G1501公路大泖港橋主橋工程建設中一些關鍵技術問題的探討

彭瑋

（上海城投航道建設有限公司,上海市 200092）

G1501公路大泖港橋主橋工程建設中一些關鍵技術問題的探討

彭瑋

（上海城投航道建設有限公司,上海市 200092）

G1501公路大泖港橋主橋工程建設包括大跨度預應力混凝土連續梁舊橋的拆除和大跨度鋼-混凝土混合梁新橋的重建,在整個建設過程中存在一些關鍵技術問題需要關注與解決。在工程實施前期對舊橋拆除方案進行了比選,并針對實施方案作了詳細的施工風險分析,制定了可操作性強的舊橋拆除施工方案。在新橋建設施工中,重點關注了整個主橋的施工方法以及施工步驟的可行性,并對施工過程中的關鍵節點進行了詳細的受力分析,以確保主橋施工過程的結構安全性。

大跨度橋梁拆除；施工風險分析；鋼-混凝土混合橋梁；施工方法及步驟；關鍵節點受力分析

1 工程概況

平申線是長江三角洲高等級航道網規劃航道,也是上海市“一環十射”高等級航道之一,為加強上海市與浙江省高等級內河航道對接,促進內河水運發展,服務上海國際航運中心建設,須將航道等級由V級提升至IV級。

大泖港橋為G1501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輸要求,故對大泖港橋進行拆除重建。

大泖港橋的已有主橋為三跨變截面預應力混凝土連續箱梁,跨徑布置56 m+80 m+56 m,全長192 m,單幅橋寬為13.25 m,中央分隔帶凈寬1 m,橋梁總寬為27.5 m。

新建橋梁的主橋為三跨變高度鋼-混凝土混合連續梁橋,跨徑組合65 m+135 m+65 m,總長265 m,單幅橋寬16 m,兩幅橋梁間距為2 m。主橋主梁為變高度鋼-混凝土混合連續梁,邊跨65 m為預應力混凝土箱梁,主跨135 m為鋼-預應力混凝土混合箱梁,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

本主橋工程建設包括舊橋的拆除與新橋的重建,整個建設過程相對復雜,存在一些關鍵技術問題值得探討與解決,這樣可以確保工程建設的順利進行,也可為類似工程的建設提供借鑒。

2 舊橋拆除方案比選及施工風險分析

本工程是上海市首座跨黃浦江大跨度預應力連續梁橋梁拆除,主橋的跨徑組合為56 m+80 m+ 56 m,主橋0#塊自重達到約450 t,節段最重為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、進度的前提下順利完成橋梁的拆除任務成為本工程實施的重難點之一。為確保主橋拆除的順利進行,在工程實施之前,對施工方案進行了有效的比選,并進行了針對性的施工風險分析。

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,爆破拆除將產生大量的建筑垃圾,對環境產生較大的污染,同時爆破拆除后的垃圾清運會影響航道的正常運營,所以此方案不可行；搭設支架鑿除法需要在江中搭設支架,對航道的影響大,可施工性也相對較差；靜力切割拆除施工工期較長,但對環境的污染較輕,對航道通航影響也相對較小。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:先對主引橋間跨的引橋跨拆除,然后進行引橋和主橋的同步平行拆除。主橋混凝土結構全部采用金剛石繩鋸進行靜力切割,并配合浮吊、吊籃、汽車吊、船舶等設備進行吊運拆除,運輸到破碎場地進行破碎。

經綜合分析,老橋拆除施工過程主要有以下潛在風險:

（1）主橋是預應力混凝土結構,混凝土的長期收縮徐變等引起預應力度的損失對結構的承載能力影響較大,掛籃反序法施工存在一定的結構安全風險。

（2）主橋上部結構拆除過程中,主墩兩側箱梁處于懸臂狀態,施工過程中存在不平衡力,施工過程存在可能的結構安全風險。

（3）現場施工振動和施工附加荷載對橋梁結構安全有重要影響。

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

（5）高空作業、水上作業、水下作業、吊裝作業多,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,且河道轉彎處,水流速度較大,河岸兩側水流流速相差較大,以及漲、落潮均對浮吊、駁船等影響較大。

根據以上施工風險分析,在老橋拆除施工組織設計中重點體現了以下主要內容:

（1）詳細分析了舊橋拆除時預應力的影響,制定了相應的有效措施,在拆除過程中盡量減少對未拆除部分混凝土預應力的影響,以保證施工安全。

（2）根據懸臂施工工藝及大跨度連續梁的施工特點,在主橋箱梁切割拆除前將在零號塊及邊跨現澆段下方設置鋼管樁支撐架,同時對墩梁進行臨時固結,兩種支撐措施組成臨時支撐體系,可以有效避免懸臂施工過程中不平衡力引起的結構安全風險。

（3）由于現場施工振動和施工附加荷載對橋梁結構安全有重要影響,將采取有效措施在拆除過程中盡量減小振動和施工附加荷載,以保證施工安全。

（4）認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,制訂了有效的措施對切割部位、切割時機、安全措施、操作工藝進行嚴格控制,以避免造成安全事故。

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

3 新建主橋的施工方法及步驟

新建主橋采用鋼—混合連續梁結構,主橋半側混凝土箱梁共分:1個0號節段、18個懸澆節段（節段長度為3.5 m、4 m兩種）、支架現澆段、1個合龍段、1個鋼-混凝土混合段。主橋混凝土箱梁采用掛籃懸澆施工,中跨鋼-混凝土混合段鋼結構（也稱工地連接段由鋼-混凝土混合段的鋼結構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-混凝土混合段鋼結構的提升

邊跨節段B1～B9以及主跨節段M1～M8重量在124～169 t之間變化；但是,主跨最后一個懸澆節段M9包含了一個鋼-混凝土混合段,節段重量為260 t,記上掛籃及模板自重85 t后,如再考慮懸臂澆筑設備及其它活荷載,該節段的施工荷載總重約為360 t。主橋0#塊與節段B1～B8以及M1～M8的施工與常規采用懸臂澆筑的連續梁沒有差別,但在懸臂施工節段M9的時候,由于包含了一個鋼-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構工地連接段,然后在B8節段上進行配重,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 主橋與一般連續梁懸臂施工法不同的施工步驟

此外,由于跨中鋼梁較長,鋼梁與兩端鋼梁工地連接段的合龍施工比一般的連續梁有難度。在提升安裝跨中鋼結構前連續48 h的白天,每半小時監測現場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定時段,確定合龍時機及該溫度下合龍口的長度,根據長度提前切割合龍段余量,必要時稍留余量以方便吊裝后切割。測量數據分析時要考慮吊裝后截面轉角的影響量。

4 新建主橋施工過程關鍵節點的受力分析

如上所述,與一般懸臂施工的連續梁不同,菱形掛籃及其錨固的M7、M8節段在懸臂施工M9節段（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構安全性是一個必需關注的問題；所以有必要對其進行詳細的受力分析,以驗證施工過程最不利荷載工況作用下主體及臨時結構的安全性。

掛籃施工M9節段的縱向布置示意見圖3。菱形掛籃結構采用Midas分析軟件,掛籃主桁結構、吊帶、橫向聯系的桁架構件采用桁架單元模擬,其它采用梁單元模擬；模型中正確定位掛籃前、后支點與底模在底板的各個錨點位置,以得到準確的反力,作為箱梁錨固節段仿真分析的力邊界。掛籃結構及底模的幾何模型見圖4。

圖3 掛籃施工M9節段的縱向布置示意圖（單位:mm）

圖4 掛籃結構的幾何模型圖

掛籃結構所在錨固的M7、M8兩個節段,兩個節段總長8 m,其仿真模型采用ANSYS結構分析軟件來建立,其三維實體仿真模型透視圖及截面圖分別見圖5、圖6。

圖5 箱梁節段三維仿真模型透視圖

圖6 箱梁節段三維實體仿真截面圖

仿真模型中,混凝土箱梁采用SOLID45單元模擬,縱向、橫向與豎向預應力鋼束采用LINK8單元模擬,對預應力的管道進行了開孔的模擬；整個仿真模型共有127,324個單元,模型單元劃分精密,計算分析工作量較大。

箱梁節段模型在M7節段的端部采用位移約束邊界,而與掛籃結構及底模的聯系作用采用的是力邊界。

根據分析結果,菱形掛籃結構在最不利施工荷載作用下,其應力、變形、穩定性等均能滿足受力要求；只是前上橫梁采用的是Q235,其應力水平接近鋼材180 MPa的強度設計值,建議適當加強；掛籃所在錨固的M7、M8箱梁節段,在掛籃前后支點力、底模錨點力等作用下,局部產生應力集中,其中M8節段底板在底模的錨點區域較大范圍出現較大的橫向拉應力（M8節段前支點截面箱梁橫向正應力云圖見圖7）,不能滿足設計規范[3]的要求,如果底板不進行有效加強,在施工過程局部出現裂縫的概率較大。

圖7 前支點截面箱梁橫向正應力云圖（M8節段）

根據分析結果,施工方對掛籃進行了加強,設計方對M8節段底板的局部構造與配筋設計進行了加強,確保了施工過程結構的安全性。

5 結語

針對G1501公路大泖港橋主橋工程建設內容的復雜性,整個建設過程中需要關注與解決的技術問題比較多,文中探討了一些值得關注的關鍵技術問題,現總結如下:

（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險。文中不但詳細分析了舊橋拆除過程中存在的潛在施工風險,并且提出了防范施工風險的相應有效措施。

（3）新建主橋采用鋼-混凝土混合梁結構,與一般采用懸臂施工的預應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節段的施工荷載大,主體箱梁與掛籃的結構安全性必須關注。通過對掛籃與箱梁錨固節段在最不利施工荷載作用下的受力分析,得到了能夠指導設計與施工的計算分析結果,為確保主橋結構的順利實施提供理論基礎。

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

[1]申世峰,孫靈芝.浮船渡運法在拆除懸澆結構橋中的應用[J].華東公路,2005(5):76-79.

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

[3]JTG D62-2004,公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范[S].

湖南長株潭城鐵西延線繞城高速特大橋貫通

長株潭城鐵西延線雷黃段控制性工程——長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營奠定了堅實基礎。

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

湖南省重點工程長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9.02 km,設谷山、尖山、麓谷、湘江西4個站點。該段鐵路建成通車后,將極大地提升望城的交通區位優勢,加快其融入長株潭“半小時經濟圈”,促進區域經濟社會快速發展。

根據計劃,長株潭城際鐵路西延線將新建一條聯絡線,經望城烏山接軌站接入石長鐵路。將來,乘坐長株潭城際鐵路動車可直達益陽、常德。屆時,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,從事工程項目建設及技術管理工作。