中交路桥华南工程有限公司,广东中山 528403
摘要:混合梁斜拉桥通常边跨位于陆地(或浅滩区)上方,中跨位于通航航道上方,南庄大道东延工程主桥凤翔大桥为独塔双索面混合梁斜拉桥,跨径布置为65+75+268m,上部结构为混合梁结构,边跨为PC箱梁,中跨为钢箱梁,主桥主塔位于防洪大堤以内,中跨钢箱梁跨越西岸防洪大堤、东平水道(Ⅱ级航道)及东岸防洪堤,钢箱梁下地形复杂,施工难度大。为合理选择非通航区钢箱梁的安装方案,确保施工安全、质量、高效,特进行方案比选。
关键词:混合梁斜拉桥 钢箱梁 高位支架法 低位支架法 斜面牵拉法
1 工程概况
1.1设计概况
南庄大道东延(南庄大道接雾岗路南延)工程施工(SG-02)主线起点桩号为K2+100,终点桩号为K3+890,长约1.79 km。项目包含特大桥1座,桥长1004.5m,主桥为单塔双索面混合梁斜拉桥,跨径布置为65+75+268m,桥宽36.5m,主梁为混合式箱型梁,中跨主梁为钢箱梁、边跨主梁为预应力砼箱梁(塔梁固结),钢混段设在主跨距离主塔15m处。
图1.1-1 桥型布置图
钢主梁采用整箱正交异性板扁平钢箱梁,全宽36.5m(不含风嘴),中央分隔带宽度1.5m,道路中心线处梁高3.3m,顶板设2%横坡,底板水平。标准节段长度取12m,梁上索距取12m,最大节段重量约370吨(该节段采用横向分段,吊装重量控制在300吨以内)。
图1.1-2中跨钢箱梁典型断面图
钢箱梁划分为A~E共5种类型22段。其中A梁段为钢混结合段,长5m,B梁段为过渡段,长7.75m,D梁段为标准段,长12m;E梁段为端横梁段,长13.03m,(节段进行横向分段,吊装重量约200吨)。
表1.1-1 梁段重量统计表
梁段编号 | M1 | M2 | M3~M8 | M9~M21 | M22 |
梁段类型 | A | B | C | D | E |
梁段数量 | 1 | 1 | 6 | 13 | 1 |
梁段重量(t) | 209 | 204 | 274 | 259 | 384(200) |
钢箱梁为栓焊结合钢结构,梁段工地连接除顶板U肋采用高强螺栓连接外,其余均采用焊接方式。
1.2中跨主梁区地形地貌
中跨主梁跨越防洪大堤及东平水道,大堤堤顶为一条现状通行道路,施工期间需保证正常通行,东平水道为Ⅱ级航道,交通繁忙。
图1.2-1主梁区地形地貌
§1.3中跨主梁区地质情况
场区覆盖层由第四系人工填土、河流冲积相粘性土层、砂层、海陆交互相软土层、砂土层等组成,地层自上往下依次为素填土、粉质粘土、淤泥质粉质粘土、全风化细砂岩、强风化砂质泥岩、中风化砂岩、强风化泥岩、微风化砂岩。
表1.3-1 现浇梁区域地层情况表
土层 类别 | 土层深度 (m) | 层底深度 (m) | 桩侧摩阻力 (kPa) | 地基承载力容许值 (kPa) |
素填土 | 1.4 | 1.4 | 10 | / |
粉质粘土 | 0.8 | 2.2 | 15 | 120 |
淤泥质粉质粘土 | 5 | 7.2 | 15 | 50 |
全风化细砂岩 | 2.7 | 9.9 | 80 | 200 |
强风化砂质泥岩 | 11.4 | 21.3 | 90 | 300 |
强风化泥岩 | 3.9 | 25.2 | 90 | 200 |
强风化细砂岩 | 2.1 | 27.3 | 100 | 300 |
中风化泥质粉砂岩 | 3.8 | 31.1 | 150 | 600 |
中风化砂岩 | 4.4 | 35.5 | 160 | 800 |
强风化泥岩 | 4.2 | 39.7 | 90 | 300 |
微风化砂岩 | 8.2 | 47.9 | 240 | 1500 |
2 施工重难点分析
主桥中跨钢箱梁施工重难点如下:
(1)中跨钢箱梁施工区跨越防洪大堤,钢箱梁移梁支架需跨越大堤,水利部门原则上不允许在堤身打设钢管桩,支架设计难度大。
(2)中跨主梁单个节段重量重,单梁段提吊难度较大。
(3)陆上梁段区上跨现状道路,施工时需保证道路通行安全。
3 比选方案简介
中跨钢箱梁包含西岸(南庄岸)陆上梁段、水上梁段、东岸(石湾段)梁段,其中水上梁段采用桥面吊机起吊安装,东岸梁段(3段)采用高位移梁支架滑移就位合龙已基本确定,因此本次仅对西岸(南庄岸)陆上梁段施工方案进行比选,比选方案包含高位移梁支架方案、低位移梁支架方案、斜面牵拉法方案
表3-1 比选方案列表
序号 | 方案 | 方案示意图 |
1 | 高位移梁支架方案 | |
2 | 低位移梁支架方案 | |
3 | 斜面牵拉法方案 |
3.1高位移梁支架
3.1.1 方案概况
西岸陆上梁段(含岸边)包含A、B、C(6段)梁段,总长度为84.75m,梁段最大吊重为C梁段,吊重为274t,梁段(含岸边)采用运输驳船将梁体运输至工点,采用400t浮吊吊装至滑移支架上,纵向滑移到位的方法进行安装。
⑴支架设计
塔区梁段安装支架采用Φ820×10mm钢管柱,横向共设置4排,每个支点下方设置2排,东岸支架纵向设置12排钢管柱,西岸支架纵向设5排,立柱钢管采用Φ426×6mm钢管平联。钢管桩上方采用3I45工字钢作为纵向承重梁,其上布置3I63横向承重梁,再上布置2H900×300滑道梁,滑道梁上铺设20mm厚钢板,上方布置2mm不锈钢板;梁体支点下垫30mm高强高弹橡胶板+型钢垫块+ 23mm厚复合式四氟滑板,梁体通过复合式四氟滑板与不锈钢板组成的滑移面,在牵引装置牵拉下实现纵移。
图
3.1-1钢箱梁移梁支架结构横断面设计图
图3.1-2西岸钢箱梁移梁支架纵断面设计图
3.1.2 施工工艺流程
主梁施工工艺流程见下图所示:
步骤一: 驳船运输钢箱梁A梁段至工点,浮吊将钢箱梁A梁段吊装至支架上方。 | |
步骤二: 卷扬机通过牵引索牵拉梁段纵向滑移到位。 | |
步骤三: A梁段位置精确调整、定位,进行D1、D3梁段施工。 | |
步骤四: 重复步骤一、二,将后续梁段依次吊装纵移到位;各梁段定位后进行节段连接、斜拉索安装。 |
图3.1-3混凝土主梁施工工艺流程图
3.2低位移梁支架
3.2.1 方案概况
西岸陆上梁段(含岸边)包含M1、M2、M3~M8梁段,总长度为84.75m,梁段最大吊重为M3~M8(C梁段),吊重为274t,采用400t浮吊吊装至滑移支架上,纵向滑移到位的方法进行安装。
⑴支架设计
支架采用Φ820×10mm钢管柱,横向共设置4排,每个支点下方设置2排,东岸支架纵向设置12排钢管柱,西岸支架纵向设5排,立柱钢管采用Φ426×6mm钢管平联。钢管桩上方采用3I45工字钢作为纵向承重梁,其上布置3I63横向承重梁,再上布置2H900×300滑道梁,滑道梁上铺设20mm厚钢板,上方布置2mm不锈钢板;梁体支点下垫30mm高强高弹橡胶板+型钢垫块+ 23mm厚复合式四氟滑板,梁体通过复合式四氟滑板与不锈钢板组成的滑移面,在牵引装置牵拉下实现纵移。跨防洪堤顶面道路,滑移轨道主梁置于路面顶部,轨道两侧设过车斜坡,便于社会车辆临时通行。
图3.2-1钢箱梁移梁支架结构横断面设计图
图3.2-2西岸钢箱梁移梁支架纵断面设计图
3.2.2 工艺流程
主梁施工工艺流程见下图所示:
步骤一: 驳船运输钢箱梁M1梁段至工点,浮吊将钢箱梁M1梁段吊装至支架上方。 | |
步骤二: 卷扬机通过牵引索牵拉梁段纵向滑移到位。 | |
步骤三: A梁段(M1)通过履带吊吊至支架上,精确调整、定位,进行D1、D3梁段施工。 | |
步骤四: 安装桥面吊机并试吊,M2~M8依次按照先浮吊至滑移支架再纵移、桥面吊机提吊对位连接,各梁段定位后进行节段连接、斜拉索安装。 |
图3.2-3 施工流程图
3.3斜面牵拉法方案
3.3.1方案概况
西岸陆上梁段(含岸边)包含M1、M2、M3~M8梁段,总长度为84.75m,梁段最大吊重为M3~M8(C梁段),吊重为274t,采用400t浮吊吊装至滑移平台上,梁段通过斜面滑道及低支架滑移到位,再采用桥面吊机竖向提吊安装。防洪大堤斜面倾斜角度为14.42°
⑴滑移设计
防洪堤外侧沿大堤斜面浇筑滑道条形基础,基础上方铺设滑移轨道;浅谈区布置钢管型钢滑移平台与斜坡轨道顺接;为便于桥面吊机竖向提吊钢箱梁,防洪大堤内侧搭设与堤顶平齐的滑移轨道。
梁段滑移采用滑移小车+牵引卷扬机结合形式,斜面坡度为14.42°,最大牵引梁段重为274t,斜面牵引力约75t。M1滑移到位后采用两台350t履带吊提吊至现浇支架上,其余梁段采用桥面吊机竖向提吊。滑移支架及结构示意见下图所示。
图3.3-1钢箱梁移梁支架结构横断面设计图
图3.3-2钢箱梁移梁支架结构横断面设计图
3.2.2 工艺流程
斜面牵拉法施工流程如下:
第一阶段: ⑴进行支架基础及支架施工;(2)浮吊将钢箱梁M1梁段吊装至支架上方,通过卷扬机纵移到位,再通过履带吊吊至支架上,精确调整、定位,进行D1、D3梁段施工。 |
第二阶段: (1)安装桥面吊机并试吊,M2~M8依次按照先浮吊至滑移支架再纵移、桥面吊机提吊对位连接,各梁段定位后进行节段连接、斜拉索安装。 |
图3.3-3施工流程图
4 施工进度计划
4.1高位支架法
本项目关键线路为主桥桩基施工→主墩承台、塔座施工→主塔施工、边跨砼梁施工→中跨钢箱梁施工。
中跨钢箱梁施工控制节点为主塔封顶后能保证钢混结合段(M1)的移梁到位,后续梁段施工则在边跨混凝土梁合龙完成后,主塔计划封顶时间为2021年8月15日,为保证节点进度,主梁施工计划如下:
表4.1-1 高位支架施工计划
序号 | 施工节点 | 开始时间 | 结束时间 | 周期(天) | 总周期(天) | 备注 |
1 | 支架基础处理 | 2021.5.15 | 2021.6.15 | 30 | 60 | 不占关键线路 |
2 | 支架搭设 | 2021.6.15 | 2021.8.15 | 30 | 不占关键线路 | |
3 | 钢混段M1就位 | 2021.8.15 | 2021.8.18 | 3 | 105 | 浮吊进场,完成M1~M8吊装就位 |
4 | D3施工 | 2021.8.18 | 2021.8.28 | 10 | ||
5 | 混凝土梁合龙 | 2021.8.28 | 2021.9.18 | 20 | ||
6 | 西岸陆上梁施工(M2~M8) | 2021.9.18 | 2021.10.30 | 42 | M2~M8依次滑移就位 | |
7 | 支架拆除 | 2021.10.30 | 2021.11.30 | 30 |
4.2低位支架
本项目关键线路为主桥桩基施工→主墩承台、塔座施工→主塔施工、边跨砼梁施工→中跨钢箱梁施工。
中跨钢箱梁施工控制节点为主塔封顶后能保证钢混结合段(M1)的移梁到位,后续梁段施工则在边跨混凝土梁合龙完成后,主塔计划封顶时间为2021年8月15日,为保证节点进度,主梁施工计划如下:
表4.1-1 低位支架法施工计划
序号 | 施工节点 | 开始时间 | 结束时间 | 周期(天) | 总周期(天) | 备注 |
1 | 支架基础处理 | 2021.5.15 | 2021.6.15 | 30 | 60 | 不占关键线路 |
2 | 支架搭设 | 2021.6.15 | 2021.8.15 | 30 | 不占关键线路 | |
3 | 钢混段M1就位 | 2021.8.15 | 2021.8.20 | 5 | 114 | 包含滑移及提吊 |
4 | D3施工 | 2021.8.20 | 2021.8.30 | 10 | ||
5 | 混凝土梁合龙 | 2021.8.30 | 2021.9.20 | 20 | ||
6 | 桥面吊机安装 | 2021.9.20 | 2021.10.20 | 30 | 不影响总工期 | |
7 | 西岸陆上梁施工(M2~M8) | 2021.10.20 | 2021.12.8 | 49 | 浮吊本阶段共占用16d | |
8 | 支架拆除 | 2021.12.8 | 2022.1.8 | 30 |
4.3斜面牵拉法
本项目关键线路为主桥桩基施工→主墩承台、塔座施工→主塔施工、边跨砼梁施工→中跨钢箱梁施工。
中跨钢箱梁施工控制节点为主塔封顶后能保证钢混结合段(M1)的移梁到位,后续梁段施工则在边跨混凝土梁合龙完成后,主塔计划封顶时间为2021年8月15日,为保证节点进度,主梁施工计划如下:
表4.1-1 斜面牵拉移梁支架施工计划
序号 | 施工节点 | 开始时间 | 结束时间 | 周期(天) | 总周期(天) | 备注 |
1 | 支架基础处理 | 2021.5.15 | 2021.6.15 | 30 | 60 | 不占关键线路 |
2 | 支架搭设 | 2021.6.15 | 2021.8.15 | 30 | 不占关键线路 | |
3 | 钢混段M1就位 | 2021.8.15 | 2021.8.20 | 5 | 117 | 包含滑移及提吊 |
4 | D3施工 | 2021.8.20 | 2021.8.30 | 10 | ||
5 | 混凝土梁合龙 | 2021.8.30 | 2021.9.20 | 20 | ||
6 | 桥面吊机安装 | 2021.9.20 | 2021.10.20 | 30 | 不影响总工期 | |
7 | 西岸陆上梁施工(M2~M8) | 2021.10.20 | 2021.12.8 | 53 | ||
8 | 支架拆除 | 2021.12.8 | 2022.1.8 | 30 |
5比选方案资源置计划及经济效益比选
表5.1-1 高位支架成本计算表
序号 | 材料 名称 | 材料 单位 | 材料 数量 | 单价 | 租期 (月) | 金额 (万元) | 小计 (万元) | 备注 |
1 | 钢管、型材 | t | 473 | 2000 | / | 94.6 | 265.4 | 单价单位:元/t |
2 | 钢管桩 | t | 41.5 | 2000 | 8.3 | |||
3 | 安拆费用 | t | 541 | 1500 | / | 81.2 | 单价单位:元/t | |
4 | 混凝土扩大基础 | m³ | 86.4 | 1500 | / | 13.0 | 单价单位:元/m³ | |
5 | 100t浮吊+振动锤 | 台 | 1 | 200000 | 1 | 20 | 钢管桩振沉 | |
6 | 400t浮吊 | 台 | 1 | 800000 | 0.5 | 40 | 吊装时间15d | |
7 | 10t卷扬机 | 台 | 2 | 5000 | 2 | 2 |
表5.1-2 低位支架成本计算表
序号 | 材料 名称 | 材料 单位 | 材料 数量 | 单价 | 租期 (月) | 金额 (万元) | 小计 (万元) | 备注 |
1 | 钢管、型材 | t | 323 | 2000 | / | 64.6 | 334.5 | 单价单位:元/t |
2 | 钢管桩 | t | 41.3 | 2000 | 8.3 | |||
3 | 安拆费用 | t | 391 | 1500 | / | 58.7 | 单价单位:元/t | |
4 | 混凝土扩大基础 | m³ | 86.4 | 1500 | / | 13.0 | 单价单位:元/m | |
5 | 350t履带吊 | 台 | 2 | 450000 | / | 90 | 单价单位:元/月*台 租金25万,进出场费20万 | |
6 | 100t浮吊+振动锤 | 台 | 1 | 200000 | 1 | 20 | 钢管桩振沉 | |
7 | 400t浮吊 | 台 | 1 | 800000 | 0.67 | 53.6 | 吊装时间20d | |
8 | 10t卷扬机 | 台 | 2 | 5000 | 2 | 2.0 | ||
9 | 间接费增加 | 月 | / | 600000 | 0.3 | 18 | 相对方案一工期增加9d |
表5.1-3 斜面牵拉移梁支架成本计算表
序号 | 材料 名称 | 材料 单位 | 材料 数量 | 单价 | 租期 (月) | 金额 (万元) | 小计 (万元) | 备注 |
1 | 钢管、型材 | t | 200 | 2000 | / | 40 | 302.6 | 单价单位:元/t |
2 | 钢管桩 | t | 68 | 2000 | 13.6 | |||
3 | 安拆费用 | t | 268 | 1500 | / | 40.2 | 单价单位:元/t | |
4 | 钢筋混凝土扩大基础 | m³ | 120 | 1500 | / | 18 | 单价单位:元/m³ | |
5 | 350t履带吊 | 台 | 2 | 450000 | / | 90 | 单价单位:元/月*台 租金25万,进出场费20万 | |
6 | 100t浮吊+振动锤 | 台 | 1 | 200000 | 1 | 20 | 钢管桩振沉 | |
7 | 400t浮吊 | 台 | 1 | 800000 | 0.67 | 53.6 | 吊装时间20d | |
8 | 10t卷扬机+50t滑车 | 台 | 2 | 8000 | 2 | 3.2 | ||
9 | 间接费增加 | 月 | / | 600000 | 0.4 | 24 | 相对方案一工期增加12d |
6比选方案优缺点分析
表6.1-1 方案优缺点分析
序号 | 比选方案 | 优点 | 缺点 | 备注 |
1 | 高位支架 | 1.支架搭设完成后不影响河堤路的正常通行。 2.陆上梁段通过滑移就位,施工工效相对较高。 3.高位支架可兼做存梁支架,节约浮吊成本。 | 1.支架搭设量相对较大、支架搭设难度较大。 2.采用高位支架,施工风险相对较大。 3.支架基础对防洪大堤影响较大。 | |
2 | 低位支架 | 1.移梁支架搭设量相对较小、支架搭设难度较小。 2.低位移梁安全性相对较高。 | 1.需临时封闭河堤通行道路,交通疏导存在一定的困难。 2.钢混段采用双吊机抬吊就位,吊装风险较大,设备成本较高。 3.陆上梁段起吊需经过滑移+提吊就位,施工工效相对偏低。 4.在无索区梁段上需上桥面吊机,钢混段支架需加强,且对主体结构存在一定的影响。 | |
3 | 斜面牵拉移梁支架 |
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|
7结论
本次针对边跨现浇梁共进行了三个施工方案的比选,具体对比如下图所示。
表7.1-1 方案对比表
序号 | 比选项 | 方案一 高位支架 | 方案二 低位支架 | 方案三 斜面牵拉移梁支架 | 推荐 |
1 | 安全 | 工序相对简单,安全性高。 | 施工工序相对较多,且涉及双机抬吊,安全性一般。 | 施工工序多,涉及双机抬吊、斜面牵拉,安全性一般。 | 方案一 |
2 | 质量 | 对钢混段及无索梁段影响小,施工质量易于控制 | 无索梁段安装桥面吊机,对施工质量有一定的影响 | 无索梁段安装桥面吊机,对施工质量有一定的影响 | 方案一 |
3 | 经济 (措施费) | 265.4万元 | 334.5万元 | 302.6万元 | 方案一 |
4 | 工期 | 105d | 114d | 117d | 方案一 |
5 | 推进 难度 | 较小 | 一般 | 一般 | 方案一 |
通过上述分析比选,对于本项目方案一(高位移梁支架)在安全、质量、经济、工期等方面相对于其他两个方案均具有一定的优势,因此中跨钢箱梁西岸陆上梁段采用高位移梁支架方案为最优方案。
参考文献
[1]唐廷云. 《大跨径公路斜拉桥钢箱梁施工技术》
[2]王刘洋,潘星. 《拖拉法在斜拉桥钢箱梁施工中的应用》
[3]徐志学. 《大跨径公路斜拉桥钢箱梁施工技术分析》
[4]中华人民共和国交通运输部. 《公路桥涵施工技术规范》(JTG/T 3650-2020)
作者简介
徐勇,男,1988年10月,工学学士,工程师。
佘剑平,男,1995年6月,工学学士,助理工程师。
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