申永利

(中国中铁航空港建设集团有限公司,北京 100093)

1 工程概况

京沪高速铁路禹济特大桥穿越山东德州禹城、齐河两县，地处黄河河漫滩。桥梁起讫DK385+573.5～DK406+918.87，全长21.345 km。全桥孔跨布置以24、32 m的客运专线铁路标准箱梁为主，采用特殊结构连续梁跨越河流、道路等，但是为了不侵占小河道、沟渠和跨越乡村道路等，辅以非标箱梁进行孔跨调整。其中，禹济特大桥X42～X43号墩地处邯济铁路与黄河北二道堤之间，地形狭窄，为了采用特殊结构同时跨越邯济铁路、黄河北二道堤，调整孔跨布置设计为29.15 m非标支架现浇箱梁。施工组织的箱梁架设方向为X42号指向X43号墩。

禹济特大桥的X42、X43号墩设计均采用12根φ1.00 m、长度40 m钻孔桩，承台设计为底层11.0 m×8.0 m×2.0 m，二层8.0 m×4.5 m×1.5 m；墩柱设计为6.0 m×2.0 m的圆端形墩身、7.8 m×3.0 m的双曲线墩帽，高度12.5 m。位于黄河河漫滩，地层为粉质黏土和淤泥层，一般地下水位在地表下1 m左右。

2 箱梁施工方案比选

京沪高速铁路禹济特大桥X42号墩至X43号墩的29.15 m非标箱梁地处黄河河漫滩，前后方向分别为黄河北二道堤和邯济铁路，地形非常狭窄，材料周转、大型设备进出场困难且墩柱高达10 m以上。综合考虑施工风险、技术难度、施工工期、经营成本以及自有材料、机械设备等因素，如果1孔29.15 m非标箱梁采用支架现浇施工，箱梁模型、周转材料和地基处理费用较高，并且施工场地狭窄、道路运输困难，造成施工吊装场地受限、风险大，材料运输、支架现浇等制约施工周期长。另外设计文件中表明也可预制架设施工，并且29.15 m非标箱梁与标准跨度箱梁体外截面尺寸相同， 在梁场采用台座预制，可以充分利用梁场、运架设备。因此，确定采用JQ900b型架桥机进行预制架设施工。

JQ900b型架桥机设计架设梁型为20 m、24 m、32 m双线等跨箱梁及其中任意跨度组合的变跨箱梁，29.15 m非标箱梁无法采用正常的标准工况架设。为了架设29.15 m非标箱梁，经过咨询架桥机设计单位、制造单位，综合武广、郑西等客运专线架设箱梁的施工经验，拟定了3种架设方案。

2.1 架桥机1号柱后退

架桥按照架设32 m箱梁的工况进行施工，2号柱支撑于X42墩中心后方的1.9 m处，1号柱利用32 m箱梁的架设工况且向后倒退3.45 m，支撑于X43墩中心的架设前方的0.6 m处。经过计算，由于架桥机设计在此处1号柱为作为支点，架桥机的2个钢箱臂内未设加劲钢板，架桥机大臂2个钢箱抗剪强度计算不能满足，必须进行改造。但是，由于钢箱焊接热变形难以控制，并且必须返回制造单位改造，费用较高，不予考虑。

2.2 架桥机2号柱后退

架桥机架设29.15 m非标箱梁按照架设32 m箱梁的工况进行施工，1号柱支撑于X43墩中心的架设前方的0.6 m处，相应2号柱支撑于X42墩中心后方的1.9 m向后倒退3.45 m处。由于设计时架桥机在箱梁顶面的支撑位置在梁端，但此工况与设计文件不相符，经过使用《桥梁博士》软件建模进行支撑2号柱的箱梁受力检算，在箱梁的设计工况二、三情况下强度安全系数超过设计规范，并且箱梁跨中有较大的拉应力出现，此方案不可行。

2.3 架桥机1号柱采用临时支墩支撑

架桥机架设29.15 m非标箱梁按照架设32 m箱梁的工况进行施工，2号柱按照设计布设在X42墩中心的架设后方的1.9 m处，1号柱支撑于临时支墩，临时支墩考虑采用增设钻孔桩基础、扩展承台、1号柱两支点分别支撑于四肢钢管格构柱进行箱梁架设。

以上3种29.15 m非标箱梁预制架设的设计方案经过计算分析、综合考虑，确定采用第3种架设方案，具体箱梁架设立面设计见图1。

3 施工方案设计

3.1 基础设计

由于1号柱支点横向间距为4.8 m，纵向位于X43墩前方4.05 m，正好处于底层承台边缘前5 cm，无法利用承台支撑，因此，基础增设2根φ1.0 m、横向间距4.8 m、长度30 m钻孔桩，与承台2根钻孔桩共同承载2个格构柱。扩展承台为异型，相应的钢筋进行延伸，检算承台结构受力满足要求。

3.2 支墩设计

根据自有材料，1号柱每个支点的支墩采用10 mm厚钢板、φ410 mm×8 mm钢管焊接成4肢缀板钢管格构柱，在相应柱下承台增设2层φ16 mm网片钢筋。柱脚使用承台顶面预埋1 250 mm×1 250 mm×16 mm钢板、φ20 mm钢筋锚固。柱头使用[20两层进行应力传递，并在顶面和墩柱交叉焊接。

图1 京沪高速铁路禹济特大桥29.15 m非标箱梁架设方案立面(单位：mm)

3.3 预压设计

为了消除支墩的非弹性变形，检验支墩的强度、稳定性是否满足要求，在承台内埋设600 mm×450 mm×20 mm钢板，打孔、锚固8根φ25 mm精轧螺纹钢，墩顶设置2层700 mm×700 mm×16 mm钢板传递压力至格构柱，利用支墩间隙连接φ25 mm精轧螺纹钢进行支墩预压。

4 施工工艺

4.1 基础施工

按照设计对增设的钻孔桩进行放样，使用旋挖钻成孔，吊放20 m钢筋笼，导管灌注混凝土。接着整体开挖承台基坑，制作、绑轧承台钢筋，安装两侧柱角应力扩散网片，安装预压锚固钢板和φ25 mm精轧螺纹钢，预埋柱脚钢板和锚筋，立模、灌注承台混凝土，基础平面设计见图2。

图2 基础设计平面(单位：mm)

4.2 支墩施工

首先使用8根φ410 mm×8 mm×14400 mm焊接钢管，4根一组焊接成格构柱，从柱脚1 m起，采用10 mm厚缀板、每隔4 m将4根钢管交叉按照设计进行焊接成组，检查合格。然后检查柱脚预埋钢板，分别吊装每根格构柱，柱脚对位后，校正钢管，立即进行柱脚预埋钢板和加劲板的焊接，接着使用型钢把预埋在墩柱凹槽内的钢板和柱顶交叉焊接成整体。最后，焊接两钢管格构柱之间交叉横、斜撑，安装焊接柱头型钢。对支墩的结构尺寸、焊缝等进行检查， 支墩施工见图3。

图3 支墩施工

为了确保钢结构的焊接质量，邀请专业单位对整个支墩的焊接等进行超声波探伤。

4.3 预压检测

预压是为了消除支墩的非弹性变形，模拟结构承重检验支墩的强度、稳定性是否满足设计要求。首先是接长承台内的预埋精轧螺纹钢至柱头锚垫板顶面，采用750 kN穿心千斤顶进行单根50 kN预紧，同时利用全站仪、水准仪测量临时支墩平面、高程变形等。其次按照设计要求循环逐级加载。

架桥机1号柱支点单柱最大受力为2 442 kN，考虑1.1倍安全系数，单个临时柱预压荷载为2 686.2 kN，单根精轧螺纹钢张拉力为348 kN。预压加载分3级进行，每级每根精轧螺纹钢加载荷载为116、232、348 kN，精轧螺纹钢加载顺序见张拉构造板标识(图4)，每级加载最少持荷2 h，根据监测数据确定下级继续加载，加载完成后持荷24 h，变形量不大于1 mm，确认支架稳定，方可卸载，卸载同样分为3级，分级卸载值同加载的反值，每级卸载间隔不小于30 min，同时做好记录。同时在钢管格构柱上粘贴应力感应片，采用仪器进行应力检测以便复核。

图4 预压加载顺序(单位：cm)

4.4 箱梁架设和支墩拆除

运梁车将29.15 m非标箱梁运至架梁位置，同时架桥机1号柱支撑于临时支墩顶部，2号柱就位于X42号墩的箱梁上，将29.15 m箱梁送入架桥机下。开始按照正常的1号小车吊梁、移动箱梁、2号小车提梁、移动箱梁到安装位置顶面、落梁、微调箱梁移动就位、锚固支座等程序进行架设，具体架设见图5。箱梁架设完毕后，然后按照安装逆向施工顺序把钢管支墩依次切割拆除，最后回填承台基坑，并夯实平整。

图5 29.15 m非标箱梁预制架设施工

5 施工监控

5.1 监测点布置

在X43墩每个钢管支墩的大里程侧各布置4个观测点(图6)，每个支墩的2个位移观测标尺分别横向设置于临时支墩顶端和墩柱中间，每个支墩的2个沉降观测塔尺分别竖向设置于临时支墩底面，所有的标尺、塔尺和支墩固定牢固，确保不发生任何位移。

图6 沉降、位移观测点设置

5.2 监控测量

为了保证临时支墩在箱梁架设时牢固稳定、变形可控，确保施工安全，架设箱梁中对临时支墩的平面、高程进行监测，通过监测数据指导架梁或采取应急措施。

首先在架桥机就位前，进行临时墩柱的原始数据测量，将2台全站仪和2台水准仪分开各置于临时支墩前方20 m远处，每台仪器各观测2个标尺或塔尺，仪器对中整平，记录原始数据。架桥机施工过程中，全站仪和水准仪同时进行监测，监测频率每3 min 1次，当累计沉降超过10 mm或发生突然沉降以及横向位移大于3 mm时，立即通知停止箱梁架设，等稳定后，直至相邻2次沉降观测小于1 mm后方可继续进行箱梁架设。经过施工中的监控，箱梁安全架设到位，临时支墩累计沉降3.2 mm、横向位移1.1 mm，符合设计要求。

6 结语

通过对地质条件、水文情况、气候条件、地形条件和施工组织等分析，综合考虑施工风险、技术难度、施工工期、经营成本以及自有材料、设备等因素，针对黄河淤积层地质和高墩的特点，采用临时桩基、扩展承台，设计2组4肢格构式钢管柱作为支撑，创新采用JQ900b型标准箱梁架桥机成功架设29.15 m非标箱梁的施工技术。而且此施工方法实用，操作简便，具有创新性，降低了施工成本，加快了工程施工进度，解决了29.15 m非标箱梁支架现浇施工成本高、工期长的的技术难题，受到了业主的好评。

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