G1501公路大泖港橋主橋工程建設(shè)中一些關(guān)鍵技術(shù)問題的探討

彭瑋

（上海城投航道建設(shè)有限公司,上海市 200092）

G1501公路大泖港橋主橋工程建設(shè)中一些關(guān)鍵技術(shù)問題的探討

彭瑋

（上海城投航道建設(shè)有限公司,上海市 200092）

G1501公路大泖港橋主橋工程建設(shè)包括大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁舊橋的拆除和大跨度鋼-混凝土混合梁新橋的重建,在整個(gè)建設(shè)過程中存在一些關(guān)鍵技術(shù)問題需要關(guān)注與解決。在工程實(shí)施前期對(duì)舊橋拆除方案進(jìn)行了比選,并針對(duì)實(shí)施方案作了詳細(xì)的施工風(fēng)險(xiǎn)分析,制定了可操作性強(qiáng)的舊橋拆除施工方案。在新橋建設(shè)施工中,重點(diǎn)關(guān)注了整個(gè)主橋的施工方法以及施工步驟的可行性,并對(duì)施工過程中的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)進(jìn)行了詳細(xì)的受力分析,以確保主橋施工過程的結(jié)構(gòu)安全性。

大跨度橋梁拆除；施工風(fēng)險(xiǎn)分析；鋼-混凝土混合橋梁；施工方法及步驟；關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)受力分析

1 工程概況

平申線是長(zhǎng)江三角洲高等級(jí)航道網(wǎng)規(guī)劃航道,也是上海市“一環(huán)十射”高等級(jí)航道之一,為加強(qiáng)上海市與浙江省高等級(jí)內(nèi)河航道對(duì)接,促進(jìn)內(nèi)河水運(yùn)發(fā)展,服務(wù)上海國際航運(yùn)中心建設(shè),須將航道等級(jí)由V級(jí)提升至IV級(jí)。

大泖港橋?yàn)镚1501高速公路跨越黃浦江上游支流平申線大泖港的一座大橋,原有橋梁凈空、凈寬不滿足航道及交通運(yùn)輸要求,故對(duì)大泖港橋進(jìn)行拆除重建。

大泖港橋的已有主橋?yàn)槿缱兘孛骖A(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁,跨徑布置56 m+80 m+56 m,全長(zhǎng)192 m,單幅橋?qū)挒?3.25 m,中央分隔帶凈寬1 m,橋梁總寬為27.5 m。

新建橋梁的主橋?yàn)槿缱兏叨蠕?混凝土混合連續(xù)梁橋,跨徑組合65 m+135 m+65 m,總長(zhǎng)265 m,單幅橋?qū)?6 m,兩幅橋梁間距為2 m。主橋主梁為變高度鋼-混凝土混合連續(xù)梁,邊跨65 m為預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁,主跨135 m為鋼-預(yù)應(yīng)力混凝土混合箱梁,主跨中間55 m范圍為鋼箱梁,鋼-混凝土混合段長(zhǎng)度2.5 m,見圖1。

圖1 大泖港橋新建主橋效果圖

本主橋工程建設(shè)包括舊橋的拆除與新橋的重建,整個(gè)建設(shè)過程相對(duì)復(fù)雜,存在一些關(guān)鍵技術(shù)問題值得探討與解決,這樣可以確保工程建設(shè)的順利進(jìn)行,也可為類似工程的建設(shè)提供借鑒。

2 舊橋拆除方案比選及施工風(fēng)險(xiǎn)分析

本工程是上海市首座跨黃浦江大跨度預(yù)應(yīng)力連續(xù)梁橋梁拆除,主橋的跨徑組合為56 m+80 m+ 56 m,主橋0#塊自重達(dá)到約450 t,節(jié)段最重為88 t左右；再者,主橋位于河道上,為通航航道,如何在確保安全、進(jìn)度的前提下順利完成橋梁的拆除任務(wù)成為本工程實(shí)施的重難點(diǎn)之一。為確保主橋拆除的順利進(jìn)行,在工程實(shí)施之前,對(duì)施工方案進(jìn)行了有效的比選,并進(jìn)行了針對(duì)性的施工風(fēng)險(xiǎn)分析。

主橋拆除主要適用靜力切割拆除（方案1）、爆破拆除（方案2）、搭設(shè)支架鑿除法（方案3）等幾種方案[1,2]。三種方案的比選見表1,爆破拆除將產(chǎn)生大量的建筑垃圾,對(duì)環(huán)境產(chǎn)生較大的污染,同時(shí)爆破拆除后的垃圾清運(yùn)會(huì)影響航道的正常運(yùn)營,所以此方案不可行；搭設(shè)支架鑿除法需要在江中搭設(shè)支架,對(duì)航道的影響大,可施工性也相對(duì)較差；靜力切割拆除施工工期較長(zhǎng),但對(duì)環(huán)境的污染較輕,對(duì)航道通航影響也相對(duì)較小。綜合比選,主橋拆除采用靜力切割方案。

表1 已有主橋拆除方案的比選

主橋采用掛籃靜力拆除方案施工。單幅橋的拆除順序是:先對(duì)主引橋間跨的引橋跨拆除,然后進(jìn)行引橋和主橋的同步平行拆除。主橋混凝土結(jié)構(gòu)全部采用金剛石繩鋸進(jìn)行靜力切割,并配合浮吊、吊籃、汽車吊、船舶等設(shè)備進(jìn)行吊運(yùn)拆除,運(yùn)輸?shù)狡扑閳?chǎng)地進(jìn)行破碎。

經(jīng)綜合分析,老橋拆除施工過程主要有以下潛在風(fēng)險(xiǎn):

（1）主橋是預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu),混凝土的長(zhǎng)期收縮徐變等引起預(yù)應(yīng)力度的損失對(duì)結(jié)構(gòu)的承載能力影響較大,掛籃反序法施工存在一定的結(jié)構(gòu)安全風(fēng)險(xiǎn)。

（2）主橋上部結(jié)構(gòu)拆除過程中,主墩兩側(cè)箱梁處于懸臂狀態(tài),施工過程中存在不平衡力,施工過程存在可能的結(jié)構(gòu)安全風(fēng)險(xiǎn)。

（3）現(xiàn)場(chǎng)施工振動(dòng)和施工附加荷載對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)安全有重要影響。

（4）混凝土切割是本工程重要的拆除工藝之一,如果對(duì)切割部位、切割時(shí)機(jī)、操作工藝等控制不當(dāng),容易造成安全事故。

（5）高空作業(yè)、水上作業(yè)、水下作業(yè)、吊裝作業(yè)多,且橋下通航,這些容易形成施工安全問題；特別是,本工程位于黃浦江上游支流,屬于感潮河流,且河道轉(zhuǎn)彎處,水流速度較大,河岸兩側(cè)水流流速相差較大,以及漲、落潮均對(duì)浮吊、駁船等影響較大。

根據(jù)以上施工風(fēng)險(xiǎn)分析,在老橋拆除施工組織設(shè)計(jì)中重點(diǎn)體現(xiàn)了以下主要內(nèi)容:

（1）詳細(xì)分析了舊橋拆除時(shí)預(yù)應(yīng)力的影響,制定了相應(yīng)的有效措施,在拆除過程中盡量減少對(duì)未拆除部分混凝土預(yù)應(yīng)力的影響,以保證施工安全。

（2）根據(jù)懸臂施工工藝及大跨度連續(xù)梁的施工特點(diǎn),在主橋箱梁切割拆除前將在零號(hào)塊及邊跨現(xiàn)澆段下方設(shè)置鋼管樁支撐架,同時(shí)對(duì)墩梁進(jìn)行臨時(shí)固結(jié),兩種支撐措施組成臨時(shí)支撐體系,可以有效避免懸臂施工過程中不平衡力引起的結(jié)構(gòu)安全風(fēng)險(xiǎn)。

（3）由于現(xiàn)場(chǎng)施工振動(dòng)和施工附加荷載對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)安全有重要影響,將采取有效措施在拆除過程中盡量減小振動(dòng)和施工附加荷載,以保證施工安全。

（4）認(rèn)真研究了混凝土靜力切割施工方法之一的金剛石繩鋸切割的原理與施工特點(diǎn),制訂了有效的措施對(duì)切割部位、切割時(shí)機(jī)、安全措施、操作工藝進(jìn)行嚴(yán)格控制,以避免造成安全事故。

（5）制定有效的緊急預(yù)案與相應(yīng)處理措施,將對(duì)高空作業(yè)、水上作業(yè)、水下作業(yè)等采取有效措施保證施工作業(yè)安全。

3 新建主橋的施工方法及步驟

新建主橋采用鋼—混合連續(xù)梁結(jié)構(gòu),主橋半側(cè)混凝土箱梁共分:1個(gè)0號(hào)節(jié)段、18個(gè)懸澆節(jié)段（節(jié)段長(zhǎng)度為3.5 m、4 m兩種）、支架現(xiàn)澆段、1個(gè)合龍段、1個(gè)鋼-混凝土混合段。主橋混凝土箱梁采用掛籃懸澆施工,中跨鋼-混凝土混合段鋼結(jié)構(gòu)（也稱工地連接段由鋼-混凝土混合段的鋼結(jié)構(gòu)部分以及一段鋼箱梁組成）采用掛籃上的提升裝置提升就位（見圖2）,跨中鋼梁也采用掛籃整體同步提升安裝。

圖2 鋼-混凝土混合段鋼結(jié)構(gòu)的提升

邊跨節(jié)段B1～B9以及主跨節(jié)段M1～M8重量在124～169 t之間變化；但是,主跨最后一個(gè)懸澆節(jié)段M9包含了一個(gè)鋼-混凝土混合段,節(jié)段重量為260 t,記上掛籃及模板自重85 t后,如再考慮懸臂澆筑設(shè)備及其它活荷載,該節(jié)段的施工荷載總重約為360 t。主橋0#塊與節(jié)段B1～B8以及M1～M8的施工與常規(guī)采用懸臂澆筑的連續(xù)梁沒有差別,但在懸臂施工節(jié)段M9的時(shí)候,由于包含了一個(gè)鋼-混凝土混合段,B9與M9重量差別較大,為了減少兩邊懸臂的重量差,先澆筑B9與M9的混凝土箱梁與安裝鋼結(jié)構(gòu)工地連接段,然后在B8節(jié)段上進(jìn)行配重,最后澆筑鋼梁工地連接段中的混凝土。

主橋與一般連續(xù)梁懸臂施工法不同的施工步驟見表2。

表2 主橋與一般連續(xù)梁懸臂施工法不同的施工步驟

此外,由于跨中鋼梁較長(zhǎng),鋼梁與兩端鋼梁工地連接段的合龍施工比一般的連續(xù)梁有難度。在提升安裝跨中鋼結(jié)構(gòu)前連續(xù)48 h的白天,每半小時(shí)監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)溫度與合龍口距離變化,精確到毫米,并繪制曲線,找出一天中溫度變化比較穩(wěn)定時(shí)段,確定合龍時(shí)機(jī)及該溫度下合龍口的長(zhǎng)度,根據(jù)長(zhǎng)度提前切割合龍段余量,必要時(shí)稍留余量以方便吊裝后切割。測(cè)量數(shù)據(jù)分析時(shí)要考慮吊裝后截面轉(zhuǎn)角的影響量。

4 新建主橋施工過程關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的受力分析

如上所述,與一般懸臂施工的連續(xù)梁不同,菱形掛籃及其錨固的M7、M8節(jié)段在懸臂施工M9節(jié)段（包括鋼-混凝土混合段）的施工荷載作用下受力大,主體箱梁及掛籃的結(jié)構(gòu)安全性是一個(gè)必需關(guān)注的問題；所以有必要對(duì)其進(jìn)行詳細(xì)的受力分析,以驗(yàn)證施工過程最不利荷載工況作用下主體及臨時(shí)結(jié)構(gòu)的安全性。

掛籃施工M9節(jié)段的縱向布置示意見圖3。菱形掛籃結(jié)構(gòu)采用Midas分析軟件,掛籃主桁結(jié)構(gòu)、吊帶、橫向聯(lián)系的桁架構(gòu)件采用桁架單元模擬,其它采用梁?jiǎn)卧M；模型中正確定位掛籃前、后支點(diǎn)與底模在底板的各個(gè)錨點(diǎn)位置,以得到準(zhǔn)確的反力,作為箱梁錨固節(jié)段仿真分析的力邊界。掛籃結(jié)構(gòu)及底模的幾何模型見圖4。

圖3 掛籃施工M9節(jié)段的縱向布置示意圖（單位:mm）

圖4 掛籃結(jié)構(gòu)的幾何模型圖

掛籃結(jié)構(gòu)所在錨固的M7、M8兩個(gè)節(jié)段,兩個(gè)節(jié)段總長(zhǎng)8 m,其仿真模型采用ANSYS結(jié)構(gòu)分析軟件來建立,其三維實(shí)體仿真模型透視圖及截面圖分別見圖5、圖6。

圖5 箱梁節(jié)段三維仿真模型透視圖

圖6 箱梁節(jié)段三維實(shí)體仿真截面圖

仿真模型中,混凝土箱梁采用SOLID45單元模擬,縱向、橫向與豎向預(yù)應(yīng)力鋼束采用LINK8單元模擬,對(duì)預(yù)應(yīng)力的管道進(jìn)行了開孔的模擬；整個(gè)仿真模型共有127,324個(gè)單元,模型單元?jiǎng)澐志?計(jì)算分析工作量較大。

箱梁節(jié)段模型在M7節(jié)段的端部采用位移約束邊界,而與掛籃結(jié)構(gòu)及底模的聯(lián)系作用采用的是力邊界。

根據(jù)分析結(jié)果,菱形掛籃結(jié)構(gòu)在最不利施工荷載作用下,其應(yīng)力、變形、穩(wěn)定性等均能滿足受力要求；只是前上橫梁采用的是Q235,其應(yīng)力水平接近鋼材180 MPa的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值,建議適當(dāng)加強(qiáng)；掛籃所在錨固的M7、M8箱梁節(jié)段,在掛籃前后支點(diǎn)力、底模錨點(diǎn)力等作用下,局部產(chǎn)生應(yīng)力集中,其中M8節(jié)段底板在底模的錨點(diǎn)區(qū)域較大范圍出現(xiàn)較大的橫向拉應(yīng)力（M8節(jié)段前支點(diǎn)截面箱梁橫向正應(yīng)力云圖見圖7）,不能滿足設(shè)計(jì)規(guī)范[3]的要求,如果底板不進(jìn)行有效加強(qiáng),在施工過程局部出現(xiàn)裂縫的概率較大。

圖7 前支點(diǎn)截面箱梁橫向正應(yīng)力云圖（M8節(jié)段）

根據(jù)分析結(jié)果,施工方對(duì)掛籃進(jìn)行了加強(qiáng),設(shè)計(jì)方對(duì)M8節(jié)段底板的局部構(gòu)造與配筋設(shè)計(jì)進(jìn)行了加強(qiáng),確保了施工過程結(jié)構(gòu)的安全性。

5 結(jié)語

針對(duì)G1501公路大泖港橋主橋工程建設(shè)內(nèi)容的復(fù)雜性,整個(gè)建設(shè)過程中需要關(guān)注與解決的技術(shù)問題比較多,文中探討了一些值得關(guān)注的關(guān)鍵技術(shù)問題,現(xiàn)總結(jié)如下:

（1）舊橋拆除合理施工方案的選擇。通過合理的方案比選,舊橋拆除采用掛籃靜力拆除方案。

（2）舊橋靜力拆除過程中的施工風(fēng)險(xiǎn)。文中不但詳細(xì)分析了舊橋拆除過程中存在的潛在施工風(fēng)險(xiǎn),并且提出了防范施工風(fēng)險(xiǎn)的相應(yīng)有效措施。

（3）新建主橋采用鋼-混凝土混合梁結(jié)構(gòu),與一般采用懸臂施工的預(yù)應(yīng)力混凝土梁橋所不同的施工方法與施工步驟。文中介紹了適用于鋼-混凝土混合梁橋的施工方法與施工步驟,例如施工過程的節(jié)段施工平衡配重與跨中鋼箱梁的同步提升,等等。

（4）新建主橋懸臂施工M9節(jié)段的施工荷載大,主體箱梁與掛籃的結(jié)構(gòu)安全性必須關(guān)注。通過對(duì)掛籃與箱梁錨固節(jié)段在最不利施工荷載作用下的受力分析,得到了能夠指導(dǎo)設(shè)計(jì)與施工的計(jì)算分析結(jié)果,為確保主橋結(jié)構(gòu)的順利實(shí)施提供理論基礎(chǔ)。

至今為止,G1501公路大泖港橋主橋的其中一幅橋梁舊橋已經(jīng)拆除、新橋主橋也已經(jīng)合龍,整個(gè)工程的進(jìn)展比較順利。

[1]申世峰,孫靈芝.浮船渡運(yùn)法在拆除懸澆結(jié)構(gòu)橋中的應(yīng)用[J].華東公路,2005(5):76-79.

[2]王旺勸,向睿,周喜龍.反澆筑順序的節(jié)段切割法在舊橋拆除中的應(yīng)用研究[J].交通科技,2007(4):34-36.

[3]JTG D62-2004,公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

湖南長(zhǎng)株潭城鐵西延線繞城高速特大橋貫通

長(zhǎng)株潭城鐵西延線雷黃段控制性工程——長(zhǎng)沙繞城高速特大橋近日順利貫通,為城鐵西延線年底通車運(yùn)營奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

長(zhǎng)株潭城鐵繞城高速特大橋地處望城區(qū)和高新區(qū),全長(zhǎng)3.458 km,從東往西先后跨越東方紅路、繞城高速公路、桐林坳規(guī)劃路、馬橋河路,是長(zhǎng)株潭城鐵西延線全線重點(diǎn)控制性工程。該特大橋梁體主要由4處懸灌梁、6跨現(xiàn)澆梁和85跨移動(dòng)模架澆筑梁組成。

湖南省重點(diǎn)工程長(zhǎng)株潭城際鐵路西延線雷黃段東起城鐵雷鋒大道站,西至湘江西站,全長(zhǎng)9.02 km,設(shè)谷山、尖山、麓谷、湘江西4個(gè)站點(diǎn)。該段鐵路建成通車后,將極大地提升望城的交通區(qū)位優(yōu)勢(shì),加快其融入長(zhǎng)株潭“半小時(shí)經(jīng)濟(jì)圈”,促進(jìn)區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會(huì)快速發(fā)展。

根據(jù)計(jì)劃,長(zhǎng)株潭城際鐵路西延線將新建一條聯(lián)絡(luò)線,經(jīng)望城烏山接軌站接入石長(zhǎng)鐵路。將來,乘坐長(zhǎng)株潭城際鐵路動(dòng)車可直達(dá)益陽、常德。屆時(shí),望城人民出行也將更加快捷方便。

U445

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1009-7716（2017）07-0127-04

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2017.07.037

2017-04-01

彭瑋（1979-）,男,上海人,工程師,從事工程項(xiàng)目建設(shè)及技術(shù)管理工作。