桃花峪黄河大桥-最大跨度自锚式悬索桥

武( 陟) 西( 峡) 高速公路桃花峪黄河大桥,位于郑州市西北黄河中下游分界点,国家 AAAA 级黄河自然湿地保护区,北接郑新高速,南接连霍高速公路,全长 7702. 89m。其主桥是( 160 + 406 + 160) m的 3 跨自锚式悬索桥( 见图 1) 。由于其独特的结构特点与复杂地质水文条件,使得本桥有很高的技术难度。

工程特点

1) 跨度大 主桥主跨采用超前的 406m,为目前自锚式悬索桥跨度之最。钢箱梁采用顶推法施工,为满足高水位主河槽墩间跨度不小于 80m 的渡洪要求,主 河 槽 中 临 时 墩 最 大 跨 度 达 82m,为 国 内第一。

2) 桥位高 大桥从低于黄河主槽的北岸上黄河大堤,再向南抬升跨越南岸邙山,地势高差大,桥位高,主塔最高 136. 06m,钢箱梁距河床 50~56m,成为黄河上桥位最高大桥。上部钢箱梁高位顶推时,临时墩变位大,施工控制难。

3) 钢箱梁重 钢箱梁设计时考虑 1. 3 倍的公路一级荷载,采用双向六车道,总宽 39m,设计使得钢箱梁顶推质量达 161 800kN,加之顶推跨度大,使单滑道受力达 12100kN,为同类桥梁国内之首。

4) 环境复杂 桥位位于国家 AAAA 级风景名胜区、黄河自然湿地保护区,郑州饮用水水源地,黄河鲤鱼种源地保护区,黄土峁国家黄土地质公园,环保要求苛刻。

主要指标与方法

结构分析程序:Midas2010。进行施工监控,在钢锚梁、主塔墩位处的钢箱梁箱内分阶段压重,以平衡主缆不同阶段的竖向分力; 对塔顶主鞍鞍座进行纵向调整,原则是保证主塔应力水平在合理范围之内,不致产生过大弯曲应力。

河南省交通规划勘察设计院有限责任公司的马松江对主桥结构体系和钢箱梁架设方案时临时墩间距的确定等关键性技术问题进行了深入研究,包括:三种典型结构体系进行比选(a.墩梁固结体系———北共用墩与主梁固结,其余各处设纵向滑动支座;b塔梁固结体系———北塔与主梁固结,其余各处设纵向滑动支座;c.竖向支承体系———各墩、塔均设纵向滑动支座)。探讨了三种体系下的结构变形(北边跨、中跨的挠跨比,北梁端转角)、在温度影响下的结构响应、在地震作用下的结构响应,最终技术设计推荐采用塔梁固结体系。临时墩间距分析,考虑的内容包括:

栈桥方案:为在调水调沙之前使栈桥、水上钻孔平台“扎根”形成稳定结构,尽快展开基础施工,选用沿桥轴线设置的宽 12m,长 650m的单线钢栈桥方案,放弃了对上部结构施工干扰较小的双线栈桥方案。

基础施工:水上施工时,南主塔选择型钢水上钻孔平台方案,以满足多台钻机同时钻孔需要; 北主塔则采用管袋围堰堰内筑岛平台方案,以满足单台质量超过120t 的大型旋挖钻施工荷载需要,并快速展开水中主墩基础施工。

钢箱梁施工:自锚式的结构特点要求按“先梁后缆”的顺序施工,梁、缆不能同步,故大桥施工周期长。为了合理缩短施工周期,在上塔柱施工时,即开始钢箱梁顶推施工。钢箱梁架设采用大跨高位单向多点同步连续顶推施工。专门研发了单向多点同步连续顶推的自动控制系统,实现 18 台连续作用千斤顶纵向位移同步自动控制和横向油压平衡自动控制。在顶推过程中,通过导梁横向限位、滑道横向限、主墩顶强制纠偏等措施确保钢箱梁轴线满足设计与规范要求。

主缆与吊杆:主缆采用 PPWS 工法,猫道辅助架设。吊杆系统则采用猫道改制成小缆索吊机安装,最后对吊杆分级分批张拉进行体系转换,直至成桥状态。

主塔:为提高主塔施工效率,每肢设独立的电梯 1 台、塔式起重机 1 台、ZPY100-6000 重型爬模 1 套、D125高压泵管 1 套、地泵 1 台、养护管路 1 套。在爬模方案上,针对性地进行了安全设施研究,设置已浇混凝土维护平台、液压爬升操作平台、模板维护平台与上置的钢筋安装平台,使整个工序形成流水。

 

为保证主塔线形,采用主动水平撑调整主塔悬臂端横向位移与悬臂根部应力,使其满足规范要求。在纵向,为避免钢箱梁顶推时对主塔线形影响,通过在桥纵向设水平拉索克服墩顶不均衡水平力对主塔变位与应力影响。同时对整个施工过程位移与应力进行施工过程监控,以保证结构安全。

临时墩:为了保证临时墩结构安全,在墩顶设置水平拉索,用于克服不均衡水平力; 设置水平标尺,安装自动限位装置,确保墩顶位移在允许范围内。

吊杆:吊杆安装采用牵引索改制成的小缆索吊机进行。在温度恒定时对索夹位置进行精确放线,然后由跨中向近塔向安装索夹。索夹安装重在精定位后的施拧,要求在张拉前、张拉后、成桥后分三阶段定扭施拧。吊杆张拉由近塔侧向远塔侧进行,具体张拉与体系转换顺序根据塔、主缆、钢箱梁安装完成后的实测线形进行优化调整。

 

主梁截面构造

 

参考资料:

王同民.桃花峪黄河大桥主桥工程上部结构施工关键技术.施 工 技 术.2012.2

马松江.桃花峪黄河大桥主桥关键技术问题研究.桥隧工程

 

 

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