京張鐵路官廳湖特大橋主橋施工方案研究

韓　巍　（中鐵大橋局集團(tuán)有限公司，湖北　武漢　430050）

京張鐵路官廳湖特大橋主橋施工方案研究

韓?。ㄖ需F大橋局集團(tuán)有限公司，湖北武漢430050）

京張客專官廳湖特大橋，全長9.07km，其中跨越官廳水庫的主橋為8-110m變截面簡支鋼桁梁。結(jié)合該橋水文地質(zhì)情況和主橋的特點，主要研究了大臨工程方案、主橋基礎(chǔ)和墩身施工方案以及上部結(jié)構(gòu)施工方案。重點論述了上部結(jié)構(gòu)施工，通過三方案比選，最終選定質(zhì)量、安全、工期有保證的頂推施工方法。

官廳湖特大橋；主橋施工；方案研究

1　工程概況

新建京張鐵路是北京至張家口的客運專線，是京津冀城際鐵路網(wǎng)的重要組成部分，最高時速350km/ h。官廳水庫特大橋位于河北省懷來縣東花園鄉(xiāng)和狼山鄉(xiāng)之間，跨越官廳水庫，與京藏高速官廳水庫大橋并行，高速公路位于線路左側(cè)，大橋位置示意圖見圖1。

圖1　官廳水庫特大橋位置示意圖

官廳水庫特大橋位于河北省懷來縣東花園鄉(xiāng)和狼山鄉(xiāng)之間，跨越官廳水庫，與京藏高速官廳水庫大橋并行，高速公路位于線路左側(cè)。橋跨布置：36-31.5m+1-23.5m+1-31.5m+1-（40+64+40）m連續(xù)梁+3-31.5m+3-23.5m+69-31.5m+1-23.5m+110-31.5m+8-110m鋼桁梁+21-31.5m+1-23.5m+1-31.5m。橋全長9077.89m。主橋為（P227～P235）8-110m簡支變截面鋼桁梁上跨官廳水庫，邊墩P227、P235分別位于水庫南、北兩岸（P227位于淺水區(qū)），主墩P228～P234為水中墩。主橋主體結(jié)構(gòu)形式見圖2。

圖2　官廳水庫特大橋主橋結(jié)構(gòu)立面示意圖（單跨）

據(jù)現(xiàn)場調(diào)查，墩位水域?qū)挾燃s800m，水深約10m，水位隨季節(jié)性變化幅度為±1m，流速較慢，利于水中墩施工。橋位處陸上土壤最大凍深0.99m，冬季水面最大冰層厚度0.66m，河床流塑性覆蓋層最大厚度2.5m。

主橋的主要結(jié)構(gòu)

①鉆孔樁

基礎(chǔ)均采用直徑φ2.5m摩擦樁。其中邊墩P227、P235設(shè)計為12根樁，水中墩P228～P234為15根。

南岸P227墩，樁長77m，北岸P235墩，樁長60m；水中墩P228～P234樁長76m～90m。

②承臺

承臺均采用矩形結(jié)構(gòu)形式。

承臺P227、P235結(jié)構(gòu)尺寸為：23.8m×17.2m×5m，單個承臺混凝土方量：2047m3；

水上承臺P228～P234為高樁承臺，承臺底距河床面高度約為2.5m，結(jié)構(gòu)尺寸為：30.4m×17.2m×5m，單個承臺混凝土方量：2614m3。

③墩身

邊墩P227、P235采用雙柱式+單柱式矩形截面橋墩，主墩P228～P234采用雙柱式矩形截面橋墩，雙柱式墩柱之間墩頂以下2.2m處設(shè)一道橫梁。墩高16.4m～20.07m，墩頂設(shè)球形鋼支座。

④上部結(jié)構(gòu)鋼桁梁

上部結(jié)構(gòu)鋼桁梁為簡支結(jié)構(gòu)，采用變高曲弦拱形桁式。拱形桁架計算跨度為108m，結(jié)構(gòu)長度為109.7m。跨中桁高19m，桁寬13.8m，節(jié)間長10.8m，支座距梁端0.85m。單孔鋼桁梁桿件重約2120t，混凝土橋面板218m3。最大單個桿件為E0、E1，重量為54t，其余桿件重量約10t～40t。

2　工程特點、重點及難點

2.1工程特點

2.1.1工程意義重大，鐵路等級高

新建京張鐵路是京津冀城際鐵路網(wǎng)的重要組成部分，對于加強(qiáng)京張兩地合作意義重大；另外這條鐵路的修建也為北京近郊城際鐵路的發(fā)展及2022年申辦冬奧會提供了交通保障。本鐵路為客運專線，最高速度按350km/h標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，鐵路等級高，施工標(biāo)準(zhǔn)高。

2.1.2橋梁結(jié)構(gòu)新穎，施工技術(shù)含量高，施工方法創(chuàng)新

官廳水庫特大橋主橋采用8跨110m變高度簡支鋼桁梁跨越官廳水庫，主橋結(jié)構(gòu)新穎，造型優(yōu)美；主橋樁、承臺和墩身位于水中，主橋采用8-110m簡支鋼桁梁橋頂推施工，施工技術(shù)含量高。

2.1.3官廳水庫風(fēng)大、溫度低，冰凍厚、主橋施工難度大

官廳水庫特大橋主橋地處張家口進(jìn)北京的“風(fēng)口”區(qū)，常年多大風(fēng)，持續(xù)時間長；冬季寒冷漫長，氣候干燥，官廳湖內(nèi)凍結(jié)深度0.98m，平均冰凍厚度0.61m，結(jié)冰期從11月中旬至第二年3月中旬，結(jié)冰期長達(dá)4個月，主橋施工難度增大。

官廳水庫特大橋主橋跨越官廳水庫，水庫屬于三級水資源保護(hù)區(qū)，環(huán)保要求非常高。

2.2工程重點及難點

①官廳水庫特大橋主橋跨越官廳水庫，水庫屬于重要水源保護(hù)區(qū)，環(huán)保要求非常高，鉆孔泥漿及基坑開挖棄土等廢渣的妥善處理為本橋施工重點。

②橋位處地質(zhì)條件較差，覆蓋層有很厚的淤泥質(zhì)黏土，地基承載力很低，岸上各項臨時設(shè)施及設(shè)備基礎(chǔ)的地基處理為本橋施工難點之一。

③橋址處風(fēng)大、頻率高，冬季氣候寒冷，各項臨時設(shè)施基礎(chǔ)防凍融破壞和大型構(gòu)件起重吊裝安全管控為施工重點。

④樁基直徑2.5m、設(shè)計樁長達(dá)90m，實際鉆孔深度約達(dá)112m，大直徑、大樁長的鉆孔樁施工為本橋施工難點之一；同時，橋梁工后沉降要求很高，樁底沉渣厚度的控制為施工重點。

⑤P228～P234墩承臺底均高于河床面約2～3m，P227、P235墩承臺底均置于淤泥質(zhì)黏土層，圍堰基底處理及封底質(zhì)量控制為本橋施工難點之一；同時，承臺厚度高達(dá)5m，大體積混凝土溫控防止開裂為施工重點。

⑥墩身高度較高，分次成型。墩身與承臺之間的齡期差、大體積砼溫控防止開裂及其外觀質(zhì)量控制為施工重點。

⑦主橋設(shè)計為8-110m簡支鋼桁梁結(jié)構(gòu)，采用頂推施工，施工過程中須將每4孔簡支鋼桁梁先形成連續(xù)結(jié)構(gòu)，然后再實施頂推，待頂推到位后再轉(zhuǎn)換成簡支體系，施工過程中結(jié)構(gòu)受力復(fù)雜、工序轉(zhuǎn)換多、工藝復(fù)雜，鋼桁梁大噸位、長距離頂推精確就位為本橋施工難點之一；鋼桁梁拼裝支架及頂推系統(tǒng)設(shè)計施工質(zhì)量控制、主體結(jié)構(gòu)的體系轉(zhuǎn)換等為施工重點；同時，鋼桁梁現(xiàn)場拼裝及防腐涂裝質(zhì)量控制為施工重點。

⑧本橋施工周期較長，期間將多次跨越冬季，須暫停施工，施工組織安排與施工工藝要求的匹配性及合理性為施工重點。

3　主要大臨方案的選擇

官廳水庫特大橋主橋跨越官廳水庫，橋梁基礎(chǔ)位于水庫中，水深約10m，橋位無通航條件，基礎(chǔ)施工時需搭設(shè)棧橋。上部結(jié)構(gòu)施工需在官廳水庫兩岸設(shè)置鋼梁存放及預(yù)拼場，并分別在引橋P218～P227和P235～P244墩之間搭設(shè)鋼桁梁拼裝支架，拼裝支架與引橋橋墩相結(jié)合，構(gòu)成鋼桁梁整體拼裝支撐體系。

根據(jù)全線工程分布及交通運輸情況，共設(shè)置2處混凝土集中拌和站。

3.1混凝土攪拌站

兩岸各設(shè)置2×HZS120攪拌站一座，北京岸攪拌站設(shè)在DK97+332線路的右側(cè)，占地約19畝；張家口岸攪拌站設(shè)在DK99+175線路的右側(cè)，占地面積約14畝。

3.2鋼筋（鋼結(jié)構(gòu)）加工場地

擬在北京岸DK97+460線路右側(cè)設(shè)置大型鋼筋（鋼結(jié)構(gòu)）加工場地，兼作材料的堆放場，占地37畝。劃分相應(yīng)的區(qū)域作為全橋需用的鋼管樁、鋼護(hù)筒、雙壁鋼圍堰等鋼結(jié)構(gòu)制作場地，劃分相應(yīng)的區(qū)域作為北京側(cè)主體結(jié)構(gòu)鋼筋加工場地。

擬在張家口岸DK99+072線路右側(cè)設(shè)置鋼筋加工區(qū)，兼作材料的堆放場，占地面積為20畝，負(fù)責(zé)張家口側(cè)主體結(jié)構(gòu)鋼筋加工場地。

3.3棧橋

橋位處官廳水庫的水域?qū)挾燃s為740m，受線路左側(cè)已有高速公路的限制，棧橋擬設(shè)置在線路的右側(cè)，棧橋采用鋼管樁+貝雷梁便橋，寬度為8m，并在主墩位處設(shè)置6×26m加寬平臺，棧橋累計長度為950m，作為各種材料、雙壁鋼圍堰分片運輸、大型機(jī)具設(shè)置的行車通道。

3.4鋼梁存放、預(yù)拼場

北京岸鋼梁存放、預(yù)拼場地設(shè)置DK97+700線路的左側(cè)，張家口岸設(shè)置在DK99+400線路的右側(cè)，各占地約12.5畝。

3.5鋼梁提升拼裝區(qū)

北京岸在DK97+930～DK98+050、張家口岸在DK99+000～DK99+120各設(shè)置2臺80t（Lp=50m）龍門吊，作為鋼梁提升拼裝的起吊設(shè)備。

3.6生活、生產(chǎn)用水

兩岸均打井取水，以供生活、生產(chǎn)用水。

3.7生活、生產(chǎn)用電

工地用電由附近高壓線路T形接入，北京岸在攪拌站側(cè)設(shè)置1000kVA+630kVA各1臺，張家口岸設(shè)置1000kVA變壓器一臺，現(xiàn)場采用架空線路沿便道布置，沿棧橋上設(shè)置電纜槽道接入主橋的各個墩位。另配備3臺350kW的發(fā)電機(jī)組作為應(yīng)急電源。

4　主要施工技術(shù)方案的選擇

4.1下部施工方案

4.1.1鉆孔樁施工

主橋鉆孔樁施工均選用KTY3000旋轉(zhuǎn)鉆機(jī)成孔。水中墩P228～P234鉆孔樁施工時采用棧橋+鉆孔平臺方案。水中墩鋼護(hù)筒防護(hù)長度約為25m。

4.1.2承臺施工

P227、P235墩陸上承臺采用拉森VI鋼板樁圍堰支護(hù)開挖。

P228～P234墩水中承臺基礎(chǔ)施工采用先平臺后圍堰施工方案。圍堰采用雙壁鋼套箱圍堰結(jié)構(gòu)，分段、分塊拼裝，之后利用鋼護(hù)筒設(shè)置提升下放裝置下放至設(shè)計位置，并澆筑封底混凝土。100t履帶吊機(jī)配合吊裝作業(yè)。

主橋大體積承臺混凝土均一次澆筑完成，注意混凝土水化熱冷凝處理。封底混凝土和承臺之間設(shè)置隔離層，橋墩施工完成后，拆除圍堰。

4.1.3墩身施工

墩身施工與承臺施工連續(xù)進(jìn)行，墩身混凝土澆筑在承臺混凝土澆筑后14d內(nèi)進(jìn)行。承臺以上10m墩身一次性澆筑完成，2節(jié)墩身之間混凝土澆筑間隔不超過3d。墩身分節(jié)段施工縫避開冰凍區(qū)。

4.2上部結(jié)構(gòu)施工

主橋上部采用8-110m簡支變截面拱形鋼桁梁結(jié)構(gòu)，拱形桁架計算跨度為108m，結(jié)合該橋水文地質(zhì)及基礎(chǔ)施工布置，提出了架梁吊機(jī)懸臂拼裝法、支架法和雙向頂推架梁三種架設(shè)方案。

4.2.1架梁吊機(jī)懸臂拼裝法

首先在首孔位置布置膺架，前4個節(jié)間采用高架龍門吊機(jī)架設(shè)，其余6個節(jié)間由架梁吊機(jī)逐節(jié)架設(shè)。其他孔跨采用臨時吊索塔架，架梁吊機(jī)架設(shè)，因該橋位于水源保護(hù)區(qū)，減少臨時墩對環(huán)境的影響，采取吊索塔架輔助，逐孔向主橋中跨推進(jìn)。方案示意見圖3。

圖3　主橋吊索塔架施工方案示意

4.2.2支架法

在橋位搭設(shè)鋼管樁支架，利用棧橋上的輪軌式動臂塔吊進(jìn)行鋼桁梁架設(shè)施工的方法。方案示意見圖4。

圖4　主橋滿布支架施工方案示意

此方案棧橋需加寬至10m，并在走行軌道底部加密布置鋼管樁，縱向鋼管樁間距擬定為4.5m，鋼管樁直徑采用φ0.8m，壁厚δ=1.5cm，縱向分配梁采用加密貝雷梁布置，以滿足自重200t輪軌式起重機(jī)承力要求。起重機(jī)底部采用門式結(jié)構(gòu)，橫橋向起重機(jī)的支腿跨度為8m，結(jié)構(gòu)內(nèi)部凈空為5×6m，棧橋上的運輸設(shè)備下穿輪軌式起重機(jī)。利用輪軌起重機(jī)打入φ1.2m鋼管樁作為支撐樁，設(shè)置在鋼梁每個節(jié)點投影點以下，每排為2根，單跨需16根鋼管樁。

4.2.3頂推施工法

主橋兩端引橋區(qū)段各設(shè)置268m拼裝支架，引橋及主橋橋墩處設(shè)置墩旁托架。采用2臺80t跨墩門吊進(jìn)行拼裝，頂推方向前端設(shè)置68m鋼導(dǎo)梁。

首次在支架上拼裝第三、四、五、六孔鋼桁梁，頂推268m。之后繼續(xù)拼裝第一、二、七、八孔鋼桁梁，頂推220m就位。方案示意見圖5。

4.2.4三種方案比較

第一方案鋼桁梁必須由設(shè)置的簡支鋼桁梁變?yōu)榕R時的連續(xù)鋼桁梁，上弦桿的曲線軸線需要增加臨時桿件變?yōu)槠较曳侥軡M足架梁吊機(jī)及吊索塔架的走行和作業(yè)。鋼梁需要設(shè)置岸上提升站提升至鐵路橋面上，通過平車運送至待架墩位進(jìn)行架設(shè)。此外吊索塔架較高，在本工程所在地區(qū)大風(fēng)天氣須對吊索塔架采取特別的錨固措施。第二方案具有拼裝過程中鋼梁受力清晰，不會破壞鋼梁的主體結(jié)構(gòu)等優(yōu)點。但是支架處水深約14m，長約900m，采用支架時間約2年，需分別經(jīng)歷1～2個冬歇和防汛期，支架帶載過冬，遇上冰凌等，存在一定工期和安全風(fēng)險。第三方案可降低施工安全風(fēng)險，提高施工效率，減短施工時間，但是同步性要求高，控制難度大。

圖5　主橋雙向頂推施工方案示意

這三種方案都是可行的，根據(jù)項目總體工期調(diào)整要求考慮主橋為32個月（不含施工準(zhǔn)備，包含3個冬季施工期），工期壓力較大，而且在水庫中滿布拼裝支架，安全風(fēng)險大，環(huán)境影響大，通過比選確定采用了第三種方案。

5　結(jié)語

特大橋施工技術(shù)復(fù)雜，施工周期長，且橋位水文地質(zhì)及施工條件各不相同，認(rèn)真做好重點項目前期施工方案，便于提前組織各類資源，做好項目成本管控，減少過程中的窩工和重復(fù)投入，保證項目建設(shè)的順利實施至關(guān)重要。

［1］王偉寧，張利英.鋼梁施工多點同步對推技術(shù)及質(zhì)量安全控制［J］.鐵道工程學(xué)報，2010（5）.

［2］高宗余，鄭州黃河公鐵兩用橋技術(shù)創(chuàng)新［J］.橋梁建設(shè)，2010（5）.

［3］許穎強(qiáng)，尹筱.鄭焦城際鐵路黃河橋鋼桁梁頂推施工控制關(guān)鍵技術(shù)［J］.世界橋梁，2014（5）.

U445.4

A

1007-7359（2016）04-0178-03

10.16330/j.cnki.1007-7359.2016.04.070

韓巍（1981-），男，畢業(yè)于西南交通大學(xué)，學(xué)士，工程師，研究方向：橋梁工程。