大西鐵路晉陜黃河特大橋上部結(jié)構(gòu)施工關(guān)鍵技術(shù)

中鐵上海工程局集團(tuán)有限公司 上海 200436

1 工程概況

大西鐵路客運(yùn)專線晉陜黃河特大橋橋址位于陜西省與山西省交界處禹門口至潼關(guān)段黃河上，近東西向跨越黃河，東引橋位于山西永濟(jì)市張營鎮(zhèn)小樊村，西引橋位于合陽縣黑池鎮(zhèn)北廉村附近。墩身高38 m以上，橋面高50.5 m，黃河主河道處風(fēng)速最大達(dá)13～24 m/s。橋梁全長(zhǎng)9.969 km，孔跨布置為：（31-32 m）簡(jiǎn)支箱梁+（54+2×90+54）m連續(xù)梁+（17-48 m）節(jié)段拼裝簡(jiǎn)支箱梁+（2-40 m）節(jié)段拼裝簡(jiǎn)支箱梁+（15-2×108 m）單T剛構(gòu)加勁鋼桁組合結(jié)構(gòu)+（63-48 m）節(jié)段拼裝簡(jiǎn)支箱梁+（8-2×48 m）單T剛構(gòu)+（48+80+48）m連續(xù)梁+（3-2×48 m）單T剛構(gòu)+（1-2×35 m）單T剛構(gòu)。軌道結(jié)構(gòu)為CRTS I型雙塊式無砟軌道，設(shè)計(jì)時(shí)速350 km/h。

2 總體施工方案[1-9]

橋梁結(jié)構(gòu)形式多樣，分別采用預(yù)制架設(shè)、懸臂灌注、預(yù)制拼裝及廠制現(xiàn)拼鋼混結(jié)合4 種不同的施工方案：

32 m預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支箱梁，在梁場(chǎng)預(yù)制，單孔梁預(yù)制時(shí)間為13～15 d。配備一臺(tái)900型架橋機(jī)由0#臺(tái)向31#墩順序架設(shè)，2～3 孔/d。

預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁，采用墩身與梁體臨時(shí)固結(jié)，掛籃懸臂灌注法施工，節(jié)段施工周期10～15 d。其中，0#塊及邊跨現(xiàn)澆段采用墩旁托架法，施工周期約40 d，合攏段采用吊架法，施工周期約15 d。

48 m節(jié)段拼裝簡(jiǎn)支箱梁，在梁場(chǎng)分節(jié)段預(yù)制。經(jīng)水平運(yùn)輸、垂直吊裝至下承式架橋機(jī)原位拼裝，現(xiàn)場(chǎng)澆筑混凝土濕接縫成型橋梁。在河西設(shè)置一個(gè)橋梁預(yù)制場(chǎng)，2 臺(tái)TP48 節(jié)段拼裝架橋機(jī)，由125#橋墩處開始背向兩側(cè)拼裝架設(shè)順序施工。在河?xùn)|設(shè)置另一個(gè)橋梁預(yù)制場(chǎng)，1 臺(tái)TP48節(jié)段拼裝架橋機(jī)，由35#墩向54#墩拼裝架設(shè)順序施工。節(jié)段拼裝簡(jiǎn)支箱梁架橋機(jī)過孔1 d，節(jié)段拼裝簡(jiǎn)支箱梁施工10～15 d/孔；

（2×108 m）單T剛構(gòu)加勁鋼桁組合結(jié)構(gòu)橋梁，箱梁采用掛籃懸臂法施工，加勁鋼桁鋼梁桿件工廠制造，運(yùn)抵施工現(xiàn)場(chǎng)，橋上架設(shè)拼裝法施工。其中，加勁鋼桁下節(jié)點(diǎn)在梁體施工時(shí)預(yù)埋，其他桿件等梁體合攏后在梁上組拼、涂裝。

3 32 m預(yù)制架設(shè)簡(jiǎn)支箱梁施工

32 m簡(jiǎn)支梁共31 孔，為標(biāo)準(zhǔn)無砟軌道后張法預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支箱梁（雙線、單箱單室），梁長(zhǎng)32.6 m，計(jì)算跨度為31.5 m，寬12 m，線路中心處梁高3.084 m，截面中心梁高3.134 m，質(zhì)量為832 t。在制梁場(chǎng)臺(tái)座上完成箱梁預(yù)制，采用固定式底模、活動(dòng)式側(cè)模。單孔梁預(yù)制時(shí)間為13～15 d。施工順序?yàn)椋旱啄Ｇ謇怼鷤?cè)模頂升到位并清理→底腹板鋼筋籠吊裝入?！摻钫麄洹鷥?nèi)模吊裝入模→頂板鋼筋籠吊裝入?！摻钫麄洹炷翝仓炷琉B(yǎng)生→預(yù)應(yīng)力預(yù)張拉→自然養(yǎng)生→預(yù)應(yīng)力初張拉→移梁、存梁→終張拉→壓漿、封端。

預(yù)制梁混凝土強(qiáng)度達(dá)到要求后，采用運(yùn)梁車水平運(yùn)輸?shù)綐蛭唬? 000 kN架橋機(jī)順序架設(shè)，2～3 孔/d。施工順序?yàn)?，裝梁→運(yùn)梁→喂梁→縱移落梁→支座精確檢查→千斤頂臨時(shí)支承→支座底、錨栓孔注漿→強(qiáng)度等待→臨時(shí)千斤頂移出→架橋機(jī)過孔→運(yùn)梁車返回→下一循環(huán)架梁→架橋機(jī)就位。

4 連續(xù)梁施工

本橋共有（54+2×90+54）m、（48+80+48）m連續(xù)梁2 種類型，均采用掛籃懸臂澆筑法施工，連續(xù)梁鋼筋集中加工，混凝土集中拌合。工程材料水平運(yùn)輸采用汽車，垂直運(yùn)輸采用塔式起重機(jī)吊裝，混凝土泵送至各個(gè)作業(yè)面。

其中，（48+80+48）m連續(xù)梁，梁體為單箱單室，變高變截面結(jié)構(gòu)。梁頂板寬度為12 m，厚度為自梁端至順橋向4.25 m處為0.65 m漸變至0.4 m，其余均為0.4 m；底板寬度為6.7 m，厚度為0.4～1 m；腹板厚度為0.48～0.9 m，截面高度為3.85～6.65 m。梁體共分12 個(gè)節(jié)段。

4.1 0#塊施工

主橋墩身施工完成→澆筑0#塊混凝土梁體。箱梁0#塊與墩身臨時(shí)固結(jié)，臨時(shí)固結(jié)設(shè)置位置在永久支座兩側(cè)，待梁體全部合攏后拆除臨時(shí)固結(jié)。0#塊設(shè)計(jì)高5.958～6.65 m，長(zhǎng)12 m，兩端各懸出墩身2.5 m，腹板厚度0.90 m；頂板厚度0.4 m；混凝土方量251.62 m3，質(zhì)量約為654.213 t。橋墩高38 m以上采用托架法施工，40 d完成。圖1為0#塊托架示意。

圖1 0#塊托架示意

4.2 懸臂節(jié)段施工

梁體節(jié)段最大長(zhǎng)度3.5 m，最大質(zhì)量136.9 t。在連續(xù)梁0#塊安裝菱形掛籃→加載預(yù)壓，驗(yàn)證掛籃結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛度，消除其非彈性變形，測(cè)定其彈性變形。結(jié)合連續(xù)梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)確定節(jié)段梁控制標(biāo)高，控制連續(xù)梁線形，對(duì)稱循環(huán)懸臂澆筑1～10#節(jié)段箱梁，每一節(jié)段10～15 d完成。

4.3 合攏施工

合攏段均采用吊架法施工15 d完成，在邊跨合攏前先施工邊跨現(xiàn)澆段，其施工方法同0#塊。邊跨及中跨合攏段施工時(shí)，需進(jìn)行水箱配重預(yù)壓。溫度最低時(shí)，撐、拉結(jié)合安裝勁性骨架，臨時(shí)鎖定梁體。張拉臨時(shí)預(yù)應(yīng)力束，再選定最低溫時(shí)澆筑混凝土。澆筑過程中逐步放水卸載配重，保持合攏段混凝土處于受力平衡狀態(tài)。

4.4 連續(xù)梁體系轉(zhuǎn)換

待合攏段混凝土強(qiáng)度等各項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到要求后，拆除箱梁體外支撐。解除主墩與箱梁0#塊的臨時(shí)固結(jié)，橋墩頂永久支座受力工作。施工連續(xù)梁預(yù)應(yīng)力體系，完成連續(xù)梁施工。

5 48 m節(jié)段拼裝簡(jiǎn)支箱梁施工

48 m節(jié)段拼裝簡(jiǎn)支箱梁共82 孔。每孔分11 個(gè)節(jié)段，端部2 個(gè)節(jié)段，每節(jié)段長(zhǎng)3.2 m，其余每個(gè)節(jié)段長(zhǎng)度為3.9 m。梁高4.628 m，底板寬5.50 m，頂板寬12.0 m，節(jié)段拼裝采用濕接縫法，縫寬0.8 m，單孔自重1 638 t。

5.1 節(jié)段拼裝架橋機(jī)組成及安裝

配備墩旁垂直提升站，用于節(jié)段箱梁的提升就位。配合TP48型下承式節(jié)段拼裝架橋機(jī)，拼裝48 m節(jié)段箱梁施工。

5.1.1 節(jié)段拼裝架橋機(jī)組成

48 m節(jié)段拼裝架橋機(jī)主要由主結(jié)構(gòu)（包括主框架、前導(dǎo)梁、橫聯(lián)和后導(dǎo)梁）、主支承（包括前、后支腿）、托架臺(tái)車倒運(yùn)機(jī)構(gòu)、液壓翼式平臺(tái)、起重系統(tǒng)（包括起重天車、天車吊具及輔件）、濕接縫外模板、運(yùn)梁車系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)等組成。該架橋機(jī)能夠進(jìn)行48/32 m跨節(jié)段拼裝簡(jiǎn)支箱梁的施工，全長(zhǎng)108 m，總質(zhì)量810 t，其中主框架總質(zhì)量約460 t，兩幅主框架中心距為9.5 m。前后導(dǎo)梁設(shè)置輔助支腿，主桁下面設(shè)置4個(gè)相同的墩旁托架，另外配置1 800 kN起重天車和運(yùn)梁車各1 臺(tái)。

5.1.2 節(jié)段拼裝架橋機(jī)安裝

架橋機(jī)安裝采用中間搭建臨時(shí)膺架拼裝法。在兩跨正中間搭建1 個(gè)9.5 m×2.4 m，高度為45 m的臨時(shí)膺架。臨時(shí)膺架搭設(shè)完成后，拉好纜風(fēng)繩臨時(shí)固定。采取主梁現(xiàn)場(chǎng)地面分組拼接，利用履帶吊吊裝上橋，中間對(duì)接安裝。

5.1.3 節(jié)段拼裝架橋機(jī)拆卸

架橋機(jī)在完成最后1 跨箱梁節(jié)段拼裝架設(shè)后，采用1 000 kN汽車吊上橋面，拆除架橋機(jī)起重天車、節(jié)段支撐橫梁。通過橋梁頂面預(yù)留孔洞，采用提升架、LSD液壓提升系統(tǒng)及鋼絞線整體把主箱梁和導(dǎo)梁吊掛起來，再向兩邊橫移打開，然后下放到地面拆分。

5.2 48 m簡(jiǎn)支箱梁節(jié)段拼裝施工

5.2.1 48 m簡(jiǎn)支箱梁節(jié)段拼裝施工工藝

（a）架橋機(jī)安裝完成后，進(jìn)行各種工況下的試驗(yàn)，消除架橋機(jī)的非彈性變形，收集彈性變形的數(shù)據(jù)，確定節(jié)段梁拼裝線性控制參數(shù)。

（b）根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，調(diào)整橫聯(lián)支撐頂標(biāo)高，復(fù)核無誤后開始節(jié)段梁拼裝就位。

（c）濕接縫混凝土施工。在頂板頂層保護(hù)層內(nèi)設(shè)置防裂鋼筋。側(cè)模包裹、頂板棉被覆蓋、預(yù)張拉等，防止預(yù)制節(jié)段和濕接縫處出現(xiàn)收縮裂紋。

（d）箱梁預(yù)應(yīng)力施工。雙控單端對(duì)稱張拉預(yù)應(yīng)力筋，不平衡束不大于1 束。

5.2.2 節(jié)段拼裝架橋機(jī)過孔

第一步：利用主桁下8 000 kN油頂將橋機(jī)整體卸載。打開7 個(gè)液壓翼式平臺(tái)，利用縱移油缸將架橋機(jī)頂推縱移20 m，前導(dǎo)梁輔助支腿支撐在超前墩上，后導(dǎo)梁輔助支腿支撐在后主支墩上面，將已經(jīng)過前主支墩的節(jié)段橫聯(lián)及后導(dǎo)梁輔助橫聯(lián)連接。

第二步：利用天車上的小卷揚(yáng)機(jī)導(dǎo)出后主支腿上的墩旁托架，直接運(yùn)至超前墩上進(jìn)行安裝。

第三步：墩旁托架在超前墩安裝完成后，打開后導(dǎo)梁輔助橫聯(lián)，利用縱移油缸頂推橋機(jī)縱移，直至主桁到達(dá)超前墩位置。

第四步：橋機(jī)縱移到位后，調(diào)整橋機(jī)姿態(tài)，連接剩余支撐橫聯(lián)，將主桁下油頂上頂7 cm，然后利用機(jī)械鎖鎖定，復(fù)核支撐橫聯(lián)標(biāo)高，經(jīng)調(diào)整無誤后，開始進(jìn)行下一節(jié)段箱梁拼裝施工。節(jié)段拼裝簡(jiǎn)支箱梁架橋機(jī)過孔1 d，節(jié)段拼裝簡(jiǎn)支箱梁施工10～15 d/孔。

6 2×108 m單T剛構(gòu)鋼桁加勁組合梁施工

該結(jié)構(gòu)主梁采用單箱雙室、變高度、變截面結(jié)構(gòu)，中支點(diǎn)處梁高12.5 m，頂寬13.8 m，底寬11.5 m；梁底按1.8 次拋物線變化，梁端40.75 m直線段梁高為5 m；頂板厚0.5～1.65 m，底板厚0.45～2.5 m，腹板厚0.45～1.5 m。并且，在支點(diǎn)處設(shè)置橫隔墻，厚度1.5 m，橫隔墻上設(shè)置過人洞，供檢查人員通過（圖2）。

加勁鋼桁設(shè)置在主梁邊墩和連接墩處兩側(cè)，每副長(zhǎng)60 m，全橋共計(jì)30 副。主桁采用無豎桿三角桁架，桁高9.35 m，橋面以上桁高8.75 m，節(jié)點(diǎn)間長(zhǎng)度12 m，主桁中心距11 m。

圖2 2×108 m單T剛構(gòu)加勁鋼桁組合結(jié)構(gòu)示意（半幅）

鋼桁下節(jié)點(diǎn)采用散裝節(jié)點(diǎn)，與主梁通過PBL剪力鍵及普通鋼筋連接，在主梁懸臂澆筑階段預(yù)埋；主梁合攏后單孔節(jié)點(diǎn)聯(lián)測(cè)，安裝梁面以上的鋼桁梁桿件。

6.1 2×108 m單T剛構(gòu)施工

6.1.1 剛構(gòu)梁體施工

主梁0#塊段采用托架法施工，混凝土分2 次澆筑。主梁其他梁段采用拆卸式菱形掛籃懸臂灌注法施工。單只掛籃質(zhì)量95.59 t，懸澆段中最重塊質(zhì)量367.95 t，比值為0.26?？刹鹦吨麒鞙p輕掛籃質(zhì)量，適應(yīng)加勁鋼桁下節(jié)點(diǎn)構(gòu)件預(yù)埋。主梁邊跨現(xiàn)澆段采取托架法施工，相鄰單T剛構(gòu)在同一聯(lián)間墩上的2 段邊跨現(xiàn)澆段同時(shí)施工，對(duì)稱平衡澆筑混凝土梁體。邊跨合攏段均采用吊架法施工。

6.1.2 線形控制

用Midas工程結(jié)構(gòu)輔助設(shè)計(jì)軟件對(duì)本結(jié)構(gòu)施工階段進(jìn)行仿真模擬計(jì)算，施工中對(duì)橋梁進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)節(jié)段標(biāo)高，推算懸臂撓度，控制橋梁線形。

6.2 加勁鋼桁施工

加勁鋼桁采用工廠制造鋼梁桿件，施工現(xiàn)場(chǎng)拼裝。與鋼筋混凝土T構(gòu)梁實(shí)現(xiàn)鋼混組合梁結(jié)構(gòu)。

本橋加勁鋼桁安裝采用下弦節(jié)點(diǎn)、上弦端節(jié)點(diǎn)栓接和上弦中間節(jié)點(diǎn)焊接的連接方式，適應(yīng)高空、狹窄橋面上鋼桁安裝。

6.2.1 加勁鋼桁梁下節(jié)點(diǎn)預(yù)埋

鋼桁每聯(lián)由5 個(gè)節(jié)間組成，單聯(lián)長(zhǎng)60 m；6 對(duì)下節(jié)點(diǎn)，5 對(duì)上節(jié)點(diǎn)；主桁下弦節(jié)點(diǎn)采用散裝節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)板與箱梁采用PBL剪力鍵及普通鋼筋剛性固結(jié)；下節(jié)點(diǎn)分別為E0、E1、E2、E3、E4、E5六種，依次安裝于剛構(gòu)梁27#、24#、21#、18#、15#、12#塊。每個(gè)節(jié)段均安裝2 個(gè)，大小里程對(duì)稱布置（圖3）。

圖3 鋼桁下節(jié)點(diǎn)布置

E0節(jié)點(diǎn)預(yù)埋于剛構(gòu)梁邊跨27#節(jié)段梁，該現(xiàn)澆段采用托架法澆筑，豎向分2 次澆筑完成，第一次澆筑至梁端過人洞底部，高1.85 m，預(yù)埋節(jié)點(diǎn)定位支撐架，第二次澆筑1.85～5.0 m，完成E0的預(yù)埋（圖4）。

圖4 E0節(jié)點(diǎn)板支撐架縱斷面

E1～E5節(jié)點(diǎn)位于懸澆梁段。單個(gè)節(jié)點(diǎn)板臨時(shí)固定，采用掛籃懸吊，支撐平臺(tái)定位。

采用加勁鋼桁下節(jié)點(diǎn)三向定位調(diào)節(jié)裝置，輔助下節(jié)點(diǎn)在預(yù)埋梁段上定位，根據(jù)預(yù)埋過程中的變化，適時(shí)進(jìn)行三向坐標(biāo)調(diào)整，在主梁懸臂澆筑段預(yù)埋加勁鋼桁下節(jié)點(diǎn)（圖5）。解決了下節(jié)點(diǎn)預(yù)埋過程受預(yù)應(yīng)力施加、施工荷載變化、箱梁徐變、溫度變化等，影響三向坐標(biāo)控制難題，方便實(shí)現(xiàn)鋼構(gòu)件-混凝土結(jié)合。

圖5 E1～E5節(jié)點(diǎn)板節(jié)點(diǎn)板精調(diào)縱斷面

6.2.2 加勁鋼桁梁安裝施工技術(shù)

加勁鋼桁梁，端及次端腹桿采用箱形截面，高600 mm，寬752 mm，其余腹桿采用工形截面，高600 mm，寬752 mm。上弦桿采用槽形截面，高650 mm，內(nèi)寬800 mm。主桁上弦端節(jié)點(diǎn)采用整體節(jié)點(diǎn)形式，其余節(jié)點(diǎn)采用插入式節(jié)點(diǎn)形式，弦桿與腹桿均采用全截面拼接。上平聯(lián)采用三角形腹板體系，橫撐及斜撐均采用工字形截面，與平聯(lián)節(jié)點(diǎn)板的連接形式為對(duì)接，采用M24高強(qiáng)度螺栓連接。鋼桁外表面涂裝采用氟碳涂裝配套體系，鋼與混凝土結(jié)合面采用電弧噴鋁+封閉涂層+中間漆涂裝體系。高強(qiáng)度螺栓連接摩擦面，采用無機(jī)富鋅防銹防滑涂料，可視面最后一道面漆在鋼桁架設(shè)完成后涂裝。

7 結(jié)語

48 m簡(jiǎn)支箱梁采用墩旁垂直提升站吊裝就位節(jié)段梁，TP48下承式1 700 t節(jié)段拼裝架橋機(jī)拼裝48 m節(jié)段，濕接縫現(xiàn)澆施工工藝，實(shí)現(xiàn)大梁變小梁，現(xiàn)澆變預(yù)制建造橋梁。施工速度快，抗風(fēng)能力強(qiáng)，適應(yīng)在濕地高位建橋。2×108 m單T剛構(gòu)加勁鋼桁組合結(jié)構(gòu)，采用工廠制造加勁鋼桁鋼梁桿件，橋上架設(shè)拼裝法施工。主梁采用拆卸式菱形掛藍(lán)懸臂灌注法施工，拆分式掛籃既減少了懸臂灌注施工荷載，有利于長(zhǎng)懸臂施工線形控制，又適應(yīng)加勁鋼桁下節(jié)點(diǎn)預(yù)埋構(gòu)件安裝、精確定位。選配高性能混凝土，節(jié)段施工周期控制在10～15 d，減少了大跨預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁后期徐變引起連續(xù)梁下?lián)?。單T剛構(gòu)加勁鋼桁組合結(jié)構(gòu)橋，由主要承重結(jié)構(gòu)預(yù)應(yīng)力混凝土梁和加勁鋼桁組合而成特殊橋梁結(jié)構(gòu)，與普通梁式橋相比，結(jié)構(gòu)整體剛度提高，結(jié)構(gòu)徐變變形減少，改善了梁端轉(zhuǎn)角。剛構(gòu)橋墩與梁固結(jié)，在強(qiáng)震作用下橋墩可在墩頂與墩底形成塑性鉸，抗震性提高。同時(shí)橋墩高、橋梁跨度大，完全符合環(huán)保部環(huán)評(píng)提出黃河濕地森林保護(hù)區(qū)環(huán)境保護(hù)、節(jié)能減排，以及水利部黃河水利委員會(huì)提出主河道行洪的要求。