特大型桥梁施工技术

特大型桥梁施工技术特大型桥梁施工技术l益阳茅草街大桥是省道S204线跨越松澧洪道、藕池河西支、南茅运河及沱江的一座特大型桥梁，其中淞澧洪道桥由我公司承建。桥型布置为445m(简支T梁)+80m+368m+80m(中承式钢管砼系杆拱)+645m(简支T梁)，主拱采用四肢钢管砼桁式拱肋，主弦管直径1m。矢高71.2m,矢跨比1/5。该桥位居同类桥梁中亚洲第一。全桥长982.96m，桥面全宽16m。1 简介茅草街大桥主桥布置图l主桥于2002年7月28日举行了开工典礼。我公司从进场到现在，已完成了下部结构、边拱肋、钢管拱的吊装、南引桥的全部T梁及北引桥的部分T梁，目前正进行主桥上部构造的安装及引桥T梁的施工。下面，我们主要对桩基、承台、边拱肋、钢管拱、T梁等施工技术进行简要的介绍。2 基础施工l全桥共有桩基80根，六、七号主墩均采用26根直径2.5m长度为70m的钻孔灌注桩，余下桩基的桩径是1.5m和2.2m，同样也采用钻孔灌注法施工，承台为工字形长30.1m宽29.5m高5m。封底砼2m。l2.1 六号墩基础施工l六号墩为水中墩，离岸约80m，钻孔灌注桩所要经过的地层有铁质胶结物，分布广泛且深浅不一，这种胶结物对钻头磨损较大，影响进尺，施工难度大。l六号墩施工我们采用钢管桩作支撑，在钢管桩上布置贝雷梁并铺设34m33m的施工平台。钢护筒直径为2.9m，采用10mm钢板卷制而成，钢护筒内设法兰盘，分节制作，整体吊装，并采用振动沉入法打入。六号墩基础施工l22 七号墩基础施工l七号墩位于西洲河岸，有1/3的桩处于河中，钻孔灌注桩所需钻过的地层上部为较厚的淤泥质软弱层，因此，需要深埋护筒，以防塌孔。l由于地基承载力弱，我们首先对地基进行硬化处理，以便于大型钻机进行施工，靠河岸侧，我们采用钢管贝雷架平台施工。3 承台施工 l31 六号墩承台施工l我们采用钢围堰施工方案（钢围堰尺寸为33m32m高9m）：先用钻机将刃脚范围内铁质胶结层破碎，在平台上设置16个牛腿，用卷扬机及葫芦将钢围堰悬挂，并吹砂下沉。钢围堰四周设置导向架。再在围堰内搭设钢管桩平台，采用旋转钻机破碎堰内铁质胶结层，空压机吹砂排碴。浇筑封底砼后、扎钢筋、浇筑承台砼。浇筑承台封底砼l施工难点：由于承台范围内大量铁质胶结层的存在，我们必先用钻机将围堰刃脚处的铁质胶结层破碎，围堰才可能下沉到位。围堰内采用同样的方法将铁质胶结层破碎，大大地增加了施工难度。l32 七号墩承台施工l我们采用的是钢套箱吹沙下沉施工。钢套箱的形式同六号墩钢围堰。l由于是软基础，淤泥层厚，只能在桩基护筒上焊接支撑牛腿及导向架，拼装套箱。套箱拼装好后，利用多台卷扬机控制标高和下沉速度。下沉刃脚处配合高压射水，吸泥泵向外排碴。施工难点：七号墩处于软基且一面临水，直接在地面上拼装钢套箱刃脚会发生倾斜，造成拼接困难。l缆索吊系统技术方案经过多次全国性桥梁专家评审后于2004年5月份正式实施，2004年12月28日试吊成功。4 缆索吊系统的实施缆索吊技术方案专家评审会议2004年12月缆索吊试吊成功l41 主塔的拼装l主塔我们采用的是主扣合一的方案。扣塔塔脚埋入六、七号墩拱座，扣塔与拱座连接形式为固结，扣塔采用乙型万能杆件组拼成双柱门式塔，塔柱截面尺寸为6m8m，扣塔横向宽24m，塔高105m，吊塔通过铰接的形式立于扣塔上，塔高20m。两塔跨径371.5m，塔架用万能杆件3000T，施工用材1500T。主索重力式地锚西洲岸下游主索地锚扣塔的拼装扣塔与吊塔采用铰接的形式主索索鞍拼装完成的吊扣塔系统l42 主索的形式l全桥共设四套主索吊装系统（对应上、下游拱肋各二套）设计吊重85吨。上游由2组939mm钢丝绳组成，单根长度为967m，重载垂度为L/13.3，空载垂度 为L/17.5。下游由二套647.5m钢丝绳组成，单根长度为995 m，重载垂度为L/13.3，空载垂度为L/17.9；钢丝绳抗拉强度为1770Mpa。钢丝绳总用量近600T。单组主索跑车形式l43 扣索的设置l拱肋钢管桁架顺桥向半跨分为11个节段，中间一个合拢段，横桥向分为上、下游两肋，每半跨拱肋11个节段，设6个正式扣段和5个临时扣段。第一扣段含三个节段（其中含两个临时扣段）、第二、三、四扣段含两个节段（其中各含一个临时扣段），第五、六扣段为两永久扣段，待节段就位接头张拉正式扣索后，拆去前面临时扣索（临时扣索采用4根39.5钢丝绳）。永久扣段对应的是永久扣索。扣索钢铰线总用量近200T。l4 31 前索和背索的设置l扣索张拉台座设置于扣塔顶部，扣索锚固箱采用型钢焊接而成。前、背索索力不等，对称张拉以控制塔顶偏位。前索用于扣挂钢管拱，背索锚固于边拱肋上。l前索和背索的锚固端采用P型锚的型式分别锚固在边拱肋和钢管拱的反力梁上，张拉端均设在扣塔顶的锚箱上。扣索锚固在锚箱l432扣索的锚固设置l背索锚固端采用P型锚的形式通过预留管道锚固在边拱肋底、侧面预埋楔形锚盒上。前索锚固在钢管拱拱肋上。背索锚固在边拱肋预埋背索锚垫板 5 边肋拱的施工l由于本桥两岸边拱肋所处地理位置不同，其中南岸边拱肋位于河中，北岸边拱肋位于西洲河岸，地质条件不同，我们决定采用两种拱肋支架方案。l51 南岸边拱肋支架l每条拱肋下振打两排钢管桩，钢管桩横向间距布置为4m，纵向间距为3m。钢管桩顶面标高为37.88m，然后在上面用双拼I36工字钢横向连接，在工字钢上面布置6排纵向I36工字钢，工字钢上搭设钢管满堂支架，顶面铺设槽钢小横梁支撑模板。边拱肋支架基础采用钢管桩边拱肋满堂式支架边拱肋端横梁支架基础加固边拱肋支架横撑l52 北岸边拱肋支架l采用在拱肋下软基上振打砼桩，桩长16m。在全部桩基础施工完成后，在桩基上浇筑一层宽5m，厚40cm，长70m的钢筋砼（单肋），再在砼上预埋工字钢，然后在上面安置钢管桩，通过工字钢使钢管桩连成整体，钢管桩纵横向均设剪刀撑。l钢管桩顶部横梁采用两根I36工字钢，在横梁上等间距铺设5排I36工字钢作为纵梁，再在纵梁上铺设槽钢小横梁支撑模板。边拱肋钢管桩支架边拱肋支架工字钢纵梁 南岸边拱肋支架用钢量达800t，北岸边拱支架用钢量达600t,根据施工程序支架要到桥面防撞栏杆完成才能拆除，大量施工钢材无法周转使用。l由于T梁施工场地狭小，无法设置预制场地，南咀岸地势起伏大，西洲地质条件差无法使用龙门吊，因此南、北引桥同时采用高空架梁法进行施工,施工特点如下:6 T梁施工l(1)不需要预制场地和架桥机,也不需要满堂式脚手支架,复杂的设备变成简单设备。l(2)每跨根据施工工艺只设一片T梁的预制台座。l(3)多跨可同时进行T梁的预制施工，并能和下部工程施工形成交叉作，加快工程进度，降低成本。l(4)支架可采用贝雷架拼装组成，可根据跨度进行调整，灵活方便。l具体施工方法如下：l每跨各设一T梁台座，采用钢管桩支撑，钢管桩纵向跨度为15m，横向每排设两根。采用贝雷架搭设高桩平台，经过试压合格后，再进行T梁的预制。成品T梁横移就位。T梁钢管支架T梁的制作 7 钢管拱的吊装l2005年1月30日正式开始主拱肋的吊装，2005年8月1号合拢，合拢精度、拱肋应力满足设计要求。l拱肋节段安装采用斜拉扣挂式无支架缆索吊装方案。全桥共计60个吊装节段，最大节段吊装重量为85T（含扣点重量）。拱肋节段安装采用两岸对称悬拼。l7.1 钢管拱的制作 首节钢管拱的制作相贯线切割机相贯线吻合良好拱段制作7.2 相关试验风动试验模型试验l7.3 钢管拱的安装 拱肋节段工厂制作经预拼验收合格后出厂，经专用船只运至桥位处在安装节段正下方江面上停靠，起吊、纵移、落位，南北岸分别同时自拱座1拱肋节段开始对称安装。节段为单肋安装，单肋节段安装就位后拉浪风索，确保横向稳定，待上下游同一节段吊装就位后，安装相应连接横撑，即完成一个双肋节段。第一节钢管拱的安装主弦管接头形式l全过程进行施工监控。空钢管拱肋合拢，并调整线型、标高至符合设计要求后进行各正式扣段接头焊接，然后予以逐级松扣，使空钢管拱肋呈自重作用下的无铰拱状态，完成体系转换。钢管拱第十一节段的安装7.4 主拱合拢设计上要求合拢温度1520度，为满足设计标要求，我们选择夜间温度低且稳定时段合拢。采用千斤顶施力、顶开主拱圈一定距离（即合拢温度修正值）。以保证主拱肋受力、标高符合设计要求。钢管拱合拢前夜间低温合拢完成合拢庆祝大桥合拢l7.5 松扣和卸扣l空钢管拱肋合拢、各节段接头焊接完成，封固拱脚（按设计文件实施），由两铰拱转换成无铰拱后，逐级松扣，将扣索拉力转换为拱的推力,完成体系转换。松扣程序为：从跨中6号扣索开始，两岸对称分级逐索放松，每级测试拱肋钢管应力、标高、轴线，经设计、监理、施工监控方确认后，再进行第二级放松循环。最后撤除4、5、6号扣索，1、2、3号扣索不撤除并保留5%左右的索力。l松扣后对拱肋进行全面测试，根据测量结果来决定：l 纠偏方式（适当调整浪风索、部分扣索索力等）。l 修正管内砼灌注方案和灌注顺序。l拱肋钢管内砼灌注完成后，并将余下扣索拆除。l立柱、吊杆、横梁及轨道车纵梁由工厂制作，运至施工现场，利用吊装系统及辅助卷扬机进行安装。l横梁安装完成后进行系杆索的安装。l按施工程序进行钢管内砼灌注和系杆的张拉。8 上部结构的施工及临时结构的拆除l钢管拱砼浇筑完成以后，进行桥面钢纵梁及桥面板的安装，并按程序张拉系杆索。l现浇桥面铺装层及防撞栏杆。l拆除边拱支架及塔架，安装伸缩缝并进行钢结构防腐。l茅草大桥主桥已列入交通部西部交通建设科技项目l本项目分四个专题进行研究 专题一：钢管砼拱桥结构体系的研究 子题一：钢管砼拱桥结构体系研究；子题二：钢管砼拱肋结构与构造研究；子题三：桥面结构与构造研究。9 科研l专题二：钢管砼拱桥结构设计理论及设计方法的研究 子题一：钢管砼拱桥极限承载力的研究；子题二：钢管砼拱正常使用极限状态的研究；子题三：钢管砼拱桥温度、收缩徐变问题研究。l专题三：钢管砼拱桥施工及施工控制技术的研究 子题一：钢管拱肋加工制作技术标准的研究；子题二：钢管拱肋架设技术方法的研究；子题三：管内高性能砼的研究；子题四：施工控制技术的研究。l专题四：钢管砼拱桥养护技术研究 子题一：既有钢管砼拱桥的现状调查及养护、改造技术的研究；子题二：新建钢管砼拱桥养护技术的研究；子题三：钢管砼拱桥健康诊断及监测系统的研究。