滁河大橋系桿拱的臨時支架施工技術

李紅金

1 工程概況

沿江開發高等級公路南京江北段工程地處江蘇省南京市六合區,為連接南京六合區開發區和南京化工園的一條高等級公路,B1標段主要工程為滁河大橋,分主橋和兩側引橋,引橋為30 m預應力混凝土箱梁,主橋為系桿拱橋,全橋孔跨布置為(10×30+72+11×30)m,全長709 m。主橋上部采用72 m單跨預應力混凝土系桿拱,計算跨徑70 m,拱軸線為二次拋物線,矢跨比1/5,矢高14 m。主橋斜跨滁河,滁河為長江支流,河面寬度70 m～200 m,水深2 m～8 m,水位受季節影響,水位最高8.7 m,最低2.5 m。滁河大橋為Ⅴ級航道,過往船只較多。

2 施工方案的選擇

系桿拱的施工方法主要有支架現澆法、預制拼裝法及半現澆半預制法,預制拼裝方法分有支架法、少支架法和無支架法,無支架法即是纜索吊裝法。根據對各方案的經濟成本、施工工藝的分析比較,我們初步選擇構件預制、少支架拼裝法施工,不采用支架現澆和纜索吊裝的方法。

3 臨時支架的結構形式

3.1 樁基礎選擇

臨時支架基礎采用鋼管排架樁,在支架搭設中,預留通航孔,在主航道寬度為沿橋梁方向20 m,由于主航道與主橋不正交,應與航道部門協商改變航道。經過分析比較,采用D529 mm×6 mm螺旋鋼管樁,樁長 24 m,設計入土樁長為16 m～19 m。基礎布置在系桿及拱肋濕接縫下方,軸線方向與橋梁橫縱向分別平行。鋼管樁平臺標高按照施工期間的正常水位設定,水位為4.55 m,平臺頂高出水面2.1 m。在航道兩側的平臺的中心基本與濕接縫中心一致,但靠近主墩處濕接縫兩側受力明顯不同,平臺中心偏向荷載大的一方,鋼管樁的整體承載力及偏壓荷載基本能滿足要求。

3.2 樁基結構計算分析

樁基完成后,我們采用反力架形式做了樁基承載力試驗,根據結果,樁基(入土深度15 m)最大極限承載力為480 kN,與計算結果相比稍微偏小。

3.3 系桿的臨時支架的結構

系桿支架采用貝雷片疊放組合結構,單元材料為321桁架,貝雷片均橫放,具體數量根據計算來確定,一般每層4片～6片,同層貝雷片之間采用連接架連接。

3.4 拱肋的臨時支架的結構

在主墩處的拱肋由于重量較小,支架采用大直徑的鋼管支撐,鋼管支架采用2根D273鋼管立放的鋼管樁,為增加穩定性,再斜向增加2根鋼管。鋼管頂部設工字鋼梁,用于支撐臨時支座。中拱肋支架由于高度較大,在拱肋支點處分別設置1個方柱,2個方柱頂部橫向采用貝雷梁連接,縱向采用2榀貝雷連續梁連接,形成4個立柱為主體的門式框架型支架,可以增加整體穩定性,減少支架變形。方柱為由4片貝雷片通過角撐連接的框架式結構,方柱底部為礎板,頂部為上頂梁。立柱頂部順橋向采用4片或8片貝雷梁連接,以增加縱向穩定性,同時在貝雷梁上安裝拱肋防傾覆設施,以保護拱肋。為保證立柱的穩定性,立柱設立纜風繩,分三個方向布置,主要增加支架側向穩定性,纜風繩采用20 mm鋼絲繩,錨碇設立在河兩岸,采用鋼管樁及混凝土基礎。

3.5 拱肋支架結構選擇及穩定性分析

1)立柱。橋中立柱采用4片立式貝雷片連接形成四方形框架結構,其穩定性和安全性是保證拱肋安裝的主要因素,應進行細致的檢算。經檢算說明立柱結構穩定。

2)拱肋支架貝雷橫梁。該橫梁采用雙榀貝雷梁,每榀由單層4排貝雷片(每排3片9 m長)組成,放置在立柱上頂梁和連系梁之上,其上放置工字鋼墊梁及沙箱,計算長度7.8 m,單個貝雷梁在單個拱肋支座處的最大荷載為中拱肋、風撐及活荷載產生的荷載:Ph=6 565.2 kN(橋中)。從計算分析可以看出,整個門式支架式結構是安全的,在實際施工中,根據支架變形觀測,支架的變形均在要求范圍內。

4 臨時支架的施工技術和質量要求

4.1 鋼管樁的施工技術

1)鋼管樁垂直度控制在樁長的1/100以內,并不能大于100 mm;鋼管焊接質量要嚴格控制,要求選擇素質良好、技術熟練、經驗豐富的焊工,嚴格按照焊接規范進行施工,焊接設備必須性能良好。2)鋼管的連接盡量在陸地進行,主要控制鋼管及連接件的焊接質量,認真控制焊口的高度、寬度以及鋼管樁的直順度,要符合要求。3)樁基礎及支架的位置應先在CAD上繪出,確保無誤后進行放線,樁位放線要采用全站儀來放線,保證樁位與設計位置的誤差不超過20 mm,鋼管間距誤差不超過50 mm。

4.2 系桿及拱肋的臨時支架的施工技術

臨時支架采用陸地拼裝成組,再進行整體安裝。在施工鋼管樁的同時,在岸上拼裝貝雷梁疊放組、立柱、貝雷橫梁等,再使用浮吊運送到鋼管樁平臺上,采用U形螺栓進行連接,可大量減少水上施工作業量,并節約大量施工時間。先安裝系桿支架及部分拱肋支架,并鋪設好支架頂工字鋼分配梁,工字鋼采用鋼板連接,要焊接牢固,工字鋼與貝雷梁之間采用U形螺栓連接。系桿及橫梁安裝完成后,安裝剩余拱肋支架及頂梁工字鋼,拱肋支架的立柱和橫梁均采用模塊化安裝,在岸上拼裝好后一起吊裝,立柱焊接在鋼管樁平臺上,要求立柱豎向垂直度不超過10 mm。

由于在航道兩側的拱肋支架高度達18 m以上,因此應對支架進行連接加固,以加強支架整體穩定性。橫向加固采用2根D235鋼管支撐,縱向采用2榀4組貝雷梁連接在立柱頂部,縱梁與立柱的連接處,安裝2根鋼管斜撐,減少縱梁豎向變形。立柱的外側及縱向安裝纜風繩,纜風繩采用20 mm鋼絲繩。

4.3 臨時支架的變形觀測

預壓觀測的項目包括沉降觀測、樁基礎橫向、縱向偏移以及相互位移、平臺橫梁的變形觀測。方法為:采用高精度水平儀觀測測點高程,進行小范圍閉合;采用全站儀測定觀測點的實時坐標,觀測坐標應從兩個方位分別進行交匯測量,以提高測量精度。

4.4 臨時支架的拆除

拆除支架應自上而下進行,拱肋立柱、橫梁、系桿支架均采用整體拆除,利用浮吊、吊車等配合進行,運送到岸上后再進行分片拆除。鋼管樁基礎的拆除采用浮吊配合振動柴油錘進行動力拆除,鋼管拆除完畢后應檢查河道并恢復航道。

5 臨時支架的施工效果分析

滁河大橋臨時支架沒有采用統一的鋼管、貝雷片材料,而是根據受力情況和使用部位,選用了鋼管支架、貝雷立柱支架、貝雷水平疊放支架等多種組合形式,可充分利用支架材料的工程特性,降低了工程成本。

臨時支架采用模塊化施工,支架按部位分為系桿支架、立柱、橫梁等支架組,先在岸上組裝成組,再利用浮吊整體安裝到鋼管樁平臺上,采用U形螺栓連接或焊接,并大量減少水上施工的勞動量,支架拆除也采用整體拆除,岸上分解,因此施工速度較快,支架的施工質量和人員安全有了保證。

滁河大橋利用該臨時支架進行系桿拱安裝施工,在2009年4月15日開始吊裝,于2009年9月30日安裝順利完成,在施工中不僅保證了系桿拱安裝質量和施工安全,還縮短了工期,加快了施工進度,同時,較常規支架還減少了周轉材料使用量和工作量約1/3,降低了施工成本,取得了良好的經濟和社會效益。

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