天兴洲大桥施工方案
第一篇 武汉天兴州长江大桥施工方案
第一章 工程概况
1.1 地理位置
天兴洲公铁两用长江大桥位于武昌青山镇至汉口谌家矶一线,距上游的武汉长江二桥约9.5km,大桥中线与长江主流正交。桥位处于微弯分汊河段,河势演变较复杂,河道中发育一江心洲——天兴洲,桥位处该洲宽约1.5km,地面高程+20.0~+24.0m。天兴洲将长江分成南、北两个河道,南侧主河道(南汊)宽约1.4km,河床面最低高程约为-5m ,北侧副河道(北汊)宽约1km,河床面最低高程约为-1m。长江两岸设有防洪大堤,堤顶高程约+30m。堤内地形平坦,其地貌单元为长江一级阶地,地面高程多为+21.0~+25.5m;天兴洲南北两侧分别筑有一道子堤,子堤顶面高程为+26.0m。长江南岸(武昌岸)建筑物稠密,北岸(汉口岸)主要为耕种区,分布较多鱼塘。
1.2 桥梁结构
天兴洲公铁两用长江大桥0#~5#墩为南汊正桥,5#~20#墩为南引桥,0#~028#墩为北引桥。
南汊正桥为(98+196+504+196+98)m双塔三索面斜拉桥,全桥长1092m。
上层6车道公路为正交异性板和混凝土结合桥面板,沥青桥面;下层4线铁路(客、货运各2线)为道碴桥面。
斜拉桥主梁为板桁结合钢桁梁,N形桁架,三片主桁,桁宽2×15m,桁高15.2m,节间长度14m。钢桁梁无索区长度,端部56m,跨中28m。钢梁采用14MnNbq钢,焊接整体节点。主桁弦杆均采用箱形截面,宽1m,高度为1m~1.3m,下弦杆箱梁高1.45m。主桁斜杆、
竖杆采用H形截面。腹杆与节点的连接均采用插入形式。主桁节点采用焊接整体节点,节点外拼装。钢桁梁工地连接均采用M30、M24高强度螺栓。
边墩、辅助墩以及主塔墩上均设有竖向支座和横向限位支座,主塔上设有约束梁体纵向位移的液压阻尼装置。主桁下弦设有纵向平面联结系。铁路横梁作为下平联的撑杆。公路桥面采用纵横梁体系,在每一处上弦节点处桁内设置公路横梁和门式桁架,沿桥面宽度方向布置多片纵梁,纵、横梁顶面平齐。铁路桥面采用纵横梁道碴桥面系。
主塔采用混凝土结构,钻石形,承台以上高度188.5m;每塔两侧各有3×16根斜拉索,斜拉索为镀锌平行钢丝,双层PE护套,冷铸锚。斜拉索截面最大为451-φ7,最大设计索力12170kN,单根最大索重40t。钢桁梁上索距14m,相邻索面中心距15m;斜拉索下端锚固于主桁上弦节点锚箱内,上端锚固于上塔柱钢锚梁内,斜拉索上端为张拉端。
主塔基础均采用φ3.4m钻孔灌注桩,2#墩32根,桩长60m,3#墩40根,桩长84m。辅助墩均采用24根钻孔桩,1#、4#墩桩径分别为φ2.5m、φ2.0m;边墩采用21根钻孔桩,0#、5#墩桩径分别为φ2.5m、φ2.0m。
5#墩~20#墩为南岸引桥,跨径均为40.7m,其中6#墩~15#墩为公铁合建段,16#墩~20#墩为铁路分建段。铁路40.7m跨采用等高度预应力混凝土简支箱梁。桥面宽度按正线四线设计,客运专线与Ⅰ级线各自独立成桥。客运专线桥面宽13.4m,Ⅰ级线桥面宽12.3m。箱梁均为斜腹板式单箱单室截面,梁高3.5m。梁体采用C50级混凝土,三向预应力布置。客运线箱梁重量约1300t,Ⅰ级线箱梁重约1260t。公路40.7m跨采用等高度连续箱梁,单幅单跨箱梁重950t。公路桥面全宽27m,单幅桥面顶宽13.49m,梁高2.4m,梁底宽度7m,单箱单室结构,直腹板。梁体采用C50级混凝土,双向预应力布置。引桥公铁合建段采用双层桥墩布置形式。下层铁路采用板式桥墩,上层公路采用框架墩。基础采用φ1.5m钻孔桩群桩基础。
0#墩~028#墩为北引桥,跨径均为40.7m,公铁合建。
1.3 施工环境
1.3.1 自然条件
桥位地形平坦,桥渡区两岸设有防洪大堤,堤顶高程约+28.52m~+29.9m。河道内天兴洲大堤高程一般为+26.0m~+26.5m,大堤内地面高程+22.0m~+26.0m。
桥址地质情况:南汊以粉细砂为主,厚18m~34m,底部夹1m~4m厚的砾砂、圆砾土;天兴洲表面主要为1.5m~2.5m厚粘性土,局部夹淤泥土,下部为30m~70m厚砂土层;武昌岸上部为10m~18m厚粘性土类淤泥质土,下部为厚16m~43m砂层。
大桥设计水位+27.5m,二十年一遇最高通航水位+25.68m,最低通航水位+9.62m。
1.3.2 施工条件
武昌岸长江大堤内滩地地势平坦,地面高程+24.0m左右;天兴洲上地势平坦,场地宽裕,便于布置生产场地。
桥位处陆运、水运交通便利。沿长江大堤外侧有武汉市沿江大道,桥址附近沿江大道有一支路翻越青山大堤进入堤内,直通交通部二航局建在桥址上游(约50m)的水上交通码头。桥位处南汊航道为长江Ⅰ级航道。天兴洲四周环水,与岸上的交通运输全靠水运。
1.4 桥梁主要技术标准
1.4.1 公路桥梁技术标准
公路桥技术标准按城市桥梁考虑,快速路标准。
1、荷载等级:汽—超20,挂—120
2、桥面宽度:27m
3、设计车速:80km/h
4、坡度:纵坡≤3%,双向横坡2%
1.4.2 铁路桥梁技术标准
1、线路等级:客运专线、Ⅰ级
2、正线数目:四线。客运专线双线、Ⅰ级双线
3、设计活载:客运专线按ZK活载设计,货运线按中—活载设计
4、限制坡度:客运专线12‰、Ⅰ级6‰
5、旅客列车设计行车速度:200km/h
6、正线间距:客运线间距5.0m,客运线与货运线间距8.6m,货运线间距4.2m
7、地震:基本烈度Ⅶ度
1.4.3 通航标准
1、通航水位
最高通航水位(南汊):+25.68m
最低通航水位:+9.62m
2、主航道通航净空
通航等级Ⅰ(1),净宽不小于455m
净高:最高通航水位以上不小于24m
第二章 施工场地及大临设施
2.1 场地布置
本着生产、生活场地就近布置,方便桥梁建设,充分利用现有资源等原则进行场地布置。
2.1.1 办公生活区布置
办公生活区分两处,分别布置在武昌岸长江大堤之外和天兴洲南汊大堤之外。办公生活区设办公室、宿舍、会议室、食堂、运动场、澡堂、简易停车场、卫生间、进出道路及供电、供水、通讯、排水系统等设施。房屋采用彩钢复合板房或砖房;食堂作业间、卫生间采用三类房屋结构,墙身采用灰砂砖砌筑,上盖钢筋混凝土预制板。办公生活区周围砌筑院墙围护,场院地面填筑20cm~30cm厚粗粒料,部分地面硬化处理。
武昌岸办公生活区占地20000平方米,工程指挥部布置在这里。
天兴洲上办公生活区占地9850平方米,根据租地情况分2块布置。
2.1.2 生产区布置
生产区分以下四处布置:
1、武昌岸生产区:满足武昌岸引桥以及斜拉桥桩基、承台、墩身、主塔和部分钢梁架设的施工需要。生产区占地共130000平方米,沿桥中线分2块布置,其一布置在武昌岸长江大堤以内的滩地上,该滩地地面高程+24m~+25m。布置1座材料码头、1座砂石码头、1座交通码头(租用二航局既有交通码头),场内设混凝土工厂1座,机械设备、材料存放场1个,钢筋加工厂1个。在4#、5#墩基础承台完成以后,即可将部分钢筋车间以及永久征地改造为桥面板预制存放场和钢梁组拼场。另一场地布置在长江大堤以外,位于7#墩至15#墩之间,该场地除布置办公区外,还布置机具设备存放场1个、工程车辆停留场1座、钢结构加工厂1个、钢筋加工车间1处、料场1座、现浇支架组拼场1个。两处场地被长江大堤分隔,为沟通2个生产区,特设置1至2处跨堤通道,与滩地材料码头和混凝土工厂相连,进行材料和混凝土的调运。
2、天兴洲生产区:负责天兴洲上引桥(0#~028#墩)的基础及上部结构施工。生产区占地约45000平方米,分2块布置。其一布置在天兴洲长江大堤以内的滩地上、桥中线左侧,06#~010#墩之间,该滩地原地面高程+22m~+23m,现填筑至+24.5m。该场地布置1座材料码头(兼作交通码头)、1座砂石码头。场内设混凝土工厂1座,钢筋加工厂1个,道碴槽预制场1个。另一场地布置在长江大堤以外,位于013#墩至016#墩之间,该场地
布置机具设备存放场1个、钢结构加工厂1个、钢筋加工车间1处、料场1座、备用小型混凝土工厂1座、现浇支架组拼场1个。两处场地被天兴洲长江大堤分隔,为沟通2个生产区,特设置1处跨堤通道,与滩地材料码头和混凝土工厂相连,进行材料和混凝土的调运。
3、大桥局材料厂生产区:大桥局材料厂有下河码头1座(大桥局码头,配50t全回转桅杆起重机),有下河专用轨道及运输车,硬化场地、厂房及相应起重设备等。为充分利用既有资源,将本材料厂加以整改,用作钢梁存放及组拼场。场内设钢梁弦杆存放台座,钢梁斜腹杆存放台座,钢梁竖腹杆存放台座,钢梁正交异性板存放台座,钢梁上、下横梁存放台座,钢梁平联杆件存放台座,弦杆翻身台座,斜拉索存放间,杆件矫正车间及钢梁组拼场等。以上场地占地19000m2,场内配置2台50t龙门起重机、1台50t履带式起重机和1台35t汽车起重机。钢梁存放场满足12个节间钢梁的存放要求。另外,对大桥局码头进行评估,对码头受长江水位的影响、码头靠泊能力等指标有明确的了解,必要时对码头加以改造,以满足钢梁下河的要求。
4、长江南汊水上生产区:该生产区是本标段最为重要的作业点,要负责1#墩的桩基、承台、墩身工程,2#墩、3#墩的桩基、承台、塔座、主塔工程施工要求,还需满足钢梁架设的需要。该生产区的施工控制着本标段工程的总工期,也集中了本标段工程的重点和难点,需要精心布置。在1#墩、2#墩、3#墩墩位处均布置水上作业平台,2#墩、3#墩附近各布置1座水上混凝土工厂和一个钢梁提升站。2#墩、3#墩水上平台依靠船舶与两岸沟通,1#墩水上平台通过材料码头与天兴洲相连。
2.2 大临设施
2.2.1 码头
码头分材料码头、砂石码头、钢梁下河码头以及主墩旁提升站。
材料码头共2座,分别布置在南汊的两岸。负责转运材料设备上岸、下河。北材料码头兼作交通码头,南岸材料码头兼作钢梁转运码头。
砂石码头共2座,分别布置在南汊的两岸。用皮带运输机负责砂石料的上岸、下河。 钢梁下河码头利用既有大桥局码头,该码头由运输轨道与钢梁组拼场相连,有1台50t全回转桅杆式码头起重机。武昌岸材料码头兼作武昌岸钢梁组拼场的钢梁下河码头。
主墩旁提升站共2座,分别布置在#2、#3墩主塔一侧,各布置一台60t单悬臂龙门起重机,起重机天车在悬臂端起吊河中运来的钢梁杆件、斜拉索、桥面板等,提升并横移至桥面的轨道平车上。
2.2.2 施工便道
全长约3.6km,分别布置在武昌岸和天兴洲上,沿桥中线两侧布置。便道宽度3.5 m~4.0m,局部加宽以便会车。便道基础碾压密实,路面基层铺设30cm厚碎石,武昌岸的便道要与附近公路交会,并在路面面层铺设15cm厚的C20混凝土。天兴洲上的施工便道在南汊北大堤以外011#~028#双线布置,标准同武昌岸;大堤内滩地从010#墩直至0#墩,单线布置,宽4m~6m,便道顶面高程不低于+18m。大堤内外施工便道绕越大堤沟通。
2.2.3 混凝土工厂
岸上混凝土工厂:岸上混凝土工厂共2座,武昌岸混凝土工厂的生产能力为120 m3/h,天兴洲上混凝土工厂的生产能力为150m3/h。另外,天兴洲上尚需设置1座小型备用混凝土工厂。
水上混凝土工厂:水上混凝土工厂共2座,分别布置在#2、#3墩附近,生产能力均为120m3/h,负责斜拉桥2#、3#墩钻孔桩、承台、主塔等结构工程混凝土的供应。
第三章 施工总体方案
3.1 主桥施工
3.1.1 主塔墩基础施工
主塔基础(2#墩、3#墩)采用双壁钢吊箱围堰法施工。围堰于工厂整体制造成型、下河,浮运至墩位。围堰初定位后,向双壁钢吊箱围堰侧板隔舱内灌水下沉到设计高程,重新调整锚固索力,实现精确定位。以围堰内支架作导向,利用APE400B型振动打桩机插打定位钢护筒。之后将围堰挂于插打到位的定位钢护筒上。在围堰顶面安装100t龙门起重机(仅3#墩有),完成剩余钢护筒插打及钻孔桩施工。
钻孔桩施工完毕,恢复围堰的锚墩或定位船、锚碇等锚固系统,割除第一次挂桩牛腿,在围堰双壁侧板内继续灌水,使围堰下沉至设计高程,并完成围堰的第二次挂桩。浇筑围堰侧板内水下混凝土。随后浇筑围堰封底混凝土,待封底混凝土达到设计强度后在围堰内抽水。割除封底混凝土顶的钢护筒和部分吊杆,绑扎承台钢筋,采用大体积混凝土施工方法施工承台。承台混凝土分2次浇筑,第一次浇筑厚度为2m~3m(视当时水位情况而定)。
1、主塔墩基础施工总体布置
⑴ 2#主墩总体布置
施工占用水域300m×150m,该区域内布置围堰1个,锚墩4个,泥浆船2艘,浮吊2艘,发电船2艘,水上混凝土工厂1座。在施工占用水域的边界上,布置航标、警示灯等明显的警示装置。
⑵ 3#主墩总体布置
施工占用水域1000m×350m,该区域内布置围堰1个,定位船2艘,泥浆船2艘,平台顶龙门起重机1台,浮吊2艘,发电船2艘,水上混凝土工厂1座。
2、水、电、材料供应
⑴ 2#主墩
施工用水可直接从长江抽取;施工用电由2艘800kW发电船供应;混凝土由1座120m3/h的水上混凝土工厂供应(供应量不足时调运3#主墩混凝土工厂生产的混凝土);砂、石等骨料由2艘1000t砂石驳运输;水泥由2艘400t散装水泥自卸船供应;泥浆由2艘1000t泥浆船供应,1艘800t泥浆运输驳运输;其它材料、机具设备的运输由1艘400t运输船完成;钻碴由2艘800t的钻碴运输船运输处理。
⑵ 3#主墩
施工用水可直接从长江抽取;施工用电由2艘800kW发电船供应;混凝土由1座120m3/h的水上混凝土工厂供应(供应量不足时调运2#主墩混凝土工厂生产的混凝土);砂、石等骨料由2艘1000t砂石驳运输;水泥由2艘400t散装水泥自卸船供应;泥浆由2艘1000t泥浆船供应,1艘800t泥浆运输驳运输;其它材料、机具设备的运输由1艘400t运输船完成;钻碴由2艘800t的钻碴运输船运输处理。
3、起重设施
基础施工起重设施要解决钢护筒吊装、钻机安装、钢筋笼吊装等大吨位起重作业以及日常频繁的小吨位吊装。起重设施的总体安排如下:
2#墩配备2台120t浮吊。
3#墩配备1台150t浮吊,1台120t浮吊,1台100t龙门吊机(布置在围堰顶面)。
4、围堰
均采用自浮式双壁钢吊箱围堰。
5、围堰浮运
围堰在自浮状态下用拖轮驱动前进,2#主墩围堰配备6000HP、2640HP拖轮各1艘;3#主墩围堰配备拖轮3艘,其中2艘为6000HP,1艘为2640HP。6000HP拖轮用于驱动围堰前进, 2640HP拖轮用于调整围堰的前进方向。
6、围堰定位
2#主墩围堰采用锚墩定位方案;3#主墩围堰采用定位船结合锚碇定位方案,在墩位的上下游各布置1艘定位船,定位船与围堰间用粗钢丝绳连接。
7、钻孔桩施工
以围堰为钻孔平台,由KPG3000B型钻机和KTY4000型钻机钻孔,在砂层采用正循环钻进,岩层采用气举反循环钻进。
8、承台施工
围堰封底并抽干水,绑扎承台钢筋,水平分层浇筑承台混凝土,承台混凝土分2次浇筑。
3.1.2 塔座施工
塔座混凝土浇筑参照承台混凝土浇筑施工进行。其顶面要做成斜面并布置下道工序使用的预埋件。
3.1.3 下塔柱施工
下塔柱采用劲性骨架结合翻模法施工,混凝土浇筑节段高4.5m。下塔柱施工直至横
梁底高程。在施工横梁之前,将两下塔柱间用预应力束对拉,以平衡下塔柱混凝土自重产生的柱底附加弯矩。
3.1.4 塔柱横梁施工
横梁采用支架法施工。支架用型钢加工而成,支承在塔座顶预埋件上。横梁混凝土与横梁高度范围内的塔柱混凝土同时浇筑。横梁混凝土分2次浇筑,先浇筑横梁底板、腹板混凝土,后浇筑横梁顶板混凝土。
3.1.5 中、上塔柱施工
中塔柱、上塔柱均采用液压爬升模板施工,混凝土浇筑节段高度4.5m。在两中塔柱间,要布置3道钢管横撑,用以平衡中塔柱混凝土自重产生的中柱底附加弯矩。
主塔施工采用1台自升式塔式起重机,其最大起重量要能满足钢锚梁的起重要求,最大高度在190m以上,工作幅度覆盖整个主塔。塔式起重机横桥向布置在桥梁中心线附近,距桥中线1.5m;纵桥向布置在塔柱一侧,距离塔柱中心线10.5m。塔吊分别附着在横梁、中塔柱间的横撑以及上塔柱上。混凝土采用高压混凝土泵输送,用高压水泵供水。
每个塔柱配置一台电梯。电梯横桥向布置在塔柱的一侧,纵桥向布置在塔柱中心线上。电梯下端与横梁顶面平齐,设平台和爬梯与塔座相连。
3.1.6 钢桁梁架设
钢梁架设采用整节段+散拼的方式,以整节段架设为主,在采用整节段架设比较困难的墩顶,则采用散拼的方式。整节段架设的节间由上下弦杆,斜杆,竖杆、铁路纵横梁及平联、公路正交异性钢桥面板和临时杆件组成。在有砼桥面板的节间,不包含砼桥面板,但有临时上平联,不包含铁路面道碴板,一个节间最大吊重为700吨。
全桥钢梁节间共计78个,其中:在现场散拼26个节间;其余节间共计52个采用整节段架设。
在现场散拼的26个节间是:主塔2#、3#墩顶各4个节间计8个;1#墩顶2个;0#墩顶1个;中跨合龙段1个节间,边跨1个合龙段,武昌侧在支架上安装13个节间采用散拼架设。
1、钢梁架设顺序
⑴ 采用加高后的120T水上吊船在P2及P3墩顶支架上散拼4个节间钢梁以及在钢梁顶面拼装700T架梁吊机;
⑵ 采用700T架梁吊机从P2、P3墩4个节间两端开始对称进行桁段拼装;
⑶ 边跨桁段拼装至P1,改用加高后的120T水上吊船散拼墩顶2个节间,同时中跨继
续用700T架梁吊机拼装2个桁段;
⑷ 过P1墩后,继续用700T架梁吊机对称拼装3个桁段;
⑸ 武昌侧在支架上利用75t龙门吊机安装钢桁梁;钢桁梁安装至L7’节段后,合龙边跨合龙段L8’节段。
⑹ 采用散拼的方法合龙中跨1个节间(P2-P3);
⑺ 中跨合龙后,继续拼装余下的桁段。天兴洲侧利用700T架梁吊机整体架设2个桁段,武昌侧利用龙门吊机架设3个桁段;边跨桁段拼装至P0和P5附近时,分别用梁面自制龙门吊机和75T龙门吊机散拼墩顶1个节间,至此,钢梁架设全部完成。
2、整节段钢桁梁架设(52个桁段)
中跨:31个桁段;
边跨:汉口侧16个桁段,武昌侧5个,计21个桁段。
整节段钢桁梁在厂家加工组拼成节段,下河后水运至现场待架桁段下方,由700吨架梁吊机直接起吊架设。整桁段的正交异性板在工厂与桁段焊接成整体运输、起吊架设。整节段钢梁预拼场设四条预拼线和一个下河码头,设二台350吨下河龙门吊机。
⑴ 武昌侧
自L9’节点水陆交界处至5#墩的钢梁全部采用在支架上散拼,3#主墩顶4个节间钢梁由水上120t吊机散件安装完成,然后在墩顶4个节间上拼装700t架梁吊机,从3#主墩向两侧对称架设整节间桁段。
整节段钢桁梁直接船运至待架部位的下方,700吨架梁吊机起吊安装。在架设时,同时进行挂索作业。
⑵ 天兴洲侧钢桁梁架设
滩地至0#墩钢梁整节段船运无法到位,根据钢梁架设时的水位情况,自岸边提前开掘河道,河道开掘至0#墩,开掘河道必须满足120t浮吊及运梁船只通行。
2#主墩顶4个节间钢梁由水上120t吊机散件安装完成,然后在墩顶4个节间上拼装700t架梁吊机,从2#主墩向两侧对称架设整节间桁段。整节段钢梁通过开掘的河道直接船运至待架部位的下方,700吨架梁吊机起吊安装。
整节段钢梁架设工艺流程:
钢梁构件工厂制造验收→工厂整节段预拼验收→整节段龙门吊机吊运下河装船→整节段船运→700吨架梁吊机起吊安装→正交异性板焊连(或混凝土桥面板吊装)→700吨架梁吊机前移→挂设张拉斜拉索→架设下一节段。
3、散拼节间架设(24个节间,未含合龙段) 散拼节间分别布置如下:
主塔墩顶:2#、3#墩各4个节间,计8个节间; 边墩、过渡墩:1#、0#墩共3个节间; 武昌侧:13个节间。
散拼杆件在厂家加工,运至现场存放场,根据架设进度,下河运至现场架设。散拼节间的正交异性板在厂家加工成小件,现场组装成大件后再架设。
部分散拼杆件在出场前,须与整节段钢梁杆件进行立体预拼,消除钢桁梁制造误差。 墩顶四个节间在墩旁托架上架设,采用120吨浮吊起吊安装。
天兴洲侧边跨,0#、1#墩顶3个节间的整节段不能就位起吊,采用散件拼装。 武昌侧边跨采用75t龙门吊机在支架上散拼安装L9’-L21’。钢桁梁杆件从水上运输到码头,利用码头50t吊机将杆件吊到运输台车上,运输至桥位,利用75t龙门吊机在支架上安装。先安装L10’-L11’节间,继续在支架上安装边跨钢梁,待水上120t吊机安装完毕墩顶4个节间后,用水上120t浮吊安装L9’节间,75t龙门吊机继续在支架上安装边跨钢桁梁,安装至P4墩墩顶节间后,利用临时支墩Z1和P4墩作为钢桁梁起顶的支点,将支架上的钢桁梁起顶。准备边跨钢桁梁合龙。边跨钢桁梁合龙后,75t龙门吊机继续在支架上架设边跨侧剩余钢桁梁,完成武昌侧钢桁梁架设。
散拼架设工艺流程:
下弦杆→竖腹杆→斜腹杆→上弦杆→先中桁、后边桁顺次拼装完毕→下横梁→下纵梁→下平联→上横梁→上纵梁→正交异性板(混凝土桥面板)。
4、合龙段(2个节间)
中跨及武昌侧边跨各1各节间的合龙段。
中跨合龙段采用散件拼装,其主桁上下弦杆可利用700吨架梁吊机吊装,其他杆件可采用80吨汽车吊吊装。或在合龙段拼装前,拆除700吨架梁吊机,合龙段散件全部利用80吨汽车吊安装。武昌侧边跨合龙段由水上120t吊船散装完成。
合龙段架设工艺流程:
合龙时先合龙下弦杆,再合龙上弦杆,然后合龙斜杆,所有主桁杆件闭合后,安装下平联,铁路纵梁、公路纵梁。
5、斜拉索
斜拉索用梁面汽车吊机和塔顶吊架及软硬牵引设施挂设。
挂索时主边跨同时施工,先挂边桁索,后挂中桁索。 斜拉索施工工艺流程:
索盘吊装上桥→放索→安装塔端提升及牵引设备→拉索塔端提升→塔端牵引及锚杯戴帽→拉索梁端牵引装置安装→梁端牵引杆牵引及戴帽→梁端硬牵引及锚杯戴帽。 3.2 南引桥基础及下部结构施工
沿桥梁中心线两侧修建两条宽3~4m的施工便道,并以KH180型履带吊或QY35型汽车吊配合南岸滩地及陆地桥施工。混凝土由武昌岸生产区内的混凝土工厂集中生产,近距离直接用混凝土输送泵泵送浇筑,较远距离采用混凝土搅拌车运输至现场,由混凝土输送泵泵送或汽车起重机配合施工。
桩基施工采用浅埋护筒锁口、泥浆护壁、旋转钻机正循环钻孔、泥浆净化器清渣成孔工艺。起重机吊装下放钢筋笼,泵送混凝土、垂直导管浇筑水下混凝土成桩。
承台采取机械开挖基坑、井点降水(或汇水沟排水)、泵送混凝土成型、及时夯填基坑施工。4#墩基坑采取四面压插H形型钢+挡板支护;5#、6#墩则先对大堤加固处理,再开挖基坑、三面压插H形型钢+挡板支护;其它墩放坡开挖。
墩柱施工采用翻模法,竖向节段长度6m,设墩旁支架及墩内支架,KH180型履带式起重机或QY35型汽车起重机配合,泵送混凝土施工。铁路箱梁采用支架法现浇施工,两台混凝土输送泵同时输送混凝土。墩顶框架在铁路箱梁施工完成后进行。立柱施工采取翻模法,竖向6m一节分段;横梁采用支架法现浇。公路混凝土连续箱梁采用膺架法现浇施工。QY16A型汽车起重机上铁路桥面配合,KH180起重机在地面配合。 3.3 北引桥基础及下部结构施工
北引桥包括天兴洲上0#~028#墩铁路简支梁桥、0#~027#墩公路连续梁桥两部分组成。
3.3.1 钻孔桩施工
钻孔桩施工分陆地和水上两种类型。
陆地钻孔桩施工采用枯水期就地平整场地(有的需要填土筑岛)、插打钢护筒、钻机就位钻孔施工。钻孔、下放钢筋笼、水下混凝土浇筑方法同南岸陆地钻孔桩施工。
1#墩钻孔桩采用水上平台法施工。首先利用天兴洲材料码头起重机配合导向架插打钢护筒,之后在护筒顶面焊接钻孔平台。
0#墩~05#墩桩基施工,安排在2004年至2005年间的枯水期内进行,采用填土筑岛法构筑钻孔平台。岛顶面以及运输通道顶面高程均为+18m。
06#墩~028#墩均就地平整场地,插打钢护筒,布置泥浆池和钻机,进行陆地钻孔桩施工。
3.3.2 承台施工
承台施工分明挖施工和钢板桩围堰施工两种方法。
采用明挖基础法施工的承台为012#~028#墩。明挖基础可以采用放坡开挖或支护开挖。地下水位较高、水量较大时,采用井点法降水,否则采用汇水井排水。各基坑采用的开挖和排水方法可根据开挖深度、地质水文情况灵活选择。承台施工完毕及时回填基坑。在基坑靠近天兴洲长江大堤时,要采取支护法垂直开挖基坑,支护要有足够刚度和稳定性以免影响大堤的稳定。
1#墩~011#墩采用钢板桩围堰方法施工,其中1#~05#墩承台及墩身在2005年至2006年间的枯水期施工。钢板桩围堰采用材料码头起重机或履带式起重机辅助插打至设计高程。浇筑水下封底混凝土、抽水、绑扎钢筋并浇筑承台混凝土。1#墩的承台施工,可根据施工时河床面高程、水位、流速、冲刷等情况确定围堰采用的型式。 3.3.3 墩身施工
墩身施工采用翻模法现浇施工,节段高6m。内、外模板支架及施工脚手采用万能杆件或钢管脚手架拼装。 3.3.4 门形框架墩施工
门形框架墩布置在铁路简支梁墩身的顶部,其立柱采用翻模法施工,节段高6m;横梁采用支架法现浇施工。门型框架墩施工可以在铁路简支箱梁浇筑之后进行。 3.4 引桥铁路箱梁施工
引桥40米铁路简支箱梁采用移动模架现浇或支架现浇两种施工方法。 3.4.1 移动模架现浇40米铁路简支箱梁
1、武昌岸:5#~20#墩计15孔30片箱梁,配备MZ40/1300上行式移动模架一套,负责上游幅40米客运箱梁15片及下游幅40米货运箱梁6片的现浇施工,共计移动模架现浇施工21片箱梁。其余9片箱梁采用支架法现浇完成。
移动模架现浇施工顺序如下:先施工下游侧11#~5#墩,顺序是从11#墩向5#墩方向进行逐跨下游侧铁路箱梁施工;后施工上游侧5#~20#墩,顺序是从5#开始向20#方向逐跨施工。
2、天兴洲岸:0#~028#墩计28孔56片箱梁,配备下行式移动模架两套,分别负责0#~022#墩下游幅40米货运箱梁22片及上游幅40米客运箱梁22片的现浇施工,移
动模架现浇施工共计44片箱梁。其余12片箱梁采用支架法现浇完成。
移动模架现浇施工顺序如下:两套移动模架分别布置在上、下游幅同时进行施工,移动模架先在021#~022#墩跨安装就位,现浇K022箱梁,再自021#墩→ 0#墩方向,依次向前推进,逐跨浇注客、货运箱梁。
3.4.2 支架法现浇40米铁路简支箱梁
1、武昌岸:11#~20#墩下游侧混凝土箱梁共计9片采用支架法施工,配备二套支架及模板系统,逐跨施工;
2、天兴洲岸:自022#~028#墩上、下游幅共计6×2=12片采用支架法施工,配备三孔支架、2套底模、1套侧模,从028#开始向022#方向依次逐跨施工。 3.5 引桥公路箱梁施工 3.5.1 施工方法
双层墩公路箱梁施工方法按满堂支架法施工考虑。待铁路箱梁施工完成后,进行公路桥框架墩的施工,最后在铁路箱梁顶面上搭设支架进行公路梁的现浇施工。 3.5.2 施工顺序
天兴洲侧从P022开始分别向P0和P028方向施工;武昌侧则从P5开始向P15方向施工。
武昌侧5#~15#墩计18片公路箱梁; 天兴洲侧0#~027#墩计54片公路箱梁。
武昌侧配备2套支架及模板系统,天兴洲侧配备3套支架及模板系统,交替移动进行施工。
第四章 主墩基础施工
4.1 地质 4.1.1 2#墩地质
2#主墩位于南汊深槽北侧,河床断面覆盖层主要由砂类土构成,总厚度20~25m。上部5~10m 为新近沉积的松散状细砂,中部7~10m为松散~中密状细砂夹少量中、粗砂,底部5~10m为较密实的中、粗砂。岩面高程在-27m附近,基岩主要为弱胶结砾岩、中胶结砾岩和强胶结砾岩,中、强胶结砾岩极限抗压强度分别为9MPa和28MPa。2#墩一般冲刷线高程为-6.49m,局部冲刷线高程为-26.17m,冲刷终止地质为细砂层。
墩位处河床高程一直处在变化中,设计单位最初测定的河床高程在0.0m左右,天兴洲大桥指挥部于2003年11月至2004年10月间多次复测,结果如下:
2003-11-15测量的墩位河床高程:+5.8m~+8.3m; 2004-6-12测量的墩位河床高程:+2.3m~+3.6m; 2004-6-19测量的墩位河床高程:+2.8m~+5.3m; 2004-8-8测量的墩位河床高程:+9.38m~+12.48m; 2004-9-22测量的墩位河床高程:+5.25m~+6.6m。
可见,随着水位、流速的变化,2#墩墩位处河床面的高程变化较大,泥沙淤积和冲刷均很显著。河床的表层为当年淤积的泥沙,非常松散,易于冲刷。 4.1.2 3#墩地质情况
3#主墩位于南汊深槽南侧,距离武昌岸子堤约130m。河床面高程-2.9m,一般冲刷后计算高程-6.49m,局部冲刷后高程-24.07m,冲刷终止地质为细砂。河床断面覆盖层厚达30m,主要为性质较差的粉细砂层,持力层埋藏较深。随着水位、流速的变化, 河床面的泥沙淤积和冲刷均较显著。
岩面标高在-33m附近,基岩上部主要为弱胶结砾岩,成岩作用差,岩质极软;下部以中等胶结砾岩为主,中胶结砾岩极限抗压强度为9MPa。基桩采用嵌岩摩檫桩,桩尖深置于中等胶结砾岩层中。 4.2 水文
主塔墩所在的天兴洲南汊百年一遇洪水位为+28.61m,二十年一遇洪水位+27.32m,洪水期水流流速为3.5m/s,枯水期水流速度为1~1.5m/s。汉口站分期各频率日平均最高水
位成果见“汉口站分期各频率日平均最高水位成果表(黄海高程)”。
汉口站分期各频率日平均最高水位成果表
水位最高时段:6~10月; 水位最低月份:1月;
水位变化趋势:由1月至6月水位逐月较均匀上升;6月至10月为洪水期,水位维持在较高水平,8月、9月水位将达到全年水位的高峰值;由10月至次年1月水位逐月下降,平均每月下降约2~3m。 4.3 基础
4.3.1 2#主墩基础
2#主墩基础采用32根Φ3.4m的钻孔桩基础,钻孔桩沿纵桥向4排、沿横桥向8排,呈行列式布置,桩间距为6.8m、7.05m,桩底高程-51.0m、桩长55m;承台平面尺寸为(27
×53.4)m,厚6.0m,底面高程+4.0m,顶面高程+10.0m;塔座厚8.5m。详见图1:“2#
墩基础图”。
图1 2#墩基础图
4.3.2 3#主墩基础
3#主墩基础采用40根Φ3.4m的钻孔桩基础,钻孔桩沿纵桥向5排、沿横桥向8排,呈行列式布置,桩间距纵、横向均为8.5m,桩底标高-74.0m、桩长78m;承台平面尺寸为39.8×65.3m,厚6.0m,底面标高+4.0m,顶面标高+10.0m;塔座厚8.5m。
详见图2:“3#墩基础图”。
图
2 3#墩基础图
4.4 围堰
4.4.1 2#墩围堰参数
2#主墩围堰下节为双壁钢吊箱结构,上节为单壁结构。其结构及位置参数如下: 长度:57.6m; 宽度:31.2m;
高度:20.081m(其中底板高0.581m;双壁侧板高14.5m;单壁侧板高5.0m); 壁厚:2.0m;
钢结构自重(未含单壁侧板重量):1850t; 围堰浮运时吃水深度:2.8m;
围堰浮运时双壁侧板顶面高程(假设此时水位为+19.0m):+31.281m; 围堰浮运时施工水位不得低于+15m; 围堰精定位时双壁侧板顶面高程:+27.0m; 作为钻孔平台时围堰双壁侧板顶面高程:+26.0m; 钻孔桩施工时最高施工水位:+25.5m;
承台施工时设计最高水位(取11~4月频率为10%的日平均最高水位):+20.66m; 承台施工时双壁侧板顶面高程:+16.0m;
承台施工时单壁侧板顶面高程(围堰接高后):+21.0m;
围堰施工周期内最高检算水位(取6~10月频率为5%的日平均最高水位加上0.5m):+27.82m。
4.4.2 3#墩围堰参数
3#主墩围堰下节为双壁钢吊箱结构,上节为单壁结构。其结构及位置参数如下: 长度:69.5m; 宽度:44.0m;
高度:20.581m(其中底板高0.581m;双壁侧板高15.0m;单壁侧板高5.0m); 壁厚:2.0m;
钢结构自重(未含单壁侧板重量):2813t; 围堰浮运时吃水深度:2.9m;
围堰浮运时双壁侧板顶面高程(假设此时水位为+19.0m):+31.181m; 围堰浮运时施工水位不得低于+15m; 围堰精定位时双壁侧板顶面高程:+27.0m; 作为钻孔平台时围堰双壁侧板顶面高程:+26.0m; 钻孔桩施工时最高施工水位:+25.5m;
承台施工时设计最高水位(取11~4月频率为10%的日平均最高水位):+20.66m; 承台施工时双壁侧板顶面高程:+16.0m;
承台施工时单壁侧板顶面高程(围堰接高后):+21.0m;
围堰施工周期内最高检算水位(取6~10月频率为5%的日平均最高水位加上0.5m):+27.82m。 4.4.3 围堰制造
围堰按照事先划分好的节段在工厂制造,合理的节段划分要使节段重量在工厂及组拼场起重机的起重能力范围内,并尽量减少拼接的焊接工作量。围堰的制造要满足《钢结构制造规范》的要求,着重控制结构的尺寸和焊缝质量,并保证围堰侧板及底隔舱有良好的水密性。 4.4.4 围堰拼装
围堰拼装是将加工好的围堰节段组装成整体。根据施工的具体情况,2#主墩围堰将在岸上组拼焊接底节,下河后继续拼装形成整体。围堰在工作时,再根据水位情况决定何时接高顶部单壁侧板。围堰拼装可分为如下三个阶段。
第一阶段——岸上组拼围堰底节(指围堰底板、底隔舱及下部4.5m高的双壁侧板);围堰底节的组拼按照以下的顺序进行:基底处理,安装滑车及临时抄点→拼装底板→拼装部分双壁侧板→拼装底隔舱;
第二阶段——水中组拼围堰中节(指上部10m高的双壁侧板及内支撑);此时围堰处于自浮状态,要用驳船临时靠帮、并注意对称拼装以保证围堰的稳定;
第三阶段——墩位处组拼围堰顶节(指5m高单壁侧板),在洪水来临前焊接完毕。 3#主墩围堰拼装可分为如下二个阶段。
第一阶段——岸上组拼围堰底节(指围堰底板、底隔舱及全部双壁侧板);围堰底节的组拼按照以下的顺序进行:基底处理,安装滑车及临时抄点→拼装底板→拼装部分双壁侧板→拼装底隔舱→拼装完成双壁侧板→拼装围堰内支撑架。
第二阶段——墩位处组拼围堰顶节(指5m高单壁侧板)。 4.4.5 围堰下河
2#主墩围堰下河采用气囊托移法。围堰底节拼装完毕,气囊充气,抬起堰体,通过专用的通道下河。首先在拼装地基上安装气囊和卷扬机等牵引系统。然后在气囊顶平面上拼装围堰,待第一阶段围堰拼装完成后,对围堰进行水密性检查并对围堰的质量进行检查验收。验收合格后在气囊内充气,浮起堰体,开启卷扬机牵引围堰,气囊发生相应滚动,从而缓慢移动围堰。围堰下河后,气囊缓慢减压,使围堰自浮于水中。围堰稳定后清理气囊,围堰下河完成。围堰下河过程要始终注意维持围堰的平衡、保护气囊。避免气囊气压过高或过低,所有气囊的充气气压要保持一致;处理围堰底部钢结构的锐角和毛刺,避免气囊被锐器割伤。另外围堰的牵引系统要安全可靠,保证在个别气囊万一爆裂时仍可维持堰体平衡。
3#主墩围堰通过专用的滑道下河。首先在拼装地基上安装轨道、小车和卷扬机等牵引系统。然后在小车顶平面上拼装围堰,待第一阶段围堰拼装完成后,对围堰进行水密性检查并对围堰的质量进行检查验收。验收合格后将小车与围堰底板固定,牵引小车,驮运围堰到下河滑道上。在滑道上,要保证围堰基本处于水平状态。专用滑道一直延伸到河底,放长卷扬机钢丝绳,围堰在自重作用下缓慢下滑并进入水中自浮。待围堰稳定后解除小车与围堰底板的连接,拽出小车。围堰下河完成。 4.4.6 2#主墩围堰浮运
1、拖轮布置
驱动围堰采用2艘拖轮,其中1艘为6000HP(以下称后拖轮),布置在围堰窄边后方,
用于推动围堰前进,1艘为2640HP(以下称边拖轮),布置在围堰前进方向的左边,用于调整围堰的前进方向。围堰与拖轮间布置有顶推平台或靠帮平台,以保护围堰及拖轮。拖轮的布置见图3:“2#主墩围堰浮运布置图”
。
图3 2#主墩围堰浮运布置图
2、拖轮与围堰连接
围堰顶推平台及靠帮平台上均布置有将军柱,将拖轮上的缆绳与将军柱连接即可实现拖轮与围堰间的连接。
3、围堰水中初定位
围堰在浮运到墩位上游30m时,调整围堰的方向,尽量减小围堰与水流方向的夹角,以便围堰能较长时间的停留在一个相对固定的位置。在此过程中,将上游侧定位锚墩上的4根φ47.5mm缆绳利用小型机动艇牵引,与围堰内支撑架上布置的卷扬机连接起来。初步调节4根缆绳的长度使之均匀受力,调小后拖轮的驱动力,使围堰顺流缓慢下移,逐渐将围堰所受的水流冲击力交给4根缆绳来平衡。之后解除后拖轮与围堰之间的连接钢丝绳,后拖轮退走,安装后定位锚墩与围堰之间的4根φ28mm缆绳。启动堰顶的4台5t卷扬机,收紧上下游钢丝绳,使围堰初步定位在设计墩位附近,该过程为围堰初定位。
4.4.7 3#主墩围堰浮运
1、拖轮布置
驱动围堰采用3艘拖轮,其中2艘为6000HP,布置在围堰窄边后方,用于推动围堰前进,1艘为2640HP,布置在围堰前进方向的右边,用于调整围堰的前进方向。围堰与拖轮间布置有顶推平台及靠帮平台,以保护围堰及拖轮。拖轮的布置见图4:“3#主墩围堰浮运布置图”。
图4 3#主墩围堰浮运布置图
2、拖轮与围堰连接
围堰顶推平台及靠帮平台上均布置有将军柱,将拖轮上的缆绳与将军柱连接即可实现拖轮与围堰间的连接。
3、围堰前进方向控制
由图4可知,后拖轮只能推动围堰向前直线行驶,不能抵御水流横向冲击、有效控制围堰的方向。为此,在围堰的侧边布置一台边拖轮,在水流横向冲击力较小时,边拖轮附在围堰右侧,与围堰一同前进,通过调整拖轮的驱动力来微调围堰的前进方向,见图4;水流横向冲击力很大时(如围堰从枝杈进入主河槽时),边拖轮旋转90°与围堰呈垂直状态,拖轮甲板前端顶住围堰侧边,以抵御水流横向冲击力,实现围堰的旋转,调整围堰的航向。见图5:“3#主墩围堰浮运转弯示意图”
。
图5 3#主墩围堰浮运转弯示意图
4、围堰水中初定位
围堰在浮运到墩位附近时,调整围堰的方向,尽量减小围堰与水流方向的夹角,以便围堰能较长时间的停留在一个相对固定的位置。在此过程中,将上游侧定位船上的8根缆
绳与围堰连接起来。初步调节8根缆绳的长度使之均匀受力,调小后拖轮的驱动力,使围堰顺流缓慢下移,逐渐将围堰所受的水流冲击力交给8根缆绳来平衡。之后解除拖轮与围堰之间的连接钢丝绳,拖轮退走,安装后定位船与围堰之间的4根缆绳。最后安装围堰侧锚锚绳。该过程称为围堰初定位。
4.4.8 2#主墩围堰定位
1、围堰定位方式
根据2#墩的实际情况,结合施工范围内的水文、地质条件,考虑工期、费用等因素,对围堰的定位方式曾进行过认真比选,比选结果我们选择了锚墩定位方案。该方案的主要方法是在围堰的周围布置4个固定的定位锚墩,利用定位锚墩来固定和调节围堰。
具体布置如下: 上游2个锚墩对称于墩中心线布置,距离墩中心线65m,距离桥梁中心线120m;下游2个锚墩亦对称于墩中心线布置,距离墩中心线61m,距离桥梁中心线80m。
2、锚墩的设计与施工
锚墩的设计:锚墩采用钢管桩基础、钢筋混凝土承台结构。
上游侧锚墩设计系缆力为112t,采用9根φ1000mm、δ12mm钢管桩,呈3×3行列式布置,桩间距分别为2m和3m。钢管桩的斜率分别为1:5(外排桩)和1:11(中间排桩),桩底高程为-28m。承台顶面高程+23m,外形尺寸如下:长×宽×高=(8×6×2.5)m。承台顶设预埋件,与张拉反力梁连接。张拉平台设在承台顶。
下游侧锚墩设计系缆力为78t,采用6根φ1000mm、δ12mm钢管桩,呈3×2行列式布置,桩间距分别为2m和3m。钢管桩的斜率分别为1:5(外排桩)和1:11(中间排桩),桩底高程为-28m。承台顶面高程+23m,外形尺寸如下:长×宽×高=(6×5×2.5)m。承台顶设预埋件,与张拉反力梁连接。张拉平台设在承台顶。见图6:“2#主墩围堰定位锚墩布置图”。
图6 2#主墩围堰定位锚墩布置图
锚墩的施工:
锚墩施工要在围堰浮运之前完成。其主要施工流程如下:钢管桩插打→桩顶平台搭设→浇筑承台→抛石护基。
3、锚墩与围堰间连接
围堰初定位完成后,安装围堰与锚墩之间的连接钢绞线。首先将钢绞线绞盘吊放到锚墩顶面,将钢绞线一端穿过承台顶锚梁,利用小型船只牵引钢绞线向前到达钢围堰附近,并将钢绞线端部转移到围堰侧板上,施工挤压锚使之固定在专门的锚点上。初张拉钢绞线并在其后端切断,继续安装下一根钢绞线。4个锚墩钢绞线共16根。
4、围堰位置的调整与固定
围堰采用液压千斤顶张拉钢绞线锚索拉缆施加预拉力进行精确定位,围堰完全转移到由锚墩上的钢绞线固定后,及时张拉锚墩钢绞线,调整各锚索的张力,使围堰固定于设计位置。围堰的精确定位要结合当时的水位、流速情况,计算围堰侧板壁间灌入的水量,保证围堰固定时的高程,并通过测量有效控制围堰的位置。位置调整时,设专人统一指挥,多次调整,逐渐逼近,最终使围堰到达设计位置,并使相关锚索受力趋于均匀。
钢绞线拉缆在围堰端固定,在锚墩顶面设张拉顶张拉。张拉调整分三种工况:围堰定位工况、定位钢护筒施工工况、围堰下沉封底施工工况。
⑴ 张拉机具的准备
围堰锚索的张拉遵循对称操作、分步调整的原则。在四个锚墩上各设两台张拉千斤顶,在张拉前做好千斤顶和压力表配套校验工作,压力表的精度要求不低于1.5级,表面最大读数为张拉力的1.5~2.0倍。
⑵ 定位张拉步骤
①安装、连接拉缆
②注水下沉调整围堰高程
测量围堰的位置及高程,根据测量结果确定调整方向。首先利用注水下沉或排水上浮将围堰的高程控制在±10cm以内,利用临时定位卷扬机滑车组牵引临时定位的钢丝绳拉缆,将围堰定位于卷扬机滑车组的调节能力范围内, 偏差应不大于30cm。
③临时拉缆定位向张拉钢绞线定位转换
同时对称张拉L1、L2、L3、L4、J1、J2、J3、J4,将以上拉缆慢慢收紧、绷直,同时逐
渐减小临时拉缆的拉力,将围堰的定位由卷扬机滑轮组控制转由钢绞线拉缆控制。在操作过程中要及时放松卷扬机的滑轮组,不能因张拉钢绞线而使临时拉缆拉力增加。
④围堰精定位张拉调整
利用围堰顶面的拉缆L1、L2、L3、L4和交叉拉缆J1、J2、J3、J4对围堰作精确定位。横
桥向的位置调整主要通过对L1、L2、L3、L4的操作来实现, J1、J2、J3、J4辅助;顺桥向的
位置则主要通过调整J1、J2、J3、J4来实现,L1、L2、L3、L4辅助。每次操作只调整一个方
向,以先调整偏差较大的方向为准(或先横桥向后顺桥向,或先顺桥向后横向),各方向交替循环进行,逐步向最终位置靠拢,达到精度范围。
⑤围堰垂直度调整
张拉围堰的兜缆L1’、L2’、L3’、L4’,J1’、J2’、J3’、J4’调整围堰的垂直度,过程与
上步操作相似。横桥向垂直度主要通过张拉L1’、L2’、L3’、L4’,调整,顺桥向垂直度主要
、J2’、J3’、J4’来调整。先调整偏差大的方向,交替循环操作达到精度。 通过张拉J1’
再检查围堰的位置是否因垂直度的调整而有偏移,当偏移超出精度要求范围时,重复以上两步操作,直到位置偏差和垂直度偏差均满足要求,即位置偏差不大于5cm,垂直度不大于1/100,同时张拉控制力也符合设计要求。
⑥在调整围堰的位置精度及垂直度的时候,围堰的高程可能会有所变动,同样采用注水下沉或排水上浮的方法来进一步调整围堰的高程。这时各拉缆会因高程的变化拉力会有所改变,重复以上C~E步骤,直到围堰的位置偏差、高程、垂直度及拉缆的索力均符合设计要求。
⑦在定位桩施工过程中至围堰挂桩前,因施工荷载、长江水位等因素变化影响,围堰的高程也会随之变化,在变化超过允许的规定值时, 要对拉缆作出相应调整,同样用注水、排水的办法来保持围堰高程,拉缆的索力以定位桩施工工况控制。
⑧以上调整在对称操作,分步进行的原则下完成。全部操作人员要统一指挥、步调一致,在操作过程中每一步骤、每一拉缆的受力均不应超过各自的最大控制张拉力,通过张拉座上的压力环及压力表加强各自的索力监控。
测量应先根据围堰的竣工尺寸,在围堰上定出定位测量的控制基准面,在控制基准面达到精度要求后,再作全面校核。
4.4.9 3#主墩围堰定位
1、围堰定位方式
经过认真比选,3#主墩围堰采用定位船结合锚碇定位方案。该方案的主要方法是在沿水流方向(即垂直桥梁中心线的方向),用定位船来固定和调节围堰;在横水流方向(即桥梁中心线方向)通过直接抛锚(围堰北侧,即汉口侧)和埋设地笼(围堰南侧,即武昌岸侧)来固定和调节围堰。
具体布置如下:在3#墩墩位的上游150m处布置一条定位船,称前定位船;在3#墩墩位的下游150m处布置一条定位船,称后定位船。前后定位船均布置在墩中心线上。在武昌岸子堤上布置2个50t地笼,其一布置在桥梁中心线上游50m处,距离墩中心线132m;另一布置在桥梁中心线下游55m处,距墩中心线152m。在围堰汉口侧对称于桥梁中心线各抛设2个7t铁锚,远离桥梁中心线方向的铁锚为上侧锚,抛锚点距桥梁中心线55m,距墩中心线192m;靠近桥梁中心线方向的铁锚为下侧锚,抛锚点距桥梁中心线35m,距墩中心线222m。
2、定位船设计与施工
前定位船由2艘400t工程铁驳平联组成一个(40×18.4×2.4)m的驳体,驳体的主锚位于前定位船的上游,由10个8t铁锚组成,铁锚距定位船中心线350m,相邻铁锚间距15m。主锚与驳体间用φ47.5mm的纤维芯钢丝绳及D53mm有档锚链连接;驳体侧锚共4个,呈“X”形分布在驳体四周,均由1个1t铁锚组成。武昌侧的侧锚间距80m,距驳体中心线65m。铁锚与驳体间用φ28mm的纤维芯钢丝绳及D77mm有档锚链连接。汉口侧的侧锚间距120m,距驳体中心线110m。铁锚与驳体间用φ28mm的纤维芯钢丝绳及D43mm有档锚链连接。详见图7:“前定位船布置图”。
后定位船采用1艘400t工程铁驳,主锚位于后定位船的下游,由4个6t铁锚组成,铁锚距定位船中心线350m,相邻铁锚间距20m。主锚与驳体间用φ47.5mm的纤维芯钢丝绳及D43mm有档锚链连接;驳体侧锚共4个,呈“X”形分布在驳体四周,均由1个1t铁锚组成。武昌侧的侧锚间距80m,距驳体中心线60m。铁锚与驳体间用φ28mm的纤维芯钢丝
绳及D77mm有档锚链连接。汉口侧的侧锚间距120m,距驳体中心线105m。铁锚与驳体间用φ28mm的纤维芯钢丝绳及D43mm有档锚链连接。详见图8:“后定位船布置图”
。
图
7 前定位船布置图
图8 后定位船布置图
定位船的施工主要包括以下流程:铁驳浮运→铁驳定位→抛锚→定位船准确定位。 铁驳浮运:铁驳下河后安装平联系统(前定位船),由1~2艘2640HP拖轮驱动到达设计位置。
铁驳定位:调节拖轮将铁驳固定在设计位置附近,尽量减小铁驳的移动,以方便下步工序。
抛锚:用抛锚船将铁锚抛设在设计位置。抛锚顺序:先抛主锚,后抛侧锚。
定位船准确定位:定位船的位置调整靠收放锚绳来实现。首先调节主锚锚绳的长度,使定位船尽量靠近设计位置。之后调节侧锚锚绳,使定位船与水流方向呈一定的夹角,与设计位置相符。最后对所有锚绳进行一次调整,使主锚各锚绳、侧锚各锚绳受力趋于均匀。
3、锚碇的设计与施工
如前所述,围堰的锚碇由4个7t铁锚和2个50t地笼组成。
在矩形围堰的两个短边壁板上,居中分别焊接(38.5×2×2)m的桁架式收缆平台,平台桁架上弦距围堰双壁壁板顶端2.5m。每个平台上布置若干分配梁、1台5t卷扬机、2个钢丝绳打梢点、2个转向马口、2台5门40t定滑车组和2台5门40t动滑车组。该收缆平台用于调节围堰汉口侧侧锚。下侧锚采用D62有档锚链、φ47.5mm的纤维芯钢丝绳;上侧锚采用D77有档锚链、φ47.5mm的纤维芯钢丝绳。主锚绳走绳方式:钢丝绳由有档锚链打梢→转向马口→动滑车组打梢;平台打梢点打梢→定滑车组打梢;调节锚绳走绳方式:卷扬机→(定滑车组→动滑车组)×4→动滑车组打梢。
地笼在武昌岸子堤上,为钢筋混凝土结构,设计荷载为50t的水平力。每个地笼上需设置2个抗拉预埋件(抗拉能力≥25t),预埋件与定滑车组(3门30t)连接;φ47.5mm纤维芯钢丝绳分别在围堰和动滑车组(3门30t)上打梢;5t卷扬机布置在岸上,用以调节动滑车组与定滑车组之间的距离。
地笼采用有支护基坑开挖,现浇混凝土法施工;铁锚利用抛锚船抛设。
4、定位船、锚碇与围堰的连接
定位船与围堰的连接:前定位船与围堰间用8根φ60mm纤维芯钢丝绳连接;后定位船与围堰间用8根φ47.5mm纤维芯钢丝绳连接。钢丝绳在围堰侧板拐角处分上下两层打梢。
锚碇与围堰的连接详见上节内容。
围堰浮运到位后,首先将前定位船上的缆绳与围堰连接起来,在缆绳收紧后逐步解除浮运拖轮并安装后定位船与围堰间的缆绳、安装围堰侧缆绳。
5、围堰位置的调整与固定
围堰完全转移到由定位船和锚碇固定后,及时调整各锚绳的张力,使围堰固定于设计位置。围堰的精确定位是较难实现的一道工序,需要有经验的水手操作,并设专人统一指挥,多次调整,逐渐逼近,最终到达设计位置。
⑴ 围堰高程调整
围堰高程通过在围堰侧板壁间注水或排水来调整。
3#墩围堰在挂桩形成钻孔平台后围堰顶面标高为+26.0米,为方便定位钢护筒牛腿的焊接,围堰精确定位的顶面高程定为+27.0m。围堰自浮时的吃水深度为2.9m,施工时水位低于+14.5m时,围堰顶面将难以达到指定高程。围堰内底隔仓高度为5米,故围堰注水下沉时吃水深度不宜超过4.5米。
⑵ 围堰的平面角度调整
围堰的平面位置角度如果偏差较大时(如右图示),
首先将围堰的边锚绳放松,暂不带紧;如果围堰整体偏下
游时,先将围堰D角处的拉缆慢慢放松,同时B角的拉缆
慢慢收紧,将围堰的扭转偏差控制在5cm内;如果围堰整
体偏上游,则放A角的拉缆,收紧C角的拉缆;再预收紧
边锚绳。
⑶ 围堰横桥向位置调整 若围堰偏下游,则慢慢放松后定位船的尾锚索,同时收紧前定位船主锚索,将围堰向上游拉,调整至围堰轴线与墩轴线上下游偏差在5cm以内。在调整时要注意保持各锚索的受力均匀。若围堰偏上游,则按照相反的方向操作。
⑷ 围堰顺桥向位置调整
围堰顺桥向位置主要通过围堰的边锚来调整,若围堰偏向南岸,则放松南侧边锚、收紧北侧边锚,将围堰向北岸调整。
⑸ 围堰的垂直度调整
经过以上前4步的调整,已将围堰的顶面位置偏差调整在5cm以内,在作垂直度调整时围堰的上层拉缆尽量保持不动,调整下层拉缆及下层边缆,并在围堰高翘的一侧的隔仓内灌水来加以辅助(见下图)。
4.4.10 钻孔桩施工
1、钢护筒的设计
主塔墩钻孔桩基础施工采用的钢护筒内径均为φ3600mm,其中作为钻孔平台定位桩的钢护筒壁厚24mm(外径/壁厚=152),其余钢护筒壁厚22mm(外径/壁厚=166)。钢护筒在桩尖部分焊接加劲钢环,顶部与震动打桩机连接。钢护筒平均分为2节制造,底节长度应能满足一次插入河床、便于顶部接长焊接;各节段钢护筒重量均应在相应起重机的起重能力之内。
2、钢护筒插打
以围堰上下导环作导向,利用大型浮吊将钢护筒整体起吊,用测量仪器观测后,调整钢护筒的垂直度,将护筒平稳插入河床直到稳定深度。之后用浮吊辅助并联安装2台APE400B型震动打桩机(激振力共640t,自重共56t),将钢护筒打入设计高程。钢护筒采取循环插打顺次跟进的方法施工,以确保每根钢护筒入土深度相差不大,保证单根护筒承载力基本一致。定位钢护筒作为第一批先行插打。插打顺序遵照对角对称的原则,以利于结构的稳定。定位桩插打过程中,围堰顶口高程+27m保持不变。
3、围堰转换成钻孔平台
定位护筒插打完毕,在护筒顶部焊接钢牛腿,再在围堰双壁板内注水使其下沉并坐落在护筒牛腿上,挂桩固结,形成钻孔平台,此时钻孔平台顶面高程为+26.0m。随后用吊船或墩旁吊机将2、4、5、7、26、28、29、31号钢护筒(2#主墩),4、5、36、37号钢护筒(3#主墩)插打完毕,准备钻孔。其余钢护筒可以待该钻孔桩施工前再插打,以减小流水对平台地基的冲刷。
放松围堰与锚墩(或定位船和锚碇)之间的连接系统。
4、钻机的选型与就位
钻孔将选用KPG3000B型钻机和KTY4000型钻机,按照砂层正循环钻进、岩层反循环钻进的工艺成孔。
钻机的移位前期采用浮吊进行,后期采用平台上龙门吊机辅助进行。
4.4.11 承台施工
1、钻孔平台转换成围堰
⑴钻孔桩施工完毕后,将锚墩或定位船和锚碇系统与围堰重新连接。
⑵拆除钻孔平台上的龙门吊机及其它设施,解除钢围堰与护筒牛腿的连接以及围堰上、下导环与护筒之间楔块。
⑶将围堰双壁内的水向外抽出一部分,使围堰上浮,切割护筒牛腿。
⑷在围堰双壁内灌水,加大围堰自重使之下沉。
⑸通过收绞锚绳来调整围堰下沉过程中的垂直度和平面位置。
⑹围堰下沉到位(围堰双壁侧板顶面高程为+16.0m)后,设吊挂结构将围堰挂设在护筒上,并预调各吊杆使其均匀受力。
⑺对称浇筑围堰双壁壁板内的压重混凝土,该部分混凝土高8.5m(2#墩围堰)、9m(3#墩围堰),混凝土数量分别为2883m、3942m,利用垂直导管水下多点浇筑。
2、围堰封底
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围堰下沉到位后,进行围堰底板堵漏,在护筒顶面设水封混凝土平台,准备就绪后对称分仓浇筑封底混凝土,混凝土采用垂直导管水下浇筑。2#墩围堰封底混凝土厚2.5m,共计3645m3;3#墩围堰封底混凝土厚3.0m,共计7860m3,混凝土由2台120m3/h的水上混凝土工厂同时供应。
在封底混凝土浇筑过程中,通过在围堰侧板上部开口或用水泵抽水的方式,及时排出围堰内新浇混凝土置换出的水。
3、围堰抽水堵漏
封底混凝土达到设计强度后,抽干围堰内的水,如有局部渗漏及时处理。整平封底混凝土表面,进行钻孔桩头处理。钻孔桩桩头采用机械凿除,预留设计要求的嵌入承台部分长度。凿除完毕后,整理桩基预留钢筋,对封底混凝土顶面进行平整,并作水泥砂浆抹面。按设计要求对钻孔桩进行检测。
4、承台施工
第五章 主桥钢梁架设
5.1 主塔墩墩顶四节间钢梁架设
利用120t浮吊安装墩旁托架。托架检查合格后,安装滑道及滑座,运输船将杆件运至设计位置。用120t浮吊拼装第一节间钢梁(包括正交异性桥面板),通过反力架将第一节间钢梁向岸侧拖拉14m。再拼装E21节点。拼装第二节间钢梁,拼装后,继续向后拖拉14m,拼装第三节间钢梁。然后,120t浮吊移至墩旁另一侧拼装第四节钢梁。四节钢梁全部拼装完成后纵向、横向精确调整钢梁位置,拆除部分滑座,起顶将钢梁安装在正式支座和部分临时支座上。利用墩旁塔吊和120t浮吊在桥面上安装两台700t
架梁吊机。
5.2 整节间桁段钢梁架设
5.2.1 整节段钢梁预拼
生产厂家加工好散件并经检查验收后,运至预拼台座上按短线法拼装,钢梁整节段预拼按拼装、焊接、涂装的工序流水线作业。分四个流水线,每两线连在一起。每个流水线设三条台座滑道,分别对应三片主桁。钢梁存放在流水线的端头。每线预拼的整节段钢梁供应现场一台700吨架梁吊机的拼装作业,每线内设一台70吨龙门吊机。在台座滑道上,设置钢梁杆件预拼区(两个节间)、钢桥面板焊接区(两个节间)和一个涂装区(一个节间,视设计而定)。焊接区和涂装区设雨棚。在杆件拼装区装好下弦、铁路平联、斜杆、竖杆和临时杆件等后,滑至前方焊接区,加焊钢桥面板,再向前滑移,完成涂装后,继续前移至吊装区。完成涂装后的钢梁滑至吊装区,由2台350吨提升龙门吊机提升,走行至码头,落至1600 吨级铁驳上,由拖轮运至桥位。
5.2.2 整节段钢梁架设
中跨36个节间,除墩顶节间和跨中合龙节间共计5个节间采用散装外,余31个节间整节段吊装;边跨除P1过渡墩、P0边墩墩顶节间及武昌侧边跨直线段和合龙段计17个节间采用散件拼装外,其余21个节间采取整节段吊装。
整节段钢梁架设方法:节段钢梁运至桥位后,定位并安装吊具等起吊设施,架梁吊机起吊节段钢梁,提升架设。吊机上设有三向微调装置,精确对位后,穿入一定数量的冲钉和高栓,松钩,拆除临时杆件,桥上焊接钢桥面板横缝,吊机前移。挂索张拉后,架设下一个节间钢梁。
斜拉索盘由桥面80吨汽车吊上桥,沿公路面运输通道运至前方架梁吊机下,卸车,并在25t汽车吊机的配合下,完成抽头、放索等工作,斜拉索入孔用滑车配合施工。
5.3 过渡墩和边墩钢梁散拼架设
5.3.1 散拼节间钢梁构件运输及预拼
钢梁杆件由制造厂家运至现场钢梁存放场,在存放场进行清点、存放、修整、匹配、预拼、修补油漆,经检查合格后,沿铁路线运至下河码头,再船运至现场存放。
5.3.2 散拼节间钢梁架设
天兴洲侧共有3个节间散拼,散拼钢梁杆件利用800t工程铁驳通过开掘的河道直接运输到1#、0#墩位置,其中1#墩墩顶2节间采用120t水上吊船进行悬拼架设、0#墩墩顶一个节间采用60t简易门吊架设。
4武昌侧共有13个节间散拼,散拼杆件利用75T龙门吊机来完成。散拼杆件用800t工程铁驳拖到组拼栈桥码头,50t码头吊机将杆件吊到80t运梁台车上,运至到龙门吊机下方进行悬拼架设(包括混凝土桥面板的安装)。对于两侧散拼杆件,重量超过50t的杆件,利用120t浮吊来吊装到运梁台车上。
5.4 中跨及边跨合龙
边跨合龙段设置在武昌侧L8’节间,钢桁梁利用700t架梁吊机安装完成L7’以后,通过调索及起顶在支架上已安装的钢桁梁来完成边跨的合龙,合龙杆件采用120t吊船安装。边跨合龙后,拆除架梁吊机,中跨继续安装钢桁梁,直至中跨钢桁梁的合龙。
中跨钢梁合龙:中孔钢梁合龙设在武昌侧L18节间,由于天兴洲侧和武昌侧钢梁相差一个节间(天兴洲侧多一个L18节间),拟在武昌侧设置压重,并通过斜拉索调整索力和线型至满足合龙设计要求,即可进行中跨合龙杆件的拼装,合龙杆件拟由700t架梁吊机安装。
5.4.1 合龙方法
合龙时先合龙下弦杆,再合龙上弦杆,然后合龙斜杆,所有主桁杆件闭合后,安装下平联,铁路纵梁、公路纵梁。
合龙段弦杆就位是通过连接上、下弦杆上长圆孔+圆孔来实现。先对中安装长圆孔销栓,再调整安装圆孔销栓。两种销栓能否顺利穿入,是合龙成败的关键。
弦杆上圆孔销栓穿入后,即拔出长圆孔销栓,使之变为铰接。
合龙段钢梁安装前及时测量上下弦钢梁中线偏差,各合龙口相对高差及节间距离(上、下弦均应测量),详细记录气温日照对测量资料的影响,有关实测数据及时上报监控领导小组,以决定钢梁调整指令。
5.4.2 调整措施
1、调整桥梁纵向中线偏差
若两伞出现相对偏差时,采用10t导链在合龙点横向对拉,即将10t导链一端栓于2#墩侧上游或下游弦杆节点上,另一端栓于3#墩侧下游或上游弦杆节点上对拉。
当两侧桁出现同向偏移时,采用“推磨法”调整。在2#(3#)墩横梁顶上用水平千斤顶作为支点一端顶在钢梁节点处,另一端顶于主塔混凝土侧壁上,另一桁水平千斤作为保险。在边跨钢梁端部下弦杆节点上栓一付滑车组(或根据实际情况选用其它可靠机具)与1#(4#)墩顶支承垫石相连,进行横向拽拉,采用此法时,2#(3#)墩支座应先行放置四氟板作为滑动面,墩顶托架上及桥面板处的横向约束应暂放松。另外亦可以用水平千斤顶施力进行横移。
2、调整合龙段两端竖向高差
悬臂端加减载,载荷可利用架梁起重机前移(后退)或铁路面公路面放置运梁平车装上需要的载重前移(后退)。
在一侧悬臂端公路横梁上与另一侧悬臂端铁路横梁上对应连接一付滑车组(或根据实际情况选用其它可靠机具)进行对拉。
调整最外一对斜拉索索力。
使用弹性索微调。
3、调整桥轴线方向位移
当长圆孔销栓穿入后,即可进行圆孔销栓穿入工作,圆孔销栓的穿入是通过调整桥轴线方向位移来实现。其措施有:
调整弹性索索力。
利用弦杆上合龙顶拉装置施力。
利用温差的变化微调。
以上偏差调整措施中,采用哪一种,需要多大力均须在监控领导小组发出指令后进行。
4、合龙杆件安装及空销合龙
合龙节间主桁杆件安装前,应先调整2#墩钢梁中线偏差及挠度,满足杆件安装要求。 合龙节间主桁杆件安装可水平方向喂入或由上向下插入。主桁合龙点处拼接板栓带不得妨碍合龙杆件安装。
3#墩主桁杆件安装好后,进行3#墩钢梁偏差调整工作。
合龙偏差调整符合要求后,按照步骤依据指令进行合龙点穿销工作,预计先下弦后上弦。当一侧弦杆长圆孔销栓穿入后,接着进行另一侧弦杆长圆孔穿销工作,然后调整桥轴线方向,圆孔销栓穿入后即拔出长圆孔销栓,此时拼接板不打冲钉不穿螺栓,保持铰接。然后安装上弦杆销栓(要求同下弦)。待6根弦杆圆孔销栓全部穿好后,再进行斜杆合龙,斜杆若不能闭合可采用两悬臂端挂设滑车组斜向对拉调整。
销栓穿入后及时带上螺母旋紧。
待6根弦杆3根斜杆合龙后,再进行微调,拼接节点上打入冲钉安装螺栓。
主桁杆件安装中需进行微调时,必须根据监控指令采取相应措施进行操作。
附图:整节+散拼架设钢梁步骤图