1 工程概况

菜坝岷江特大桥为新建成都—贵阳铁路跨越岷江的一座铁路特大桥, 大桥全长1 178.58m, 位于宜宾菜坝机场西南侧约3km处。桥址北岸为小龙村, 南岸为自然村。主桥跨越岷江为 (140+224+140) m钢桁连续梁。

桥位处属丘陵地貌, 桥址处河谷两岸为丘陵区的岷江残留高阶地, 地面高程263.000~347.000m, 最大高差84m, 自然坡度5°~20°。河谷平坦开阔, 江流顺直, 水流较湍急。两岸地表基本为旱地、水田、鱼塘, 基岩多裸露, 地表上覆土层为粉砂、粉质黏土、卵石土, 下伏基岩为砂岩夹泥岩。

根据桥址上游12.92km处的高场水文站收集的资料显示, 最近20年最高水位出现在2012年7月23日, 为281.92m, 当年本月22日为281.88m (最高水位持续时间一般为2~3d) 。如表1, 2及图1所示。

主桥墩号为16~19号墩, 其中16号主桥边墩在北岸河滩上, 洪水期淹没于河中, 16号墩钻孔桩直径2m, 桩长18.5m, 承台为11.6m×19.7m×4m;17号主墩为水中墩, 河床覆盖层为约5m厚砂卵石层;18号主墩位于靠南岸江边的水中, 河床为裸露的砂岩夹泥岩, 枯水期水最深约7m。17, 18号主墩各18根直径2.5m钻孔灌注桩, 桩长22.5m, 承台结构尺寸为14.4m×22m×4m, 加台1m。

主桥上部为钢桁连续梁, 其高度受邻近宜宾菜坝机场的限高要求, 钢桁连续梁下弦曲线加劲式连续钢桁梁重约12 600t, 共计36个节间。主桥钢桁梁采用N形桁架, 2片主桁, 主桁中心宽14m, 跨中桁高16m, 支点桁高32m, 节间长度14m。上、下弦杆均采用箱形截面, 主桁腹杆采用箱形截面及H形截面, 主桁节点上弦采用焊接整体节点, 节点外拼接, 下弦及加劲弦采用散拼节点。主桥施工如图2所示。

主桥钻孔桩采用冲击钻机成孔, 水下导管法灌注混凝土成桩工艺。16号墩围堰水头差枯水期达7.24m, 施工比选了钢板桩方案和筑岛防水膜止水强排方案。最后采用河滩砂卵石筑岛+防水土工膜+强排抽水的施工方案。

18号墩比选了筑岛植桩围堰和钢平台+水下爆破清基后下放钢套箱围堰方案。选定了采用隧道出渣筑岛, 片石笼围护, 岛面上静压植钢板桩围堰工法。17号墩比选钢平台, 水下成槽, 下放锁口钢管桩后水下封槽方案;水下爆破清基下放双臂钢套箱围堰方案;水上静压植钢板桩围堰后排水清基, 不封底方案。最终比选确定先施工栈桥和钢平台, 在平台上进行冲击钻孔的同时, 在平台下、水面以上静压植钢板桩围堰的新型工法施工。

主桥钢梁架设比选了原设计采用的侧位水上支架拼装钢梁, 后顶升18m横移就位方案;4台架梁起重机从两主墩分别向外T型悬拼钢梁, 跨中合龙方案;2台架梁起重机从边跨向中跨悬拼, 跨中合龙方案。综合技术、经济、安全和进度全面考虑, 选择采用在边跨设置临时拼装支架, 各拼装完成3个节间钢梁后, 采用2台架梁起重机, 由边跨向中跨悬臂架设, 最终在中跨跨中合龙方案。

16号承台在枯水期, 就地取材利用河滩卵石土筑岛, 因考虑枯水期水位波动情况, 筑岛面高于水位1.5m, 岛面标高271.500m, 岛面较宽, 堰内基坑底口尺寸, 考虑承台外留强排水水流通道空间, 坑底尺寸较承台尺寸大160cm, 开挖放坡1∶0.85, 外筑岛要保证开挖承台基坑后顶宽仍有10~15m, 筑岛外围要有≥2m的不透水土内防水层和复合土工膜外围防水层。

复合土工膜在铺设前卷在钢管上, 从上成卷下放, 一次铺设双层防水复合土工膜, 防水土工膜侧边要做好搭接叠合, 外压1层4m厚卵石土。顺坡面沿坡面轴线方向滚铺, 在坡脚处向河床延伸≥2m, 坡底土工膜在河底展平卵石编织袋压牢, 利用潜水员配合作业, 坡底铺设至原始河床。采用波浪形松弛方式, 坡顶处嵌固1m长土工膜, 覆土厚度≥0.5m。

黏土层为内隔水措施, 在填筑时确保黏土厚度≥2.0m, 在迎水面黏土要用装载机往下推, 并进行初步拍实, 防止水流过大将黏土冲刷走。黏土铺设完成后, 将坡面修整至设计坡度。

开挖过程中需进行排水, 基坑开挖完成后, 在基坑四周设置低于垫层面的汇水沟槽, 通过潜水泵进行排水。基坑开挖到位后, 检查基底是否有涌水现象, 并设置1层碎石垫层, 其上采用汽车泵干封, 浇筑50cm厚C30混凝土垫层。

17号墩采用单侧栈桥侧面伸出钢平台, 冲击钻机成孔, 同时平台下水上静压植PU28钢板桩围堰。围堰 (26m×18m) 共用148根拉森VI钢板桩, 单根长18m。在4个角桩位置, 需要加工改制成角桩。17号墩地质状况如图3所示。

植桩前, 由测量人员在施工平台上放出钢板桩定位轴线, 并用红油漆做好标记。为了保证钢板桩能够准确插入指定位置, 在插打钢板桩时, 需设置由型钢梁组焊成的导向框, 焊接在平台管桩上。

首先在平台上安装静压植桩机反力基座并加配重, 利用反力基座施加的反力进行反力桩施工。待反力桩压入至距离平台顶1.0m左右时停止压入, 进行接桩施工。接桩完成后将钢板桩压入至设计深度, 用此方法完成4根反力桩施工。待4根反力桩完成后, 移开静压植桩机, 在平台下面指定位置割除多余的钢板桩, 利用起重机将静压植桩机吊放安装在顶面下降的4根反力桩上, 利用静压植桩机骑桩, 进行平台下水上逐根施工。其技术关键点是采取钻机先钻外围孔, 成孔后护筒平台焊连, 加大平台刚度, 钻其他孔同时植桩, 设置泥浆循环和防溅落措施, 围堰平台同步推进技术。通过在板桩护筒间焊接临时扶壁, 加大已植板桩横向刚度, 减小自由长度。采取机械移除孤石、水下固接卵石等技术措施, 防止卵石落入钻孔中卡钻。采取扶壁措施控制钻机晃动, 选用适合地层钻头以提高工效。17号墩植桩平台布置如图4所示。

因需抢在洪水前完成部分墩身, 围堰采用2台设备从一边反向环绕施工直至合龙。该工法因需植入卵石层、岩石层, 采用克服坚硬地质预掘压入植桩工法, 工法原理如图5所示。

钢板桩压入施工完成后, 要立即安装圈梁及内支撑, 其先后顺序为:先安装圈梁然后安装内支撑。从上至下随取土深度满足要求后, 逐层安装。17号墩围堰内清基, 采用长臂挖掘机、伸缩臂挖掘机进行挖土, 开挖由破碎锤分区域进行配合, 及时根据测量结果进行调整, 潜水员水下检查并反馈。

围堰挖到位后, 打混凝土封底垫层, 周边设置汇水沟槽、汇水井, 强排抽水, 控制水位在垫层混凝土以下约0.2m, 在垫层上凿桩头, 承台施工。在洪水上涨前完成承台和一定高度的墩身施工。

钢桁梁在九江桥中铁九桥厂制造, 通过水路运输至施工现场成都侧码头, 由北岸码头上WD120起重机提梁上栈桥, 再由平板车运输至钢桁梁预拼场进行杆件预拼。预拼完成后, 成都侧钢梁杆件用平板车运输至栈桥, 直接由架梁起重机从栈桥上取梁进行架设;贵阳侧钢梁杆件通过栈桥运输至成都侧码头, 通过码头起重机下河, 通过运输船运送至贵阳侧栈桥码头, 由贵阳侧180t履带式起重机提梁上岸, 进行贵阳侧钢梁架设。

主桥钢梁架设方向从边跨向中跨进行。钢梁架设方向如图6所示。北岸架梁起重机采用在钢梁侧面设置1 000t·m塔式起重机拼装, 南岸采用在钢梁下右侧修筑便道, 用180t履带式起重机拼装架梁起重机。先在边跨钢梁支架上用1 000t·m塔式起重机 (180t履带式起重机) 拼装3个节间 (E0~E3) , 然后在钢梁上安装70t架梁起重机, 向中跨悬臂拼装, 最后在跨中合龙。航空限高采用特制起重机和修正航管软件, 办理施工手续, 加强作业管控解决悬拼桁梁限高安全难题。

变高度连续桁梁合龙技术:合龙前连续观测并记录合龙口数据, 进行钢梁合龙温度的敏感性数据分析, 通过合龙口偏差调整措施调整钢梁到最佳合龙状态。中跨设1个合龙段, 设在靠近18号墩E17~E18节间。杆件合龙按先合下弦和上弦、再合斜杆的顺序。合龙点多, 钢梁合龙点有6处, 上、下弦杆4处, 斜杆2处。要求6点均能准确对位, 空间形态无误, 先合龙长圆孔再合龙圆孔, 然后打入50%冲钉、穿入30%普通螺栓, 完成杆件合龙工作。

合龙口偏差调整措施: (1) 横向调整通过边墩600t级三维千斤顶横向施顶, 利用主墩支座间隙对合龙口前端横向偏位做调整。 (2) 纵向调整偏差较大时, 利用18号墩600t级三维千斤顶做纵向调整;偏差较小时, 利用温度做调整。 (3) 竖向调整通过边墩落梁进行中跨悬臂端标高调整。

预制道砟槽板共146块, 为完成收缩徐变的要求, 预制道砟槽板必须存放6个月才能架设, 预制场内设置固定预制台座4个, 存放台座30个布置, 最高堆放5层。所有道砟槽板的预制均在成都侧道砟槽板预制场内完成。道砟槽板预制技术关键是要采取钢筋定位卡板和加强浇筑前钢筋位置检查, 满足预留槽口内钢筋孔位与钢梁剪力钉的精密配合。预制板顶面平整度要在预制时控制好, 否则做防水层前还需打磨平整, 增加难度和成本。

待80m混凝土连续梁合龙后, 在13号墩处设置道砟槽板提升站。道砟槽板北岸平板车运至提升站, 由提升站提升上桥后, 利用30m/120t架桥机从成都侧向贵阳侧架设。道砟槽板架设示意如图7所示。

为保证预制道砟槽板与钢梁顶面密贴, 并防止砂浆外溢和水汽进入锈蚀钢梁, 需在钢梁外缘粘贴宽3cm、厚1cm的橡胶带。橡胶带使用前, 应预先做橡胶带的压缩性试验, 以保证道砟槽板安装后橡胶垫块能满足尺寸要求。槽口先采用1cm厚自流平砂浆灌注, 后用混凝土封好。

菜坝岷江特大桥的施工采用先进环保的施工技术, 实现在一个枯水期墩身出水的目标, 16号墩河滩高水头筑岛防水围堰施工承台的方法, 利用枯水期, 就地取材, 结合实际地层、地质防水、强排结合值得研究和借鉴。17号主墩采用先进水上植桩技术, 首次实现水上卵石和岩石地层植桩围堰施工, 施工同时完成剩余钻孔桩, 安全、环保, 避免了爆破清淤等作业, 开拓了水上基础施工的新方法。改侧位拼装顶升横移为原位拼装, 钢梁从两端往中跨臂拼装架设, 符合变截面钢桁梁特点, 边跨杆件最重<45t, 中跨杆件最重62t, 比从中间向两边架设减少了边跨配装设备吨位和设备数量, 协调航管软件升级, 配合特制起重机有效化解航空限高施工安全风险, 减少了技术风险和施工难度, 加快了施工进度, 取得良好的社会与经济效益。