渝黔铁路新白沙沱长江特大桥主桥施工技术*

幸思佳,沈 炫

(1.中铁大桥局集团有限公司,湖北 武汉 430050;2.湖北工业大学土木建筑与环境学院,湖北 武汉 430068)

1 工程概况

渝黔铁路新白沙沱长江特大桥位于重庆市江津区,跨越长江白沙沱河段,是重庆至贵阳铁路扩能改造项目跨越长江的重要通道和关键控制性工程[1-2]。该桥主桥为双层6线双塔双索面连续钢桁梁斜拉桥,主桥跨径布置为(81+162+432+162+81)m(见图1),断面上层四线为两线渝黔客运专线和两线渝湘预留线,下层为两线渝黔货运专线[1,3],如图2所示。

图1 渝黔线新白沙沱长江特大桥主桥布置(单位:m)

新白沙沱长江特大桥主塔与主梁采用塔墩固结、塔梁分离体系。主塔为H形钢筋混凝土结构,基础均为φ3.2m钻孔灌注桩。主梁采用双主桁、平弦等高度连续钢桁梁,横向由上层桥面、下层桥面、主桁竖杆及横向联结系等组成框架结构;上层桥面为正交异性钢桥面板,下设板式加劲肋;下层桥面为道砟槽板+纵横梁体系,在每条铁路下设置2道纵梁,间距为2m,沿纵桥向每隔6个节间(长81m)设置1个制动架。斜拉索布置为平行的扇形双索面,全桥共56组斜拉索,单个锚固点布置2根斜拉索,斜拉索梁端锚固采用锚拉板结构,塔端锚固采用混凝土锚块,并在锚固区设置低回缩预应力体系。

2 总体施工方案

新白沙坨长江特大桥是世界上跨度最大、荷载最重的I级铁路桥[4],主墩位于长江河槽内,该施工区域河床无覆盖层,岩面裸露,施工期间水位变化大且水流急,此外大桥还跨越既有铁路。针对大桥现场施工条件复杂、技术难度大特点,经过方案比选,制定了主桥总体施工方案。特大桥主墩基础均采用先搭设钻孔平台、后安装双壁钢套箱围堰的方案,其中3号墩所在区域河床岩面高差大,需首先进行爆破清方[5-7];主塔施工中,塔柱标准节段长6m,下塔柱采用劲性骨架结合翻模法施工,中塔柱和上塔柱均采用爬模施工,主塔横梁均采用支架法现浇施工。钢桁梁施工中,考虑对既有铁路线的影响,重庆侧边跨施工采用部分顶推+散拼施工方案[8-9],主跨钢桁梁采用单悬臂架设;贵阳侧钢桁梁采用双悬臂架设。钢桁梁采用适配法合龙,以减小桁架杆件内力产生[10]。

3 主塔施工技术

3.1 2号主塔基础施工

2号墩为重庆侧主塔墩,基础为32根φ3.2m钻孔灌注桩,承台尺寸为64.4m×31.3m×6m,承台底标高为182.172m。墩位位于河床内,5年一遇枯水期最高水位为178.000m左右,因此墩位处部分河床在枯水期露出河床面,为保证主墩桩基施工的连续性,采用先平台后围堰方案,平台兼作物料存放平台。钻孔灌注桩利用6台KTY-4000型钻机采用气举反循环施工,分6轮次完成,平台上设置2台80t门式起重机辅助[11]。

基础围堰为双壁钢套箱围堰,围堰外部尺寸为67.6m×34.5m×11m,围堰单元为工厂预制,由船运至钻孔平台后利用门式起重机拼装。考虑到墩位处河床枯水期露出水面,主墩围堰采用先干法浇筑封底混凝土后在封底混凝土顶面拼装双壁钢围堰的组合围堰方案。此外,由于2号墩邻近既有成渝铁路,为保证既有铁路安全运行,采用抗滑桩板墙对主墩边跨侧进行防护[12]。

3.2 3号主塔基础施工

3号墩为贵阳侧主塔墩,基础采用36根φ3.2m钻孔灌注桩,最大桩长为79m,承台尺寸为64.4m×31.3m×6m,同样采用先平台后围堰施工方案。由于承台区域河床均为弱风化泥岩夹砂岩,岩面倾斜角度大,且承台范围内有1/3面积嵌入礁石内,基础施工前必须进行爆破清方作业。水下爆破在钻爆船完成施工后进行分段微差爆破,并通过设置减振孔以减小爆破对既有渝黔铁路线以及周边居民区的影响[13-14]。

钻孔平台为钢桁架结构,在河床爆破施工期间同步进行钻孔平台拼装,由2艘1 000HP(1HP=735W)拖轮将拼装好的平台托运至3号墩墩位处,利用平台锚碇系统进行精确定位后,平台作为浮式平台导向插打8根支撑桩,随后采用DZJ480,DZ120振动打桩机及150t浮式起重机同步施工门架桩及12根钢护筒。首批8根支撑桩钢护筒插打施工完成后,进行冲击钻成孔,达到6m嵌岩深度后再浇筑混凝土,形成稳定支撑桩,随后利用支撑桩上提升系统将平台整体提升至设计标高,并施工剩余支撑桩。平台通过挂桩梁与支撑桩形成整体,保证了平台度汛的安全性。钻孔灌注桩施工采用3台KP4000型、6台KTY4000型钻机成孔,利用85t门式起重机及浮式起重机下放钢筋笼后,采用垂直导管法灌注C40水下混凝土成桩。

3号墩围堰尺寸为70.6m×34.5m×19m,竖向分为3节,除顶节为单壁钢围堰外,其余2节均为双壁钢围堰,围堰施工与钻孔灌注桩施工同步进行。围堰施工前首先在钢护筒上焊接围堰拼装平台,并在钻孔平台下方设置工字钢作为围堰拼装导轨[15]。底节围堰单元由浮式起重机吊至拼装导轨覆盖区,并通过电动葫芦将围堰各单元安装至设计位置后进行拼装焊接。底节围堰拼装完成后,通过吊挂系统吊起围堰,拆除拼装平台,下放围堰使其悬浮于水面,并在悬浮的底节围堰上拼接第2节围堰。

围堰拼接完成后向围堰内注水,使围堰下沉着床。由于围堰区域河床经爆破处理后仍存在较大高差,为保证围堰施工效果,需根据水下河床标高测量结果设置围堰、低刃脚插板,并在围堰着床后采用抛填碎石堵漏及平整河床,抛填后河床标高不得高于封底混凝土底面标高。围堰封底完成后,安装顶节围堰,并将钻孔平台局部切割后整体下放作为围堰内撑进行承台施工,承台浇筑工艺与2号墩相同。3号墩采用的围堰与钻孔灌注桩同步施工技术,与常规施工工艺相比,基础施工工期缩短3个月。围堰布置如图3所示。

3.3 主塔施工

该桥主塔均为H形钢筋混凝土结构,由塔座及塔身组成,塔身被2层横梁分为3节。2号塔高为175.45m,3号塔高为192.45m。主塔塔座混凝土约4 880m3,按大体积混凝土施工方法一次浇筑完成,浇筑前需预埋下塔柱钢筋及施工用劲性骨架。

下塔柱为双室空心矩形变截面,采用翻模法施工,施工标准节段高度为6m。下横梁为预应力混凝土结构,采用落地式现浇支架施工,现浇支架主要由钢管立柱+桁架梁组成,其中桁架梁为重复利用的钻孔平台钢桁梁(见图4),下横梁浇筑施工与同一高度范围内塔柱同时进行。混凝土达到设计强度的90%后,采用两端张拉工艺进行预应力张拉施工。

图4 横梁现浇支架

中塔柱及上塔柱均采用爬模施工。上横梁采用非落地式现浇支架施工,其现浇支架牛腿预埋于塔柱上,支架主梁同样为钻孔平台钢桁梁。上塔柱为斜拉索锚固区,采用预应力混凝土结构。为避免斜拉索与索道管口发生碰撞,索道管的定位采用三维坐标一体化方法[16],施工时通过定位架进行调整。上塔柱混凝土达到施工强度后采用HSD型穿心式低回缩张拉千斤顶配套新型张拉撑脚进行张拉施工,简化了二次张拉工艺,提高了张拉效率。

4 主桥上部结构施工技术

4.1 重庆侧钢桁梁施工

重庆侧边跨钢桁梁跨既有川黔线、成渝线和小梨线,为降低边跨施工对铁路运营的影响,1～2号墩部分钢梁采用无导梁顶推施工[17-19]。顶推施工前需在2号墩下横梁上设置架梁吊机站位支架和架梁吊机,并设置顶推支架用于钢桁梁拼装及顶推支架,其中顶推支架A～C位于2号墩旁,由钢管立柱、格构式立柱、分配梁、滑道梁、滑座、顶推系统及三向位移调整装置等组成;支架D位于边跨侧,由钢管立柱、钻孔灌注桩基础组成,立柱顶布置滑道梁,支架最外排立柱距离既有铁路线中心间距为8.7m。顶推施工布置如图5所示。顶推施工时由架梁吊机在支架A～C上完成7.5个节间钢桁梁拼装,随后采用水平千斤顶液压同步控制系统进行多点同步顶推,分3次将钢梁顶推过既有线后,再纵移2次实现钢桁梁就位。

图5 钢桁梁顶推施工布置

重庆侧边跨剩余钢桁梁采用支架散拼法架设,钢桁梁杆件由设置于A18,A19节处提升站运输至上桥面,然后由运梁车转运后采用架梁机进行拼装。重庆侧主跨则采用单悬臂架设12个节间钢桁梁。

4.2 贵阳侧钢桁梁施工

贵阳侧钢桁梁首先施工3号墩墩顶6个节间钢桁梁,考虑到现场施工无法使用大型浮式起重机及传统双侧墩旁托架工程量大的不足,提出采用单侧墩旁托架进行施工。施工主要步骤为:首先利用塔式起重机在3号墩下横梁上拼装吊机站位支架,并在站位支架上安装架梁吊机,墩旁托架通过预埋件和锚拉装置与下横梁连接,保证其稳定性,托架上安装滑道梁用以钢桁梁节段滑移;托架施工完成后,利用架梁吊机首先架设第2节间钢桁梁,架梁吊机行走至第2节间钢桁梁施工第3～4节间钢桁梁;随后利用架梁吊机架设第1节间钢桁梁,并拼装边跨侧架梁吊机;最后利用边跨侧架梁吊机施工第5～6节间钢桁梁。悬臂施工布置如图6所示。其余钢桁梁则利用2台架梁机进行双悬臂对称架设。

图6 钢桁梁悬臂施工布置

4.3 斜拉索施工

斜拉索为双排双索面扇形布置,索头中心距离小。斜拉索采用φ7平行钢丝索,钢丝束外缠绕纤维增强聚酯带,外包双层高密度聚乙烯护套,2层PE护套间设置隔离层。斜拉索挂设施工流程为:梁端、塔端牵引设备安装→索盘倒运及吊装上桥→放索→起吊缆索→塔端牵引及牵引杆戴帽→梁端锚杯牵引及戴帽→塔端硬牵引及锚杯戴帽[20-21]。

斜拉索张拉在主塔内进行,根据最大规格斜拉索设计吨位,选择相应级别的张拉千斤顶,全桥共8台,每塔用4台,按主、边跨同号,上、下游同位,4台张拉千斤顶同时对称张拉。根据本桥斜拉索结构特点,现场对张拉撑脚结构形式进行优化,创新设计了8套750t级张拉撑脚(见图7),取得了良好施工效果。

图7 斜拉索张拉撑脚

4.4 中跨合龙

合龙段设置于中跨近2号主墩A33～A34节间处,合龙点共6处,分别为下弦杆2处、上弦杆2处及斜杆2处。合龙采用适配法按下弦杆→上弦杆→斜杆的顺序,合龙口处主桁杆件拼接板一端钻孔在工厂预制,另一端现场钻孔,为便于调整拼装偏差,现场钻孔拼板均比设计长度增加5cm[10]。

合龙选择在温度变化较小的夜间完成。合龙施工时,首先解除3号墩临时约束,利用支座铰座和钢梁阻尼器进行纵向顶推,使钢桁梁向中跨纵移10mm,下弦杆就位后打入下弦拼接板冲钉,完成下弦杆合龙;然后通过调整上弦杆上大吨位顶拉装置(2 500kN穿心千斤顶)使上弦杆就位,打入冲钉后完成上弦杆合龙;上、下弦杆合龙后,根据斜杆合龙口处拼缝宽度在拼接板上现场钻孔,完成斜杆合龙,实现主梁精确合龙。经现场测量,钢桁梁合龙误差仅6mm。

5 结语

渝黔铁路新白沙沱长江特大桥为双层6线双塔双索面连续钢桁梁斜拉桥,施工条件复杂,建设难度大。主墩施工均采用先平台后围堰施工方案,其中3号墩利用多功能水上钻孔平台进行围堰拼装,使钻孔桩与围堰同步施工,有效缩短了基础施工工期3个月,减小了汛期对基础施工的影响;主塔现浇施工中,横梁浇筑利用水上钻孔平台钢桁架作为支架主梁,实现了施工辅助设备倒用,节约了施工成本;上部结构施工中,重庆侧边跨钢桁梁采用部分顶推施工,有效降低了边跨施工对铁路运营的影响;贵阳侧主墩墩顶钢桁梁采用单侧墩旁托架施工,克服了无法使用大型浮式起重机及常规双侧墩旁托架工程量大的不足;斜拉索施工创新设计了张拉撑脚,取得了良好张拉效果;中跨合龙采用适配法施工,实现了钢桁梁高精度合龙。该桥多项先进施工技术,在施工过程中取得了良好效果,为我国同类型桥梁建设积累了宝贵经验。该桥于2018年1月正式通车至今,运营状况良好。