滁河大桥系杆拱的临时支架施工技术

李红金

1 工程概况

沿江开发高等级公路南京江北段工程地处江苏省南京市六合区,为连接南京六合区开发区和南京化工园的一条高等级公路,B1标段主要工程为滁河大桥,分主桥和两侧引桥,引桥为30 m预应力混凝土箱梁,主桥为系杆拱桥,全桥孔跨布置为(10×30+72+11×30)m,全长709 m。主桥上部采用72 m单跨预应力混凝土系杆拱,计算跨径70 m,拱轴线为二次抛物线,矢跨比1/5,矢高14 m。主桥斜跨滁河,滁河为长江支流,河面宽度70 m～200 m,水深2 m～8 m,水位受季节影响,水位最高8.7 m,最低2.5 m。滁河大桥为Ⅴ级航道,过往船只较多。

2 施工方案的选择

系杆拱的施工方法主要有支架现浇法、预制拼装法及半现浇半预制法,预制拼装方法分有支架法、少支架法和无支架法,无支架法即是缆索吊装法。根据对各方案的经济成本、施工工艺的分析比较,我们初步选择构件预制、少支架拼装法施工,不采用支架现浇和缆索吊装的方法。

3 临时支架的结构形式

3.1 桩基础选择

临时支架基础采用钢管排架桩,在支架搭设中,预留通航孔,在主航道宽度为沿桥梁方向20 m,由于主航道与主桥不正交,应与航道部门协商改变航道。经过分析比较,采用D529 mm×6 mm螺旋钢管桩,桩长 24 m,设计入土桩长为16 m～19 m。基础布置在系杆及拱肋湿接缝下方,轴线方向与桥梁横纵向分别平行。钢管桩平台标高按照施工期间的正常水位设定,水位为4.55 m,平台顶高出水面2.1 m。在航道两侧的平台的中心基本与湿接缝中心一致,但靠近主墩处湿接缝两侧受力明显不同,平台中心偏向荷载大的一方,钢管桩的整体承载力及偏压荷载基本能满足要求。

3.2 桩基结构计算分析

桩基完成后,我们采用反力架形式做了桩基承载力试验,根据结果,桩基(入土深度15 m)最大极限承载力为480 kN,与计算结果相比稍微偏小。

3.3 系杆的临时支架的结构

系杆支架采用贝雷片叠放组合结构,单元材料为321桁架,贝雷片均横放,具体数量根据计算来确定,一般每层4片～6片,同层贝雷片之间采用连接架连接。

3.4 拱肋的临时支架的结构

在主墩处的拱肋由于重量较小,支架采用大直径的钢管支撑,钢管支架采用2根D273钢管立放的钢管桩,为增加稳定性,再斜向增加2根钢管。钢管顶部设工字钢梁,用于支撑临时支座。中拱肋支架由于高度较大,在拱肋支点处分别设置1个方柱,2个方柱顶部横向采用贝雷梁连接,纵向采用2榀贝雷连续梁连接,形成4个立柱为主体的门式框架型支架,可以增加整体稳定性,减少支架变形。方柱为由4片贝雷片通过角撑连接的框架式结构,方柱底部为础板,顶部为上顶梁。立柱顶部顺桥向采用4片或8片贝雷梁连接,以增加纵向稳定性,同时在贝雷梁上安装拱肋防倾覆设施,以保护拱肋。为保证立柱的稳定性,立柱设立缆风绳,分三个方向布置,主要增加支架侧向稳定性,缆风绳采用20 mm钢丝绳,锚碇设立在河两岸,采用钢管桩及混凝土基础。

3.5 拱肋支架结构选择及稳定性分析

1)立柱。桥中立柱采用4片立式贝雷片连接形成四方形框架结构,其稳定性和安全性是保证拱肋安装的主要因素,应进行细致的检算。经检算说明立柱结构稳定。

2)拱肋支架贝雷横梁。该横梁采用双榀贝雷梁,每榀由单层4排贝雷片(每排3片9 m长)组成,放置在立柱上顶梁和连系梁之上,其上放置工字钢垫梁及沙箱,计算长度7.8 m,单个贝雷梁在单个拱肋支座处的最大荷载为中拱肋、风撑及活荷载产生的荷载:Ph=6 565.2 kN(桥中)。从计算分析可以看出,整个门式支架式结构是安全的,在实际施工中,根据支架变形观测,支架的变形均在要求范围内。

4 临时支架的施工技术和质量要求

4.1 钢管桩的施工技术

1)钢管桩垂直度控制在桩长的1/100以内,并不能大于100 mm;钢管焊接质量要严格控制,要求选择素质良好、技术熟练、经验丰富的焊工,严格按照焊接规范进行施工,焊接设备必须性能良好。2)钢管的连接尽量在陆地进行,主要控制钢管及连接件的焊接质量,认真控制焊口的高度、宽度以及钢管桩的直顺度,要符合要求。3)桩基础及支架的位置应先在CAD上绘出,确保无误后进行放线,桩位放线要采用全站仪来放线,保证桩位与设计位置的误差不超过20 mm,钢管间距误差不超过50 mm。

4.2 系杆及拱肋的临时支架的施工技术

临时支架采用陆地拼装成组,再进行整体安装。在施工钢管桩的同时,在岸上拼装贝雷梁叠放组、立柱、贝雷横梁等,再使用浮吊运送到钢管桩平台上,采用U形螺栓进行连接,可大量减少水上施工作业量,并节约大量施工时间。先安装系杆支架及部分拱肋支架,并铺设好支架顶工字钢分配梁,工字钢采用钢板连接,要焊接牢固,工字钢与贝雷梁之间采用U形螺栓连接。系杆及横梁安装完成后,安装剩余拱肋支架及顶梁工字钢,拱肋支架的立柱和横梁均采用模块化安装,在岸上拼装好后一起吊装,立柱焊接在钢管桩平台上,要求立柱竖向垂直度不超过10 mm。

由于在航道两侧的拱肋支架高度达18 m以上,因此应对支架进行连接加固,以加强支架整体稳定性。横向加固采用2根D235钢管支撑,纵向采用2榀4组贝雷梁连接在立柱顶部,纵梁与立柱的连接处,安装2根钢管斜撑,减少纵梁竖向变形。立柱的外侧及纵向安装缆风绳,缆风绳采用20 mm钢丝绳。

4.3 临时支架的变形观测

预压观测的项目包括沉降观测、桩基础横向、纵向偏移以及相互位移、平台横梁的变形观测。方法为:采用高精度水平仪观测测点高程,进行小范围闭合;采用全站仪测定观测点的实时坐标,观测坐标应从两个方位分别进行交汇测量,以提高测量精度。

4.4 临时支架的拆除

拆除支架应自上而下进行,拱肋立柱、横梁、系杆支架均采用整体拆除,利用浮吊、吊车等配合进行,运送到岸上后再进行分片拆除。钢管桩基础的拆除采用浮吊配合振动柴油锤进行动力拆除,钢管拆除完毕后应检查河道并恢复航道。

5 临时支架的施工效果分析

滁河大桥临时支架没有采用统一的钢管、贝雷片材料,而是根据受力情况和使用部位,选用了钢管支架、贝雷立柱支架、贝雷水平叠放支架等多种组合形式,可充分利用支架材料的工程特性,降低了工程成本。

临时支架采用模块化施工,支架按部位分为系杆支架、立柱、横梁等支架组,先在岸上组装成组,再利用浮吊整体安装到钢管桩平台上,采用U形螺栓连接或焊接,并大量减少水上施工的劳动量,支架拆除也采用整体拆除,岸上分解,因此施工速度较快,支架的施工质量和人员安全有了保证。

滁河大桥利用该临时支架进行系杆拱安装施工,在2009年4月15日开始吊装,于2009年9月30日安装顺利完成,在施工中不仅保证了系杆拱安装质量和施工安全,还缩短了工期,加快了施工进度,同时,较常规支架还减少了周转材料使用量和工作量约1/3,降低了施工成本,取得了良好的经济和社会效益。

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