渝黔鐵路新白沙沱長(zhǎng)江特大橋主橋施工技術(shù)*

幸思佳,沈 炫

(1.中鐵大橋局集團(tuán)有限公司,湖北 武漢 430050;2.湖北工業(yè)大學(xué)土木建筑與環(huán)境學(xué)院,湖北 武漢 430068)

1 工程概況

渝黔鐵路新白沙沱長(zhǎng)江特大橋位于重慶市江津區(qū),跨越長(zhǎng)江白沙沱河段,是重慶至貴陽(yáng)鐵路擴(kuò)能改造項(xiàng)目跨越長(zhǎng)江的重要通道和關(guān)鍵控制性工程[1-2]。該橋主橋?yàn)殡p層6線雙塔雙索面連續(xù)鋼桁梁斜拉橋,主橋跨徑布置為(81+162+432+162+81)m(見(jiàn)圖1),斷面上層四線為兩線渝黔客運(yùn)專線和兩線渝湘預(yù)留線,下層為兩線渝黔貨運(yùn)專線[1,3],如圖2所示。

圖1 渝黔線新白沙沱長(zhǎng)江特大橋主橋布置(單位:m)

新白沙沱長(zhǎng)江特大橋主塔與主梁采用塔墩固結(jié)、塔梁分離體系。主塔為H形鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),基礎(chǔ)均為φ3.2m鉆孔灌注樁。主梁采用雙主桁、平弦等高度連續(xù)鋼桁梁,橫向由上層橋面、下層橋面、主桁豎桿及橫向聯(lián)結(jié)系等組成框架結(jié)構(gòu);上層橋面為正交異性鋼橋面板,下設(shè)板式加勁肋;下層橋面為道砟槽板+縱橫梁體系,在每條鐵路下設(shè)置2道縱梁,間距為2m,沿縱橋向每隔6個(gè)節(jié)間(長(zhǎng)81m)設(shè)置1個(gè)制動(dòng)架。斜拉索布置為平行的扇形雙索面,全橋共56組斜拉索,單個(gè)錨固點(diǎn)布置2根斜拉索,斜拉索梁端錨固采用錨拉板結(jié)構(gòu),塔端錨固采用混凝土錨塊,并在錨固區(qū)設(shè)置低回縮預(yù)應(yīng)力體系。

2 總體施工方案

新白沙坨長(zhǎng)江特大橋是世界上跨度最大、荷載最重的I級(jí)鐵路橋[4],主墩位于長(zhǎng)江河槽內(nèi),該施工區(qū)域河床無(wú)覆蓋層,巖面裸露,施工期間水位變化大且水流急,此外大橋還跨越既有鐵路。針對(duì)大橋現(xiàn)場(chǎng)施工條件復(fù)雜、技術(shù)難度大特點(diǎn),經(jīng)過(guò)方案比選,制定了主橋總體施工方案。特大橋主墩基礎(chǔ)均采用先搭設(shè)鉆孔平臺(tái)、后安裝雙壁鋼套箱圍堰的方案,其中3號(hào)墩所在區(qū)域河床巖面高差大,需首先進(jìn)行爆破清方[5-7];主塔施工中,塔柱標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段長(zhǎng)6m,下塔柱采用勁性骨架結(jié)合翻模法施工,中塔柱和上塔柱均采用爬模施工,主塔橫梁均采用支架法現(xiàn)澆施工。鋼桁梁施工中,考慮對(duì)既有鐵路線的影響,重慶側(cè)邊跨施工采用部分頂推+散拼施工方案[8-9],主跨鋼桁梁采用單懸臂架設(shè);貴陽(yáng)側(cè)鋼桁梁采用雙懸臂架設(shè)。鋼桁梁采用適配法合龍,以減小桁架桿件內(nèi)力產(chǎn)生[10]。

3 主塔施工技術(shù)

3.1 2號(hào)主塔基礎(chǔ)施工

2號(hào)墩為重慶側(cè)主塔墩,基礎(chǔ)為32根φ3.2m鉆孔灌注樁,承臺(tái)尺寸為64.4m×31.3m×6m,承臺(tái)底標(biāo)高為182.172m。墩位位于河床內(nèi),5年一遇枯水期最高水位為178.000m左右,因此墩位處部分河床在枯水期露出河床面,為保證主墩樁基施工的連續(xù)性,采用先平臺(tái)后圍堰方案,平臺(tái)兼作物料存放平臺(tái)。鉆孔灌注樁利用6臺(tái)KTY-4000型鉆機(jī)采用氣舉反循環(huán)施工,分6輪次完成,平臺(tái)上設(shè)置2臺(tái)80t門式起重機(jī)輔助[11]。

基礎(chǔ)圍堰為雙壁鋼套箱圍堰,圍堰外部尺寸為67.6m×34.5m×11m,圍堰單元為工廠預(yù)制,由船運(yùn)至鉆孔平臺(tái)后利用門式起重機(jī)拼裝?？紤]到墩位處河床枯水期露出水面,主墩圍堰采用先干法澆筑封底混凝土后在封底混凝土頂面拼裝雙壁鋼圍堰的組合圍堰方案。此外,由于2號(hào)墩鄰近既有成渝鐵路,為保證既有鐵路安全運(yùn)行,采用抗滑樁板墻對(duì)主墩邊跨側(cè)進(jìn)行防護(hù)[12]。

3.2 3號(hào)主塔基礎(chǔ)施工

3號(hào)墩為貴陽(yáng)側(cè)主塔墩,基礎(chǔ)采用36根φ3.2m鉆孔灌注樁,最大樁長(zhǎng)為79m,承臺(tái)尺寸為64.4m×31.3m×6m,同樣采用先平臺(tái)后圍堰施工方案。由于承臺(tái)區(qū)域河床均為弱風(fēng)化泥巖夾砂巖,巖面傾斜角度大,且承臺(tái)范圍內(nèi)有1/3面積嵌入礁石內(nèi),基礎(chǔ)施工前必須進(jìn)行爆破清方作業(yè)。水下爆破在鉆爆船完成施工后進(jìn)行分段微差爆破,并通過(guò)設(shè)置減振孔以減小爆破對(duì)既有渝黔鐵路線以及周邊居民區(qū)的影響[13-14]。

鉆孔平臺(tái)為鋼桁架結(jié)構(gòu),在河床爆破施工期間同步進(jìn)行鉆孔平臺(tái)拼裝,由2艘1 000HP(1HP=735W)拖輪將拼裝好的平臺(tái)托運(yùn)至3號(hào)墩墩位處,利用平臺(tái)錨碇系統(tǒng)進(jìn)行精確定位后,平臺(tái)作為浮式平臺(tái)導(dǎo)向插打8根支撐樁,隨后采用DZJ480,DZ120振動(dòng)打樁機(jī)及150t浮式起重機(jī)同步施工門架樁及12根鋼護(hù)筒。首批8根支撐樁鋼護(hù)筒插打施工完成后,進(jìn)行沖擊鉆成孔,達(dá)到6m嵌巖深度后再澆筑混凝土,形成穩(wěn)定支撐樁,隨后利用支撐樁上提升系統(tǒng)將平臺(tái)整體提升至設(shè)計(jì)標(biāo)高,并施工剩余支撐樁。平臺(tái)通過(guò)掛樁梁與支撐樁形成整體,保證了平臺(tái)度汛的安全性。鉆孔灌注樁施工采用3臺(tái)KP4000型、6臺(tái)KTY4000型鉆機(jī)成孔,利用85t門式起重機(jī)及浮式起重機(jī)下放鋼筋籠后,采用垂直導(dǎo)管法灌注C40水下混凝土成樁。

3號(hào)墩圍堰尺寸為70.6m×34.5m×19m,豎向分為3節(jié),除頂節(jié)為單壁鋼圍堰外,其余2節(jié)均為雙壁鋼圍堰,圍堰施工與鉆孔灌注樁施工同步進(jìn)行。圍堰施工前首先在鋼護(hù)筒上焊接圍堰拼裝平臺(tái),并在鉆孔平臺(tái)下方設(shè)置工字鋼作為圍堰拼裝導(dǎo)軌[15]。底節(jié)圍堰單元由浮式起重機(jī)吊至拼裝導(dǎo)軌覆蓋區(qū),并通過(guò)電動(dòng)葫蘆將圍堰各單元安裝至設(shè)計(jì)位置后進(jìn)行拼裝焊接。底節(jié)圍堰拼裝完成后,通過(guò)吊掛系統(tǒng)吊起圍堰,拆除拼裝平臺(tái),下放圍堰使其懸浮于水面,并在懸浮的底節(jié)圍堰上拼接第2節(jié)圍堰。

圍堰拼接完成后向圍堰內(nèi)注水,使圍堰下沉著床。由于圍堰區(qū)域河床經(jīng)爆破處理后仍存在較大高差,為保證圍堰施工效果,需根據(jù)水下河床標(biāo)高測(cè)量結(jié)果設(shè)置圍堰、低刃腳插板,并在圍堰著床后采用拋填碎石堵漏及平整河床,拋填后河床標(biāo)高不得高于封底混凝土底面標(biāo)高。圍堰封底完成后,安裝頂節(jié)圍堰,并將鉆孔平臺(tái)局部切割后整體下放作為圍堰內(nèi)撐進(jìn)行承臺(tái)施工,承臺(tái)澆筑工藝與2號(hào)墩相同。3號(hào)墩采用的圍堰與鉆孔灌注樁同步施工技術(shù),與常規(guī)施工工藝相比,基礎(chǔ)施工工期縮短3個(gè)月。圍堰布置如圖3所示。

3.3 主塔施工

該橋主塔均為H形鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),由塔座及塔身組成,塔身被2層橫梁分為3節(jié)。2號(hào)塔高為175.45m,3號(hào)塔高為192.45m。主塔塔座混凝土約4 880m3,按大體積混凝土施工方法一次澆筑完成,澆筑前需預(yù)埋下塔柱鋼筋及施工用勁性骨架。

下塔柱為雙室空心矩形變截面,采用翻模法施工,施工標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段高度為6m。下橫梁為預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu),采用落地式現(xiàn)澆支架施工,現(xiàn)澆支架主要由鋼管立柱+桁架梁組成,其中桁架梁為重復(fù)利用的鉆孔平臺(tái)鋼桁梁(見(jiàn)圖4),下橫梁澆筑施工與同一高度范圍內(nèi)塔柱同時(shí)進(jìn)行?；炷吝_(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的90%后,采用兩端張拉工藝進(jìn)行預(yù)應(yīng)力張拉施工。

圖4 橫梁現(xiàn)澆支架

中塔柱及上塔柱均采用爬模施工。上橫梁采用非落地式現(xiàn)澆支架施工,其現(xiàn)澆支架牛腿預(yù)埋于塔柱上,支架主梁同樣為鉆孔平臺(tái)鋼桁梁。上塔柱為斜拉索錨固區(qū),采用預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)。為避免斜拉索與索道管口發(fā)生碰撞,索道管的定位采用三維坐標(biāo)一體化方法[16],施工時(shí)通過(guò)定位架進(jìn)行調(diào)整。上塔柱混凝土達(dá)到施工強(qiáng)度后采用HSD型穿心式低回縮張拉千斤頂配套新型張拉撐腳進(jìn)行張拉施工,簡(jiǎn)化了二次張拉工藝,提高了張拉效率。

4 主橋上部結(jié)構(gòu)施工技術(shù)

4.1 重慶側(cè)鋼桁梁施工

重慶側(cè)邊跨鋼桁梁跨既有川黔線、成渝線和小梨線,為降低邊跨施工對(duì)鐵路運(yùn)營(yíng)的影響,1～2號(hào)墩部分鋼梁采用無(wú)導(dǎo)梁頂推施工[17-19]。頂推施工前需在2號(hào)墩下橫梁上設(shè)置架梁吊機(jī)站位支架和架梁吊機(jī),并設(shè)置頂推支架用于鋼桁梁拼裝及頂推支架,其中頂推支架A～C位于2號(hào)墩旁,由鋼管立柱、格構(gòu)式立柱、分配梁、滑道梁、滑座、頂推系統(tǒng)及三向位移調(diào)整裝置等組成;支架D位于邊跨側(cè),由鋼管立柱、鉆孔灌注樁基礎(chǔ)組成,立柱頂布置滑道梁,支架最外排立柱距離既有鐵路線中心間距為8.7m。頂推施工布置如圖5所示。頂推施工時(shí)由架梁吊機(jī)在支架A～C上完成7.5個(gè)節(jié)間鋼桁梁拼裝,隨后采用水平千斤頂液壓同步控制系統(tǒng)進(jìn)行多點(diǎn)同步頂推,分3次將鋼梁頂推過(guò)既有線后,再縱移2次實(shí)現(xiàn)鋼桁梁就位。

圖5 鋼桁梁頂推施工布置

重慶側(cè)邊跨剩余鋼桁梁采用支架散拼法架設(shè),鋼桁梁桿件由設(shè)置于A18,A19節(jié)處提升站運(yùn)輸至上橋面,然后由運(yùn)梁車轉(zhuǎn)運(yùn)后采用架梁機(jī)進(jìn)行拼裝。重慶側(cè)主跨則采用單懸臂架設(shè)12個(gè)節(jié)間鋼桁梁。

4.2 貴陽(yáng)側(cè)鋼桁梁施工

貴陽(yáng)側(cè)鋼桁梁首先施工3號(hào)墩墩頂6個(gè)節(jié)間鋼桁梁,考慮到現(xiàn)場(chǎng)施工無(wú)法使用大型浮式起重機(jī)及傳統(tǒng)雙側(cè)墩旁托架工程量大的不足,提出采用單側(cè)墩旁托架進(jìn)行施工。施工主要步驟為:首先利用塔式起重機(jī)在3號(hào)墩下橫梁上拼裝吊機(jī)站位支架,并在站位支架上安裝架梁吊機(jī),墩旁托架通過(guò)預(yù)埋件和錨拉裝置與下橫梁連接,保證其穩(wěn)定性,托架上安裝滑道梁用以鋼桁梁節(jié)段滑移;托架施工完成后,利用架梁吊機(jī)首先架設(shè)第2節(jié)間鋼桁梁,架梁吊機(jī)行走至第2節(jié)間鋼桁梁施工第3～4節(jié)間鋼桁梁;隨后利用架梁吊機(jī)架設(shè)第1節(jié)間鋼桁梁,并拼裝邊跨側(cè)架梁吊機(jī);最后利用邊跨側(cè)架梁吊機(jī)施工第5～6節(jié)間鋼桁梁。懸臂施工布置如圖6所示。其余鋼桁梁則利用2臺(tái)架梁機(jī)進(jìn)行雙懸臂對(duì)稱架設(shè)。

圖6 鋼桁梁懸臂施工布置

4.3 斜拉索施工

斜拉索為雙排雙索面扇形布置,索頭中心距離小。斜拉索采用φ7平行鋼絲索,鋼絲束外纏繞纖維增強(qiáng)聚酯帶,外包雙層高密度聚乙烯護(hù)套,2層PE護(hù)套間設(shè)置隔離層。斜拉索掛設(shè)施工流程為:梁端、塔端牽引設(shè)備安裝→索盤倒運(yùn)及吊裝上橋→放索→起吊纜索→塔端牽引及牽引桿戴帽→梁端錨杯牽引及戴帽→塔端硬牽引及錨杯戴帽[20-21]。

斜拉索張拉在主塔內(nèi)進(jìn)行,根據(jù)最大規(guī)格斜拉索設(shè)計(jì)噸位,選擇相應(yīng)級(jí)別的張拉千斤頂,全橋共8臺(tái),每塔用4臺(tái),按主、邊跨同號(hào),上、下游同位,4臺(tái)張拉千斤頂同時(shí)對(duì)稱張拉。根據(jù)本橋斜拉索結(jié)構(gòu)特點(diǎn),現(xiàn)場(chǎng)對(duì)張拉撐腳結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行優(yōu)化,創(chuàng)新設(shè)計(jì)了8套750t級(jí)張拉撐腳(見(jiàn)圖7),取得了良好施工效果。

圖7 斜拉索張拉撐腳

4.4 中跨合龍

合龍段設(shè)置于中跨近2號(hào)主墩A33～A34節(jié)間處,合龍點(diǎn)共6處,分別為下弦桿2處、上弦桿2處及斜桿2處。合龍采用適配法按下弦桿→上弦桿→斜桿的順序,合龍口處主桁桿件拼接板一端鉆孔在工廠預(yù)制,另一端現(xiàn)場(chǎng)鉆孔,為便于調(diào)整拼裝偏差,現(xiàn)場(chǎng)鉆孔拼板均比設(shè)計(jì)長(zhǎng)度增加5cm[10]。

合龍選擇在溫度變化較小的夜間完成。合龍施工時(shí),首先解除3號(hào)墩臨時(shí)約束,利用支座鉸座和鋼梁阻尼器進(jìn)行縱向頂推,使鋼桁梁向中跨縱移10mm,下弦桿就位后打入下弦拼接板沖釘,完成下弦桿合龍;然后通過(guò)調(diào)整上弦桿上大噸位頂拉裝置(2 500kN穿心千斤頂)使上弦桿就位,打入沖釘后完成上弦桿合龍;上、下弦桿合龍后,根據(jù)斜桿合龍口處拼縫寬度在拼接板上現(xiàn)場(chǎng)鉆孔,完成斜桿合龍,實(shí)現(xiàn)主梁精確合龍。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量,鋼桁梁合龍誤差僅6mm。

5 結(jié)語(yǔ)

渝黔鐵路新白沙沱長(zhǎng)江特大橋?yàn)殡p層6線雙塔雙索面連續(xù)鋼桁梁斜拉橋,施工條件復(fù)雜,建設(shè)難度大。主墩施工均采用先平臺(tái)后圍堰施工方案,其中3號(hào)墩利用多功能水上鉆孔平臺(tái)進(jìn)行圍堰拼裝,使鉆孔樁與圍堰同步施工,有效縮短了基礎(chǔ)施工工期3個(gè)月,減小了汛期對(duì)基礎(chǔ)施工的影響;主塔現(xiàn)澆施工中,橫梁澆筑利用水上鉆孔平臺(tái)鋼桁架作為支架主梁,實(shí)現(xiàn)了施工輔助設(shè)備倒用,節(jié)約了施工成本;上部結(jié)構(gòu)施工中,重慶側(cè)邊跨鋼桁梁采用部分頂推施工,有效降低了邊跨施工對(duì)鐵路運(yùn)營(yíng)的影響;貴陽(yáng)側(cè)主墩墩頂鋼桁梁采用單側(cè)墩旁托架施工,克服了無(wú)法使用大型浮式起重機(jī)及常規(guī)雙側(cè)墩旁托架工程量大的不足;斜拉索施工創(chuàng)新設(shè)計(jì)了張拉撐腳,取得了良好張拉效果;中跨合龍采用適配法施工,實(shí)現(xiàn)了鋼桁梁高精度合龍。該橋多項(xiàng)先進(jìn)施工技術(shù),在施工過(guò)程中取得了良好效果,為我國(guó)同類型橋梁建設(shè)積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)。該橋于2018年1月正式通車至今,運(yùn)營(yíng)狀況良好。