鄭焦城際鐵路黃河大橋鋼桁梁架設(shè)施工方案研究

馬永強(qiáng)

(中鐵大橋局集團(tuán)第一工程有限公司，河南鄭州 450053)

1 工程概況

新建鄭州黃河大橋?yàn)猷嵔箍瓦\(yùn)專線鐵路暨改建京廣鐵路跨越黃河的公用橋梁，為四線鐵路特大型橋梁。大橋位于黃河大景觀區(qū)東北側(cè)，黃河下游河道的最上端，距既有京廣鐵路鄭州黃河大橋下游110～190 m處，線路走向與既有京廣線夾角約2°。本河段黃河主槽寬度約為2 000 m，主橋長(zhǎng)2 200 m。主橋采用大跨度鋼橋，灘地引橋以預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支箱梁為主。主橋采用四線合建形式，引橋部分鄭焦線與京廣線分行。

黃河主橋橋墩墩號(hào)范圍為67號(hào)～89號(hào)墩，上部結(jié)構(gòu)為11聯(lián)(2×100 m)下承式連續(xù)鋼桁梁，兩孔一聯(lián)，共11聯(lián)，總長(zhǎng)2 200 m(如圖1)，為鄭焦新線、京廣改線共建段。鋼梁架設(shè)到位后各聯(lián)之間(僅下弦桿)通過縱向防落梁措施連接為一體。橫橋向在支座位置設(shè)防落梁擋塊。一聯(lián)鋼梁總重約6 668.4 t(不含高強(qiáng)螺栓)。(第一、十一聯(lián)重約6 360.6 t)。一聯(lián)高強(qiáng)螺栓約23萬套。

如圖2所示，剛桁梁每聯(lián)梁長(zhǎng)199.8 m，跨度99.1 m+99.1 m。鋼梁主桁采用三角形變高度桁式，邊支點(diǎn)處桁高14 m，中支點(diǎn)處桁高25 m。邊桁與中桁的中心間距12.5 m，縱向節(jié)間長(zhǎng)度布置為(11.6+14×12.5+11.6)m。橋面從左至右布置為鄭焦雙線，京廣雙線鐵路，線間距4.6 m+8.2 m+4.4 m。

下部結(jié)構(gòu)67號(hào)～78號(hào)墩位于河槽中，其余79號(hào)～89號(hào)墩位于灘地。中墩承臺(tái)尺寸19.1×29.7×4.5，邊墩承臺(tái)尺寸13.8×29.7×4。墩身為圓端形，墩身尺寸由4.2 m×27.6 m，通過6 m過渡段過渡到6 m×30 m。墩高13～15 m。

圖1 主橋橋式布置(單位:cm)

圖2 一聯(lián)鋼桁梁(單位:m)

圖3 鋼桁梁斷面(單位:cm)

2 鋼桁梁架設(shè)方案

2.1 方案討論

鋼梁架設(shè)方案一般采用頂推及懸拼施工。鄭州黃河公鐵兩用橋?yàn)殇撹炝海捎枚帱c(diǎn)同步頂推施工;正在施工的桃花峪黃河大橋?yàn)殇撓淞?，采用多點(diǎn)同步頂推施工;中南部通道黃河橋?yàn)殇撹炝?，采用懸拼施工。鄭焦黃河特大橋位于主河槽中，鋼梁桿件無法通過水上運(yùn)輸?shù)綐蛭贿M(jìn)行拼裝，若通過棧橋運(yùn)輸?shù)綐蛭?，則需投入設(shè)施太多，增加成本太大，且對(duì)黃河防洪度汛干擾很大。位于灘地部分鋼梁可通過陸地運(yùn)輸?shù)綐蛭贿M(jìn)行拼裝。根據(jù)橋位處場(chǎng)地布置、橋跨布置、運(yùn)輸條件的限制及設(shè)施投入等綜合考慮，確定鋼梁架設(shè)方案為位于主河槽(南岸)部分鋼梁采用頂推施工，位于灘地(北岸)部分鋼梁采用懸拼施工。

方案一:北岸灘地87號(hào)～89號(hào)墩鋼桁梁共1聯(lián)采用懸拼施工，剩余67號(hào)～87號(hào)墩鋼桁梁共10聯(lián)采用分別從南北兩岸同時(shí)向跨中頂推合龍，采用多點(diǎn)同步頂推。

方案二:北岸灘地79號(hào)～89號(hào)墩鋼桁梁共5聯(lián)采用采用懸拼施工，剩余67號(hào)～79號(hào)墩鋼桁梁共6聯(lián)采用從南岸向北岸頂推，采用單點(diǎn)同步頂推。

方案三:北岸灘地81號(hào)～89號(hào)墩鋼桁梁共4聯(lián)采用采用懸拼施工，剩余67號(hào)～81號(hào)墩鋼桁梁共7聯(lián)采用從南岸向北岸頂推，采用單點(diǎn)同步頂推。

2.2 方案對(duì)比

鋼桁梁架設(shè)方案比選見表1。

通過以上分析可知，方案三最優(yōu)。通過雙懸臂拼裝與頂推相結(jié)合的施工工藝，合理劃分施工區(qū)段，可有效避免北岸沖刷區(qū)對(duì)鋼梁架設(shè)的影響。

3 鋼桁梁架設(shè)方案

第一到第七聯(lián)采用頂推施工，剩余四聯(lián)采用懸臂拼裝施工，頂推施工采用單聯(lián)單點(diǎn)連續(xù)(一次頂推12.5 m，一個(gè)鋼梁節(jié)間)頂推，各聯(lián)自成體系。由于鋼梁自身剛度大，因此鋼梁前端不設(shè)導(dǎo)梁，兩主墩之間不設(shè)臨時(shí)墩。

如圖4所示，在南岸67號(hào)～69號(hào)墩設(shè)置鋼梁拼裝支架和2臺(tái)65 t門吊(45 m高，跨度45 m，20 t小鉤)。鋼梁通過既有棧橋運(yùn)輸至拼裝支架位置，利用兩臺(tái)65 t龍門吊機(jī)從68號(hào)墩分別向兩側(cè)同時(shí)對(duì)稱拼裝第七聯(lián)鋼梁，拼裝完畢后，起頂拆除墊塊落梁至滑塊上。利用設(shè)置在鋼梁尾端的2臺(tái)350 t千斤頂拖拉鋼梁向81號(hào)墩行進(jìn)，頂推滑道系統(tǒng)設(shè)置在各主墩墩頂。在拼裝支架空出位置繼續(xù)拼裝第六聯(lián)鋼梁，如此循環(huán)，完成鋼梁頂推架設(shè)。

表1 鋼桁梁架設(shè)方案比選

圖4 鋼桁梁斷面(單位:mm)

頂推時(shí)，采取一聯(lián)一頂推。邊桁主動(dòng)頂推、中桁在邊桁帶動(dòng)下被動(dòng)頂推。每頂推一個(gè)節(jié)間長(zhǎng)度(一般為12.5 m)，向后倒換滑塊一次。

4 鋼桁梁頂推施工大臨設(shè)施

4.1 拼裝支架及65 t門吊布置

鋼梁拼裝平臺(tái)設(shè)置在67號(hào)～69號(hào)墩之間，基礎(chǔ)采用鋼管打入樁結(jié)構(gòu)。鋼管樁頂設(shè)置樁頂分配梁，分配梁頂設(shè)置墊塊支撐鋼梁，設(shè)置千斤頂調(diào)整鋼梁拼裝線形。

65 t門吊為跨墩門吊，門吊走道為雙軌，設(shè)置在拼裝支架上下游。為滿足鋼梁最重節(jié)段吊裝，門吊設(shè)計(jì)最大起吊能力為65 t(含吊具)。由于60%鋼梁桿件均在20 t以下，為提高效率，特另外配置20 t電動(dòng)葫蘆配合吊裝作業(yè)。為適應(yīng)鋼梁最高位置吊裝，門吊設(shè)計(jì)凈高為45 m。

4.2 滑道系統(tǒng)

墩旁滑道梁系統(tǒng)包含墩旁立柱、墩頂滑道梁、滑塊及鋼梁拖拉錨座等四大部分。

鋼梁傳到立柱頂豎向反力很大，最大約為2 650 t，為提高立柱受壓承載力，墩旁立柱設(shè)計(jì)為鋼管混凝土柱。以墩中心為對(duì)稱中線，沿橋梁橫向分別與主桁對(duì)應(yīng)位置布置，即邊桁2根，中桁1根。柱頂縱向間距13.8 m(柱頂與鋼梁節(jié)點(diǎn)或起頂加勁位置對(duì)應(yīng))，橫向間距12.5 m。中桁為φ1.5 m，邊桁為φ1.4 m，壁厚δ=14 mm，內(nèi)填充C50混凝土，立柱間設(shè)置鋼管連接系。

墩頂滑道梁沿橋梁縱向布置，與鋼梁三片主桁對(duì)應(yīng)共設(shè)置三道。每道滑道梁分為三段，墩頂一段，墩與立柱之間各為一段，各段之間通過螺栓連接為整體，各段滑道梁均為鋼結(jié)構(gòu)?；懒和ㄟ^埋設(shè)在柱頂及墩頂預(yù)埋件焊接固定，在頂推過程中產(chǎn)生的水平力(摩擦力)通過滑道梁傳到墩頂預(yù)埋件上，最后傳給墩身。

邊墩承臺(tái)尺寸較小，為減小立柱施工難度和減小立柱沉降，設(shè)計(jì)為傾斜立柱。立柱柱底支撐在承臺(tái)上，柱頂向遠(yuǎn)離墩身方向傾斜。由于立柱傾斜，在鋼梁自重作用下，將產(chǎn)生一定的水平力(最大約為260 t，不含摩擦力)。此水平力處理措施為:通過設(shè)置在墩身兩側(cè)滑道梁上的對(duì)拉螺紋鋼筋，將滑道梁與墩頂墊石連接為整體，將該水平力通過墩頂墊石傳至墩身。

拖拉錨座設(shè)置在邊桁滑道梁外側(cè)。

滑塊為鑄鋼塊，設(shè)置在鋼梁下弦桿與滑道梁之間，滑動(dòng)面為MGE板與不銹鋼板之間接觸面。不銹鋼板固定在滑道梁上，MGE板固定在滑塊上，滑塊布置在鋼桁梁節(jié)點(diǎn)位置，保證鋼梁節(jié)點(diǎn)受力?；瑝K一次滑移12.5 m(鋼梁一個(gè)節(jié)間)。

4.3 頂推及起頂系統(tǒng)

鋼梁頂推采用單點(diǎn)連續(xù)頂推，各聯(lián)自成體系。一聯(lián)鋼梁自重和施工荷載約6 850 t，靜摩擦力按8%設(shè)計(jì)計(jì)算約548 t，動(dòng)摩擦力按5%設(shè)計(jì)計(jì)算約342.5 t。頂推動(dòng)力采用2臺(tái)350 t連續(xù)千斤頂，千斤頂操作平臺(tái)設(shè)置在鋼桁梁尾端，尾端同時(shí)設(shè)置有兩臺(tái)卷索盤用于收納頂推用的牽引鋼絞線，牽引鋼絞線前端錨固在錨座上。

鋼梁頂推過程中一般采用兩點(diǎn)起頂?shù)箵Q滑塊或安裝支座。各點(diǎn)共設(shè)置12臺(tái)豎向千斤頂，其中中桁4臺(tái)1 000 t頂，兩邊桁各設(shè)4臺(tái)800 t千斤頂，千斤頂設(shè)置在頂推方向滑道梁尾端。

4.4 限位及導(dǎo)向

在小里程方向(頂推反方向)滑道梁上(鋼梁外側(cè))設(shè)置橫向限位及導(dǎo)向裝置，各墩橫向限位在橫橋向左右對(duì)稱設(shè)置，在各橫向調(diào)整裝置處各設(shè)水平千斤頂作為微調(diào)動(dòng)力。

5 鋼梁懸拼架設(shè)施工

北岸四聯(lián)鋼梁懸拼時(shí)，每一聯(lián)采用原位獨(dú)立拼裝，各聯(lián)分別從中墩向邊墩方向施工。每一聯(lián)鋼梁施工時(shí)，利用兩臺(tái)65 t龍門吊機(jī)作為起吊設(shè)備進(jìn)行鋼梁懸拼施工。每一聯(lián)懸拼完成后，門吊轉(zhuǎn)場(chǎng)至下一聯(lián)繼續(xù)懸拼鋼梁，直至完成北岸4聯(lián)鋼梁懸拼架設(shè)。

拼裝時(shí)為防止鋼梁縱向傾覆，特在墩旁位置設(shè)置支撐托架，托架立柱柱頂與鋼梁節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)，柱頂縱向間距為兩個(gè)節(jié)間長(zhǎng)度即25 m，橫向與主桁對(duì)應(yīng)間距為12.5 m。立柱柱底支撐在承臺(tái)上，柱底間距為15.9 m，立柱柱頂最大豎向反力為1 460 t，亦采用φ1.2 m的鋼管混凝土(C50)柱。為平衡由于立柱傾斜(約17°)產(chǎn)生的水平分力，特在立柱柱頂設(shè)置預(yù)應(yīng)力，通過預(yù)應(yīng)力將立柱與墩之間連接為整體，將水平力傳給墩身。

6 結(jié)論

根據(jù)鄭焦城際鐵路黃河大橋主橋的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，對(duì)主橋施工方案進(jìn)行了研究，主要結(jié)論有:

(1)通過第一至七聯(lián)鋼桁梁施工方案比選，確定采用頂推法施工方案進(jìn)行鋼桁梁架設(shè)。

(2)通過第八至十一聯(lián)鋼桁梁施工方案比選，確定采用龍門式吊機(jī)懸臂架設(shè)施工方案進(jìn)行鋼桁梁架設(shè)。

［1］ GB 50017—2003 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］

［2］ GB 50009—2001 建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范［S］

［3］ GB 50111—2006 鐵路工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范［S］