渝黔鐵路新白沙沱長江特大橋主橋施工技術*

幸思佳,沈 炫

(1.中鐵大橋局集團有限公司,湖北 武漢 430050;2.湖北工業大學土木建筑與環境學院,湖北 武漢 430068)

1 工程概況

渝黔鐵路新白沙沱長江特大橋位于重慶市江津區,跨越長江白沙沱河段,是重慶至貴陽鐵路擴能改造項目跨越長江的重要通道和關鍵控制性工程[1-2]。該橋主橋為雙層6線雙塔雙索面連續鋼桁梁斜拉橋,主橋跨徑布置為(81+162+432+162+81)m(見圖1),斷面上層四線為兩線渝黔客運專線和兩線渝湘預留線,下層為兩線渝黔貨運專線[1,3],如圖2所示。

圖1 渝黔線新白沙沱長江特大橋主橋布置(單位:m)

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

2 總體施工方案

新白沙坨長江特大橋是世界上跨度最大、荷載最重的I級鐵路橋[4],主墩位于長江河槽內,該施工區域河床無覆蓋層,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。針對大橋現場施工條件復雜、技術難度大特點,經過方案比選,制定了主橋總體施工方案。特大橋主墩基礎均采用先搭設鉆孔平臺、后安裝雙壁鋼套箱圍堰的方案,其中3號墩所在區域河床巖面高差大,需首先進行爆破清方[5-7];主塔施工中,塔柱標準節段長6m,下塔柱采用勁性骨架結合翻模法施工,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澆施工。鋼桁梁施工中,考慮對既有鐵路線的影響,重慶側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;貴陽側鋼桁梁采用雙懸臂架設。鋼桁梁采用適配法合龍,以減小桁架桿件內力產生[10]。

3 主塔施工技術

3.1 2號主塔基礎施工

2號墩為重慶側主塔墩,基礎為32根φ3.2m鉆孔灌注樁,承臺尺寸為64.4m×31.3m×6m,承臺底標高為182.172m。墩位位于河床內,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性,采用先平臺后圍堰方案,平臺兼作物料存放平臺。鉆孔灌注樁利用6臺KTY-4000型鉆機采用氣舉反循環施工,分6輪次完成,平臺上設置2臺80t門式起重機輔助[11]。

基礎圍堰為雙壁鋼套箱圍堰,圍堰外部尺寸為67.6m×34.5m×11m,圍堰單元為工廠預制,由船運至鉆孔平臺后利用門式起重機拼裝。考慮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號墩鄰近既有成渝鐵路,為保證既有鐵路安全運行,采用抗滑樁板墻對主墩邊跨側進行防護[12]。

3.2 3號主塔基礎施工

3號墩為貴陽側主塔墩,基礎采用36根φ3.2m鉆孔灌注樁,最大樁長為79m,承臺尺寸為64.4m×31.3m×6m,同樣采用先平臺后圍堰施工方案。由于承臺區域河床均為弱風化泥巖夾砂巖,巖面傾斜角度大,且承臺范圍內有1/3面積嵌入礁石內,基礎施工前必須進行爆破清方作業。水下爆破在鉆爆船完成施工后進行分段微差爆破,并通過設置減振孔以減小爆破對既有渝黔鐵路線以及周邊居民區的影響[13-14]。

鉆孔平臺為鋼桁架結構,在河床爆破施工期間同步進行鉆孔平臺拼裝,由2艘1 000HP(1HP=735W)拖輪將拼裝好的平臺托運至3號墩墩位處,利用平臺錨碇系統進行精確定位后,平臺作為浮式平臺導向插打8根支撐樁,隨后采用DZJ480,DZ120振動打樁機及150t浮式起重機同步施工門架樁及12根鋼護筒。首批8根支撐樁鋼護筒插打施工完成后,進行沖擊鉆成孔,達到6m嵌巖深度后再澆筑混凝土,形成穩定支撐樁,隨后利用支撐樁上提升系統將平臺整體提升至設計標高,并施工剩余支撐樁。平臺通過掛樁梁與支撐樁形成整體,保證了平臺度汛的安全性。鉆孔灌注樁施工采用3臺KP4000型、6臺KTY4000型鉆機成孔,利用85t門式起重機及浮式起重機下放鋼筋籠后,采用垂直導管法灌注C40水下混凝土成樁。

3號墩圍堰尺寸為70.6m×34.5m×19m,豎向分為3節,除頂節為單壁鋼圍堰外,其余2節均為雙壁鋼圍堰,圍堰施工與鉆孔灌注樁施工同步進行。圍堰施工前首先在鋼護筒上焊接圍堰拼裝平臺,并在鉆孔平臺下方設置工字鋼作為圍堰拼裝導軌[15]。底節圍堰單元由浮式起重機吊至拼裝導軌覆蓋區,并通過電動葫蘆將圍堰各單元安裝至設計位置后進行拼裝焊接。底節圍堰拼裝完成后,通過吊掛系統吊起圍堰,拆除拼裝平臺,下放圍堰使其懸浮于水面,并在懸浮的底節圍堰上拼接第2節圍堰。

圍堰拼接完成后向圍堰內注水,使圍堰下沉著床。由于圍堰區域河床經爆破處理后仍存在較大高差,為保證圍堰施工效果,需根據水下河床標高測量結果設置圍堰、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,拋填后河床標高不得高于封底混凝土底面標高。圍堰封底完成后,安裝頂節圍堰,并將鉆孔平臺局部切割后整體下放作為圍堰內撐進行承臺施工,承臺澆筑工藝與2號墩相同。3號墩采用的圍堰與鉆孔灌注樁同步施工技術,與常規施工工藝相比,基礎施工工期縮短3個月。圍堰布置如圖3所示。

3.3 主塔施工

該橋主塔均為H形鋼筋混凝土結構,由塔座及塔身組成,塔身被2層橫梁分為3節。2號塔高為175.45m,3號塔高為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,施工標準節段高度為6m。下橫梁為預應力混凝土結構,采用落地式現澆支架施工,現澆支架主要由鋼管立柱+桁架梁組成,其中桁架梁為重復利用的鉆孔平臺鋼桁梁(見圖4),下橫梁澆筑施工與同一高度范圍內塔柱同時進行。混凝土達到設計強度的90%后,采用兩端張拉工藝進行預應力張拉施工。

圖4 橫梁現澆支架

中塔柱及上塔柱均采用爬模施工。上橫梁采用非落地式現澆支架施工,其現澆支架牛腿預埋于塔柱上,支架主梁同樣為鉆孔平臺鋼桁梁。上塔柱為斜拉索錨固區,采用預應力混凝土結構。為避免斜拉索與索道管口發生碰撞,索道管的定位采用三維坐標一體化方法[16],施工時通過定位架進行調整。上塔柱混凝土達到施工強度后采用HSD型穿心式低回縮張拉千斤頂配套新型張拉撐腳進行張拉施工,簡化了二次張拉工藝,提高了張拉效率。

4 主橋上部結構施工技術

4.1 重慶側鋼桁梁施工

重慶側邊跨鋼桁梁跨既有川黔線、成渝線和小梨線,為降低邊跨施工對鐵路運營的影響,1～2號墩部分鋼梁采用無導梁頂推施工[17-19]。頂推施工前需在2號墩下橫梁上設置架梁吊機站位支架和架梁吊機,并設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號墩旁,由鋼管立柱、格構式立柱、分配梁、滑道梁、滑座、頂推系統及三向位移調整裝置等組成;支架D位于邊跨側,由鋼管立柱、鉆孔灌注樁基礎組成,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。頂推施工時由架梁吊機在支架A～C上完成7.5個節間鋼桁梁拼裝,隨后采用水平千斤頂液壓同步控制系統進行多點同步頂推,分3次將鋼梁頂推過既有線后,再縱移2次實現鋼桁梁就位。

圖5 鋼桁梁頂推施工布置

重慶側邊跨剩余鋼桁梁采用支架散拼法架設,鋼桁梁桿件由設置于A18,A19節處提升站運輸至上橋面,然后由運梁車轉運后采用架梁機進行拼裝。重慶側主跨則采用單懸臂架設12個節間鋼桁梁。

4.2 貴陽側鋼桁梁施工

貴陽側鋼桁梁首先施工3號墩墩頂6個節間鋼桁梁,考慮到現場施工無法使用大型浮式起重機及傳統雙側墩旁托架工程量大的不足,提出采用單側墩旁托架進行施工。施工主要步驟為:首先利用塔式起重機在3號墩下橫梁上拼裝吊機站位支架,并在站位支架上安裝架梁吊機,墩旁托架通過預埋件和錨拉裝置與下橫梁連接,保證其穩定性,托架上安裝滑道梁用以鋼桁梁節段滑移;托架施工完成后,利用架梁吊機首先架設第2節間鋼桁梁,架梁吊機行走至第2節間鋼桁梁施工第3～4節間鋼桁梁;隨后利用架梁吊機架設第1節間鋼桁梁,并拼裝邊跨側架梁吊機;最后利用邊跨側架梁吊機施工第5～6節間鋼桁梁。懸臂施工布置如圖6所示。其余鋼桁梁則利用2臺架梁機進行雙懸臂對稱架設。

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聚酯帶,外包雙層高密度聚乙烯護套,2層PE護套間設置隔離層。斜拉索掛設施工流程為:梁端、塔端牽引設備安裝→索盤倒運及吊裝上橋→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進行,根據最大規格斜拉索設計噸位,選擇相應級別的張拉千斤頂,全橋共8臺,每塔用4臺,按主、邊跨同號,上、下游同位,4臺張拉千斤頂同時對稱張拉。根據本橋斜拉索結構特點,現場對張拉撐腳結構形式進行優化,創新設計了8套750t級張拉撐腳(見圖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

合龍段設置于中跨近2號主墩A33～A34節間處,合龍點共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制,另一端現場鉆孔,為便于調整拼裝偏差,現場鉆孔拼板均比設計長度增加5cm[10]。

合龍選擇在溫度變化較小的夜間完成。合龍施工時,首先解除3號墩臨時約束,利用支座鉸座和鋼梁阻尼器進行縱向頂推,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;然后通過調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,根據斜桿合龍口處拼縫寬度在拼接板上現場鉆孔,完成斜桿合龍,實現主梁精確合龍。經現場測量,鋼桁梁合龍誤差僅6mm。

5 結語

渝黔鐵路新白沙沱長江特大橋為雙層6線雙塔雙索面連續鋼桁梁斜拉橋,施工條件復雜,建設難度大。主墩施工均采用先平臺后圍堰施工方案,其中3號墩利用多功能水上鉆孔平臺進行圍堰拼裝,使鉆孔樁與圍堰同步施工,有效縮短了基礎施工工期3個月,減小了汛期對基礎施工的影響;主塔現澆施工中,橫梁澆筑利用水上鉆孔平臺鋼桁架作為支架主梁,實現了施工輔助設備倒用,節約了施工成本;上部結構施工中,重慶側邊跨鋼桁梁采用部分頂推施工,有效降低了邊跨施工對鐵路運營的影響;貴陽側主墩墩頂鋼桁梁采用單側墩旁托架施工,克服了無法使用大型浮式起重機及常規雙側墩旁托架工程量大的不足;斜拉索施工創新設計了張拉撐腳,取得了良好張拉效果;中跨合龍采用適配法施工,實現了鋼桁梁高精度合龍。該橋多項先進施工技術,在施工過程中取得了良好效果,為我國同類型橋梁建設積累了寶貴經驗。該橋于2018年1月正式通車至今,運營狀況良好。