【巩固提升】黄河之上“桥”见智慧

　　济南平阴县与聊城东阿县隔岸相望，在艾山卡口下游2千米处，国内最大跨径钢桁梁公铁两用桥聊泰铁路黄河公铁桥横空出世，宛如一条钢铁巨龙横跨黄河连接两岸。

　　聊泰铁路黄河公铁桥是山东省重点建设项目。项目建成后，可缓解济南、聊城铁路枢纽压力，进一步提升山东省内铁路网络化的运能及运力，对推动济南、聊城、泰安、平阴、东阿、肥城经济具有十分重要的作用。

　　艾山卡口是黄河下游河道从宽变窄的分界点，人们形象地将卡口以上的河段称之为“大肚子”，而卡口以下的河段则被称为“窄肠子”，这里险滩密布、激流纵横，留下了“自古黄河不夜渡”的说法。秋分到霜降的这段时间里，从上游奔腾而来的滔滔河水被禁锢在狭窄的河床内，急速的黄河水到此被挤在狭窄的河床内，咆哮、怒吼、奔腾，好似被困住的蛟龙。形成一个不是壶口却胜似壶口的壮丽景观。

　　在艾山卡口下游2千米处建设大桥难度可想而知。

　　既然如此难度，那为什么要将桥建设于此呢？

　　说到这里就不得不提起1855年黄河改道之后，因为种种原因，也为了便于管理，以河为界限，重新形成了如今的聊城东阿和济南平阴。为方便两岸群众贸易交流，1970年建成平阴黄河公路大桥，成为联系东阿和平阴两县的重要交通。50年过去了，随着交通运量和汽车荷载的日益增加，平阴黄河公路大桥已很难满足交通运输要求。

　　修建一座新桥迫在眉睫。

　　在哪里修建新桥？

　　设计单位结合实现京沪与京九两大铁路干线连接的建设方案，在桥位项目前期阶段对桥位方案开展了水土保持、通航论证、基本农田保护、防洪影响、地质灾害、环境影响评价等专题研究，经过综合考虑，结合黄河水利委员会防洪评价，同时得到东阿县、平阴县人民政府同意认可，桥位选址在平阴黄河公路大桥上游2公里处，艾山卡口下游2公里处。

　　由此聊泰铁路黄河公铁桥建设方案应运而生。该桥桥梁工程全长约3.37公里，其中跨越黄河段公铁两用桥主桥全长782.4米。780米主桥建设用钢量达1.4万吨，相当于三分之一个“鸟巢”。钢桁梁顶推最大跨度180米，整个桥体由钢桁梁、现浇连续梁、先简支后连续小箱梁组合而成，分上下两层桥面，上层为公路桥面，宽24米，下层为铁路桥面，宽11.4米。桥梁结构形式复杂多样，是目前黄河上施工结构形式最复杂的公铁两用桥之一。

　　“在千层蛋糕里捅马蜂窝”

　　为什么说在黄河河道内岩溶桩基施工难？

　　聊泰黄河公铁桥桥梁施工位于黄河岩溶发育区域。管段内最复杂、最大的溶洞位于河道内的2号墩，溶腔高度高达11米，分布范围有300多个平方米，最大溶腔相当于一个篮球场，整个桥墩位于溶腔上部。如果溶洞处理过程中出现大的“透水”事故，将引起黄河河床塌陷、栈桥平台垮塌等安全事故，施工工期将无限制滞后。

　　地质勘探报告显示，施工区域土质大致分布为粉砂层（大约26米）、粉质粘土层（20米）、粘土层（10米）、岩石层……

　　“河床地质就像千层蛋糕，而施工区域溶腔分布仿佛镶嵌在千层蛋糕中的马蜂窝”谈到施工地质情况时，项目部总工程师刘军笑着说到。

　　设计显示，水中桩基施工全部桩基均为嵌岩桩，深入完整岩层2倍桩径。

　　桩基施工就像在千层蛋糕里捅马蜂窝。

　　施工难度再大，也要保证施工质量和黄河河床安全。

　　项目部质量管理小组特别制定了先注浆后钻孔的工艺流程，来保证岩溶桩基的安全施工。同时，创新将普通单层护筒施工改进为双层护筒施工，外层护筒作为导向护筒，保证在黄河高流速下，引孔工序一次成孔，护筒下放效率较原工艺提高了50%。内层护筒保证在桩基施工过程中外层泥沙倒灌进入溶腔。该工法属于国内领先技术，为同类型施工提供了宝贵的经验，丰富了我国桥梁建设技术体系。

　　前期水中桩基施工，采用旋挖钻机与冲击钻机配合冲击成孔现场在桩基施工过程中，遇到了冲击钻机施工卡锤故障问题。尝试运用常规处理方法，例如提锤冲顶法、水下爆破法等，但是这一处理就是四五天，随着时间流逝，仍旧未达到满意效果，这也导致这个墩的其他桩孔无法施工，施工现场也一度处于停滞状态。对于黄河上的桩孔来说，每晚一天，就有一天的风险，黄河河道内不仅面临着地质复杂的困难，还同样有汛期的影响，汛期来临，水流之大，无法施工，工期得不到保障。

　　中铁一局建设者集思广益针对冲击钻机的施工特点，并且结合现场地质条件，发明创造了一种小型的冲击锤，通过利用实心的圆柱形冲击锤将卡锤处锤头周边的土体、碎石和沉渣进行冲击，从而使得卡锤头松动，再配合其他起重设备提拉被卡锤头，解决卡锤问题。

　　从设计图纸到现场自己制作冲击锤，再到完全解决问题仅用时2天。

　　如何在18层楼高度精准“穿针引线”

　　中铁一局五公司建设者是如何将重达三分之一个“鸟巢”的780米主桥钢桁梁架于黄河之上？

　　建设者选用“多点同步顶推”技术，减少钢桁梁架设施工对河道的干扰和破坏，尤其是减少施工对黄河防洪防汛的影响。

　　聊泰黄河公铁桥钢桁梁顶推最大跨度180米、单边顶推总长度781.2米、顶推总重量1.47万吨，顶推长度和重量处于同类桥梁前列。钢桁梁顶推架设作为一个成熟的施工工艺，关键核心就是做到各个环节的精准“同步”，按照常规方法施工对工程师来说并不困难，但如何做到“安全、环保、高效”是整个中铁一局聊泰铁路黄河公铁桥工程建设者的初衷。

　　聊泰黄河公铁桥主桥钢桁梁共由21540个构件、303720颗高强螺栓、11.22公里长的焊缝组成，是国内跨黄河施工最复杂公铁两用桥之一。其中钢桁梁最大构件吊重62.5吨，钢件安装高度50米，钢梁吊装区域位于黄河滩地、风力风向不稳定，钢桁梁拼装相当于在18层楼高度上“穿针引线”。

　　如何保证“穿针引线”一次到位！

　　凡是预则立不预则废。

　　建设者结合测量数据综合考虑横纵向风力，预先在地面进行拼装模拟，将高空作业危险降到最低。

　　为了精准控制钢桁梁各顶推点顶推速度同步，将钢桁梁顶推由人工操作转换成智能操作，选用可同时控制30多台千斤顶同步运行的智能控制系统和顶升系统，由指挥人员通过电脑、WiFi远程控制，确保钢桁梁精准同步前移；顶推过程能记录每一个施工循环参数，与设计、监控参数进行综合分析判定，做到每道工序心中有数，并建立监控预警信息系统，对钢梁变形应变数据实时监控，出现超标及异常数据及时报警，保证施工安全。

　　他们不让一滴废水流入黄河

　　为了确保工程建设效率和黄河生态保护实现“既要又要”。

　　水中桩基施工，因地质复杂，泥砂含量极大。根据规范要求，嵌岩桩的清孔标准底部沉渣不大于5厘米。

　　桩基成孔后如何快速有效的进行清孔成了现场的一大难题。

　　传统冲孔灌注桩施工需要进行两次清孔作业。第一次清孔在桩孔施工达到设计深度以后，利用原成孔机具进行清孔，其目的是以替换泥浆为主，清除浮渣为辅，以泥浆性能基本达到要求为标准。第二次清孔是在浇灌桩身混凝土之前，利用灌浆导管进行，其目的是以清除沉渣为主，替换泥浆为辅，以孔底沉渣厚度达到设计要求为标准。在砂层地段、岩溶发育的复杂地质环境中，传统清孔工艺，施工时间长、效果差、影响施工工期。

　　中铁一局项目部QC小组通过多次全要素分析形成国家级工艺工法《泥沙分离器+气举反循环清孔》，利用空压机的压缩空气，通过安装在导管内的风管送至桩孔内，高压气与泥浆混合，在导管内形成一种密度小于泥浆的浆气混合物，浆气混合物因其比重小而上升，在导管内混合器底端形成负压，下层泥浆在负压作用下上升，并在气压动量的联合作用下不断补浆，上升至混合器泥浆与气体形成气浆混合物后继续上升，从而形成流动。因为导管的内断面积小于导管外壁与桩壁间的环状断面积，便形成了流速、流量极大的反循环，携带沉渣从导管内反出，泥浆泵将孔底砂水混合物输送至泥沙分离器，离心分级浓缩的细砂经沉砂嘴提供给振动筛，经振动筛脱水后，细砂与水有效分离，返回到孔里加清水稀释的方式降低泥浆比重。利用泥浆净化设备分离出泥浆和钻渣，泥浆重新进入桩孔重复利用，制作90立方米铁箱进行废渣在沉淀分离，最终分离出的干钻渣由运渣车运至弃土场，避免一滴废水、一颗废渣进入黄河。

　　聊泰铁路黄河公铁桥

　　钢桁梁顶推

　　聊泰铁路黄河公铁桥近景

　　岩溶桩基施工