■宋 馨朱 曉
(1.中國(guó)市政工程中南設(shè)計(jì)研究總院有限公司,上?!?00127;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
■宋馨1朱曉2
(1.中國(guó)市政工程中南設(shè)計(jì)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(jì)合理的鋼結(jié)構(gòu)安裝方案是成功實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)理念的有力保證,本文通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工條件的深入分析,進(jìn)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(yùn)輸至現(xiàn)場(chǎng)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(chǎng)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(diǎn),位于吳中區(qū)蘇申外港線(斜港)與京杭大運(yùn)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(jī)動(dòng)車道。斜港大橋?qū)嵕耙?jiàn)圖1,立面和橫斷面見(jiàn)圖2和圖3。
本橋?yàn)殍旒苁焦傲航M合體系,拱和梁通過(guò)結(jié)合段大節(jié)點(diǎn)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(diǎn)。桁架桿件之間采用整體節(jié)點(diǎn)板,整體節(jié)點(diǎn)之內(nèi)采用板件對(duì)齊直接傳力,節(jié)點(diǎn)板僅起到應(yīng)力擴(kuò)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(zhǎng)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(cuò)布置。主梁標(biāo)準(zhǔn)階段構(gòu)造圖見(jiàn)圖4。
全橋共設(shè)17對(duì)吊桿,分為柔性索、裝飾索兩種。其中柔性索型號(hào)Φ7-127,的鍍鋅高強(qiáng)度平行鋼絲索。吊桿順橋向?yàn)?m,分別錨固在主拱和主梁節(jié)點(diǎn)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(yùn)河交叉口處,其中京杭大運(yùn)河為三級(jí)航道,蘇申外港線為現(xiàn)狀四級(jí)、規(guī)劃三級(jí)航道。兩條航運(yùn)均十分繁忙。
(2)在以往工程設(shè)計(jì)中,航道部門(mén)要求跨越航道的永久性橋梁需一跨過(guò)河,且在施工時(shí)水中不得設(shè)臨時(shí)墩。但在橋位下游100m處有一臨時(shí)性的斜港便橋,是按照60m臨時(shí)通航寬度實(shí)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(zhǎng))×38.2(寬)× 10.4(高)m,重量約840t,難以實(shí)現(xiàn)大節(jié)段整體運(yùn)輸和架設(shè),故采用主桁及橋面系分節(jié)段運(yùn)輸、現(xiàn)場(chǎng)組拼的方式。
(4)為適應(yīng)本橋雙層橋面的特點(diǎn),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(jì)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(duì)各種施工方案進(jìn)行論證后,選擇最經(jīng)濟(jì)合理的方案。
(5)從地理位置來(lái)看,京杭運(yùn)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(yùn)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(jiàn)圖5。
4.1頂推施工法
主橋鋼結(jié)構(gòu)現(xiàn)場(chǎng)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(shí)在鋼桁主梁下弦桿的若干位置設(shè)置大型臨時(shí)支墩,頂部設(shè)置縱向滑移軌道梁,同時(shí)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(dòng)連續(xù)頂推系統(tǒng)進(jìn)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(shí)支墩及拼裝支架施工,并在臨時(shí)支墩墩頂設(shè)置頂推平臺(tái),在河中LS3臨時(shí)支墩打設(shè)鋼管樁時(shí),需間歇性斷航。詳見(jiàn)圖6。
步驟2:在臨時(shí)支墩上部的頂推平臺(tái)上分步安裝主桁及橋面系,按計(jì)劃頂推,南岸采取兩次頂推,北岸采取一次頂推,頂推時(shí)為了保證過(guò)往船舶安全,需間歇性斷航。詳見(jiàn)圖7。
步驟3:在P2主墩與水中大型臨時(shí)支墩LS3設(shè)置千斤頂進(jìn)行合龍口位置的調(diào)節(jié),通過(guò)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(jiàn)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(jiàn)圖9。
步驟5:拱肋合龍段吊裝采用浮吊進(jìn)行吊裝,需間歇性斷航。詳見(jiàn)圖10。
步驟6:主橋吊裝完成后,需要進(jìn)行臨時(shí)支墩拆除、表面防腐涂裝,河中的主桁及橋面系下部施工時(shí),需間歇性斷航。詳見(jiàn)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(diǎn)位置均設(shè)置臨時(shí)支墩,調(diào)整各臨時(shí)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?yàn)椋合认聵蛎嫦?,后兩?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?yàn)椋簭膬啥讼蛑虚g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(jìn)度情況,先進(jìn)行北岸后進(jìn)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(shí),在橋址南北兩側(cè)進(jìn)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(guò)往通航船舶提前進(jìn)入中間的60m航道,避免撞擊臨時(shí)支墩。詳見(jiàn)圖12和圖13。
步驟2:河道搭設(shè)主桁拼裝支架并進(jìn)行構(gòu)件安裝,需封航。中間預(yù)留凈寬16m的施工通航孔,沒(méi)有施工船舶進(jìn)出時(shí)采用欄桿連接固定;封閉線上通長(zhǎng)布設(shè)彩色燈帶,并安設(shè)警示燈具,用于提醒過(guò)往船舶繞道航行。詳見(jiàn)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(zhǎng)達(dá)100m,長(zhǎng)距離頂推對(duì)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(shí)兩側(cè)同步性難以保證,直接影響工程質(zhì)量及施工進(jìn)度;全支架方案施工則不存在同步性的問(wèn)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(jìn)過(guò)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(shí),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(jìn)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(duì)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(dá)到設(shè)計(jì)成橋狀態(tài)。
全支架施工通過(guò)在臨時(shí)支架頂部預(yù)先將標(biāo)高點(diǎn)調(diào)整到位,安裝時(shí)直接將構(gòu)件放置到位,進(jìn)行微調(diào),施工方便,線形控制簡(jiǎn)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(jì)成橋狀態(tài),無(wú)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(shí)支架受力
頂推施工是一個(gè)動(dòng)態(tài)過(guò)程,鋼桁架梁行進(jìn)過(guò)程中一旦支架產(chǎn)生脫空現(xiàn)象會(huì)導(dǎo)致單個(gè)支架上的支反力過(guò)大影響桁架梁結(jié)構(gòu)安全。
全支架施工臨時(shí)支架受力明確、簡(jiǎn)單,施工時(shí)臨時(shí)支架安全性有保障。
(4)結(jié)構(gòu)加強(qiáng)
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(wú)需結(jié)構(gòu)加強(qiáng)。
4.3.2經(jīng)濟(jì)造價(jià)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(tái)500t浮吊、2臺(tái)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(tái)500t浮吊、3臺(tái) 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(jì)減少投入約200萬(wàn)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?yàn)槿摻Y(jié)構(gòu)桁架式雙層橋面梁拱組合鋼拱橋,設(shè)計(jì)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(duì)航道進(jìn)行5個(gè)月的集中封航,避免間歇性斷航對(duì)船舶航行管理帶來(lái)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(shí)建成通車。
合理的鋼結(jié)構(gòu)安裝方案是成功實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)理念的有力保證,新建蘇州斜港大橋施工方案經(jīng)過(guò)技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、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(jià),縮短了工期,是個(gè)切實(shí)有效的最佳方案。
該橋已于2015年10月份建成通車,成橋試驗(yàn)各項(xiàng)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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