申永利

(中國中鐵航空港建設(shè)集團有限公司,北京 100093)

1 工程概況

京滬高速鐵路禹濟特大橋穿越山東德州禹城、齊河兩縣，地處黃河河漫灘。橋梁起訖DK385+573.5～DK406+918.87，全長21.345 km。全橋孔跨布置以24、32 m的客運專線鐵路標準箱梁為主，采用特殊結(jié)構(gòu)連續(xù)梁跨越河流、道路等，但是為了不侵占小河道、溝渠和跨越鄉(xiāng)村道路等，輔以非標箱梁進行孔跨調(diào)整。其中，禹濟特大橋X42～X43號墩地處邯濟鐵路與黃河北二道堤之間，地形狹窄，為了采用特殊結(jié)構(gòu)同時跨越邯濟鐵路、黃河北二道堤，調(diào)整孔跨布置設(shè)計為29.15 m非標支架現(xiàn)澆箱梁。施工組織的箱梁架設(shè)方向為X42號指向X43號墩。

禹濟特大橋的X42、X43號墩設(shè)計均采用12根φ1.00 m、長度40 m鉆孔樁，承臺設(shè)計為底層11.0 m×8.0 m×2.0 m，二層8.0 m×4.5 m×1.5 m；墩柱設(shè)計為6.0 m×2.0 m的圓端形墩身、7.8 m×3.0 m的雙曲線墩帽，高度12.5 m。位于黃河河漫灘，地層為粉質(zhì)黏土和淤泥層，一般地下水位在地表下1 m左右。

2 箱梁施工方案比選

京滬高速鐵路禹濟特大橋X42號墩至X43號墩的29.15 m非標箱梁地處黃河河漫灘，前后方向分別為黃河北二道堤和邯濟鐵路，地形非常狹窄，材料周轉(zhuǎn)、大型設(shè)備進出場困難且墩柱高達10 m以上。綜合考慮施工風(fēng)險、技術(shù)難度、施工工期、經(jīng)營成本以及自有材料、機械設(shè)備等因素，如果1孔29.15 m非標箱梁采用支架現(xiàn)澆施工，箱梁模型、周轉(zhuǎn)材料和地基處理費用較高，并且施工場地狹窄、道路運輸困難，造成施工吊裝場地受限、風(fēng)險大，材料運輸、支架現(xiàn)澆等制約施工周期長。另外設(shè)計文件中表明也可預(yù)制架設(shè)施工，并且29.15 m非標箱梁與標準跨度箱梁體外截面尺寸相同， 在梁場采用臺座預(yù)制，可以充分利用梁場、運架設(shè)備。因此，確定采用JQ900b型架橋機進行預(yù)制架設(shè)施工。

JQ900b型架橋機設(shè)計架設(shè)梁型為20 m、24 m、32 m雙線等跨箱梁及其中任意跨度組合的變跨箱梁，29.15 m非標箱梁無法采用正常的標準工況架設(shè)。為了架設(shè)29.15 m非標箱梁，經(jīng)過咨詢架橋機設(shè)計單位、制造單位，綜合武廣、鄭西等客運專線架設(shè)箱梁的施工經(jīng)驗，擬定了3種架設(shè)方案。

2.1 架橋機1號柱后退

架橋按照架設(shè)32 m箱梁的工況進行施工，2號柱支撐于X42墩中心后方的1.9 m處，1號柱利用32 m箱梁的架設(shè)工況且向后倒退3.45 m，支撐于X43墩中心的架設(shè)前方的0.6 m處。經(jīng)過計算，由于架橋機設(shè)計在此處1號柱為作為支點，架橋機的2個鋼箱臂內(nèi)未設(shè)加勁鋼板，架橋機大臂2個鋼箱抗剪強度計算不能滿足，必須進行改造。但是，由于鋼箱焊接熱變形難以控制，并且必須返回制造單位改造，費用較高，不予考慮。

2.2 架橋機2號柱后退

架橋機架設(shè)29.15 m非標箱梁按照架設(shè)32 m箱梁的工況進行施工，1號柱支撐于X43墩中心的架設(shè)前方的0.6 m處，相應(yīng)2號柱支撐于X42墩中心后方的1.9 m向后倒退3.45 m處。由于設(shè)計時架橋機在箱梁頂面的支撐位置在梁端，但此工況與設(shè)計文件不相符，經(jīng)過使用《橋梁博士》軟件建模進行支撐2號柱的箱梁受力檢算，在箱梁的設(shè)計工況二、三情況下強度安全系數(shù)超過設(shè)計規(guī)范，并且箱梁跨中有較大的拉應(yīng)力出現(xiàn)，此方案不可行。

2.3 架橋機1號柱采用臨時支墩支撐

架橋機架設(shè)29.15 m非標箱梁按照架設(shè)32 m箱梁的工況進行施工，2號柱按照設(shè)計布設(shè)在X42墩中心的架設(shè)后方的1.9 m處，1號柱支撐于臨時支墩，臨時支墩考慮采用增設(shè)鉆孔樁基礎(chǔ)、擴展承臺、1號柱兩支點分別支撐于四肢鋼管格構(gòu)柱進行箱梁架設(shè)。

以上3種29.15 m非標箱梁預(yù)制架設(shè)的設(shè)計方案經(jīng)過計算分析、綜合考慮，確定采用第3種架設(shè)方案，具體箱梁架設(shè)立面設(shè)計見圖1。

3 施工方案設(shè)計

3.1 基礎(chǔ)設(shè)計

由于1號柱支點橫向間距為4.8 m，縱向位于X43墩前方4.05 m，正好處于底層承臺邊緣前5 cm，無法利用承臺支撐，因此，基礎(chǔ)增設(shè)2根φ1.0 m、橫向間距4.8 m、長度30 m鉆孔樁，與承臺2根鉆孔樁共同承載2個格構(gòu)柱。擴展承臺為異型，相應(yīng)的鋼筋進行延伸，檢算承臺結(jié)構(gòu)受力滿足要求。

3.2 支墩設(shè)計

根據(jù)自有材料，1號柱每個支點的支墩采用10 mm厚鋼板、φ410 mm×8 mm鋼管焊接成4肢綴板鋼管格構(gòu)柱，在相應(yīng)柱下承臺增設(shè)2層φ16 mm網(wǎng)片鋼筋。柱腳使用承臺頂面預(yù)埋1 250 mm×1 250 mm×16 mm鋼板、φ20 mm鋼筋錨固。柱頭使用[20兩層進行應(yīng)力傳遞，并在頂面和墩柱交叉焊接。

圖1 京滬高速鐵路禹濟特大橋29.15 m非標箱梁架設(shè)方案立面(單位：mm)

3.3 預(yù)壓設(shè)計

為了消除支墩的非彈性變形，檢驗支墩的強度、穩(wěn)定性是否滿足要求，在承臺內(nèi)埋設(shè)600 mm×450 mm×20 mm鋼板，打孔、錨固8根φ25 mm精軋螺紋鋼，墩頂設(shè)置2層700 mm×700 mm×16 mm鋼板傳遞壓力至格構(gòu)柱，利用支墩間隙連接φ25 mm精軋螺紋鋼進行支墩預(yù)壓。

4 施工工藝

4.1 基礎(chǔ)施工

按照設(shè)計對增設(shè)的鉆孔樁進行放樣，使用旋挖鉆成孔，吊放20 m鋼筋籠，導(dǎo)管灌注混凝土。接著整體開挖承臺基坑，制作、綁軋承臺鋼筋，安裝兩側(cè)柱角應(yīng)力擴散網(wǎng)片，安裝預(yù)壓錨固鋼板和φ25 mm精軋螺紋鋼，預(yù)埋柱腳鋼板和錨筋，立模、灌注承臺混凝土，基礎(chǔ)平面設(shè)計見圖2。

圖2 基礎(chǔ)設(shè)計平面(單位：mm)

4.2 支墩施工

首先使用8根φ410 mm×8 mm×14400 mm焊接鋼管，4根一組焊接成格構(gòu)柱，從柱腳1 m起，采用10 mm厚綴板、每隔4 m將4根鋼管交叉按照設(shè)計進行焊接成組，檢查合格。然后檢查柱腳預(yù)埋鋼板，分別吊裝每根格構(gòu)柱，柱腳對位后，校正鋼管，立即進行柱腳預(yù)埋鋼板和加勁板的焊接，接著使用型鋼把預(yù)埋在墩柱凹槽內(nèi)的鋼板和柱頂交叉焊接成整體。最后，焊接兩鋼管格構(gòu)柱之間交叉橫、斜撐，安裝焊接柱頭型鋼。對支墩的結(jié)構(gòu)尺寸、焊縫等進行檢查， 支墩施工見圖3。

圖3 支墩施工

為了確保鋼結(jié)構(gòu)的焊接質(zhì)量，邀請專業(yè)單位對整個支墩的焊接等進行超聲波探傷。

4.3 預(yù)壓檢測

預(yù)壓是為了消除支墩的非彈性變形，模擬結(jié)構(gòu)承重檢驗支墩的強度、穩(wěn)定性是否滿足設(shè)計要求。首先是接長承臺內(nèi)的預(yù)埋精軋螺紋鋼至柱頭錨墊板頂面，采用750 kN穿心千斤頂進行單根50 kN預(yù)緊，同時利用全站儀、水準儀測量臨時支墩平面、高程變形等。其次按照設(shè)計要求循環(huán)逐級加載。

架橋機1號柱支點單柱最大受力為2 442 kN，考慮1.1倍安全系數(shù)，單個臨時柱預(yù)壓荷載為2 686.2 kN，單根精軋螺紋鋼張拉力為348 kN。預(yù)壓加載分3級進行，每級每根精軋螺紋鋼加載荷載為116、232、348 kN，精軋螺紋鋼加載順序見張拉構(gòu)造板標識(圖4)，每級加載最少持荷2 h，根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)確定下級繼續(xù)加載，加載完成后持荷24 h，變形量不大于1 mm，確認支架穩(wěn)定，方可卸載，卸載同樣分為3級，分級卸載值同加載的反值，每級卸載間隔不小于30 min，同時做好記錄。同時在鋼管格構(gòu)柱上粘貼應(yīng)力感應(yīng)片，采用儀器進行應(yīng)力檢測以便復(fù)核。

圖4 預(yù)壓加載順序(單位：cm)

4.4 箱梁架設(shè)和支墩拆除

運梁車將29.15 m非標箱梁運至架梁位置，同時架橋機1號柱支撐于臨時支墩頂部，2號柱就位于X42號墩的箱梁上，將29.15 m箱梁送入架橋機下。開始按照正常的1號小車吊梁、移動箱梁、2號小車提梁、移動箱梁到安裝位置頂面、落梁、微調(diào)箱梁移動就位、錨固支座等程序進行架設(shè)，具體架設(shè)見圖5。箱梁架設(shè)完畢后，然后按照安裝逆向施工順序把鋼管支墩依次切割拆除，最后回填承臺基坑，并夯實平整。

圖5 29.15 m非標箱梁預(yù)制架設(shè)施工

5 施工監(jiān)控

5.1 監(jiān)測點布置

在X43墩每個鋼管支墩的大里程側(cè)各布置4個觀測點(圖6)，每個支墩的2個位移觀測標尺分別橫向設(shè)置于臨時支墩頂端和墩柱中間，每個支墩的2個沉降觀測塔尺分別豎向設(shè)置于臨時支墩底面，所有的標尺、塔尺和支墩固定牢固，確保不發(fā)生任何位移。

圖6 沉降、位移觀測點設(shè)置

5.2 監(jiān)控測量

為了保證臨時支墩在箱梁架設(shè)時牢固穩(wěn)定、變形可控，確保施工安全，架設(shè)箱梁中對臨時支墩的平面、高程進行監(jiān)測，通過監(jiān)測數(shù)據(jù)指導(dǎo)架梁或采取應(yīng)急措施。

首先在架橋機就位前，進行臨時墩柱的原始數(shù)據(jù)測量，將2臺全站儀和2臺水準儀分開各置于臨時支墩前方20 m遠處，每臺儀器各觀測2個標尺或塔尺，儀器對中整平，記錄原始數(shù)據(jù)。架橋機施工過程中，全站儀和水準儀同時進行監(jiān)測，監(jiān)測頻率每3 min 1次，當(dāng)累計沉降超過10 mm或發(fā)生突然沉降以及橫向位移大于3 mm時，立即通知停止箱梁架設(shè)，等穩(wěn)定后，直至相鄰2次沉降觀測小于1 mm后方可繼續(xù)進行箱梁架設(shè)。經(jīng)過施工中的監(jiān)控，箱梁安全架設(shè)到位，臨時支墩累計沉降3.2 mm、橫向位移1.1 mm，符合設(shè)計要求。

6 結(jié)語

通過對地質(zhì)條件、水文情況、氣候條件、地形條件和施工組織等分析，綜合考慮施工風(fēng)險、技術(shù)難度、施工工期、經(jīng)營成本以及自有材料、設(shè)備等因素，針對黃河淤積層地質(zhì)和高墩的特點，采用臨時樁基、擴展承臺，設(shè)計2組4肢格構(gòu)式鋼管柱作為支撐，創(chuàng)新采用JQ900b型標準箱梁架橋機成功架設(shè)29.15 m非標箱梁的施工技術(shù)。而且此施工方法實用，操作簡便，具有創(chuàng)新性，降低了施工成本，加快了工程施工進度，解決了29.15 m非標箱梁支架現(xiàn)澆施工成本高、工期長的的技術(shù)難題，受到了業(yè)主的好評。

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