上海長(zhǎng)江大橋工程建設(shè)中的跨江作業(yè)技術(shù)

上海長(zhǎng)江大橋工程建設(shè)中的跨江作業(yè)技術(shù)

1社會(huì)環(huán)境因素上海大橋工程是g40條上海公路的重要組成部分。它橫跨長(zhǎng)江北港，距長(zhǎng)江入?？诩s30公里，距東海大橋約160公里。這是長(zhǎng)江入口的第一個(gè)大橋。受長(zhǎng)江上游的影響,橋位處河床變化較大,橋梁沿線除淺灘外,一般水深在8~10m,最大水深約30m,但也有江中沙洲,隨潮水變化時(shí)隱時(shí)現(xiàn),受風(fēng)、浪、流、雨、霧等惡劣天氣影響較大;受海潮的影響,淡咸水交替,結(jié)構(gòu)長(zhǎng)期暴露于淡咸水交替環(huán)境,防腐要求高;中華鱘繁殖群體洄游經(jīng)過(guò)工程建設(shè)水域,對(duì)自然、生態(tài)環(huán)境保護(hù)難度大;同時(shí)通航要求高,設(shè)主、輔航道橋各1座,主航道橋要求通行3萬(wàn)噸級(jí)集裝箱及5萬(wàn)噸級(jí)散貨船,輔航道橋要求通行3000噸級(jí)以下船舶。2非通航孔橋在長(zhǎng)江段的整體配置2.1水上作業(yè)方式跨江段橋梁全長(zhǎng)9.97km,其中南、北大堤之間的距離約8.5km,包括1座主航道橋、1座輔航道橋,其余均為非通航孔橋。主航道橋采用分離式鋼箱梁斜拉橋,輔航道橋和非通航孔橋均為梁式橋,分成2幅,每幅橋?qū)?7.15m。水上非通航孔橋長(zhǎng)6.70km,占長(zhǎng)江北港水域?qū)挾鹊?8%,其設(shè)計(jì)、施工方案的選定是控制大橋進(jìn)度、安全、質(zhì)量乃至造價(jià)的重要因素。若采用傳統(tǒng)的水上作業(yè)方式,材料運(yùn)輸供應(yīng)、作業(yè)場(chǎng)地等受風(fēng)、浪、流、雨、霧影響較大,不但需要大量施工船舶和作業(yè)平臺(tái),施工組織困難,質(zhì)量、安全、工期也難以保證,而且,過(guò)多的作業(yè)船只長(zhǎng)時(shí)間的停留還會(huì)對(duì)長(zhǎng)江口中華鱘棲息地產(chǎn)生不利影響。為進(jìn)一步提高結(jié)構(gòu)可靠性、耐久性、經(jīng)濟(jì)性、施工安全性,體現(xiàn)環(huán)保節(jié)能、以人為本的建設(shè)理念,在東海大橋非通航孔橋建設(shè)實(shí)踐的基礎(chǔ)上,上海長(zhǎng)江大橋工程大規(guī)模應(yīng)用了預(yù)制拼裝技術(shù),盡可能使橋梁構(gòu)件大型化、工廠化、整體化、標(biāo)準(zhǔn)化、模數(shù)化,將水上作業(yè)轉(zhuǎn)化為陸地作業(yè),將現(xiàn)澆施工轉(zhuǎn)化為工廠預(yù)制、整體運(yùn)輸?shù)跹b,以確保工程質(zhì)量、工期及施工安全,滿足結(jié)構(gòu)耐久性要求,改善施工作業(yè)環(huán)境,減少對(duì)自然環(huán)境的影響。2.2交通組織及運(yùn)輸至現(xiàn)場(chǎng)的一體化施工工藝預(yù)制拼裝是將橋梁構(gòu)件從其力學(xué)特點(diǎn)上劃分成合理的節(jié)段在工廠進(jìn)行批量制造,通過(guò)水陸交通組織,運(yùn)輸至現(xiàn)場(chǎng)再進(jìn)行安裝并完成可靠連接的一體化施工工藝。施工中盡可能地將節(jié)段大型化,更能體現(xiàn)預(yù)制拼裝在工程建設(shè)中的技術(shù)經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì),但節(jié)段劃分的大小除了體現(xiàn)受力合理的同時(shí),還應(yīng)考慮:橋位的水深情況、適于預(yù)制的場(chǎng)所的選擇及設(shè)備的吊裝能力。2.2.1該橋位于河床上的水文橋位處的河床水文情況及橋梁縱曲線見(jiàn)圖1。2.2.2現(xiàn)有預(yù)制場(chǎng)地周邊預(yù)制場(chǎng)的基本情況見(jiàn)表1。2.2.3漂浮臂的最大高度經(jīng)過(guò)東海大橋等幾座跨海大橋的建設(shè),我國(guó)橋梁裝備能力有所提高,除龍門吊等一些拼裝設(shè)備外,可供使用的大型浮吊見(jiàn)表2。2.3跨鋼-混凝土組合梁經(jīng)綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較,根據(jù)不同區(qū)段的條件選擇非通航孔橋型與施工方法:①非通航孔深水區(qū)采用70m跨預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁,單片最大重量2374t,可在東海大橋沈家灣預(yù)制場(chǎng)整孔預(yù)制,采用天一號(hào)浮吊整體吊裝;②近主航道斜拉橋兩側(cè)采用105m跨鋼-混凝土組合梁,單片最大重量2300t,可在東海大橋沈家灣預(yù)制場(chǎng)整孔預(yù)制,采用天一號(hào)浮吊整體吊裝;③堡鎮(zhèn)沙淺灘區(qū)采用60m跨預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁,單塊最大重量180t,可在蘇通大橋75m節(jié)段梁預(yù)制場(chǎng)逐段預(yù)制,利用駁船逐段運(yùn)輸至現(xiàn)場(chǎng),采用造橋機(jī)逐段拼裝;④非通航孔深水區(qū)橋墩全部采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),單節(jié)最大重量450t,可在橫沙島長(zhǎng)江口綜合梁預(yù)制場(chǎng)逐段預(yù)制,利用駁船逐段運(yùn)輸至現(xiàn)場(chǎng),采用大型浮吊逐段拼裝。3預(yù)制裝配技術(shù)的應(yīng)用3.1105m預(yù)埋梁，單孔預(yù)埋梁3.1.1組合梁結(jié)構(gòu)布置近主航道橋兩側(cè)橋面離水面高差近50m,從減少阻水、防船撞、建筑景觀等考慮,加大跨徑更為有利。經(jīng)比較采用主跨105m鋼-混凝土組合連續(xù)梁橋,全橋共4聯(lián)28片,分別布置在主航道橋兩側(cè),跨度布置為90m+5×105m+85m,全長(zhǎng)1400m,采用單箱單室截面,其中槽型鋼梁采用Q345qD~Q370qD鋼材,橋面板采用C60高性能混凝土板,105m跨組合梁標(biāo)準(zhǔn)斷面見(jiàn)圖2。3.1.2組合梁制作與安裝組合箱梁由槽型鋼梁與混凝土橋面板通過(guò)剪力釘及混凝土現(xiàn)澆縫結(jié)合在一起。每孔105m梁共66片橋面板(中板22片,邊板44片),橋面板采用C60高性能混凝土,預(yù)制完需存放6個(gè)月后方可投入使用。鋼板在工廠預(yù)處理下料,完成板單元制造后,先進(jìn)行10m節(jié)段的拼裝、涂裝,然后進(jìn)行整孔吊裝段的總拼、涂裝,預(yù)制場(chǎng)內(nèi)布置10臺(tái)門吊及2臺(tái)運(yùn)梁臺(tái)車配合作業(yè)。組合梁采用鋼梁總拼胎架與鋼-混凝土疊合臺(tái)座分開(kāi)方式進(jìn)行,即槽型鋼梁在總拼胎架上施工完成后,通過(guò)2條滑道頂升并向外橫移至疊合臺(tái)座,在疊合臺(tái)座上采取4個(gè)斷面支撐,進(jìn)行槽型鋼梁與混凝土橋面板疊合,完成鋼-混凝土第1次結(jié)合,第1次結(jié)合時(shí)除兩端10m范圍內(nèi)橋面板用臨時(shí)扁擔(dān)固定在鋼梁上外,其余橋面板均通過(guò)混凝土現(xiàn)澆縫、剪力釘及橫向預(yù)應(yīng)力與鋼梁結(jié)合。待現(xiàn)澆縫混凝土強(qiáng)度及彈性模量達(dá)到設(shè)計(jì)要求后,張拉橫向預(yù)應(yīng)力束,再用水平千斤頂頂推橫移臺(tái)車使組合梁整體沿橫移滑道滑移至存梁區(qū)存放。3.1.3組合梁制作工藝移運(yùn)箱梁到出海碼頭,利用運(yùn)架一體化的3000t天一號(hào)海上長(zhǎng)距離運(yùn)輸160km至墩位處架設(shè),見(jiàn)圖3。為了抵抗浪涌等惡劣環(huán)境,采用液壓夾持及預(yù)應(yīng)力保險(xiǎn)拉索體系等臨時(shí)固定裝置保證梁體運(yùn)輸過(guò)程的安全。組合梁在橋位處臨時(shí)定位后,實(shí)行組合梁鋼結(jié)構(gòu)全斷面焊接、補(bǔ)涂裝,并采用墩頂頂落梁工藝,對(duì)無(wú)縱向預(yù)應(yīng)力筋的長(zhǎng)連續(xù)疊合梁墩頂負(fù)彎矩區(qū)橋面板施加縱向預(yù)應(yīng)力,澆筑墩頂處鋼梁底板結(jié)合段(長(zhǎng)20m、厚0.5m的C40混凝土)及頂板現(xiàn)澆縫(20m范圍,C60混凝土)混凝土,完成鋼-混凝土第2次結(jié)合。最后進(jìn)行橋面鋪裝。3.270m安裝梁，0m3.2.1跨徑布置條件深水區(qū)非通航孔橋區(qū)域水深5~10m,具備采用大型水上設(shè)備施工條件,跨徑布置為23×70m(南側(cè))、9×70m(北側(cè)),全橋總長(zhǎng)2240m。連續(xù)梁6或7孔1聯(lián),共64片,主梁采用等高度斜腹板單箱單室截面(見(jiàn)圖4),C50高性能混凝土。3.2.2箱梁混凝土澆筑箱梁鋼筋采取分2次整體吊裝拼接的方案,即底、腹板和頂板分別在扎筋臺(tái)座上完成。箱梁混凝土澆筑采取泵送混凝土多點(diǎn)輸送,嚴(yán)格按照工藝要求進(jìn)行混凝土的分層澆筑,澆筑施工時(shí)應(yīng)注意控制水化熱。在制梁臺(tái)座上完成部分束張拉的箱梁可移至存梁臺(tái)座上,再繼續(xù)進(jìn)行張拉壓漿工作。3.2.3分散板、連續(xù)梁結(jié)構(gòu)梁體在養(yǎng)護(hù)14d后可以運(yùn)輸,在臺(tái)座上通過(guò)橫移、縱移到出梁碼頭,采用運(yùn)吊一體化的3000t專用船(天一號(hào))運(yùn)輸至橋位,并將主梁整體吊裝到墩頂可調(diào)節(jié)的臨時(shí)支座上簡(jiǎn)支擱放,待箱梁的軸線和標(biāo)高調(diào)整到位后,澆筑墩頂現(xiàn)澆段(濕接縫),張拉負(fù)彎矩鋼絞線,進(jìn)行體系轉(zhuǎn)換,落梁于正式支座上,形成連續(xù)梁結(jié)構(gòu)。3.360m預(yù)備梁，主梁預(yù)備3.3.1預(yù)制節(jié)段拼裝pc橋梁結(jié)構(gòu)堡鎮(zhèn)沙漫灘區(qū)最遠(yuǎn)處離岸約3km,水深較淺,不能通行施工船只。為減小水上混凝土作業(yè)量、利于質(zhì)量控制、減少對(duì)環(huán)境污染,經(jīng)多方案比較后采用32孔主跨60m預(yù)制節(jié)段拼裝PC連續(xù)梁橋。該段橋梁總長(zhǎng)1920m,6或7跨形成1聯(lián)分成2幅橋,主梁高3.6m,采用等高度、斜腹板的單箱單室截面。60m跨箱梁標(biāo)準(zhǔn)橫斷面見(jiàn)圖5。3.3.2匹配節(jié)段澆筑采用短線匹配法預(yù)制節(jié)段,即以預(yù)制第1節(jié)段(起始節(jié)段)于固定端模和移動(dòng)端模之間;在起始節(jié)段達(dá)到所需強(qiáng)度之后,將其移動(dòng)到端模位置,將第2節(jié)段澆筑于固定端模和起始節(jié)段之間(此時(shí),起始節(jié)段可稱為匹配節(jié)段),此工序?qū)⑹惯@2段箱梁之間的接合面形成完整的匹配面;重復(fù)使用該工序?qū)﹄S后的梁段進(jìn)行澆筑。節(jié)段預(yù)制完成后,存放2個(gè)月以上以使混凝土完成60%以上的徐變和收縮。3.3.3制作張拉階段預(yù)應(yīng)力鋼束和壓漿節(jié)段的架設(shè)采用SDL60架橋機(jī)懸臂拼裝T構(gòu)進(jìn)行。節(jié)段由工廠船運(yùn)至橋位水上提升站附近拋錨定位,提升站設(shè)于70m梁橋兩幅橋之間,龍門吊將節(jié)段提升至橋面后可直接置于運(yùn)梁臺(tái)車,然后臺(tái)車將節(jié)段運(yùn)輸?shù)郊軜驒C(jī)主桁架下,架橋機(jī)起重天車控制節(jié)段的安裝。為保證節(jié)段拼接縫處的水密性,以避免體內(nèi)束的腐蝕,拼裝時(shí)接縫表面采用厚2~4mm雙組分環(huán)氧樹(shù)脂拼縫膠找平。在張拉單側(cè)臨時(shí)預(yù)應(yīng)力后松開(kāi)起重天車,T構(gòu)另一側(cè)對(duì)應(yīng)梁段施工后即可張拉永久預(yù)應(yīng)力鋼束,并進(jìn)行預(yù)應(yīng)力孔道真空壓漿。每個(gè)跨中合龍段兩端及邊跨與T構(gòu)端頭部位均設(shè)置1道濕接縫,其目的是調(diào)整懸拼梁長(zhǎng)度誤差,保證箱梁順利合龍。濕接縫長(zhǎng)20m,采用C55微膨脹混凝土。3.4預(yù)制柱3.4.1空心薄墩結(jié)構(gòu)上海長(zhǎng)江大橋70m與105m跨區(qū)的橋墩采用分節(jié)預(yù)制拼裝工藝,墩身結(jié)構(gòu)形式按高度不同分為1~4個(gè)節(jié)段設(shè)計(jì),最高達(dá)到40.6m。墩身為空心薄壁墩結(jié)構(gòu),采用單箱單室截面,隨橋梁跨度的不同,墩柱的斷面尺寸及高度等均有所不同。墩身順橋軸線弧形變寬,墩身的立面示意見(jiàn)圖6。3.4.2墩身預(yù)制場(chǎng)安裝深水區(qū)非通航孔橋共有46個(gè)橋墩(92個(gè)墩柱),根據(jù)設(shè)備能力并通過(guò)經(jīng)濟(jì)比選,采用單節(jié)墩身的預(yù)制高度不大于14m、每個(gè)墩柱節(jié)段的最大重量不超過(guò)400t進(jìn)行雙控,全橋92個(gè)墩柱共劃分為216個(gè)墩柱節(jié)段進(jìn)行預(yù)制。墩身預(yù)制場(chǎng)選擇在距離工地現(xiàn)場(chǎng)較近的橫沙島預(yù)制場(chǎng),采用立式預(yù)制法工藝。臺(tái)座基礎(chǔ)為厚30cm的鋼筋混凝土板結(jié)構(gòu),頂面布置混凝土臺(tái)座,之上再布置鋼臺(tái)座。外模板由模板板面和桁架組成。為加快施工進(jìn)度,減少由于模板變形引起的墩身結(jié)構(gòu)變化,采用分節(jié)傘形收縮整體拼裝內(nèi)模,通過(guò)調(diào)整頂絲來(lái)改變模板外形尺寸,簡(jiǎn)化模板的安裝和拆卸。預(yù)制施工時(shí)采用專用卡尺及全站儀進(jìn)行精確控制,減少墩身澆筑及拼裝階段的偏差,墩身安裝的準(zhǔn)確定位采用短柱強(qiáng)制對(duì)中。3.4.3墩身節(jié)段安裝控制墩身的出運(yùn)采用立式裝船運(yùn)輸工藝,由于墩身長(zhǎng)細(xì)比大,保持構(gòu)件的穩(wěn)定性是運(yùn)輸?shù)年P(guān)鍵。預(yù)制場(chǎng)到碼頭間的縱向移動(dòng)采用安裝限位裝置的平臺(tái)車。運(yùn)輸駁船采用5000t自航深艙舶,在艙內(nèi)對(duì)構(gòu)件進(jìn)行固定。第1節(jié)墩身節(jié)段安裝質(zhì)量決定整個(gè)墩身的質(zhì)量,首先在墩身范圍內(nèi)精確設(shè)置6個(gè)控制點(diǎn),見(jiàn)圖7,這6個(gè)點(diǎn)的相對(duì)高差為0,以控制墩身的垂直度,同時(shí)兼作導(dǎo)向裝置,以控制墩身的平面位置。由于墩身分節(jié)安裝,墩身垂直度及標(biāo)高控制是測(cè)量控制的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。為滿足規(guī)范對(duì)安裝精度的要求,使用3臺(tái)全站儀同時(shí)觀測(cè)墩身平面位置及垂直度。使用起重船吊裝時(shí),通過(guò)導(dǎo)向柱調(diào)整平面偏位,采用安放在4個(gè)角的4臺(tái)液壓千斤頂進(jìn)行垂直度的控制,密切配合測(cè)量。墩身節(jié)段與承臺(tái)之間及墩身節(jié)段之間的連接(濕接縫)采用現(xiàn)澆施工工藝。濕接縫壁厚100cm,內(nèi)側(cè)高190cm,濕接縫外緣尺寸與墩身外緣尺寸相同。應(yīng)保證混凝土濕接縫的外觀質(zhì)量。4施工質(zhì)量的保障(1)橋梁結(jié)構(gòu)預(yù)制拼裝技術(shù)具有高效、安全、優(yōu)質(zhì)、快速、環(huán)保的特點(diǎn),已成為當(dāng)今世界橋梁建設(shè)的發(fā)展趨勢(shì)。上海長(zhǎng)江大橋采用預(yù)制安裝的橋梁長(zhǎng)度達(dá)5.56km,占跨長(zhǎng)江北港水域非通航孔橋梁長(zhǎng)度的83%,采用工廠預(yù)制、現(xiàn)場(chǎng)安裝的橋梁一體化施工工藝,為施工人員提供良好的作