秦野

（中鐵十六局集團第五工程有限公司，河北 唐山 063000）

1　概述

“大跨預(yù)應(yīng)力混凝土斜拉橋綜合施工技術(shù)”依托寧夏永寧黃河公路大橋為背景，該橋全長3 743.37 m，主橋橋跨結(jié)構(gòu)布置為鉆石形雙塔雙索面斜拉橋+變截面連續(xù)箱梁。主塔為鉆石形鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，塔高102.15 m。主塔斜拉索采用扇形密索布置，梁上索距為1.5 m。斜拉索采用平行鋼絲索冷鑄錨具，預(yù)留減震裝置?；A(chǔ)為鉆孔灌注樁，樁徑2.2 m。承臺長51.08 m，寬32.5 m，厚5.0 m，整體啞鈴形，混凝土方量7 216 m3。

2　主要施工技術(shù)及施工創(chuàng)新

2.1　復(fù)雜地質(zhì)條件下深水超長樁基施工技術(shù)

大橋兩個主墩共有104根樁基，樁基直徑2.2 m，鉆孔深度93 m。在樁基施工中首次提出了采用SR360型旋挖鉆機進行主河道中大直徑深水樁基的施工，并研究設(shè)計了滿足大型鉆機要求的鉆孔平臺，保證大型設(shè)備水上安全施工。并通過對國內(nèi)不同種類的膨潤土與當(dāng)?shù)夭煌|(zhì)按不同配合比進行多次試配，試驗出了適合該項目樁基施工的優(yōu)質(zhì)泥漿，首次達到了泥漿中懸浮的細沙36 h不沉淀的效果，解決了粉細砂地層大直徑深孔樁基成孔難題，減小了樁底沉渣厚度，保證了成樁質(zhì)量[1]。

2.1.1大噸位承載力鋼棧橋及施工平臺設(shè)計

根據(jù)地勘資料分析，該地區(qū)地質(zhì)情況為飽和液化砂土，砂層呈單粒狀結(jié)構(gòu)，自穩(wěn)性差，鉆進過程中及成孔后易發(fā)生坍塌、縮徑現(xiàn)象，且鉆孔深度達93 m，成孔時間28 h。針對該工程施工特點，經(jīng)過對氣舉反循環(huán)、旋挖鉆機及其他型式鉆機性能進行對比，最終選擇采用旋挖鉆機組織施工。由于旋挖鉆機整機重量達92 t，為確保鉆機的安全，設(shè)計了承載力180 t的鋼棧橋和200 t的鉆孔平臺，既能滿足大型設(shè)備水上施工的安全，也為后續(xù)的50 m預(yù)制T梁的運輸提供了便利條件。

在平臺及棧橋設(shè)計時，采用大型有限元程序建立空間立體模型，真實地模擬了棧橋和平臺的受力狀態(tài)，保障了施工過程的安全。

2.1.2泥漿循環(huán)

跨黃河施工，對水環(huán)境保護要求極其嚴(yán)格，研發(fā)了智能泥漿循環(huán)系統(tǒng)，包括岸邊泥漿池和泥漿泵一，泥漿泵一的入口通過輸送泥漿管與岸邊泥漿池相連通，泥漿泵一的出口通過輸送泥漿管與中轉(zhuǎn)泥漿箱相連通；中轉(zhuǎn)泥漿箱內(nèi)設(shè)置有泥漿泵二，且泥漿泵二的出口通過輸送泥漿管與鉆孔樁泥漿區(qū)相連通，泥漿泵二的入口通過輸送泥漿管與中轉(zhuǎn)泥漿箱相連通；中轉(zhuǎn)泥漿箱上設(shè)有與泥漿泵一相配合的液位開關(guān)一，鉆孔樁中轉(zhuǎn)泥漿箱上設(shè)有與泥漿泵二相配合的液位開關(guān)二。該技術(shù)解決了鉆孔樁施工中泥漿循環(huán)中需要大量人工的難題，同時實現(xiàn)了泥漿長距離輸送；該技術(shù)的液位開關(guān)與泥漿泵連接，實現(xiàn)了泥漿泵隨著泥漿液面變化自動進行補漿。泥漿循環(huán)系統(tǒng)示意圖如圖1所示[2]。

圖1　泥漿循環(huán)系統(tǒng)示意圖

2.2　深水大體積承臺施工技術(shù)

承臺長 51.08 m，寬 32.5 m，厚5.0 m，整體啞鈴形，混凝土方量達7 216 m3，在主墩承臺施工中研究設(shè)計了拉森Ⅵ型鋼板樁、內(nèi)支撐及圍檁的組合圍堰體系，解決了深水大型承臺施工技術(shù)難題。提出了圍堰迎水面插打人字形防沖刷鋼管樁防護墻、拋填石籠等技術(shù)措施，解決了黃河沖刷嚴(yán)重的問題，保證了圍堰安全穩(wěn)定[3]。

2.2.1圍堰支護型式的選擇

通過對歷年來寧夏地區(qū)黃河流域所建的大橋進行調(diào)研，橋梁主墩基坑支護形式全部采用鋼套箱圍堰，并通過對鎖扣鋼管樁圍堰、雙壁鋼套箱圍堰、拉森鋼板樁圍堰三種型式進行對比，最終選擇最優(yōu)的拉森鋼板樁圍堰進行施工。

2.2.2鋼圍堰構(gòu)造及布置型式

鋼板樁采用拉森Ⅵ型鋼板樁，材質(zhì)SY295，單根長度為24 m，圍堰平面尺寸為54 m×34.8 m，共設(shè)置兩層內(nèi)支撐。第一道內(nèi)支撐圈梁采用2H 600 mm×200 mm，斜向支撐采用630 mm×10 mm鋼管，垂直對撐采用800 mm×10 mm鋼管；第二道內(nèi)支撐圈梁采用4H 600 mm×200 mm，斜向支撐及垂直對撐均采用800 mm×10 mm鋼管。為保證鋼管受力均勻，與圈梁相接觸鋼管四周需加焊加勁板，圈梁與鋼板樁之間的連接采用牛腿型式。鋼板樁圍堰總體布置圖如圖2所示。

2.3　大跨度斜拉大斜度高塔施工技術(shù)

在主塔施工中首次提出了在塔梁施工過程中設(shè)置臨時黏滯阻尼器+彈性索，解決了塔梁抗風(fēng)、抗震和位移的難題。并通過多次模擬計算，提出了液壓爬模施工大斜度索塔首次采用6 m一段分節(jié)，突破高墩施工4.5 m分節(jié)的常規(guī)技術(shù)，減少了施工循環(huán)次數(shù)，縮短了施工工期，優(yōu)化了設(shè)計，提出了主動臨時橫撐系統(tǒng)，并輔以監(jiān)控手段，控制了上、下塔柱連接部混凝土應(yīng)力，確保了大斜度高塔的施工安全和質(zhì)量[4]。

塔柱總高度為102.15 m，單座塔柱混凝土方量總計6 164 m3，通過對高墩施工工藝的深入研究，針對4.4 m×7 m截面的大斜度空心高塔，選擇液壓爬模進行施工，并通過多次模擬計算，突破高墩施工4.5 m分節(jié)的既有經(jīng)驗，采用高度6m的分節(jié)，減少了施工循環(huán)次數(shù)，有利于鋼筋配料，節(jié)約施工工期。

3　大跨度斜拉主梁冬季施工技術(shù)

3.1　暖棚設(shè)計

利用前支點掛籃，梁頂搭設(shè)巖棉彩鋼暖棚，保溫棚由棚蓋、縱梁、側(cè)圍護結(jié)構(gòu)、前圍護結(jié)構(gòu)和底圍護結(jié)構(gòu)五部分組成。其輪廓尺寸為縱向長9.44 m，橫向?qū)?8.6 m，高8.185 m，單個暖棚自重26.1 t，暖棚重量增加了掛籃設(shè)計難度。

圖2　鋼板樁圍堰總體布置圖（單位：mm）

3.2　暖棚內(nèi)供暖方式

采用4臺BV290E型熱風(fēng)機進行供暖，同時準(zhǔn)備6臺蒸汽發(fā)生器作為備用，另準(zhǔn)備220 V、40 W/m2的電熱毯對暖棚外側(cè)的預(yù)應(yīng)力管道進行加熱，電熱毯規(guī)格為0.5 m×6 m，電熱毯能使混凝土表面溫度控制在40～60℃[5]。

采用熱風(fēng)機廠家的計算標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范的計算標(biāo)準(zhǔn)分別計算，具體如下。

3.2.1需求熱量計算一（行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)計算）

棚內(nèi)需求熱量計算見表1。

表1　棚內(nèi)需求熱量計算表

熱量計算公式如下：

式中：V為需加熱區(qū)域體積；T為室內(nèi)外溫差；K為熱傳導(dǎo)系數(shù)；KW為所需暖風(fēng)機的最小輸出功率；所選熱傳導(dǎo)系數(shù)為0.5，適用于保溫效果極差的簡單建筑物；環(huán)境溫度選-30～-20℃進行計算。

結(jié)論：單臺BV290E熱風(fēng)機輸出功率為81 kW，可滿足棚內(nèi)供暖要求，棚內(nèi)需灑水養(yǎng)生。

3.2.2需求熱量計算二（暖棚法計算）

暖棚法是在混凝土結(jié)構(gòu)周圍用保溫材料搭成暖棚，在棚內(nèi)設(shè)熱風(fēng)機、安蒸汽排管或生火爐，使棚內(nèi)混凝土結(jié)構(gòu)保持在正溫下養(yǎng)護。

暖棚的熱工計算可按下式進行：

式中：Q為每立方米暖棚的耗熱量，W；Mσ為表面系數(shù)，即冷卻面與外部度量暖棚的體積之比。

式中：a為每一種保溫材料的厚度，m；λ為每一種保溫材料的導(dǎo)熱系數(shù)，W/（m·K）；Ma為混凝土結(jié)構(gòu)的表面系數(shù)，按式（4）計算。

對矩形截面的梁或柱：

對正方形截面的梁或柱：

對樓板或墻：

式中：a為梁截面的邊長；b為柱截面的邊長；d為板或墻的厚度。

所以 Mσ=2×（6+36.5）/171.9=0.5，散熱系數(shù)a=1.5，K=1/（0.043+0.75/0.04）=0.4。

結(jié)論:單臺BV290E熱風(fēng)機輸出功率為81 kW，可滿足棚內(nèi)供暖要求，棚內(nèi)需灑水養(yǎng)生。為確保棚內(nèi)溫度，每個暖棚設(shè)2臺暖風(fēng)機進行供暖，在棚內(nèi)掛設(shè)濕度檢測儀，中箱布置1臺48 kW蒸汽發(fā)生器，并備用4臺蒸汽發(fā)生器，適時調(diào)整棚內(nèi)濕度。

4　結(jié)語

綜上所述，大跨預(yù)應(yīng)力混凝土斜拉橋綜合施工技術(shù)在永寧黃河公路大橋的成功應(yīng)用，實現(xiàn)了全橋施工工期提前一個月、質(zhì)量驗收一次通過的良好結(jié)果，并已在寧夏回族自治區(qū)內(nèi)推廣應(yīng)用。隨著國內(nèi)外基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的蓬勃發(fā)展，在西部大開發(fā)的國家發(fā)展戰(zhàn)略和國家“一帶一路”倡議的引領(lǐng)下，大跨度斜拉橋的修建會越來越多。該研究成果具有深遠的推廣前景，對同類的公鐵路橋梁建設(shè)具有很好的指導(dǎo)意義。