蘇迎瑞,李金恒,李 剛

(中國水利水電第八工程局有限公司，湖南長沙 410004)

我國西南地區(qū)高山峽谷綿延、場地狹小、河深水急、地形地質條件復雜，春夏季常有大風，在這樣的地區(qū)建橋有一定的困難。連續(xù)剛構橋具有跨越能力大、行車舒適、無需大型支座、橫橋向抗扭剛度大、順橋向抗推剛度小、后期維護工作量小等特點，在西南地區(qū)越來越多的被采用。因其橋型特點，施工中往往伴隨跨線、高墩、大跨徑、線型控制等系列難題，對其關鍵技術的研究有顯著的現實意義。

1 項目概況

貴龍縱線二期工程是貴陽市貴龍城市經濟帶路網規(guī)劃縱向干道，位于貴州省黔東南州龍里縣西區(qū)，其控制性工程沙坡大橋全長700 m，跨徑組合為(2×40 m)連續(xù)T梁+(50 m+3×85 m+50 m)連續(xù)剛構+(40 m+65 m+40 m)連續(xù)剛構+(3×40 m)連續(xù)T梁，橋梁全寬32 m，分左右幅，兩聯連續(xù)剛構橋采用雙肢薄壁墩(圖1)。結合現場環(huán)境和橋型特點，綜合分析其施工重難點如下。

圖1 沙坡大橋橋型(單位：m)

(1)一橋跨四線、環(huán)境復雜、安全風險高。橋梁位于溝谷之中，從北向南依次跨越貴廣高鐵、滬昆鐵路、龍南鐵路和廈蓉高速4條東西走向的重要交通線路，建設期間不能中斷交通。既有線施工必須采取可靠措施，確保施工安全和鐵路、公路順利通行。

(2)柔性高墩、連續(xù)大跨度、施工難度大。主橋4#橋墩高達78.2 m，兩聯連續(xù)剛構橋首尾相接，柔性高墩、大跨連續(xù)梁在跨越多線的環(huán)境中技術措施要求更可靠，質量控制難度更大，環(huán)境保護要求更高。

(3)設備眾多、交叉作業(yè)、組織管控難度大?，F場布置10臺塔吊、4臺電梯、16套爬模、16套托架、24只掛籃、3套防護棚架等大型設備和臨時設施，如何實現資源有序組織、實施過程有效管控也是本項目的難點和重點。

2 總體施工方案

經過充分研究設計文件和多次實地勘察，結合周邊資源情況，擬定總體施工方案如下：下部結構采用多工作面分段、“大平行小流水”的施工方法，平行施工，重點投入，樁基礎采用沖擊鉆、旋挖鉆、人工水磨鉆相結合；高墩采用泵送混凝土液壓爬模分段澆注；0#塊采用型鋼斜撐懸臂式托架一次澆筑成型，懸臂段采用菱形掛籃懸臂澆筑，邊跨現澆直線段采用懸臂式三角托架施工，合龍段施工采用臨時鋼支撐鎖定，吊架法施工，從邊跨向中跨依次對稱合龍(圖2、表1)。

圖2 施工總平面

3 鄰近既有線高墩施工關鍵技術

沙坡大橋3#、4#墩鄰近滬昆鐵路，5#、6#墩鄰近龍南鐵路，8#墩鄰近貴都高速公路，經比選分析，均采用半封閉式防墜落液壓爬模進行墩身施工，并在既有線上設置防護棚。

表1 主要施工機械設備

3.1 半封閉式防墜落液壓爬模

該爬模系統(tǒng)基本組成分為預埋件系統(tǒng)、爬升系統(tǒng)、模板系統(tǒng)、操作平臺系統(tǒng)。自爬模的頂升運動通過液壓油缸對無縫鋼管導軌和爬架交替頂升來實現，無縫鋼管導軌從爬架下架體立桿中穿過，二者之間通過液壓千斤頂相互作用(圖3)。

圖3 半封閉式防墜落液壓爬模

施工流程：安裝埋件→澆筑混凝土→拔出錐銷拆?！惭b掛板并插入錐銷錨固→安裝爬架→安裝短邊安全橫梁及保險楔、安裝圍圈端頭拉桿并加固→支模安裝埋件澆筑混凝土→拔出錐銷拆?！惭b掛板并插入錐銷錨固→安裝受力吊桿→爬升→循環(huán)作業(yè)。

半封閉式防墜落液壓爬模有如下顯著特點

(1)施工裝拆快捷，可有效縮短工期。

(2)模板強度高、剛度大、穩(wěn)定性好，脫模后混凝土表面平整度高、精度高。

(3)以液壓千斤頂為動力的新型提升設備,具有重量輕，體積小，操作簡便，使用靈活，起重量大，提升高度高等特點。

(4)采用自鎖系統(tǒng)，內置卸壓閥防止過載，在除去油壓時仍可支持重物，使負載更安全，模板四邊安裝防墜保險楔緊貼墩身墻面，依靠保險楔與墩身墻面之間產生的摩擦力起到安全防護作用。

(5)液壓爬模施工安全可靠，特別是鄰近既有線、旁邊鄰近建筑物施工，避免高空吊、拼模板，安全施工進一步保障。

3.1.1 爬模計算

爬模計算的主要內容包括以下5點：

(1)計算模板自重及施工活載作用在架體上，架體各部件的強度、剛度，預埋件的強度是否足夠。

(2)主平臺架穩(wěn)定性驗算。

(3)主三角架穩(wěn)定性驗算。

(4)圍圈桁架計算。

(5)模板受力計算。

計算采用MIDAS Civil有限元計算軟件，分施工、爬升、停工三種工況進行計算，計算模型和部分計算結果見圖4。

圖4 施工工況應力(單位：N/mm2)

經計算驗證，爬模的爬架、鋼模板(面板、豎肋、背肋)、拉錨桿、爬錐等構件均能滿足規(guī)范要求，爬模結構安全可靠。

3.1.2 既有線防護

3#～6#、8#墩鄰近鐵路、高速既有線，采取設置硬性隔離網、搭設防護棚架、交通組織分流的防護方案，施工中充分做好組織協(xié)調工作，使之與相關鐵路、公路間的干擾降至最低(圖5)。

圖5 跨龍南鐵路防護棚

3.1.3 墩間系梁異步施工

沙坡大橋3#～6#主墩采用雙肢墩，在墩柱半腰處由一道中系梁連接，中系梁截面尺寸6.5 m×5 m×1.8 m。采用墩身、系梁同步施工需對爬模進行改造，投入大、耗時長，異步施工采用在墩柱上預留鋼箱孔，爬模模板拆除后搭設支撐平臺施工系梁。墩肢爬模不受系梁影響可以一次性爬升到位，減少了拼裝及模板周轉，保障高墩施工的外觀質量，同時又加快了高墩施工的速度，有良好的經濟效益(圖6)。

圖6 墩間系梁異步施工

3.2 鄰近既有線0#塊施工技術

沙坡大橋3#～6#、8#、9#墩均為臨近既有線高墩，3#～6#墩0#塊混凝土量357 m3，8#、9#墩0#塊混凝土量233 m3，均采用托架法一次澆筑成形。

3.2.1 托架設計

托架采用2I36b作主梁，與墩柱內預埋鋼板焊接，下加斜撐形成三角托架體系，兩側翼緣板采用鋼管支架支撐(圖7)。

圖7 0#托架結構

3.2.2 托架預壓

0#塊托架預壓模擬箱梁荷載分布情況分區(qū)進行加載，直腹板部分采用在承臺內埋設JL32精軋螺紋鋼筋，用φs15.2鋼絞線與設置在托架腹板位置的千斤頂連接，通過張拉反壓來模擬加載，頂底板及翼緣部分采用鋼筋等堆載預壓，按結構總重的1.2倍分級加載(表3)。

3.2.3 托架計算

根據0#塊荷載分析，采用Midas civil建立托架計算模型，分別對托架各構件進行計算分析(圖8、表4)。

表3 0#塊預壓部分分解

圖8 0#托架計算模型

表4 托架主要構件計算應力

并對托架各構件撓度、穩(wěn)定性進行計算，綜合模板和鋼管支架計算結果，托架各構件強度、剛度、穩(wěn)定性均滿足規(guī)范要求。

4 跨既有線掛籃懸澆施工關鍵技術研究

沙坡大橋箱梁采用菱形掛籃懸澆施工，3#～6#每個墩上懸澆箱梁分10個節(jié)段施工，8#、9#墩分7個節(jié)段施工，全橋計劃投入12套掛籃施工，左右幅的掛籃懸澆錯開2～3個節(jié)段。

4.1 掛籃

掛籃采用專業(yè)制造單位研制加工的先進成套掛籃，包括主桁系統(tǒng)、底籃系統(tǒng)、懸吊系統(tǒng)、錨固系統(tǒng)和行走系統(tǒng)。桁架是掛籃的主要受力結構，由2榀菱形主桁架、橫向聯結系組成。2榀主桁架中心間距為7.2 m，中心高4.0 m，每榀桁架前后節(jié)點間距均為5.0 m，總長10.3 m。其由底模板、縱梁和前后橫梁組成，底模板采用大塊鋼模板。底模前后橫梁各設8個吊點，吊點均采用Φ32 mm精軋螺紋鋼筋。錨固系統(tǒng)設在2榀主桁架的后節(jié)點上，共2組，每組錨固系統(tǒng)包括2根后錨上扁擔梁、4根預埋精軋螺紋鋼筋。走行系統(tǒng)包括墊梁、軌道、前支座、后支座、內外走行梁、滾輪架、牽引設備(圖9)。

圖9 菱形掛籃施工1#節(jié)段

4.2 掛籃安全防護

為確保掛籃懸澆施工和鐵路、公路行車安全，結合菱形掛籃的結構特點，對掛籃采用全封閉防護。將掛籃底面、前面、兩側面全部封閉，對已澆筑節(jié)段掛籃后錨范圍內進行全封閉，防止節(jié)段施工及掛籃走行期間雜物或構件掉落到路面，對既有線路造成行車安全(圖10)。

圖10 掛籃側面全封閉防護示意

4.3 掛籃預壓

通過模擬掛籃在懸臂施工時的加載過程來分析、驗證掛籃主桁片及其附屬結構的彈性變形，消除其非彈性變形，通過其規(guī)律來指導掛籃施工中模板的預拱度值及其混凝土分層澆注的順序。

采用千斤頂反張拉方式進行掛籃預壓，模擬掛籃前吊桿合力值達到各澆筑節(jié)段工況下吊桿出現的最大合力值。預壓過程按理論計算反拉力的10 %、50 %、100 %、120 %分級張拉，按100 %、50 %、10 %、空載分級卸載，并同步測量掛籃各測點變形情況。掛籃測點布置于主桁后錨、主桁前支點、主桁前上橫梁位置、掛籃底籃前托梁等位置。

掛籃拼裝完成后，在掛籃底籃上及承臺頂各設置一組橫向分配梁，對應于掛籃左右主桁架位置分別設置一束鋼絞線，鋼絞線下端與承臺頂分配梁錨固，上端設置張拉千斤頂，形成反張拉結構體系。通過鋼絞線張拉，張拉力由掛籃底籃上分配梁傳遞至掛籃底縱梁，再由掛籃底縱梁傳遞至掛籃底籃前托梁，最后傳遞至掛籃前吊桿系統(tǒng)及主桁系統(tǒng)(圖11)。

圖11 掛籃預壓布置

4.4 掛籃計算

根據掛籃構件承載部位和箱梁截面特點，經比較分析選取受力最不利節(jié)段1#、4#和7#塊為計算節(jié)段，分節(jié)段混凝土澆筑工況和掛籃走行工況，分別校核兩種工況下掛籃相關構件的強度、剛度和穩(wěn)定性(圖12、圖13)。

圖12 后橫梁加載及應力

圖13 菱形桁片加載及應力

經計算分析得出結論如下：

(1)底籃縱梁、底籃橫梁、內外導梁及前上橫梁在掛籃澆筑狀態(tài)下，強度、剛度、穩(wěn)定性均滿足規(guī)范要求。

(2)主桁及其后錨固系統(tǒng)在混凝土澆筑狀態(tài)受力滿足規(guī)范要求，后錨筋抗傾覆安全系數大于2。

(3)在掛籃走行工況下，底籃橫梁、內外導梁、軌道及滿足受力均滿足規(guī)范要求，軌道后錨筋在走行狀態(tài)下抗傾覆安全系數大于2。

(4)掛籃吊桿在混凝土澆筑和走行工況下受力滿足規(guī)范要求，各部分銷軸抗剪滿足規(guī)范要求。

(5)掛籃前端總變形量(含吊桿)為20 mm，滿足規(guī)范要求。

5 BIM技術應用

利用BIM技術建立包含沙坡大橋、三條鐵路、一條公路及橋位處地形地貌等綜合模型，對高墩施工、掛籃走行等過程進行動態(tài)演練，進行可視化交底和指導現場施工(圖14)。

圖14 沙坡大橋BIM模型

6 研究成效

通過對貴龍縱線沙坡大橋橋梁大型臨時設施布置方案優(yōu)化、鄰近鐵路、高速公路的高墩、0#塊施工，跨越鐵路、公路的掛籃懸澆施工及安全技術措施、安全應急管理等關鍵技術研究，解決了一系列現場復雜的技術和安全管理難題，經濟效益顯著。半封閉式防墜落液壓爬模及防護棚綜合技術解決了鄰近既有線高墩施工難題，全部鄰近既有線橋梁提前一個月完成了全部既有線墩身施工，安全高效；0#塊采用組合式壓重技術解決了高墩壓重吊裝復雜、效率低、周期長等技術難點，單個橋墩較常規(guī)的砂袋壓重縮短一周時間，全橋12個0#塊合計節(jié)約時間84 d；采用全封閉式掛籃、防護棚組合式防護，掛籃走行選擇要點施工，既保障了鐵路、高速公路正常運營，也為正常施工創(chuàng)造了條件，保證了懸澆施工安全、有序，經濟效益顯著。

7 結束語

隨著我國經濟的飛速發(fā)展，對交通建設的要求越來越高，尤其對西南地區(qū)及偏遠地區(qū)而言，交通已成為制約這些地區(qū)經濟發(fā)展的瓶頸，對該地區(qū)常用薄壁高墩連續(xù)剛構橋型施工關鍵技術的深入研究有現實而深遠的意義。沙坡大橋以其一橋跨四線的顯著特點，兼具環(huán)境復雜、柔性高墩、多跨長橋、跨線防護等諸多特點，是該類橋梁的典型代表。通過對沙坡大橋前述施工關鍵技術的研究及成功應用，為后續(xù)類似橋梁在高墩大跨和既有線施工等方面提供了經驗借鑒，具有很好的推廣價值和廣闊的應用前景。