大西鐵路晉陜黃河特大橋上部結構施工關鍵技術

中鐵上海工程局集團有限公司 上海 200436

1 工程概況

大西鐵路客運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段黃河上，近東西向跨越黃河，東引橋位于山西永濟市張營鎮小樊村，西引橋位于合陽縣黑池鎮北廉村附近。墩身高38 m以上，橋面高50.5 m，黃河主河道處風速最大達13～24 m/s。橋梁全長9.969 km，孔跨布置為：（31-32 m）簡支箱梁+（54+2×90+54）m連續梁+（17-48 m）節段拼裝簡支箱梁+（2-40 m）節段拼裝簡支箱梁+（15-2×108 m）單T剛構加勁鋼桁組合結構+（63-48 m）節段拼裝簡支箱梁+（8-2×48 m）單T剛構+（48+80+48）m連續梁+（3-2×48 m）單T剛構+（1-2×35 m）單T剛構。軌道結構為CRTS I型雙塊式無砟軌道，設計時速350 km/h。

2 總體施工方案[1-9]

橋梁結構形式多樣，分別采用預制架設、懸臂灌注、預制拼裝及廠制現拼鋼混結合4 種不同的施工方案：

32 m預應力混凝土簡支箱梁，在梁場預制，單孔梁預制時間為13～15 d。配備一臺900型架橋機由0#臺向31#墩順序架設，2～3 孔/d。

預應力混凝土連續箱梁，采用墩身與梁體臨時固結，掛籃懸臂灌注法施工，節段施工周期10～15 d。其中，0#塊及邊跨現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節段拼裝簡支箱梁，在梁場分節段預制。經水平運輸、垂直吊裝至下承式架橋機原位拼裝，現場澆筑混凝土濕接縫成型橋梁。在河西設置一個橋梁預制場，2 臺TP48 節段拼裝架橋機，由125#橋墩處開始背向兩側拼裝架設順序施工。在河東設置另一個橋梁預制場，1 臺TP48節段拼裝架橋機，由35#墩向54#墩拼裝架設順序施工。節段拼裝簡支箱梁架橋機過孔1 d，節段拼裝簡支箱梁施工10～15 d/孔；

（2×108 m）單T剛構加勁鋼桁組合結構橋梁，箱梁采用掛籃懸臂法施工，加勁鋼桁鋼梁桿件工廠制造，運抵施工現場，橋上架設拼裝法施工。其中，加勁鋼桁下節點在梁體施工時預埋，其他桿件等梁體合攏后在梁上組拼、涂裝。

3 32 m預制架設簡支箱梁施工

32 m簡支梁共31 孔，為標準無砟軌道后張法預應力混凝土簡支箱梁（雙線、單箱單室），梁長32.6 m，計算跨度為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，質量為832 t。在制梁場臺座上完成箱梁預制，采用固定式底模、活動式側模。單孔梁預制時間為13～15 d。施工順序為：底模清理→側模頂升到位并清理→底腹板鋼筋籠吊裝入模→鋼筋整備→內模吊裝入模→頂板鋼筋籠吊裝入模→鋼筋整備→混凝土澆筑→混凝土養生→預應力預張拉→自然養生→預應力初張拉→移梁、存梁→終張拉→壓漿、封端。

預制梁混凝土強度達到要求后，采用運梁車水平運輸到橋位，9 000 kN架橋機順序架設，2～3 孔/d。施工順序為，裝梁→運梁→喂梁→縱移落梁→支座精確檢查→千斤頂臨時支承→支座底、錨栓孔注漿→強度等待→臨時千斤頂移出→架橋機過孔→運梁車返回→下一循環架梁→架橋機就位。

4 連續梁施工

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

其中，（48+80+48）m連續梁，梁體為單箱單室，變高變截面結構。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 個節段。

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#塊與墩身臨時固結，臨時固結設置位置在永久支座兩側，待梁體全部合攏后拆除臨時固結。0#塊設計高5.958～6.65 m，長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 懸臂節段施工

梁體節段最大長度3.5 m，最大質量136.9 t。在連續梁0#塊安裝菱形掛籃→加載預壓，驗證掛籃結構強度和剛度，消除其非彈性變形，測定其彈性變形。結合連續梁結構設計確定節段梁控制標高，控制連續梁線形，對稱循環懸臂澆筑1～10#節段箱梁，每一節段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澆段，其施工方法同0#塊。邊跨及中跨合攏段施工時，需進行水箱配重預壓。溫度最低時，撐、拉結合安裝勁性骨架，臨時鎖定梁體。張拉臨時預應力束，再選定最低溫時澆筑混凝土。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。

4.4 連續梁體系轉換

待合攏段混凝土強度等各項指標達到要求后，拆除箱梁體外支撐。解除主墩與箱梁0#塊的臨時固結，橋墩頂永久支座受力工作。施工連續梁預應力體系，完成連續梁施工。

5 48 m節段拼裝簡支箱梁施工

48 m節段拼裝簡支箱梁共82 孔。每孔分11 個節段，端部2 個節段，每節段長3.2 m，其余每個節段長度為3.9 m。梁高4.628 m，底板寬5.50 m，頂板寬12.0 m，節段拼裝采用濕接縫法，縫寬0.8 m，單孔自重1 638 t。

5.1 節段拼裝架橋機組成及安裝

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

5.1.1 節段拼裝架橋機組成

48 m節段拼裝架橋機主要由主結構（包括主框架、前導梁、橫聯和后導梁）、主支承（包括前、后支腿）、托架臺車倒運機構、液壓翼式平臺、起重系統（包括起重天車、天車吊具及輔件）、濕接縫外模板、運梁車系統、液壓系統、電氣系統等組成。該架橋機能夠進行48/32 m跨節段拼裝簡支箱梁的施工，全長108 m，總質量810 t，其中主框架總質量約460 t，兩幅主框架中心距為9.5 m。前后導梁設置輔助支腿，主桁下面設置4個相同的墩旁托架，另外配置1 800 kN起重天車和運梁車各1 臺。

5.1.2 節段拼裝架橋機安裝

架橋機安裝采用中間搭建臨時膺架拼裝法。在兩跨正中間搭建1 個9.5 m×2.4 m，高度為45 m的臨時膺架。臨時膺架搭設完成后，拉好纜風繩臨時固定。采取主梁現場地面分組拼接，利用履帶吊吊裝上橋，中間對接安裝。

5.1.3 節段拼裝架橋機拆卸

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

5.2 48 m簡支箱梁節段拼裝施工

5.2.1 48 m簡支箱梁節段拼裝施工工藝

（a）架橋機安裝完成后，進行各種工況下的試驗，消除架橋機的非彈性變形，收集彈性變形的數據，確定節段梁拼裝線性控制參數。

（b）根據試驗數據，調整橫聯支撐頂標高，復核無誤后開始節段梁拼裝就位。

（c）濕接縫混凝土施工。在頂板頂層保護層內設置防裂鋼筋。側模包裹、頂板棉被覆蓋、預張拉等，防止預制節段和濕接縫處出現收縮裂紋。

（d）箱梁預應力施工。雙控單端對稱張拉預應力筋，不平衡束不大于1 束。

5.2.2 節段拼裝架橋機過孔

第一步：利用主桁下8 000 kN油頂將橋機整體卸載。打開7 個液壓翼式平臺，利用縱移油缸將架橋機頂推縱移20 m，前導梁輔助支腿支撐在超前墩上，后導梁輔助支腿支撐在后主支墩上面，將已經過前主支墩的節段橫聯及后導梁輔助橫聯連接。

第二步：利用天車上的小卷揚機導出后主支腿上的墩旁托架，直接運至超前墩上進行安裝。

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

第四步：橋機縱移到位后，調整橋機姿態，連接剩余支撐橫聯，將主桁下油頂上頂7 cm，然后利用機械鎖鎖定，復核支撐橫聯標高，經調整無誤后，開始進行下一節段箱梁拼裝施工。節段拼裝簡支箱梁架橋機過孔1 d，節段拼裝簡支箱梁施工10～15 d/孔。

6 2×108 m單T剛構鋼桁加勁組合梁施工

該結構主梁采用單箱雙室、變高度、變截面結構，中支點處梁高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，在支點處設置橫隔墻，厚度1.5 m，橫隔墻上設置過人洞，供檢查人員通過（圖2）。

加勁鋼桁設置在主梁邊墩和連接墩處兩側，每副長60 m，全橋共計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，節點間長度12 m，主桁中心距11 m。

圖2 2×108 m單T剛構加勁鋼桁組合結構示意（半幅）

鋼桁下節點采用散裝節點，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埋；主梁合攏后單孔節點聯測，安裝梁面以上的鋼桁梁桿件。

6.1 2×108 m單T剛構施工

6.1.1 剛構梁體施工

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。單只掛籃質量95.59 t，懸澆段中最重塊質量367.95 t，比值為0.26。可拆卸主桁減輕掛籃質量，適應加勁鋼桁下節點構件預埋。主梁邊跨現澆段采取托架法施工，相鄰單T剛構在同一聯間墩上的2 段邊跨現澆段同時施工，對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工程結構輔助設計軟件對本結構施工階段進行仿真模擬計算，施工中對橋梁進行實時監測節段標高，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，施工現場拼裝。與鋼筋混凝土T構梁實現鋼混組合梁結構。

本橋加勁鋼桁安裝采用下弦節點、上弦端節點栓接和上弦中間節點焊接的連接方式，適應高空、狹窄橋面上鋼桁安裝。

6.2.1 加勁鋼桁梁下節點預埋

鋼桁每聯由5 個節間組成，單聯長60 m；6 對下節點，5 對上節點；主桁下弦節點采用散裝節點，節點板與箱梁采用PBL剪力鍵及普通鋼筋剛性固結；下節點分別為E0、E1、E2、E3、E4、E5六種，依次安裝于剛構梁27#、24#、21#、18#、15#、12#塊。每個節段均安裝2 個，大小里程對稱布置（圖3）。

圖3 鋼桁下節點布置

E0節點預埋于剛構梁邊跨27#節段梁，該現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，預埋節點定位支撐架，第二次澆筑1.85～5.0 m，完成E0的預埋（圖4）。

圖4 E0節點板支撐架縱斷面

E1～E5節點位于懸澆梁段。單個節點板臨時固定，采用掛籃懸吊，支撐平臺定位。

采用加勁鋼桁下節點三向定位調節裝置，輔助下節點在預埋梁段上定位，根據預埋過程中的變化，適時進行三向坐標調整，在主梁懸臂澆筑段預埋加勁鋼桁下節點（圖5）。解決了下節點預埋過程受預應力施加、施工荷載變化、箱梁徐變、溫度變化等，影響三向坐標控制難題，方便實現鋼構件-混凝土結合。

圖5 E1～E5節點板節點板精調縱斷面

6.2.2 加勁鋼桁梁安裝施工技術

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，內寬800 mm。主桁上弦端節點采用整體節點形式，其余節點采用插入式節點形式，弦桿與腹桿均采用全截面拼接。上平聯采用三角形腹板體系，橫撐及斜撐均采用工字形截面，與平聯節點板的連接形式為對接，采用M24高強度螺栓連接。鋼桁外表面涂裝采用氟碳涂裝配套體系，鋼與混凝土結合面采用電弧噴鋁+封閉涂層+中間漆涂裝體系。高強度螺栓連接摩擦面，采用無機富鋅防銹防滑涂料，可視面最后一道面漆在鋼桁架設完成后涂裝。

7 結語

48 m簡支箱梁采用墩旁垂直提升站吊裝就位節段梁，TP48下承式1 700 t節段拼裝架橋機拼裝48 m節段，濕接縫現澆施工工藝，實現大梁變小梁，現澆變預制建造橋梁。施工速度快，抗風能力強，適應在濕地高位建橋。2×108 m單T剛構加勁鋼桁組合結構，采用工廠制造加勁鋼桁鋼梁桿件，橋上架設拼裝法施工。主梁采用拆卸式菱形掛藍懸臂灌注法施工，拆分式掛籃既減少了懸臂灌注施工荷載，有利于長懸臂施工線形控制，又適應加勁鋼桁下節點預埋構件安裝、精確定位。選配高性能混凝土，節段施工周期控制在10～15 d，減少了大跨預應力混凝土橋梁后期徐變引起連續梁下撓。單T剛構加勁鋼桁組合結構橋，由主要承重結構預應力混凝土梁和加勁鋼桁組合而成特殊橋梁結構，與普通梁式橋相比，結構整體剛度提高，結構徐變變形減少，改善了梁端轉角。剛構橋墩與梁固結，在強震作用下橋墩可在墩頂與墩底形成塑性鉸，抗震性提高。同時橋墩高、橋梁跨度大，完全符合環保部環評提出黃河濕地森林保護區環境保護、節能減排，以及水利部黃河水利委員會提出主河道行洪的要求。