鄭焦城際鐵路黃河大橋鋼桁梁架設施工方案研究

馬永強

(中鐵大橋局集團第一工程有限公司，河南鄭州 450053)

1 工程概況

新建鄭州黃河大橋為鄭焦客運專線鐵路暨改建京廣鐵路跨越黃河的公用橋梁，為四線鐵路特大型橋梁。大橋位于黃河大景觀區東北側，黃河下游河道的最上端，距既有京廣鐵路鄭州黃河大橋下游110～190 m處，線路走向與既有京廣線夾角約2°。本河段黃河主槽寬度約為2 000 m，主橋長2 200 m。主橋采用大跨度鋼橋，灘地引橋以預應力混凝土簡支箱梁為主。主橋采用四線合建形式，引橋部分鄭焦線與京廣線分行。

黃河主橋橋墩墩號范圍為67號～89號墩，上部結構為11聯(2×100 m)下承式連續鋼桁梁，兩孔一聯，共11聯，總長2 200 m(如圖1)，為鄭焦新線、京廣改線共建段。鋼梁架設到位后各聯之間(僅下弦桿)通過縱向防落梁措施連接為一體。橫橋向在支座位置設防落梁擋塊。一聯鋼梁總重約6 668.4 t(不含高強螺栓)。(第一、十一聯重約6 360.6 t)。一聯高強螺栓約23萬套。

如圖2所示，剛桁梁每聯梁長199.8 m，跨度99.1 m+99.1 m。鋼梁主桁采用三角形變高度桁式，邊支點處桁高14 m，中支點處桁高25 m。邊桁與中桁的中心間距12.5 m，縱向節間長度布置為(11.6+14×12.5+11.6)m。橋面從左至右布置為鄭焦雙線，京廣雙線鐵路，線間距4.6 m+8.2 m+4.4 m。

下部結構67號～78號墩位于河槽中，其余79號～89號墩位于灘地。中墩承臺尺寸19.1×29.7×4.5，邊墩承臺尺寸13.8×29.7×4。墩身為圓端形，墩身尺寸由4.2 m×27.6 m，通過6 m過渡段過渡到6 m×30 m。墩高13～15 m。

圖1 主橋橋式布置(單位:cm)

圖2 一聯鋼桁梁(單位:m)

圖3 鋼桁梁斷面(單位:cm)

2 鋼桁梁架設方案

2.1 方案討論

鋼梁架設方案一般采用頂推及懸拼施工。鄭州黃河公鐵兩用橋為鋼桁梁，采用多點同步頂推施工;正在施工的桃花峪黃河大橋為鋼箱梁，采用多點同步頂推施工;中南部通道黃河橋為鋼桁梁，采用懸拼施工。鄭焦黃河特大橋位于主河槽中，鋼梁桿件無法通過水上運輸到橋位進行拼裝，若通過棧橋運輸到橋位，則需投入設施太多，增加成本太大，且對黃河防洪度汛干擾很大。位于灘地部分鋼梁可通過陸地運輸到橋位進行拼裝。根據橋位處場地布置、橋跨布置、運輸條件的限制及設施投入等綜合考慮，確定鋼梁架設方案為位于主河槽(南岸)部分鋼梁采用頂推施工，位于灘地(北岸)部分鋼梁采用懸拼施工。

方案一:北岸灘地87號～89號墩鋼桁梁共1聯采用懸拼施工，剩余67號～87號墩鋼桁梁共10聯采用分別從南北兩岸同時向跨中頂推合龍，采用多點同步頂推。

方案二:北岸灘地79號～89號墩鋼桁梁共5聯采用采用懸拼施工，剩余67號～79號墩鋼桁梁共6聯采用從南岸向北岸頂推，采用單點同步頂推。

方案三:北岸灘地81號～89號墩鋼桁梁共4聯采用采用懸拼施工，剩余67號～81號墩鋼桁梁共7聯采用從南岸向北岸頂推，采用單點同步頂推。

2.2 方案對比

鋼桁梁架設方案比選見表1。

通過以上分析可知，方案三最優。通過雙懸臂拼裝與頂推相結合的施工工藝，合理劃分施工區段，可有效避免北岸沖刷區對鋼梁架設的影響。

3 鋼桁梁架設方案

第一到第七聯采用頂推施工，剩余四聯采用懸臂拼裝施工，頂推施工采用單聯單點連續(一次頂推12.5 m，一個鋼梁節間)頂推，各聯自成體系。由于鋼梁自身剛度大，因此鋼梁前端不設導梁，兩主墩之間不設臨時墩。

如圖4所示，在南岸67號～69號墩設置鋼梁拼裝支架和2臺65 t門吊(45 m高，跨度45 m，20 t小鉤)。鋼梁通過既有棧橋運輸至拼裝支架位置，利用兩臺65 t龍門吊機從68號墩分別向兩側同時對稱拼裝第七聯鋼梁，拼裝完畢后，起頂拆除墊塊落梁至滑塊上。利用設置在鋼梁尾端的2臺350 t千斤頂拖拉鋼梁向81號墩行進，頂推滑道系統設置在各主墩墩頂。在拼裝支架空出位置繼續拼裝第六聯鋼梁，如此循環，完成鋼梁頂推架設。

表1 鋼桁梁架設方案比選

圖4 鋼桁梁斷面(單位:mm)

頂推時，采取一聯一頂推。邊桁主動頂推、中桁在邊桁帶動下被動頂推。每頂推一個節間長度(一般為12.5 m)，向后倒換滑塊一次。

4 鋼桁梁頂推施工大臨設施

4.1 拼裝支架及65 t門吊布置

鋼梁拼裝平臺設置在67號～69號墩之間，基礎采用鋼管打入樁結構。鋼管樁頂設置樁頂分配梁，分配梁頂設置墊塊支撐鋼梁，設置千斤頂調整鋼梁拼裝線形。

65 t門吊為跨墩門吊，門吊走道為雙軌，設置在拼裝支架上下游。為滿足鋼梁最重節段吊裝，門吊設計最大起吊能力為65 t(含吊具)。由于60%鋼梁桿件均在20 t以下，為提高效率，特另外配置20 t電動葫蘆配合吊裝作業。為適應鋼梁最高位置吊裝，門吊設計凈高為45 m。

4.2 滑道系統

墩旁滑道梁系統包含墩旁立柱、墩頂滑道梁、滑塊及鋼梁拖拉錨座等四大部分。

鋼梁傳到立柱頂豎向反力很大，最大約為2 650 t，為提高立柱受壓承載力，墩旁立柱設計為鋼管混凝土柱。以墩中心為對稱中線，沿橋梁橫向分別與主桁對應位置布置，即邊桁2根，中桁1根。柱頂縱向間距13.8 m(柱頂與鋼梁節點或起頂加勁位置對應)，橫向間距12.5 m。中桁為φ1.5 m，邊桁為φ1.4 m，壁厚δ=14 mm，內填充C50混凝土，立柱間設置鋼管連接系。

墩頂滑道梁沿橋梁縱向布置，與鋼梁三片主桁對應共設置三道。每道滑道梁分為三段，墩頂一段，墩與立柱之間各為一段，各段之間通過螺栓連接為整體，各段滑道梁均為鋼結構。滑道梁通過埋設在柱頂及墩頂預埋件焊接固定，在頂推過程中產生的水平力(摩擦力)通過滑道梁傳到墩頂預埋件上，最后傳給墩身。

邊墩承臺尺寸較小，為減小立柱施工難度和減小立柱沉降，設計為傾斜立柱。立柱柱底支撐在承臺上，柱頂向遠離墩身方向傾斜。由于立柱傾斜，在鋼梁自重作用下，將產生一定的水平力(最大約為260 t，不含摩擦力)。此水平力處理措施為:通過設置在墩身兩側滑道梁上的對拉螺紋鋼筋，將滑道梁與墩頂墊石連接為整體，將該水平力通過墩頂墊石傳至墩身。

拖拉錨座設置在邊桁滑道梁外側。

滑塊為鑄鋼塊，設置在鋼梁下弦桿與滑道梁之間，滑動面為MGE板與不銹鋼板之間接觸面。不銹鋼板固定在滑道梁上，MGE板固定在滑塊上，滑塊布置在鋼桁梁節點位置，保證鋼梁節點受力?；瑝K一次滑移12.5 m(鋼梁一個節間)。

4.3 頂推及起頂系統

鋼梁頂推采用單點連續頂推，各聯自成體系。一聯鋼梁自重和施工荷載約6 850 t，靜摩擦力按8%設計計算約548 t，動摩擦力按5%設計計算約342.5 t。頂推動力采用2臺350 t連續千斤頂，千斤頂操作平臺設置在鋼桁梁尾端，尾端同時設置有兩臺卷索盤用于收納頂推用的牽引鋼絞線，牽引鋼絞線前端錨固在錨座上。

鋼梁頂推過程中一般采用兩點起頂倒換滑塊或安裝支座。各點共設置12臺豎向千斤頂，其中中桁4臺1 000 t頂，兩邊桁各設4臺800 t千斤頂，千斤頂設置在頂推方向滑道梁尾端。

4.4 限位及導向

在小里程方向(頂推反方向)滑道梁上(鋼梁外側)設置橫向限位及導向裝置，各墩橫向限位在橫橋向左右對稱設置，在各橫向調整裝置處各設水平千斤頂作為微調動力。

5 鋼梁懸拼架設施工

北岸四聯鋼梁懸拼時，每一聯采用原位獨立拼裝，各聯分別從中墩向邊墩方向施工。每一聯鋼梁施工時，利用兩臺65 t龍門吊機作為起吊設備進行鋼梁懸拼施工。每一聯懸拼完成后，門吊轉場至下一聯繼續懸拼鋼梁，直至完成北岸4聯鋼梁懸拼架設。

拼裝時為防止鋼梁縱向傾覆，特在墩旁位置設置支撐托架，托架立柱柱頂與鋼梁節點對應，柱頂縱向間距為兩個節間長度即25 m，橫向與主桁對應間距為12.5 m。立柱柱底支撐在承臺上，柱底間距為15.9 m，立柱柱頂最大豎向反力為1 460 t，亦采用φ1.2 m的鋼管混凝土(C50)柱。為平衡由于立柱傾斜(約17°)產生的水平分力，特在立柱柱頂設置預應力，通過預應力將立柱與墩之間連接為整體，將水平力傳給墩身。

6 結論

根據鄭焦城際鐵路黃河大橋主橋的結構特點，對主橋施工方案進行了研究，主要結論有:

(1)通過第一至七聯鋼桁梁施工方案比選，確定采用頂推法施工方案進行鋼桁梁架設。

(2)通過第八至十一聯鋼桁梁施工方案比選，確定采用龍門式吊機懸臂架設施工方案進行鋼桁梁架設。

［1］ GB 50017—2003 鋼結構設計規范［S］

［2］ GB 50009—2001 建筑結構荷載規范［S］

［3］ GB 50111—2006 鐵路工程抗震設計規范［S］