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        鄒城三十米橋上跨鐵路立交橋施工技術(shù)研究

        2014-08-27 04:10:21陳南寧
        卷宗 2014年7期

        陳南寧

        摘 要:本文以鄒城三十米橋上跨鐵路立交橋項(xiàng)目為依托,闡述了主橋工程基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)改為地下連續(xù)墻、轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)由平鉸變?yōu)榍蜚q、主塔選用爬模施工方案的依據(jù),為以后同類工程施工的前期規(guī)劃提供參考。

        關(guān)鍵詞:方案比選;基坑圍護(hù);轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu);主塔施工

        1 工程概況

        鄒城市三十米橋上跨鐵路立交橋建設(shè)工程位于鄒城市中部,采用獨(dú)塔雙柱雙跨雙索面預(yù)應(yīng)力混凝土斜拉橋,墩塔梁固結(jié)體系,跨徑組合為2×110m。主橋跨越京滬鐵路站場(chǎng)線路及規(guī)劃電廠專用線,共跨越14股道,采用轉(zhuǎn)體法施工。

        主梁采用雙邊主梁截面,主梁標(biāo)準(zhǔn)寬度23.2m,橋面板厚度為0.3m,中心最高點(diǎn)2.77m,設(shè)雙向2%橫坡,至邊主梁處梁高變?yōu)?.6m。

        轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)由轉(zhuǎn)體下轉(zhuǎn)盤、鉸、上轉(zhuǎn)盤、轉(zhuǎn)體牽引系統(tǒng)等組成。轉(zhuǎn)體主要參數(shù):轉(zhuǎn)體重量21000t;轉(zhuǎn)體長(zhǎng)度2×99m;連續(xù)千斤頂牽引噸位不小于400t。轉(zhuǎn)體施工臨時(shí)拽拉鋼束采用31-φs15.2鋼絞線及其配套錨具。

        主墩基礎(chǔ)采用21根直徑2m的鋼筋混凝土鉆孔灌注樁,樁長(zhǎng)40.5m,按嵌巖樁設(shè)計(jì)。主墩承臺(tái)為直徑22m、厚度為7m的圓柱承臺(tái)。主墩承臺(tái)基坑開挖深度約11.5m,地下水位在地面下3.9m~7.8m,主墩承臺(tái)距既有線鐵路軌道最小距離為11.9m。

        2 總體施工規(guī)劃

        施工前對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)內(nèi)影響施工的“四電”進(jìn)行遷改,然后開始主墩樁基施工,同步進(jìn)行過渡墩樁基施工。18#主墩樁基施工結(jié)束前完成主墩承臺(tái)基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的施工。進(jìn)行主墩承臺(tái)基坑開挖,然后進(jìn)行承臺(tái)、轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)、下塔柱及主梁0#塊施工,0#塊澆筑完成后進(jìn)行主塔施工,同步進(jìn)行主梁轉(zhuǎn)體部分及邊跨現(xiàn)澆段的施工,斜拉索張拉完成后進(jìn)行轉(zhuǎn)體施工,最后進(jìn)行合龍段及附屬結(jié)構(gòu)施工。

        3 主墩承臺(tái)基坑圍護(hù)方案比選

        3.1 方案概述

        方案一:深層攪拌樁+鋼筋混凝土圍護(hù)樁

        基坑外圍施工,葉片直徑0.85m,樁長(zhǎng)28m,樁間距1.2m三軸深層攪拌樁,搭接0.35m,深層攪拌樁頂澆筑0.3m厚的壓頂梁,深層攪拌樁中每隔1.2m插一根6m長(zhǎng)工字鋼;在深層攪拌樁施工完成后,在其內(nèi)側(cè)施工鋼筋混凝土灌注樁,樁徑1.2m,樁長(zhǎng)28m;

        主墩承臺(tái)基坑開挖前,用圈梁把鉆孔樁連成整體,采用型鋼或鋼管做徑向支撐,開挖至5.5m時(shí)做1m×1m環(huán)形腰梁,并用0.8m×1m鋼筋混凝土梁做徑向支撐。

        方案二:地下連續(xù)墻

        地下連續(xù)墻及導(dǎo)墻均采用圓環(huán)形鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),在靠近鐵路側(cè)接觸網(wǎng)立柱處增設(shè)一排高壓旋噴樁。地下連續(xù)墻壁厚0.8m,中心圓環(huán)直徑26.2m,平均深度約16.37m,采用C30水下混凝土,合計(jì)方量1303m3。標(biāo)準(zhǔn)斷面寬度為5.111m一槽段,在靠近鐵路側(cè)接觸網(wǎng)立柱處單個(gè)槽段寬度約為2.56m。主筋用Φ25螺紋鋼筋,布置兩層,并設(shè)架立筋連接成鋼筋骨架。導(dǎo)墻沿地下連續(xù)墻內(nèi)、外側(cè)布置,導(dǎo)墻徑向厚度2.5m,高度1.2m,導(dǎo)墻鋼筋按構(gòu)造鋼筋布置。在連續(xù)墻墻頂以下6m處設(shè)置一圈環(huán)形腰梁內(nèi)撐,腰梁寬0.8m,高1.2m,其鋼筋通過預(yù)埋鋼筋連接器與連續(xù)墻內(nèi)側(cè)鋼筋連接。

        3.2 方案比選

        3.2.1 工期比較

        方案一:深層攪拌樁72根,計(jì)2016延米,樁長(zhǎng)28m,入巖深度約9m,日進(jìn)度按400m考慮,需5天完成;鉆孔灌注樁56根,樁長(zhǎng)28m,入巖深度約9m,按六臺(tái)鉆機(jī)布置,每臺(tái)鉆機(jī)每根樁需約10天,共需100天;圈梁加勁支撐安裝約需2天;腰梁圈梁及加勁梁施工約需4天。則方案一所需總工期約111天。

        方案二:導(dǎo)墻施工2天,成槽機(jī)每天成一槽,共需18天,水下混凝土封底4天,腰梁3天;高壓旋噴樁施工10天(其中高壓旋噴樁可與成槽同步施工,待其施工完成后進(jìn)行附近對(duì)應(yīng)槽段施工)則方案二所需總工期約35天。

        比較:方案二比方案一節(jié)省76天。

        3.2.2 造價(jià)比較

        方案一:總造價(jià)約350萬元;

        方案二:總造價(jià)約430萬元。

        比較:方案二比方案一造價(jià)多80萬元。

        3.2.3 施工可行性比較

        本工程屬于鄰近既有線深基坑施工。

        方案一采用深層攪拌樁做止水帷幕,用鋼筋混凝土鉆孔樁+頂層圈梁+腰梁做基坑開挖時(shí)圍護(hù)結(jié)構(gòu),可承受基坑開挖過程中產(chǎn)生的土壓力,能在基坑四周形成止水帶減少地下水滲入。對(duì)既有營(yíng)業(yè)線的影響主要包括:圍護(hù)施工過程中攪拌鉆機(jī)、鉆孔樁機(jī)、吊機(jī)傾覆侵入鐵路限界影響運(yùn)營(yíng)安全、深基坑開挖過程中鐵路側(cè)路基地下水流失導(dǎo)致鐵路路基沉降影響運(yùn)營(yíng)安全。

        方案二采用地下連續(xù)墻,能夠防滲并抵抗基坑開挖過程中產(chǎn)生的土壓力,當(dāng)基坑開挖過程中有大量滲水時(shí),可采取不排水開挖、水下混凝土封底的辦法,能有效降低對(duì)既有營(yíng)業(yè)線路基的影響。針對(duì)本工程地質(zhì),國內(nèi)有多例成功施工案例。

        比較:方案二較方案一優(yōu)。方案二不設(shè)內(nèi)支撐,方案一中兩道圈梁內(nèi)支撐影響基坑開挖、承臺(tái)施工的工效,方案二對(duì)既業(yè)線的安全影響比方案一小。

        3.3 結(jié)論

        綜上,盡管方案二造價(jià)比方案一略高,但方案二工期比方案一節(jié)省約76天且便于后續(xù)施工,方案二對(duì)既有線的安全影響比方案一小,故采取方案二。

        4 轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)方案比選

        4.1 方案簡(jiǎn)介

        方案一:平鉸方案

        轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)由轉(zhuǎn)體下轉(zhuǎn)盤、平鉸、上轉(zhuǎn)盤、轉(zhuǎn)體牽引系統(tǒng)組成。上、下平鉸直徑均為5.3m,厚度均為5.5cm,轉(zhuǎn)動(dòng)軸直徑315mm,共布置2104塊直徑6cm的聚四氟乙烯片。平鉸加工及安裝精度要求較高:盤邊緣相對(duì)誤差≯0.5mm。

        方案二:球鉸方案

        轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)由轉(zhuǎn)體下轉(zhuǎn)盤、球鉸、上轉(zhuǎn)盤、轉(zhuǎn)體牽引系統(tǒng)組成。球鉸球面半徑8m,平面投影直徑4.2m,分上下兩片,厚度均為5.5cm,轉(zhuǎn)動(dòng)軸直徑275mm,共布置1484塊直徑6cm的聚四氟乙烯片。球鉸加工及安裝精度要求較高:球鉸頂口務(wù)必水平,其頂面任意兩點(diǎn)誤差≯1mm。

        4.2 方案比選

        (1)轉(zhuǎn)體球鉸的特點(diǎn)

        轉(zhuǎn)體球鉸的上球面板與鑲嵌在下球面板上的四氟滑板形成轉(zhuǎn)動(dòng)副,實(shí)現(xiàn)梁體的水平轉(zhuǎn)動(dòng);橋梁上部載荷通過上球面板、四氟滑板、下球面板均勻地傳遞給下部結(jié)構(gòu),傳力途徑簡(jiǎn)單明確。轉(zhuǎn)體球鉸具有以下特點(diǎn):

        a)傳力途徑簡(jiǎn)單明確,通過球面?zhèn)髁?,b)整體剛度大,偏心適應(yīng)性強(qiáng)。球鉸結(jié)構(gòu)剛度好,上球鉸凸球面與下球鉸凹球面結(jié)構(gòu)相適應(yīng),轉(zhuǎn)動(dòng)對(duì)中一致性好,當(dāng)受到傾覆力作用時(shí),易于調(diào)整梁體平衡,運(yùn)行安全穩(wěn)定性高。當(dāng)上部結(jié)構(gòu)載荷分布均勻性好。

        出現(xiàn)重心偏移時(shí),可以利用球面來平衡偏心力矩,保證工程的安全性。

        c)技術(shù)成熟可靠、安全度高。摩擦副面均經(jīng)過數(shù)控車床加工,加工精度高,定位準(zhǔn)確,組裝精度高,水平轉(zhuǎn)動(dòng)平穩(wěn)。球面滑板直接鑲嵌在下球面板鑲坑內(nèi),固定可靠。

        d)球鉸直徑4.2m,可以在廠家加工成一塊,方便運(yùn)輸及安裝。

        (2)轉(zhuǎn)體平鉸的特點(diǎn)

        轉(zhuǎn)體平鉸主要由上平面板與鑲嵌在下平面板上的四氟滑板形成轉(zhuǎn)動(dòng)副,實(shí)現(xiàn)梁體的水平轉(zhuǎn)動(dòng);橋梁上部荷載通過上平面板、四氟滑板、下平面板傳遞給下部結(jié)構(gòu)。

        轉(zhuǎn)體平鉸為保證轉(zhuǎn)動(dòng)平穩(wěn)順利,對(duì)上、下面板的加工平整度以及安裝平整度要求很高,如出現(xiàn)傾斜不平則難以進(jìn)行調(diào)整,會(huì)顯著影響轉(zhuǎn)動(dòng)的實(shí)現(xiàn)。且在豎向高承載力作用下,平面鉸結(jié)構(gòu)易發(fā)生變形,也會(huì)影響轉(zhuǎn)動(dòng)功能的實(shí)現(xiàn)。轉(zhuǎn)體平鉸由于采用平面轉(zhuǎn)動(dòng)難以進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)前梁體的平衡糾偏,且在偏心載荷作用下轉(zhuǎn)動(dòng)平順性差。

        平鉸上、下面板各分為兩塊制造,在現(xiàn)場(chǎng)再進(jìn)行拼焊。此種設(shè)計(jì)由于焊縫較長(zhǎng),焊接會(huì)引起面板變形,在施工現(xiàn)場(chǎng)將無法進(jìn)行修復(fù)。而面板變形會(huì)使平鉸與上下部混凝土結(jié)構(gòu)、平鉸上下面板間不能保證均勻接觸,會(huì)導(dǎo)致荷載傳遞不均勻,構(gòu)件受力不均勻,影響轉(zhuǎn)體實(shí)施。

        (3)造價(jià)分析

        轉(zhuǎn)體平鉸較球鉸簡(jiǎn)單,造價(jià)較低,但本工程平鉸直徑5.3m為國內(nèi)最大直徑,加工時(shí)需額外加工胎膜,增加了成本;轉(zhuǎn)體球鉸加工復(fù)雜,但國內(nèi)已有相同直徑的胎膜,不需額外加工??傮w比較,球鉸的造價(jià)比平鉸略高。

        4.3 結(jié)論

        平鉸、球鉸的造價(jià)相差不大,球鉸的安全性能優(yōu)于平鉸,球鉸安裝較平鉸方便且轉(zhuǎn)體精度高、自調(diào)偏性能好。

        5 主塔施工方案比選

        主塔上塔柱高51.6m,除根部2.0m高度范圍為變截面,其余為空心標(biāo)準(zhǔn)截面,尺寸為3.0m×6.0m,可采用爬?;蚍仓绞?,下面將分別論述。

        5.1 方案簡(jiǎn)介

        方案一:翻模施工

        工藝原理是將塔身分成等高的節(jié)段,分段澆注。根據(jù)分段高度,將外側(cè)模板設(shè)計(jì)成與分段等高的 2 或 3 節(jié),配合 1 節(jié)內(nèi)側(cè)模板。每節(jié)外側(cè)模均自帶操作平臺(tái),施工過程中不需另外搭設(shè)操作平臺(tái)。澆注完成頂節(jié)混凝土后,拆除底節(jié)模板,將其接于頂節(jié)模板之上,繼續(xù)進(jìn)行混凝土施工,如此循環(huán),直到施工完成。在斜拉索錨固區(qū)有環(huán)向預(yù)應(yīng)力,在環(huán)向預(yù)應(yīng)力張拉壓漿時(shí),需增設(shè)吊籃,吊掛在底節(jié)外模上做張拉壓漿操作平臺(tái)。

        方案二:爬模施工

        采用液壓自爬模系統(tǒng),由模板結(jié)構(gòu)系統(tǒng)、液壓提升設(shè)備系統(tǒng)和平臺(tái)系統(tǒng)三大部分組成。根據(jù)分段高度確定單節(jié)模板高度,塔柱底節(jié)及第二節(jié)施工時(shí),通過塔吊進(jìn)行模板拼裝,自第三節(jié)時(shí),安裝液壓系統(tǒng),爬模提升通過自身液壓系統(tǒng)提升,不需塔吊輔助。在環(huán)向預(yù)應(yīng)力張拉施工時(shí),在爬模系統(tǒng)底平臺(tái)增設(shè)吊籃,模板提升時(shí),吊籃隨模板一起提升,不需重新安拆。

        5.2 方案比選

        方案一:翻模施工不需搭設(shè)支架,利用塔吊輔助進(jìn)行翻模,成本低。缺點(diǎn)有:①本工程鄰近既有線,塔吊輔助翻模時(shí),吊裝的安全風(fēng)險(xiǎn)較大,主要表現(xiàn)在吊裝時(shí)模板的重心(吊點(diǎn))選擇難度大;②在有索區(qū)施工時(shí),環(huán)向預(yù)應(yīng)力操作平臺(tái)所用吊籃在模板提升前需拆除,再使用時(shí)需重新吊裝,重復(fù)裝拆影響工效、增加成本;③主塔施工中,鋼筋吊裝、勁性骨架安裝、索導(dǎo)管安裝、內(nèi)模安裝等均需要塔吊配合,本工程單塔兩柱共使用一臺(tái)塔吊,塔吊基本滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn),若利用塔吊進(jìn)行模板提升,則影響施工工效。

        方案二:液壓自爬模整個(gè)結(jié)構(gòu)僅用一個(gè)液壓滑動(dòng)模板 ,一次組裝,爬升過程中不用再進(jìn)行支模、 拆模、 搭設(shè)腳手架的工作 ,混凝土可連續(xù)澆筑 ,施工速度快 ,避免施工縫 ,同時(shí)可節(jié)省大量模板、腳手材料和勞動(dòng)力,減輕勞動(dòng)強(qiáng)度, 降低施工成本, 整個(gè)工藝流程順暢,交叉作業(yè)少。爬模操作平臺(tái)外圍可設(shè)置封閉式安全防護(hù)網(wǎng),無需反復(fù)拆除和安裝,安全風(fēng)險(xiǎn)小。缺點(diǎn)是成本較高。

        5.3 結(jié)論

        上述兩種方案,在成本上方案二比方案一約多三十萬,但安全風(fēng)險(xiǎn)最小,工期最快。本工程鄰近營(yíng)業(yè)線,安全防護(hù)要求高。綜合考慮安全成本及工期的因素,主塔施工爬模優(yōu)于翻模。

        6 結(jié)語

        工程項(xiàng)目施工管理重在過程控制,過程控制是施工企業(yè)創(chuàng)效最關(guān)鍵、最核心的內(nèi)容,而方案優(yōu)化在施工過程控制中發(fā)揮著無可替代的作用。結(jié)合工程實(shí)際情況,綜合考慮安全、質(zhì)量和工期各方面因素,多比較,多分析才能比選出最合適的方案。

        參考文獻(xiàn)

        [1]林壽,楊嗣信.《液壓自動(dòng)爬模技術(shù)》.中國建筑工業(yè)出版社,2009

        [2]張聯(lián)燕.《橋梁轉(zhuǎn)體施工》.人民交通出版社,2003

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