某黄河铁路特大桥跨堤钢桁梁拼装方案选定

某黄河铁路特大桥跨堤钢桁梁拼装方案选定

1 杨齐海 2 汪翀

1 中国中铁大桥局集团有限公司 湖北武汉 430050 2 中国中铁大桥局集团有限公司 湖北武汉 430050

摘 要:新建铁路山西中南部通道工程，选定在将军渡以特大桥跨越黄河，该桥为全线控制性工程之一。为保护黄河防汛大堤，设计采用1孔128m下承式简支钢桁梁直接通过。以此典型工程实例，主要介绍了钢桁梁结构、施工环境条件、4个施工方案及其比选研究和选定方案施工要点等关键内容。可为今后同类工程施工提供参考与借鉴。

关键词: 黄河 铁路桥 跨大堤 钢桁梁 拼装 方案 选定

1.概况

1.1.工程简述

新建山西中南部铁路通道工程，是连接河南台前与山东梁山间的铁路主干线。设计为国家铁路Ⅰ级干线、双线重载铁路、设计荷载为 中-活载 中-30、设计时速为120km/h，是我国第一条重载铁路。线路在将军渡处以特大桥跨越黄河，该黄河特大桥系全线控制性工程之一，其桥跨总体布置为74孔32m铁路预应力混凝土简支T梁+1孔128m铁路下承式栓焊简支钢桁梁+7孔48m铁路预应力混凝土简支箱梁+1孔100m铁路下承式栓焊简支钢桁梁+10孔128m铁路下承式栓焊简支钢桁梁+50孔48m铁路预应力混凝土简支箱梁+1孔128m铁路下承式栓焊简支钢桁梁+81孔32m铁路预应力混凝土简支T梁+3孔24m铁路预应力混凝土简支T梁+7孔32m铁路预应力混凝土简支T梁,起点里程为DK842+570.83，终点里程为DK852+498.23，全长为9927.4m。全桥共计13孔铁路下承式栓焊简支钢桁梁，222孔铁路预应力混凝土简支梁（其中T梁165孔、箱梁57孔）。桥梁在143～144号墩跨间采用单孔128m铁路下承式栓焊简支钢桁梁跨越黄河南大堤，如图1所示。黄河南大堤是黄河一级防汛干堤，堤顶公路面宽约7m，是防汛和当地交通要道。堤顶与堤脚高差近10m，坡度大约为1：3。143号墩在南大堤北侧，距离大堤坡脚大约16m左右；144号墩在南大堤南侧，位于黄河南大堤淤背区，请详见图1。

跨南大堤128m铁路下承式栓焊简支钢桁梁，设计采用三角形桁架，两片主桁结构；两主桁中心距即桁宽为12.8m，桁高16.0m，节间长16m，共8个节间。采用整体节点，节点外拼装；杆件最大重量为52吨。

图1 跨黄河南大堤钢桁梁立面布置示意

1.2.施工场地与环境

黄河南大堤北侧是大堤斜坡体，无法直接作为施工场地；大堤南侧为防洪需要设置的一个淤背区，淤背区地势较为平坦。桥址区下游处有一条既有乡村公路可以到达现场，故而桥位下游处南北向宽约60m，东西（上下游）向宽约50m范围内的淤背区可以利用；但场地仍显狭小，如图2所示。考虑到1孔钢桁梁仅有8个节间，杆件数量不多，施工量不大，所以桥位处不宜设置钢桁梁杆件预拼场，可直接利用黄河边主桥钢桁梁预拼场，将本孔钢桁梁杆件预拼好后直接使用运梁平板车通过黄河大堤运至桥位处拼装架设。钢桁梁安装施工期间大堤上既有公路必须保持安全通行；黄河南大堤为防汛一级干堤，为保证汛期大堤安全，严禁施工时对大堤产生过大扰动。经主动与当地河务局进行沟通，河务局要求：尽量不扰动大堤，如果万不得已产生扰动，则需要采取相应的防范补救措施；但防范补救措施要求甚高，不仅工程量大、工期长；而且在工期和投入上都远远超出了预期；因此要求我们在后续施工方案优化研究中宜尽量考虑不扰动大堤，也即不选用采取开挖和实施打入桩的施工方案。由此可见，特殊的施工环境条件给钢桁梁拼装施工带来了如下制约：一是施工场地狭小，不宜设置预拼场，给钢桁梁杆件和材料存放造成不便，也给大型机具设备使用设置了障碍；二是既有堤顶公路及乡村道路应保持通行，安全风险较高，给施工安全保障提出了更高要求；三是黄河防汛大堤需特殊保护，不得随意扰动，给支架等临时施工设施设置与施工带来困难。

图2 跨黄河南大堤桥址平面布置示意

2.钢桁梁拼装施工方案

2.1. 钢桁梁拼装施工方案概述

根据目前国内外桥梁施工技术的发展，钢桁梁安装施工常规方案主要有：1）支架施工方案，该方案具有结构受力明确、布置简洁、施工方便、安全风险小及钢桁梁线形调整工作简单等优点；但需投入的支架等临时设施多，受地面障碍制约及地基需要加固处理等不利因素。依据支架的布置方式不同，该方案又可分为满布支架和部分支架施工法。2）悬臂施工方案，此方案具有越过地面障碍、施工平台及支架等临时设施投入少等突出优势；但也存在安全风险较高，钢桁梁落梁与线形调整难度大等缺点。悬臂施工有全悬臂和半悬臂之分^[3]。3）顶推或拖拉施工方案^[4]，该方案具有钢梁杆件集中拼装、施工管理方便及无需大型机具设备等优点；但也有着需施工平台及滑道等临时设施投入多、钢桁梁顶推控制与线形调整频繁等不利之处。顶推施工又分为单点顶推和多点顶推。当然，钢桁梁安装还有整孔架设、浮运和浮拖等施工方案；但是很明显不太适合本工程，在此不作详述。

3.钢桁梁拼装施工方案选定

综上所述，并针对本工程客观实际，可初步拟定跨南大堤1 孔128m铁路下承式栓焊简支钢桁梁拼装施工方案如下：

3.1. 满布支架施工方案

该方案是在钢桁梁各个节点下方搭设支架^[2]（端节点除外），利用260t履带吊机在地面直接取梁逐节间拼装钢桁梁杆件完成拼装施工，见图3。桥头不设提升站，桥面上也不铺设钢梁杆件运输通道。此方案具有所需大型设备少、施工操作方便、施工快捷可控、线形调整简单，特别是对黄河大堤扰动不大等突出优点。拼装支架看起来数量多；但单个支架承载力要求低。又因桥址区土资源丰富；故地基处理和地面填筑及恢复容易实施，充分利用和发挥了既有狭窄场地和公路的作用，节省了施工费用。根据现场具体情况，设置了三个履带吊机架梁作业区，既满足施工要求；又符合堤顶公路安全通行规定。

图3 满布支架拼装钢桁梁施工方案示意

3.2. 悬臂拼装施工方案

该方案是利用260t履带吊机在地面取梁，先在D1-D3支架上拼装①②③三个节间钢桁梁，然后在已拼钢桁梁上进行压重，再利用260t履带吊机拼装55t架梁吊机，由架梁吊机完成钢桁梁拼装施工，见图4。架梁吊机如在桥面取梁，则桥头需设提升站，桥面上应铺设钢梁杆件运输通道；如若地面取梁，则需在顺桥向修建简易运输通道^[6]。此方案有着支架数量少、260t履带吊机使用时间短及对堤顶公路通行无限制等优点；但也存在需进行压重、工序转换多及钢桁梁落梁与线形调整难度大等不足。

由于采用了半悬臂架设钢桁梁，临时支架特别是支架D3承受荷载大，支架基础需采用桩基，对大堤扰动很大。由此可见，临时设施费用不省。

图4悬臂拼装钢桁梁施工方案示意

3.3. 短滑道顶推施工方案

该方案是在144号墩南侧建立一个拼装平台，在平台、临时墩顶设置滑道，利用60t门吊或260t履带吊机逐节间拼装钢桁梁，在143号墩顶设置顶推装置，在滑道上由144号墩向143号墩将钢桁梁逐节间顶推到位^[5]，钢桁梁前端不设导梁，见图5。该方案最大优点是钢桁梁拼装时对堤顶公路通行几乎无影响，钢桁梁杆件定点拼装无需提升站和专用运输通道；缺点是拼装平台和临时支墩基础需要采用打入桩，对黄河大堤扰动大，顶推施工要求较高,滑道及拼装平台工程量较大,经济上不太合理。

图5 短滑道拖拉法方案示意

3.4. 长滑道顶推施工方案

该方案是在方案3的基础上加以改进,即将短滑道改为长滑道,取消144号墩处拼装平台,增设144号墩到143号墩间钢桁梁拼装支架和滑道；然后利用260t履带吊机先行拼装⑧⑦⑥三节间钢桁梁，将该三节间钢桁梁向143号墩方向顶推；而后在拼装支架位置继续拼装后续节间，再向后顶推，直至将整孔钢桁梁架设完成，见图6。 该方案优点是只需260t履带吊机，拼装支架及滑道基础可用扩大基础，施工简单，对大堤扰动较小；但由于滑道整孔布置、支架数量大，一次性投入多，且使用周期不长，故性价比较低。

图6 长滑道顶推施工方案示意

3.5. 钢桁梁拼装施工实施方案选定

根据钢桁梁结构特点、现场施工环境条件特别是对大堤不能有过大扰动、方便施工、安全质量控制、工期保证及费用节省等诸多方面加以综合比较，不难看出，在此特殊条件下方案1即满布支架施工方案有着明显优势，最终被选定为优化实施方案。

4.钢桁梁拼装施工

根据最终选定的满布支架施工方案，其方案实施及要点如下：

4.1.支架临时墩基础施工

由于在钢桁梁每个节点下面设置临时支架，共设7个临时支架，每个支架只承受相应节间钢梁自重及施工荷载，受力均匀，荷载不是太大，故支架基础承载力要求相对较低，经计算只需地基承载力达到0.15MPa即可^[1]。大堤南侧淤背区为吹砂填筑形成，地质情况较好，只需清表碾压即可达到承载力要求。大堤北侧是大堤斜坡，通过与河务局协商，同意采取填土方式作为施工平台，施工完成后予以清除。根据钢桁梁拼装需要，现场在大堤南侧进行了作业2区的填土，即填土1区，在大堤北侧进行了作业三区地填土，即填土2区。由于回填土选用当地优质黄土，采用逐层回填碾压方法，承载力很容易达到0.15MPa，所以基础处理相对简单。

4.2.支架搭设

支架由φ820mm、δ=10mm钢管立柱、柱顶分配梁两部分组成，每个钢桁梁节点下设2根钢管立柱，立柱间连接系主要利用贝雷梁充当，立柱与桥面板连接采用焊接方式，即先用膨胀螺栓将钢板与桥面板固定，然后立柱与钢板焊接。分配梁采用主桥钢桁梁架设所使用的分配梁。单根分配梁将位置调整好后再安装联结系杆件中，上、下层分配梁之间设计通过施焊固定。

4.3.钢桁梁拼装

1）钢桁梁拼装前对履带吊机作业区场地和支架进行验收，合格后进行签证确认，完善相关手续。

2）根据现场实际情况，按照从144号墩向143号墩方向分三区段，利用260t履带吊进行钢桁梁拼装架设：

第一区段：钢桁梁杆件由黄河大堤再通过下游侧乡村公路运至淤背区，由260t履带吊从144号墩侧开始按照顺序架设①～③3个节间；第二区段：架设第④⑤2个节间钢桁梁时，大堤临时改道，从第6个节间下方绕行，派专人进行交通管制，确保行人和行车安全。钢桁梁杆件由黄河大堤运至第5节间，履带吊机由淤背区通过下游乡村公路转移至黄河大堤南侧填土1区上，架设④⑤2个节间；第三区段：架设第⑥⑦⑧3个节间钢桁梁时，大堤恢复原有道路通行，履带吊机转移到黄河大堤北侧填土区2上，钢桁梁杆件由黄河大堤运至相应位置，逐节间拼装架设⑥⑦⑧最后3个节间，完成整孔钢桁梁拼装。

4.4.支架临时支墩拆除

1孔128m铁路下承式栓焊简支钢桁梁拼装架设完成后，可安装正式支座，并按照从上到下的顺序拆除钢垫块、分配梁、连接系、立柱、支架基础及清运填土，清理场地，恢复原始地貌。

5.结语

本桥跨黄河南大堤1孔128m铁路下承式栓焊简支钢桁梁拼装架设施工，经综合比选采用了看似常见的满布支架施工方案；但其充分利用和发挥了现有各项积极因素，使用履带吊机逐节间拼装施工，设备投入少，现场施工简便灵活，施工质量容易保证。从2012年8月30日开始架设第一根杆件，到同年10月4日完成整孔钢桁梁拼装架设,仅用了36天的时间提前完成施工，平均4.5天/节间；且钢桁梁成桥线形及各部应力等各项技术指标完全满足设计及规范要求。不失为又一成功范例，值得今后同类工程施工参考与借鉴。

参考文献：

[1] TB10002.2-2005，铁路桥梁钢结构设计规范[S].

[2] 刘应龙，蔺鹏臻，何志刚.银西高铁银川机场黄河特大桥钢桁梁施工技术[J].桥梁建设,2018,48（5）

[3] 季强.公安长江公铁两用特大桥非通航孔钢桁梁架设技术[J].桥梁建设,2017,47（2）

[4] 国洪光,何天涛,彭 哲.新白沙沱长江大桥钢桁梁跨既有线顶推施工技术.世界桥梁.

[5] 董政,张鹏.郑州黄河公铁两用桥主桥钢桁梁支架拼装及顶推技术.铁道标准设计.

[6] 杨梦纯.郑州黄河公铁两用桥连续钢桁梁悬臂拼装关键技术.桥梁建设,2010年03期.