大西铁路晋陕黄河特大桥上部结构施工关键技术

中铁上海工程局集团有限公司 上海 200436

1 工程概况

大西铁路客运专线晋陕黄河特大桥桥址位于陕西省与山西省交界处禹门口至潼关段黄河上，近东西向跨越黄河，东引桥位于山西永济市张营镇小樊村，西引桥位于合阳县黑池镇北廉村附近。墩身高38 m以上，桥面高50.5 m，黄河主河道处风速最大达13～24 m/s。桥梁全长9.969 km，孔跨布置为：（31-32 m）简支箱梁+（54+2×90+54）m连续梁+（17-48 m）节段拼装简支箱梁+（2-40 m）节段拼装简支箱梁+（15-2×108 m）单T刚构加劲钢桁组合结构+（63-48 m）节段拼装简支箱梁+（8-2×48 m）单T刚构+（48+80+48）m连续梁+（3-2×48 m）单T刚构+（1-2×35 m）单T刚构。轨道结构为CRTS I型双块式无砟轨道，设计时速350 km/h。

2 总体施工方案[1-9]

桥梁结构形式多样，分别采用预制架设、悬臂灌注、预制拼装及厂制现拼钢混结合4 种不同的施工方案：

32 m预应力混凝土简支箱梁，在梁场预制，单孔梁预制时间为13～15 d。配备一台900型架桥机由0#台向31#墩顺序架设，2～3 孔/d。

预应力混凝土连续箱梁，采用墩身与梁体临时固结，挂篮悬臂灌注法施工，节段施工周期10～15 d。其中，0#块及边跨现浇段采用墩旁托架法，施工周期约40 d，合拢段采用吊架法，施工周期约15 d。

48 m节段拼装简支箱梁，在梁场分节段预制。经水平运输、垂直吊装至下承式架桥机原位拼装，现场浇筑混凝土湿接缝成型桥梁。在河西设置一个桥梁预制场，2 台TP48 节段拼装架桥机，由125#桥墩处开始背向两侧拼装架设顺序施工。在河东设置另一个桥梁预制场，1 台TP48节段拼装架桥机，由35#墩向54#墩拼装架设顺序施工。节段拼装简支箱梁架桥机过孔1 d，节段拼装简支箱梁施工10～15 d/孔；

（2×108 m）单T刚构加劲钢桁组合结构桥梁，箱梁采用挂篮悬臂法施工，加劲钢桁钢梁杆件工厂制造，运抵施工现场，桥上架设拼装法施工。其中，加劲钢桁下节点在梁体施工时预埋，其他杆件等梁体合拢后在梁上组拼、涂装。

3 32 m预制架设简支箱梁施工

32 m简支梁共31 孔，为标准无砟轨道后张法预应力混凝土简支箱梁（双线、单箱单室），梁长32.6 m，计算跨度为31.5 m，宽12 m，线路中心处梁高3.084 m，截面中心梁高3.134 m，质量为832 t。在制梁场台座上完成箱梁预制，采用固定式底模、活动式侧模。单孔梁预制时间为13～15 d。施工顺序为：底模清理→侧模顶升到位并清理→底腹板钢筋笼吊装入模→钢筋整备→内模吊装入模→顶板钢筋笼吊装入模→钢筋整备→混凝土浇筑→混凝土养生→预应力预张拉→自然养生→预应力初张拉→移梁、存梁→终张拉→压浆、封端。

预制梁混凝土强度达到要求后，采用运梁车水平运输到桥位，9 000 kN架桥机顺序架设，2～3 孔/d。施工顺序为，装梁→运梁→喂梁→纵移落梁→支座精确检查→千斤顶临时支承→支座底、锚栓孔注浆→强度等待→临时千斤顶移出→架桥机过孔→运梁车返回→下一循环架梁→架桥机就位。

4 连续梁施工

本桥共有（54+2×90+54）m、（48+80+48）m连续梁2 种类型，均采用挂篮悬臂浇筑法施工，连续梁钢筋集中加工，混凝土集中拌合。工程材料水平运输采用汽车，垂直运输采用塔式起重机吊装，混凝土泵送至各个作业面。

其中，（48+80+48）m连续梁，梁体为单箱单室，变高变截面结构。梁顶板宽度为12 m，厚度为自梁端至顺桥向4.25 m处为0.65 m渐变至0.4 m，其余均为0.4 m；底板宽度为6.7 m，厚度为0.4～1 m；腹板厚度为0.48～0.9 m，截面高度为3.85～6.65 m。梁体共分12 个节段。

4.1 0#块施工

主桥墩身施工完成→浇筑0#块混凝土梁体。箱梁0#块与墩身临时固结，临时固结设置位置在永久支座两侧，待梁体全部合拢后拆除临时固结。0#块设计高5.958～6.65 m，长12 m，两端各悬出墩身2.5 m，腹板厚度0.90 m；顶板厚度0.4 m；混凝土方量251.62 m3，质量约为654.213 t。桥墩高38 m以上采用托架法施工，40 d完成。图1为0#块托架示意。

图1 0#块托架示意

4.2 悬臂节段施工

梁体节段最大长度3.5 m，最大质量136.9 t。在连续梁0#块安装菱形挂篮→加载预压，验证挂篮结构强度和刚度，消除其非弹性变形，测定其弹性变形。结合连续梁结构设计确定节段梁控制标高，控制连续梁线形，对称循环悬臂浇筑1～10#节段箱梁，每一节段10～15 d完成。

4.3 合拢施工

合拢段均采用吊架法施工15 d完成，在边跨合拢前先施工边跨现浇段，其施工方法同0#块。边跨及中跨合拢段施工时，需进行水箱配重预压。温度最低时，撑、拉结合安装劲性骨架，临时锁定梁体。张拉临时预应力束，再选定最低温时浇筑混凝土。浇筑过程中逐步放水卸载配重，保持合拢段混凝土处于受力平衡状态。

4.4 连续梁体系转换

待合拢段混凝土强度等各项指标达到要求后，拆除箱梁体外支撑。解除主墩与箱梁0#块的临时固结，桥墩顶永久支座受力工作。施工连续梁预应力体系，完成连续梁施工。

5 48 m节段拼装简支箱梁施工

48 m节段拼装简支箱梁共82 孔。每孔分11 个节段，端部2 个节段，每节段长3.2 m，其余每个节段长度为3.9 m。梁高4.628 m，底板宽5.50 m，顶板宽12.0 m，节段拼装采用湿接缝法，缝宽0.8 m，单孔自重1 638 t。

5.1 节段拼装架桥机组成及安装

配备墩旁垂直提升站，用于节段箱梁的提升就位。配合TP48型下承式节段拼装架桥机，拼装48 m节段箱梁施工。

5.1.1 节段拼装架桥机组成

48 m节段拼装架桥机主要由主结构（包括主框架、前导梁、横联和后导梁）、主支承（包括前、后支腿）、托架台车倒运机构、液压翼式平台、起重系统（包括起重天车、天车吊具及辅件）、湿接缝外模板、运梁车系统、液压系统、电气系统等组成。该架桥机能够进行48/32 m跨节段拼装简支箱梁的施工，全长108 m，总质量810 t，其中主框架总质量约460 t，两幅主框架中心距为9.5 m。前后导梁设置辅助支腿，主桁下面设置4个相同的墩旁托架，另外配置1 800 kN起重天车和运梁车各1 台。

5.1.2 节段拼装架桥机安装

架桥机安装采用中间搭建临时膺架拼装法。在两跨正中间搭建1 个9.5 m×2.4 m，高度为45 m的临时膺架。临时膺架搭设完成后，拉好缆风绳临时固定。采取主梁现场地面分组拼接，利用履带吊吊装上桥，中间对接安装。

5.1.3 节段拼装架桥机拆卸

架桥机在完成最后1 跨箱梁节段拼装架设后，采用1 000 kN汽车吊上桥面，拆除架桥机起重天车、节段支撑横梁。通过桥梁顶面预留孔洞，采用提升架、LSD液压提升系统及钢绞线整体把主箱梁和导梁吊挂起来，再向两边横移打开，然后下放到地面拆分。

5.2 48 m简支箱梁节段拼装施工

5.2.1 48 m简支箱梁节段拼装施工工艺

（a）架桥机安装完成后，进行各种工况下的试验，消除架桥机的非弹性变形，收集弹性变形的数据，确定节段梁拼装线性控制参数。

（b）根据试验数据，调整横联支撑顶标高，复核无误后开始节段梁拼装就位。

（c）湿接缝混凝土施工。在顶板顶层保护层内设置防裂钢筋。侧模包裹、顶板棉被覆盖、预张拉等，防止预制节段和湿接缝处出现收缩裂纹。

（d）箱梁预应力施工。双控单端对称张拉预应力筋，不平衡束不大于1 束。

5.2.2 节段拼装架桥机过孔

第一步：利用主桁下8 000 kN油顶将桥机整体卸载。打开7 个液压翼式平台，利用纵移油缸将架桥机顶推纵移20 m，前导梁辅助支腿支撑在超前墩上，后导梁辅助支腿支撑在后主支墩上面，将已经过前主支墩的节段横联及后导梁辅助横联连接。

第二步：利用天车上的小卷扬机导出后主支腿上的墩旁托架，直接运至超前墩上进行安装。

第三步：墩旁托架在超前墩安装完成后，打开后导梁辅助横联，利用纵移油缸顶推桥机纵移，直至主桁到达超前墩位置。

第四步：桥机纵移到位后，调整桥机姿态，连接剩余支撑横联，将主桁下油顶上顶7 cm，然后利用机械锁锁定，复核支撑横联标高，经调整无误后，开始进行下一节段箱梁拼装施工。节段拼装简支箱梁架桥机过孔1 d，节段拼装简支箱梁施工10～15 d/孔。

6 2×108 m单T刚构钢桁加劲组合梁施工

该结构主梁采用单箱双室、变高度、变截面结构，中支点处梁高12.5 m，顶宽13.8 m，底宽11.5 m；梁底按1.8 次抛物线变化，梁端40.75 m直线段梁高为5 m；顶板厚0.5～1.65 m，底板厚0.45～2.5 m，腹板厚0.45～1.5 m。并且，在支点处设置横隔墙，厚度1.5 m，横隔墙上设置过人洞，供检查人员通过（图2）。

加劲钢桁设置在主梁边墩和连接墩处两侧，每副长60 m，全桥共计30 副。主桁采用无竖杆三角桁架，桁高9.35 m，桥面以上桁高8.75 m，节点间长度12 m，主桁中心距11 m。

图2 2×108 m单T刚构加劲钢桁组合结构示意（半幅）

钢桁下节点采用散装节点，与主梁通过PBL剪力键及普通钢筋连接，在主梁悬臂浇筑阶段预埋；主梁合拢后单孔节点联测，安装梁面以上的钢桁梁杆件。

6.1 2×108 m单T刚构施工

6.1.1 刚构梁体施工

主梁0#块段采用托架法施工，混凝土分2 次浇筑。主梁其他梁段采用拆卸式菱形挂篮悬臂灌注法施工。单只挂篮质量95.59 t，悬浇段中最重块质量367.95 t，比值为0.26。可拆卸主桁减轻挂篮质量，适应加劲钢桁下节点构件预埋。主梁边跨现浇段采取托架法施工，相邻单T刚构在同一联间墩上的2 段边跨现浇段同时施工，对称平衡浇筑混凝土梁体。边跨合拢段均采用吊架法施工。

6.1.2 线形控制

用Midas工程结构辅助设计软件对本结构施工阶段进行仿真模拟计算，施工中对桥梁进行实时监测节段标高，推算悬臂挠度，控制桥梁线形。

6.2 加劲钢桁施工

加劲钢桁采用工厂制造钢梁杆件，施工现场拼装。与钢筋混凝土T构梁实现钢混组合梁结构。

本桥加劲钢桁安装采用下弦节点、上弦端节点栓接和上弦中间节点焊接的连接方式，适应高空、狭窄桥面上钢桁安装。

6.2.1 加劲钢桁梁下节点预埋

钢桁每联由5 个节间组成，单联长60 m；6 对下节点，5 对上节点；主桁下弦节点采用散装节点，节点板与箱梁采用PBL剪力键及普通钢筋刚性固结；下节点分别为E0、E1、E2、E3、E4、E5六种，依次安装于刚构梁27#、24#、21#、18#、15#、12#块。每个节段均安装2 个，大小里程对称布置（图3）。

图3 钢桁下节点布置

E0节点预埋于刚构梁边跨27#节段梁，该现浇段采用托架法浇筑，竖向分2 次浇筑完成，第一次浇筑至梁端过人洞底部，高1.85 m，预埋节点定位支撑架，第二次浇筑1.85～5.0 m，完成E0的预埋（图4）。

图4 E0节点板支撑架纵断面

E1～E5节点位于悬浇梁段。单个节点板临时固定，采用挂篮悬吊，支撑平台定位。

采用加劲钢桁下节点三向定位调节装置，辅助下节点在预埋梁段上定位，根据预埋过程中的变化，适时进行三向坐标调整，在主梁悬臂浇筑段预埋加劲钢桁下节点（图5）。解决了下节点预埋过程受预应力施加、施工荷载变化、箱梁徐变、温度变化等，影响三向坐标控制难题，方便实现钢构件-混凝土结合。

图5 E1～E5节点板节点板精调纵断面

6.2.2 加劲钢桁梁安装施工技术

加劲钢桁梁，端及次端腹杆采用箱形截面，高600 mm，宽752 mm，其余腹杆采用工形截面，高600 mm，宽752 mm。上弦杆采用槽形截面，高650 mm，内宽800 mm。主桁上弦端节点采用整体节点形式，其余节点采用插入式节点形式，弦杆与腹杆均采用全截面拼接。上平联采用三角形腹板体系，横撑及斜撑均采用工字形截面，与平联节点板的连接形式为对接，采用M24高强度螺栓连接。钢桁外表面涂装采用氟碳涂装配套体系，钢与混凝土结合面采用电弧喷铝+封闭涂层+中间漆涂装体系。高强度螺栓连接摩擦面，采用无机富锌防锈防滑涂料，可视面最后一道面漆在钢桁架设完成后涂装。

7 结语

48 m简支箱梁采用墩旁垂直提升站吊装就位节段梁，TP48下承式1 700 t节段拼装架桥机拼装48 m节段，湿接缝现浇施工工艺，实现大梁变小梁，现浇变预制建造桥梁。施工速度快，抗风能力强，适应在湿地高位建桥。2×108 m单T刚构加劲钢桁组合结构，采用工厂制造加劲钢桁钢梁杆件，桥上架设拼装法施工。主梁采用拆卸式菱形挂蓝悬臂灌注法施工，拆分式挂篮既减少了悬臂灌注施工荷载，有利于长悬臂施工线形控制，又适应加劲钢桁下节点预埋构件安装、精确定位。选配高性能混凝土，节段施工周期控制在10～15 d，减少了大跨预应力混凝土桥梁后期徐变引起连续梁下挠。单T刚构加劲钢桁组合结构桥，由主要承重结构预应力混凝土梁和加劲钢桁组合而成特殊桥梁结构，与普通梁式桥相比，结构整体刚度提高，结构徐变变形减少，改善了梁端转角。刚构桥墩与梁固结，在强震作用下桥墩可在墩顶与墩底形成塑性铰，抗震性提高。同时桥墩高、桥梁跨度大，完全符合环保部环评提出黄河湿地森林保护区环境保护、节能减排，以及水利部黄河水利委员会提出主河道行洪的要求。