■宋 馨朱 曉
(1.中國市政工程中南設(shè)計研究總院有限公司,上海 200127;2.江蘇中泰橋梁股份有限公司,靖江 214500)
蘇州斜港大橋施工方案研究
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(1.中國市政工程中南設(shè)計研究總院有限公司,上海200127;2.江蘇中泰橋梁股份有限公司,靖江214500)
新建蘇州斜港大橋主橋是一座全鋼結(jié)構(gòu)的桁架式雙層橋面梁拱組合鋼拱橋,為蘇州市東環(huán)快速路南延工程的重要橋梁。橋梁采用雙層橋面布置,跨徑組合為69+180+69=318m,橫橋向布置兩片主桁,上層橋面寬41.6m,下層橋面寬48.6m。經(jīng)濟合理的鋼結(jié)構(gòu)安裝方案是成功實現(xiàn)設(shè)計理念的有力保證,本文通過對現(xiàn)場施工條件的深入分析,進行了全支架施工和頂推施工兩種施工方案綜合比選,最終確定了鋼結(jié)構(gòu)廠內(nèi)制作,分節(jié)段運輸至現(xiàn)場全支架組拼,先梁后拱的施工方案,可供類似工程借鑒。
雙層橋面梁拱組合鋼拱橋現(xiàn)場安裝全支架施工
蘇州市斜港大橋是一座全鋼結(jié)構(gòu)的雙層橋面桁架式拱梁組合體系橋梁,為蘇州市東環(huán)快速路南延工程的重要節(jié)點,位于吳中區(qū)蘇申外港線(斜港)與京杭大運河交叉口處。
斜港大橋主橋采用雙層橋面布置,跨徑組合為69+ 180+69=318m,橫橋向布置兩片主桁,主桁間距36m。上層橋面寬41.6m,其中車行道寬33m,為城市快速路;下層橋面寬48.6m,其中車行道寬33m,為城市主干路;上層橋面設(shè)置1m寬的檢修道,下層橋面設(shè)置1.5m寬人行道和3m寬非機動車道。斜港大橋?qū)嵕耙妶D1,立面和橫斷面見圖2和圖3。
本橋為桁架式拱梁組合體系,拱和梁通過結(jié)合段大節(jié)點相連,拱的推力全部由主梁承擔(dān)。主梁和橋墩之間設(shè)置大型球鋼支座。
橫橋向設(shè)兩片主拱,每片主拱為由上下兩根八邊形的箱型拱肋組成的桁拱體系,采用三角桁式。全橋共設(shè)置15道箱型風(fēng)撐。
主梁主桁采用三角桁式,標(biāo)準(zhǔn)段弦桿與斜腹桿的夾角為60°左右。主桁包含上下弦桿、腹桿、整體節(jié)點。桁架桿件之間采用整體節(jié)點板,整體節(jié)點之內(nèi)采用板件對齊直接傳力,節(jié)點板僅起到應(yīng)力擴散的作用。
橋面系分為正交異性橋面板(車行道)、橫梁、人非車道挑臂、檢修道挑臂。標(biāo)準(zhǔn)的正交異性板塊長度約9m,由厚16mm的橋面板、縱向“U-肋”和小縱梁組成。主橫梁和副橫梁平均間距各約9m,交錯布置。主梁標(biāo)準(zhǔn)階段構(gòu)造圖見圖4。
全橋共設(shè)17對吊桿,分為柔性索、裝飾索兩種。其中柔性索型號Φ7-127,的鍍鋅高強度平行鋼絲索。吊桿順橋向為9m,分別錨固在主拱和主梁節(jié)點橫隔板所連接的吊耳處。
(1)斜港大橋位于吳中區(qū)蘇申外港線(斜港)與京杭大運河交叉口處,其中京杭大運河為三級航道,蘇申外港線為現(xiàn)狀四級、規(guī)劃三級航道。兩條航運均十分繁忙。
(2)在以往工程設(shè)計中,航道部門要求跨越航道的永久性橋梁需一跨過河,且在施工時水中不得設(shè)臨時墩。但在橋位下游100m處有一臨時性的斜港便橋,是按照60m臨時通航寬度實施的,斜港大橋在施工期間可以參照。
(3)主桁梁標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段外形尺寸為26.6(長)×38.2(寬)× 10.4(高)m,重量約840t,難以實現(xiàn)大節(jié)段整體運輸和架設(shè),故采用主桁及橋面系分節(jié)段運輸、現(xiàn)場組拼的方式。
(4)為適應(yīng)本橋雙層橋面的特點,主梁采用桁架式,具有較大剛度。故可以采用“先梁后拱”的安裝方案。主梁邊跨和主跨的南半側(cè)完全位于岸上,可采用最經(jīng)濟的全支架安裝方案;主跨的北半側(cè)位于水上,則存在多種施工可行性,需要對各種施工方案進行論證后,選擇最經(jīng)濟合理的方案。
(5)從地理位置來看,京杭運河、蘇申外港線和蘇申內(nèi)港線(吳淞江)三條航道圍城一閉合的環(huán)狀,由外港線出入京杭運河的船只存在經(jīng)內(nèi)港線繞行的可能。航道地理位置圖見圖5。
4.1頂推施工法
主橋鋼結(jié)構(gòu)現(xiàn)場安裝采用南北兩岸鋼主梁頂推,河中間合龍,河中拱肋及風(fēng)撐采用浮吊吊裝的施工流程。頂推施工時在鋼桁主梁下弦桿的若干位置設(shè)置大型臨時支墩,頂部設(shè)置縱向滑移軌道梁,同時設(shè)置了豎向和橫向千斤頂?shù)恼{(diào)節(jié)裝置;待鋼主桁、下橋面和上橋面形成整體后,采用ZLD自動連續(xù)頂推系統(tǒng)進行鋼結(jié)構(gòu)連續(xù)性和同步性前行的施工工藝。
南岸采取兩次頂推,最大頂推重量5373t,北岸采取一次頂推,頂推重量4839t。鋼桁梁合龍段和拱肋采用浮吊安裝。
具體施工步驟如下:
步驟1:臨時支墩及拼裝支架施工,并在臨時支墩墩頂設(shè)置頂推平臺,在河中LS3臨時支墩打設(shè)鋼管樁時,需間歇性斷航。詳見圖6。
步驟2:在臨時支墩上部的頂推平臺上分步安裝主桁及橋面系,按計劃頂推,南岸采取兩次頂推,北岸采取一次頂推,頂推時為了保證過往船舶安全,需間歇性斷航。詳見圖7。
步驟3:在P2主墩與水中大型臨時支墩LS3設(shè)置千斤頂進行合龍口位置的調(diào)節(jié),通過浮吊安裝合龍段,主桁梁合龍后安裝相應(yīng)的上下橋面及上下挑臂。需間歇性斷航。詳見圖8。
步驟4:邊跨拱肋采用履帶吊安裝,河中拱肋、風(fēng)撐采用浮吊施工,需間歇性斷航。詳見圖9。
步驟5:拱肋合龍段吊裝采用浮吊進行吊裝,需間歇性斷航。詳見圖10。
步驟6:主橋吊裝完成后,需要進行臨時支墩拆除、表面防腐涂裝,河中的主桁及橋面系下部施工時,需間歇性斷航。詳見圖11。
4.2全支架施工法
在鋼桁主梁下弦桿與斜腹桿交叉節(jié)點位置均設(shè)置臨時支墩,調(diào)整各臨時支墩頂面標(biāo)高,采用大型履帶吊或浮吊等設(shè)備分別安裝鋼主桁、下橋面節(jié)段、上橋面節(jié)段、拱肋、風(fēng)撐,逐段安裝成整體的施工工藝。
鋼結(jié)構(gòu)橋采用正常通航(60m通航凈孔)和封航(預(yù)留僅施工船舶通行的16m凈孔)兩種狀態(tài)的施工模式。鋼桁梁的安裝順序為:先下橋面系,后兩側(cè)鋼主桁,然后上橋面系,其次下挑臂板,再次上挑臂板。鋼桁拱肋和風(fēng)撐的安裝順序為:從兩端向中間逐段定位、逐段焊接。
具體施工步驟如下:
步驟1:根據(jù)拆遷進度情況,先進行北岸后進行南岸陸岸主桁、橋面系及拱肋的安裝、焊接工作。在此期間,保持航道正常通行。在陸岸施工的同時,在橋址南北兩側(cè)進行防撞墻施工,做封航前準(zhǔn)備。在此期間,在南北兩側(cè)封閉線上布設(shè)彩色燈帶,并安設(shè)警示燈具,提醒過往通航船舶提前進入中間的60m航道,避免撞擊臨時支墩。詳見圖12和圖13。
步驟2:河道搭設(shè)主桁拼裝支架并進行構(gòu)件安裝,需封航。中間預(yù)留凈寬16m的施工通航孔,沒有施工船舶進出時采用欄桿連接固定;封閉線上通長布設(shè)彩色燈帶,并安設(shè)警示燈具,用于提醒過往船舶繞道航行。詳見圖14。
步驟3:2015年1月底完成拼裝支架的拆除工作,恢復(fù)航道通航。
4.3方案綜合比選
4.3.1技術(shù)難度比選
(1)同步性
頂推施工方案南岸最大頂推距離長達100m,長距離頂推對施工技術(shù)、頂推設(shè)備要求很高。而且本橋橫向?qū)挾?8.6m,頂推施工時兩側(cè)同步性難以保證,直接影響工程質(zhì)量及施工進度;全支架方案施工則不存在同步性的問題。
(2)線形控制
頂推施工方案鋼桁架梁工廠加工中包含了施工預(yù)拱度,故主桁梁底呈豎曲線。而鋼桁架梁在頂推前進過程是變化的豎曲線,因此需要多次調(diào)節(jié)桁架梁的標(biāo)高,當(dāng)調(diào)節(jié)時,需停止向前頂推,將頂舉千斤頂放置在縱梁牛腿下端,頂舉牛腿進行超墊。此施工工序繁瑣,線形控制難度非常大。
頂推方案由于通航航道并不位于主跨跨中,導(dǎo)致主橋中跨合攏后,南北墩支座反力、全橋受力及線形均不對稱,需采用調(diào)節(jié)邊墩支座的支撐高度使橋梁受力、線形達到設(shè)計成橋狀態(tài)。
全支架施工通過在臨時支架頂部預(yù)先將標(biāo)高點調(diào)整到位,安裝時直接將構(gòu)件放置到位,進行微調(diào),施工方便,線形控制簡單、精確度高,整橋線形更為可控。
全支架施工在支架上拼裝主梁節(jié)段,主跨合攏后,受力線形皆能滿足設(shè)計成橋狀態(tài),無需調(diào)節(jié)邊墩支座的支撐高度,施工方便,整橋線形更為可控。
(3)臨時支架受力
頂推施工是一個動態(tài)過程,鋼桁架梁行進過程中一旦支架產(chǎn)生脫空現(xiàn)象會導(dǎo)致單個支架上的支反力過大影響桁架梁結(jié)構(gòu)安全。
全支架施工臨時支架受力明確、簡單,施工時臨時支架安全性有保障。
(4)結(jié)構(gòu)加強
頂推施工由于采用了滑板式頂推施工,故鋼主桁下弦桿矩形截面內(nèi)必須增設(shè)加勁板,增加了橋梁自重,間接地影響橋梁使用壽命;全支架施工無需結(jié)構(gòu)加強。
4.3.2經(jīng)濟造價比選
頂推施工投入材料、設(shè)備主要有2套專用頂推設(shè)備、1臺500t浮吊、2臺350t履帶吊,鋼材550t,鋼筋50t,混凝土620m3;PHC管樁4500m。
全支架施工投入材料、設(shè)備主要有1臺500t浮吊、3臺 350t履帶吊、2344mΦ600×110PHC管樁(C80)、1500t鋼管材料(包括鋼桁梁拼裝支架、防撞設(shè)施)。
綜合分析:采用全支架施工預(yù)計減少投入約200萬元。
4.3.3水上施工比較
頂推施工只需間歇性斷航;全支架施工需完全封航,水上施工期間船只需繞行。
4.4方案比選結(jié)果
綜合以上各種因素,考慮到新建蘇州斜港大橋為全鋼結(jié)構(gòu)桁架式雙層橋面梁拱組合鋼拱橋,設(shè)計較為新穎,技術(shù)比較復(fù)雜,施工難度大,工期緊,為最大程度保障大橋施工質(zhì)量和施工安全,以及保證施工工期,斜港大橋主橋鋼結(jié)構(gòu)采用集中封航約300m的全支架施工方案。對航道進行5個月的集中封航,避免間歇性斷航對船舶航行管理帶來嚴(yán)重困擾,有力地保證了施工工期,使蘇州東環(huán)快速路按時建成通車。
合理的鋼結(jié)構(gòu)安裝方案是成功實現(xiàn)設(shè)計理念的有力保證,新建蘇州斜港大橋施工方案經(jīng)過技術(shù)、經(jīng)濟、通航條件等多因素論證,最終選擇集中封航的全支架施工方案,降低了施工難度,節(jié)省了造價,縮短了工期,是個切實有效的最佳方案。
該橋已于2015年10月份建成通車,成橋試驗各項指標(biāo)良好,已成為蘇州東環(huán)快速路上的一道靚麗風(fēng)景。
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