馬尾大橋跨江段施工方案應(yīng)用研究

林 濤

(福州市城鄉(xiāng)建設(shè)發(fā)展總公司 福建福州 350001)

1 工程概況

馬尾大橋位于福州市南臺(tái)島東端北側(cè)，橫跨閩江，是連接福州市馬尾區(qū)與倉(cāng)山區(qū)城門鎮(zhèn)的重要交通樞紐，同時(shí)也是南臺(tái)島向?qū)幍隆⒄憬较蜉椛涞闹匾ǖ溃瑘D1和圖2分別為大橋橋位衛(wèi)星圖和效果圖。

圖1 馬尾大橋橋位衛(wèi)星圖

圖2 馬尾大橋效果圖

馬尾大橋跨江段橋梁結(jié)構(gòu)為多跨空腹式連續(xù)箱梁，分主、副橋兩部分，且左右分幅，全長(zhǎng)1684m。副橋孔單幅11跨，橋跨組合為71+9×83+71=889m，主橋孔單幅7跨，橋跨組合71+83+123.5+240+123.5+83+71=795m。上部構(gòu)造箱梁主要由V型結(jié)構(gòu)(分為上下弦、交叉橫隔)和懸臂段、合龍段組成，240m主跨鋼-混結(jié)合箱梁。橋面按雙向八車道設(shè)計(jì)，單幅箱梁橫斷面為單箱雙室結(jié)構(gòu)，寬20.25m，如圖3所示。

圖3 馬尾大橋布置圖

承臺(tái)共37個(gè)，其中14#、15#墩兩個(gè)主墩采用整體式承臺(tái)，其余均采用左右幅分離式承臺(tái)。主墩采用順橋向變厚度實(shí)心墩，高度為17.45m～18.5m，頂部縱向厚度5m，按15∶1放坡，橫向?qū)?2m。承臺(tái)為矩形承臺(tái)，橫向?qū)?0m，順橋向?qū)?1.4m，高6m。基礎(chǔ)采用群樁結(jié)構(gòu)，順橋向布置4排，橫橋向布置7排，為鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，樁徑2.2m。樁頂以下一定范圍內(nèi)增設(shè)永久性鋼護(hù)筒，內(nèi)徑2.4m，壁厚25mm。為提高主墩的抗船撞能力，在主墩墩身底部和承臺(tái)周圍設(shè)置防撞設(shè)施。

連續(xù)墩采用分離式承臺(tái)，墩身采用順橋向變厚度實(shí)心墩，頂部縱向厚度2.6m，按25∶1放坡。主副橋過渡墩墩帽上設(shè)置帶有擴(kuò)大頭的立柱。承臺(tái)為矩形承臺(tái)，高3.5m，截面尺寸包含11.8m×17m，11.8m×20m，9.8×17m和9.8m×18m四種形式。基礎(chǔ)采用群樁結(jié)構(gòu)，順橋向布置2排，橫橋向布置3排，為鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，樁徑2.2m。樁頂以下一定范圍內(nèi)增設(shè)永久性鋼護(hù)筒，內(nèi)徑2.4m，壁厚20mm。

2 現(xiàn)場(chǎng)施工條件

2.1 水文條件

該河段處于徑流和潮流的過渡段，既受徑流的作用，又受潮流的影響。該橋?yàn)槭姓蛄海瑯蛑诽幾罡叱蔽?6.62m，最低潮位0m，主河槽水深約13m(平潮)，副河槽水深約5m～6m(平潮)。橋址處潮型為規(guī)則半日潮，近幾年水口電站大壩建成后，非汛期南北港高低潮位均受潮流控制，平均潮差增大，平均高潮位+4.66m，平均低潮位+0.94m，平均潮差3.72m，最大潮差5.06m，最小潮差1.36m。漲、落潮時(shí)最大垂線平均流速分別為177cm/s和146.2cm/s。洪水期流速較大，施工時(shí)應(yīng)加強(qiáng)巡視，及時(shí)采取防范措施，避免漂浮物及失控船舶撞上橋墩。

根據(jù)水文分析報(bào)告，在北港共布設(shè)37條河道斷面，按伯努利能量方程推求水面線，得到馬尾大橋橋址處設(shè)計(jì)水位，如表1所示。

表1 馬尾大橋設(shè)計(jì)洪水位

2.2 地質(zhì)條件

馬尾大橋跨江段橋位所在區(qū)域總的地勢(shì)是東北高、西南低，呈階梯狀下降；中部沿海低山、丘陵，東部為臺(tái)灣海峽。根據(jù)場(chǎng)地地震安全評(píng)價(jià)報(bào)告，場(chǎng)地 50 年超越概率10%，100年10%，3%的基巖水平峰值加速度分別為77、104、160gal。據(jù)場(chǎng)地 50 年超越概率10%的地震動(dòng)峰值加速度復(fù)核結(jié)果，場(chǎng)地處在的0.10g區(qū)內(nèi)，工程場(chǎng)地地震基本烈度為Ⅶ度。主橋抗震設(shè)防類別為A類，抗震設(shè)防措施等級(jí)為8度。橋梁抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)為E1概率取100年10%，E2概率取100年3%。

3 施工技術(shù)方案

3.1 鋼棧橋

鋼棧橋建于橋軸線下游，距橋梁邊線約2m,在北港河道處斷開，全長(zhǎng)1223+198=1421m。為了滿足橋梁施工需要，在每個(gè)墩位處兩側(cè)設(shè)置支棧橋，結(jié)構(gòu)形式同主棧橋。

棧橋及支棧橋橋面寬度8m，標(biāo)準(zhǔn)跨度9m。橋面板為20cm厚鋼筋混凝土板，縱向橫梁采用2HM600×300型鋼，縱梁為4組321型貝雷片。基礎(chǔ)采用Φ800×10鋼管樁，每排3根。鋼管樁橫向則根據(jù)不同水深條件設(shè)置1～2層平、斜聯(lián)。

鋼棧橋及支棧橋搭設(shè)采用“吊魚法”施工，配備80t履帶吊、90型液壓振動(dòng)錘、20t/12m平板拖車、25t汽車吊為主要施工設(shè)備。

鋼棧橋及支棧橋在全橋主體工程施工完成后實(shí)施拆除。拆除時(shí)配備100t履帶吊，配120型液壓振動(dòng)錘、20t/12m平板拖車、25t汽車吊為主要施工設(shè)備。

3.2 基礎(chǔ)工程

馬尾大橋跨江段樁基礎(chǔ)分為端承樁和摩擦樁兩類，端承樁樁底進(jìn)入微風(fēng)化巖層不小于3倍樁基直徑。樁基樁徑分別為2.2m樁236根，1.8m樁26根，合計(jì)262根，其中摩擦樁48根，端承樁214根。樁基護(hù)筒由永久鋼護(hù)筒和施工鋼護(hù)筒構(gòu)成，樁身段鋼護(hù)筒設(shè)計(jì)為永久鋼護(hù)筒。

水中主橋、副橋基礎(chǔ)，即1#～16#墩采用雙壁鋼圍堰施工，雙壁鋼圍堰結(jié)構(gòu)包括壁體、鋼管支撐、下放系統(tǒng)、定位系統(tǒng)、封底混凝土等。施工工藝流程為：搭設(shè)鉆孔平臺(tái)→下鋼護(hù)筒→鉆孔→成樁→拆除鉆孔平臺(tái)→安裝有底雙壁鋼圍堰→鋼圍堰注水下沉就位→吸泥封底→抽水→施工承臺(tái)。

淺灘及岸上基礎(chǔ)采用鋼板樁圍堰施工。施工工藝流程為：鋼板樁進(jìn)場(chǎng)及組拼→鎖口鋼板樁吊運(yùn)→鎖口鋼板樁插打→鋼板樁合攏→安裝圍檁及內(nèi)支撐→鋼板樁圍堰內(nèi)開挖→封底混凝土施工→割除鋼護(hù)筒→施工承臺(tái)。

3.3 墩身工程

馬尾大橋跨江段共有34個(gè)橋墩，均為實(shí)心墩，14#、15#主墩采用順橋向變厚度實(shí)心墩。墩身采用翻模法+腳手架分節(jié)段現(xiàn)澆施工工藝，在墩身四周搭設(shè)雙排腳手管腳手架，在腳手架旁放置登籠梯作為施工通道。標(biāo)準(zhǔn)模板節(jié)段高2.25m，非標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段高0.35m～2.0m。施工時(shí)依次施工同一個(gè)墩號(hào)的左、右幅，再周轉(zhuǎn)用于下一墩號(hào)的左、右幅墩身。同一種墩身尺寸模板可以相互周轉(zhuǎn)，局部增設(shè)調(diào)節(jié)段。不同尺寸的墩身模板另配。由于墩身尺寸樣式較多，故模板周轉(zhuǎn)利用率較差。

施工工藝流程為：墩身鋼筋及塔吊埋件預(yù)埋→承臺(tái)混凝土澆筑、塔吊安裝→勁性骨架、冷卻水管、腳手架、爬梯安裝→墩身鋼筋接長(zhǎng)→模板施工→混凝土澆筑及養(yǎng)護(hù)→模板拆除、施工下一節(jié)段墩身→循環(huán)施工直至墩身施工完成。

3.4 上部結(jié)構(gòu)

上部結(jié)構(gòu)分主、副橋兩聯(lián)，兩聯(lián)同時(shí)施工。跨江段主橋V構(gòu)及跨中段主要采用支架現(xiàn)澆，主橋中跨及次中跨采用掛籃懸澆，主梁跨中鋼箱梁采用主橋中跨掛籃改造為吊架后施工。為保證在結(jié)構(gòu)懸臂狀態(tài)下的穩(wěn)定性，V構(gòu)支架待全橋合龍后拆除。主要步驟為：箱梁V型結(jié)構(gòu)現(xiàn)澆→逐段掛籃或支架澆注箱梁V型結(jié)構(gòu)外跨中段混凝土段→鋼混結(jié)合段施工→主跨鋼結(jié)構(gòu)整體吊裝合龍和副跨混凝土箱梁跨中合龍。跨江段主橋施工工藝劃分如圖4所示。

圖4 跨江段主橋施工工藝劃分

對(duì)于V型結(jié)構(gòu)的墩頂塊，上弦和下弦均采用支架法進(jìn)行施工，施工時(shí)為保證混凝土澆筑質(zhì)量，水平分塊段進(jìn)行墩頂塊混凝土澆筑。主墩墩頂塊高度20m，分5次澆筑，V型結(jié)構(gòu)分4次澆筑下弦底腹板、下弦頂板、上弦底腹板、上下弦結(jié)合部橫隔墻，施工工藝流程如圖5所示。主橋副墩及副橋施工方案類似，各墩墩頂塊高度10m分3次澆筑，V構(gòu)分4次澆筑。為減少施工裂縫的發(fā)生，在V型橫隔墻兩端設(shè)置了100cm寬的濕接縫。

圖5 主墩V型結(jié)構(gòu)施工流程示意圖

對(duì)于主橋和副橋的懸臂段、跨中段的施工，為滿足結(jié)構(gòu)物施工內(nèi)力及線型要求，同時(shí)滿足施工進(jìn)度要求，除14#和15#主墩V型撐段外兩側(cè)各36.5m采用掛籃對(duì)稱懸澆外[1-2]，其余跨中段均采用支架法對(duì)稱現(xiàn)澆，支架現(xiàn)澆的施工流程圖如圖6所示。

圖6 支架法現(xiàn)澆箱梁施工流程示意圖

14#和15#主墩V型撐段外兩側(cè)各36.5m掛籃對(duì)稱懸臂施工流程如圖7所示。

圖7 掛籃懸澆箱梁施工流程示意圖

馬尾大橋240m主跨開創(chuàng)性地采用鋼-混凝土結(jié)合箱梁，主體結(jié)構(gòu)為混凝土箱梁，截面均為三向預(yù)應(yīng)力混凝土變高度單箱雙室直腹板截面[3]；跨中結(jié)構(gòu)為6.5m南臺(tái)島側(cè)鋼混結(jié)合段+90m整體鋼箱梁段+6.5m馬尾區(qū)側(cè)鋼混結(jié)合段，其中鋼混結(jié)合段往混凝土箱梁側(cè)長(zhǎng)3.5m，往鋼箱梁側(cè)長(zhǎng)3m，因此鋼箱梁理論區(qū)段長(zhǎng)(至結(jié)合面處)為96m。

鋼混結(jié)合段及鋼箱梁均采用掛籃配備連續(xù)千斤頂與鋼絞線吊裝。吊裝前，對(duì)既有掛籃進(jìn)行改造，拆除其模板系統(tǒng)，保留其承重桁架、錨固系統(tǒng)及行走系統(tǒng)，并安裝連續(xù)千斤頂及吊裝系統(tǒng)。

邊跨合龍完成后吊裝鋼混結(jié)合段，精確定位后澆筑結(jié)合段混凝土，混凝土達(dá)到張拉強(qiáng)度后張拉鋼混結(jié)合段的預(yù)應(yīng)力并壓漿，完成鋼混結(jié)合段體系轉(zhuǎn)換，最后整體吊裝96m鋼箱梁并精確定位，焊接焊縫完成鋼箱梁合龍，最后完成施工體外索。

4 結(jié)論

橋梁的施工是一個(gè)龐大復(fù)雜的系統(tǒng)性工程，任何階段的施工，都必須依據(jù)相應(yīng)的施工技術(shù)制定出切實(shí)可行的施工方案，進(jìn)而根據(jù)施工方案來(lái)指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工。目前，馬尾大橋的施工正在進(jìn)行，各項(xiàng)施工均按照技術(shù)方案有條不紊地進(jìn)行，施工實(shí)況證明了馬尾大橋的施工方案是正確可行的。

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