)，每級(jí)加載最少持荷2 h，根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)確定下級(jí)繼續(xù)加載，加載完成后持荷24 h，變形量不大于1 mm，確認(rèn)支架穩(wěn)定，方可卸載，卸載同樣分為3級(jí)，分級(jí)卸載值同加載的反值，每級(jí)卸載間隔不小于30 min，同時(shí)做好記錄。同時(shí)在鋼管格構(gòu)柱上粘貼應(yīng)力感應(yīng)片，采用儀器進(jìn)行應(yīng)力檢測以便復(fù)核。

圖4 預(yù)壓加載順序(單位：cm)

4.4 箱梁架設(shè)和支墩拆除

運(yùn)梁車將29.15 m非標(biāo)箱梁運(yùn)至架梁位置，同時(shí)架橋機(jī)1號(hào)柱支撐于臨時(shí)支墩頂部，2號(hào)柱就位于X42號(hào)墩的箱梁上，將29.15 m箱梁送入架橋機(jī)下。開始按照正常的1號(hào)小車吊梁、移動(dòng)箱梁、2號(hào)小車提梁、移動(dòng)箱梁到安裝位置頂面、落梁、微調(diào)箱梁移動(dòng)就位、錨固支座等程序進(jìn)行架設(shè)，具體架設(shè)見圖5。箱梁架設(shè)完畢后，然后按照安裝逆向施工順序把鋼管支墩依次切割拆除，最后回填承臺(tái)基坑，并夯實(shí)平整。

圖5 29.15 m非標(biāo)箱梁預(yù)制架設(shè)施工

5 施工監(jiān)控

5.1 監(jiān)測點(diǎn)布置

在X43墩每個(gè)鋼管支墩的大里程側(cè)各布置4個(gè)觀測點(diǎn)(圖6)，每個(gè)支墩的2個(gè)位移觀測標(biāo)尺分別橫向設(shè)置于臨時(shí)支墩頂端和墩柱中間，每個(gè)支墩的2個(gè)沉降觀測塔尺分別豎向設(shè)置于臨時(shí)支墩底面，所有的標(biāo)尺、塔尺和支墩固定牢固，確保不發(fā)生任何位移。

圖6 沉降、位移觀測點(diǎn)設(shè)置

5.2 監(jiān)控測量

為了保證臨時(shí)支墩在箱梁架設(shè)時(shí)牢固穩(wěn)定、變形可控，確保施工安全，架設(shè)箱梁中對臨時(shí)支墩的平面、高程進(jìn)行監(jiān)測，通過監(jiān)測數(shù)據(jù)指導(dǎo)架梁或采取應(yīng)急措施。

首先在架橋機(jī)就位前，進(jìn)行臨時(shí)墩柱的原始數(shù)據(jù)測量，將2臺(tái)全站儀和2臺(tái)水準(zhǔn)儀分開各置于臨時(shí)支墩前方20 m遠(yuǎn)處，每臺(tái)儀器各觀測2個(gè)標(biāo)尺或塔尺，儀器對中整平，記錄原始數(shù)據(jù)。架橋機(jī)施工過程中，全站儀和水準(zhǔn)儀同時(shí)進(jìn)行監(jiān)測，監(jiān)測頻率每3 min 1次，當(dāng)累計(jì)沉降超過10 mm或發(fā)生突然沉降以及橫向位移大于3 mm時(shí)，立即通知停止箱梁架設(shè)，等穩(wěn)定后，直至相鄰2次沉降觀測小于1 mm后方可繼續(xù)進(jìn)行箱梁架設(shè)。經(jīng)過施工中的監(jiān)控，箱梁安全架設(shè)到位，臨時(shí)支墩累計(jì)沉降3.2 mm、橫向位移1.1 mm，符合設(shè)計(jì)要求。

6 結(jié)語

通過對地質(zhì)條件、水文情況、氣候條件、地形條件和施工組織等分析，綜合考慮施工風(fēng)險(xiǎn)、技術(shù)難度、施工工期、經(jīng)營成本以及自有材料、設(shè)備等因素，針對黃河淤積層地質(zhì)和高墩的特點(diǎn)，采用臨時(shí)樁基、擴(kuò)展承臺(tái)，設(shè)計(jì)2組4肢格構(gòu)式鋼管柱作為支撐，創(chuàng)新采用JQ900b型標(biāo)準(zhǔn)箱梁架橋機(jī)成功架設(shè)29.15 m非標(biāo)箱梁的施工技術(shù)。而且此施工方法實(shí)用，操作簡便，具有創(chuàng)新性，降低了施工成本，加快了工程施工進(jìn)度，解決了29.15 m非標(biāo)箱梁支架現(xiàn)澆施工成本高、工期長的的技術(shù)難題，受到了業(yè)主的好評。

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