银西铁路跨渭河主河槽60m加劲钢斜撑简支箱梁施工方案与关键技术

银西铁路跨渭河主河槽 60m加劲钢斜撑简支箱梁施工方案与关键技术

肖炳忠 中铁五局集团有限公司 湖南省长沙市 410007

摘要：60m加劲钢斜撑简支箱梁为铁路首次设计建造。采用大跨度简支箱梁跨越渭河主河槽，施工期间水位变化大，施工工期短，施工难度大，采取分阶段实施的施工组织方案，墩梁支架现浇施工和关键技术，保证了施工期间防洪度汛安全和工程质量。

关键词：60m简支箱梁，加劲钢斜撑，防洪度汛，支架法，施工方案，关键技术

1、工程概况

新建银川至西安铁路客运专线陕西段YXZQ-1标咸阳渭河特大桥全桥长13577.46m。DK14+172.56～DK15+203.12段跨越渭河，桥跨结构布置为17×60m加劲钢斜撑简支箱梁结构，墩号为299#～316#墩，全部位于直线上，桥面纵坡坡度为8.0‰。其中306#～311#墩位于主河槽内。306#～311#墩属渭河河床、漫滩，地形平坦，渭河河面宽约210m，310#～311#墩水量较大，水深1～3m。桥址下游净距约60m处为福银高速公路跨渭河特大桥，跨河部分桥跨布置为30m简支梁，铁路桥每跨与公路桥二跨对应布置，二座桥与河道水流方向基本正交布置。二侧外河堤高程分别为383.58m，383.20m，内河堤高程分别为378.86m,379.13m。墩顶标高391.101m～393.525m。

本区属中温带亚湿润气候区，春迟夏短，秋早冬长，昼夜温差大，四季分明。6～8月高温天气，最热月平均气温 27.5～28.1℃，极端最高气温 41.7～42.9℃；当年11月～次年2月低温天气，当年12月～次年1月气温最低，最冷月平均-3.4～0.3℃，极端最低气温-9.3～-18.5℃；最大风速定时 21～25.6m/s。

根据沿线水文调查，桥址上游有蓄水水库，每年5月至10月上旬为雨季，在水库泄洪期间河水水位上涨。根据黄河水利委员会黄河水利科学研究院《新建铁路银西客运专线咸阳渭河特大桥防洪评价报告》，桥址处20年一遇对应洪水位375.72m，桥址处最大流速4m/s。局部冲刷线标高为361.374m。2015年6月1日实测水面标高371.05m，2015年12月31日实测水面标高370.13m。从既有福银高速公路桥墩近年涨水痕迹来看最高水位约378m。

根据地质调查和勘察揭示，地层主要为第四系全新冲积粉质粘土、砂类土。根据定测地表水水质分析报告，渭河河水水质较好，无侵蚀性。

306～311#墩桥跨布置如图1所示。

60m四线简支箱梁梁长60.4m，计算跨度58.2m。梁高5.36m、梁宽22.8m。梁体采用单箱双室等高度箱形截面，悬挑翼缘与腹板间设置加劲钢管斜撑杆，斜撑杆材质为Q345qD，材料规格为外径360mm，壁厚18mm,单根长度5.7m。每跨加劲钢斜撑单侧16根，共32根。混凝土方量1613立方米。梁体自重4200t。桥梁基础和下部构造为钻孔桩群桩基础，矩形承台，圆端形桥墩。

梁体混凝土强度等级为C50混凝土，封端采用强度等级为C50的干硬性补偿收缩混凝土。预应力钢绞线为1×7-15.2-1860-GB/T5244-2014。纵向管道形成采用直径为100mm的金属波纹管成孔，横向预应力管道为70*19mm金属波纹管。普通钢筋采用HPB300和HRB400钢筋。

四线桥为银西客专与阎良至机场城际铁路合建，开工时间晚，桥梁施工工期为2019年5月至2020年4月，工期短，含一个雨季和冬季施工周期。

2、施工方案

根据桥址所处位置水文地质、施工工期和桥梁设计特点，为满足二岸互通，设水中栈桥一座；为满足泄洪安全要求和高效经济，桥梁基础采用分阶段筑岛施工方案，承台基础采用钢围堰施工方案；为满足泄洪安全要求，现浇箱梁支架采用墩梁支架施工方案。

为增大过水断面，减少阻水面积，采用钢栈桥跨越主河槽，栈桥按照15m跨度布置，栈桥桥跨每二孔与高速公路桥一孔对应布置，主桥墩(306#-311#墩)之间钢栈桥设在墩旁上游，长346m，平坡，桥面高程377.7m，梁顶高程377.42m，梁底高程375.92m， 较20年一遇洪水位375.72m高0.2m。按双向行车道设计，桥面净宽7.0m。

筑岛平台岛面高程既考虑到上游水库泄洪时一定水位高度仍可继续施工，又考虑到较高水位时泄洪要求，设计高程373.10m，较常水位370.13m约高3m，较20年一遇洪水位375.72m约低2.6m。平台宽度满足二侧交通运输、吊车和塔吊平面布置、以及箱梁混凝土浇筑时输送泵布置要求。

水中桥梁分二个阶段组织施工，第一阶段为306#墩～309#墩，筑岛后施工桥梁下部工程和墩梁支架，2019年9月底前完成；第二阶段为309#墩～311#墩，10月中旬即雨季后，此时水流量较小，将河道水流从309#～311#墩之间通过改道至308#～309#墩之间通过，再将309#～311#墩之间筑岛，然后施工310#墩下部工程及墩梁支架。311#墩施工不受洪水影响，正常组织施工。箱梁支架完成后进行箱梁现浇施工，为避免冬季低温天气浇筑梁部混凝土，各孔箱梁混凝土计划浇筑时间为306#墩～307#墩梁部2019年11月中旬完成，307#墩～308#墩2019年11月下旬完成，308#墩～309#墩2020年3月上旬完成，309#墩～310#墩2020年3月中旬完成，310#墩～311#墩2020年3月下旬完成，4月底即雨季前完成支架拆除。分阶段施工平面布置图见图2。

3、墩梁支架设计

现浇箱梁墩梁支架跨度布置为 ，梁部采用单层加强贝雷，支墩采用钢管柱，二端支墩支撑在承台顶面，并与桥墩联结，中间支墩采用单排钻孔灌注桩和承台基础，采用钻孔桩基础的目的一是减小支架基础沉降量，二是满足分阶段施工水流改道河床开挖以及泄洪时河床受冲刷后支架基础安全。支架布置图见图3。

支墩立柱采取直径820mm、壁厚10mm钢管，顺桥向布置五排，其中端部两排布置在桥墩承台上，中间三排设置桩基承台支撑，桩基础采用1.5m钻孔灌注桩，桩长28m，承台基础截面尺寸为1.5m（高）*2m（宽）。支墩墩依次布置2I25短垫梁、砂箱、3I45横梁、贝雷梁。

墩梁支架验算方法：考虑到支架最大高度 ，支架结构重要性系数取 ；墩

梁支架结构所受恒载：作用于支架的新浇筑梁体重力 ；支架结构（含防护设施和附加构件）重力 ；墩梁支架结构所受活载：施工人员、材料及施工机具荷重 ；风荷载 ；水流荷载 ；船舶及漂流物冲击荷载 ；其他荷载如雪荷载、冬季施工保温设施荷载等 。本方案中新浇混凝土容重取26KN/m³；支架结构重力据实计算； KN/m²； 按规范公式计算取值，最大风速取 21～25.6m/s），最大水流速度取 m/s，最高水位378m；无通航船只，经过长期观察无漂流物，取 ；雪荷载、冬季施工保温设施 KN/m²。各种工况支架荷载组合：浇筑梁体混凝土工况，计算强度时 ，计算刚度时 ；计算稳定性时 ，计算桩基承载力时 。模板安装完毕，梁体钢筋安装前工况，组合风荷载对支架整体稳定性计算 。支架内力计算采用迈达斯软件建模。

采用迈达斯软件计算贝雷梁只求出了杆件强度验算的组合应力。杆件强度验算组合应力 ，压杆稳定性验算 ，ｆ＝305Mpa，《装配式公路钢桥多用途使作手册》已经计算压杆稳定系数，弦杆 ，斜杆 ，立杆 。采用 验算稳定性是偏于安全的，且由于杆件弯应力较小，材料不致有较大浪费。即验算稳定性时，要求弦杆组合应力 ，斜杆组合应力 ，立杆组合应力 。所以应分别提取弦杆、斜杆、立杆最大组合应力与 值进行比较，确定是否满足压杆稳定性验算要求。按照50mm偏心距验算钢管立柱强度和稳定性。钻孔桩桩顶标高计算至分阶段施工水流改道时开挖深度以下１ｍ（考虑水流冲刷深度）。

4、现浇箱梁关键技术

采用BIM技术，对钢筋、预应力管道、预埋件进行碰撞检查，为成型准确，钢筋采用数控设备加工，并与大样图比对。预应力钢筋孔道采用金属波纹管成型，为防止混凝土浇筑过程预应力管道移位，进而在施加预应力后径向力增大造成混凝土崩裂，定位网钢筋纵向间距直线段不大于50cm，曲线段不大于30cm。为防止施加预应力时锯齿块混凝土崩裂，横向箍筋下端弯钩必须钩住下层纵向主筋，当与纵向预应力管道互相干扰时，不得移动预应力管道，只能调整横向箍筋形状。施加预应力时，钢筋混凝土构件为受压构件，为确保钢筋受压承载的骨架作用，双层钢筋网间钩筋弯钩必须钩住十字交叉点外层钢筋，且钩筋间距不大于设计间距，避免施加预应力时混凝土崩裂。

斜撑杆、锚板及锚固钢筋组件按照设计要求在工厂加工制作，并完成涂装，运至现场与梁体钢筋绑扎定位，在浇筑梁体混凝土前按照施工图核对位置及尺寸，无误后方可浇筑混凝土。不得在梁体混凝土浇筑后再安装斜撑杆，避免梁体产生次应力。

由于梁体混凝土数量达1613m³，一次浇筑数量大，混凝土浇筑由专业班组作业，配备混凝土泵车共7台，其中备用1台，每台泵车平均1小时浇筑混凝土约35m³，约8小时完成混凝土浇筑，桥面面积约1400m²，另组织专业班组进行收浆抹面。混凝土浇筑竖向水平分层，由下而上，先底板、再腹板、最后顶板，纵向先由二端向跨中、再由跨中向二端进行，采用插入式振捣器捣固，一次浇筑成型。混凝土浇注前在顶板上开孔，下串筒至底板，浇筑底板，由外侧向中间进行。第二层腹板混凝土浇筑至下倒角以上30cm，以确保下倒角混凝土全部填满密实，振捣完成后，下倒角模板处流淌出的混凝土不得再用振捣棒捣固，以免下倒角混凝土坍塌形成空洞，腹板其余部分分层厚度夏季不超过30cm，其它季节不超过40cm，避免出现冷缝和色差。第三层腹板混凝土浇筑完成后，底板混凝土摊平，下倒角模板附近翻出的混凝土用铁锹铲平，不足部分再从顶板开孔处串筒下混凝土补足，底板中部混凝土用振捣棒捣实。顶板混凝土入模时，应先将钢斜撑承托处填平、振实，为避免因顶板悬臂过大，模板支架变形而产生裂纹，横向浇筑由外向内进行。支座处钢筋较密集，混凝土主要由横隔墙处灌入，此处底板顶面钢筋可后绑扎，以便人进入支座位置进行振捣，保证支座处底板混凝土密实。

60m现浇箱梁为长大构件，混凝土早期收缩徐变大，由于内应力作用和模板约束作用易导致混凝土开裂。防止混凝土早期裂纹的有效措施是最好采用预张、初张、终张三个阶段或初张、终张二个阶段施加预应力，而设计采用一阶段施加预应力，因此除提高混凝土抗拉强度、加强养护外，应在混凝土达到设计要求的强度、弹性模量及张拉龄期后及早进行预应力筋张拉锚固。

为提高施加预应力效果和孔道压浆质量，采用智能张拉台车和智能压浆台车作业。

5、工程实施情况

四线桥段于2019年5月开工，2020年4月6日完成最后一孔60m箱梁混凝土浇筑，工程建设安全高效，工程质量符合质量验收标准，2020年底全线建成通车。

参考文献：

[1]中国铁路总公司企业标准 Q/CR 9603) 2015 高速铁路桥涵工程施工技术规程[S].北京：中国铁道出版社.2015

[2]中华人民共和国国家标准 GB 50017）2017 钢结构设计标准[S].北京：中国建筑工业出版社.2017

[3]中华人民共和国行业标准TB10093） 2017 J464）2017 铁路桥涵地基和基础设计规范[S].北京：中国铁道出版社.2017

[4]广州军区工程科研设计所黄绍金 刘陌生.装配式公路钢桥多用途使用手册[M].北京：人民交通出版社.2001作者简介：肖炳忠 中铁五局集团有限公司，湖南省长沙市，410007，汉族，籍贯湖南省涟源市，大学本科，研究方向：桥梁施工技术