上海城市轨道交通明珠线苏州河桥钢管混凝土拱桥设计

上海城市轨道交通明珠线苏州河桥钢管混凝土拱桥设计

1苏州河桥桥梁上海明珠河大桥是一座25米的中等规模的混凝土拱桥。这座桥长14米，宽12.5米。计算的主要跨距为64m，高16米，低1.4米。这是一座涵盖交通明珠线的大范围，技术最先进、最复杂、最困难的桥梁之一。苏州河桥立面如图1所示。桥梁南北主墩基础采用12根ϕ0.8m钻孔灌注桩,桩顶设钢筋混凝土承台,混凝土拱形墩;边墩基础采用8根ϕ0.8m钻孔灌注桩,钢筋混凝土承台,钢筋混凝土双柱墩,墩顶设钢筋混凝土盖梁。桥梁上部由主拱结构和桥面系两大部分组成。主拱结构包括:钢管混凝土拱肋、横向联结系、钢筋混凝土小立柱、吊杆;桥面系则包括:纵梁、横梁、桥面板、桥面防水铺装层等。22.1(1)施工工艺及施工苏州河南、北两侧各用2台GPS-10型钻机,采用反循环钻孔灌注桩施工工艺。由于主墩离既有老铁路桥桥台和防汛墙较近,另据历年苏州河水文资料显示,施工期苏州河水位较高,为确保老桥基础及防汛墙的安全和施工的顺利进行,决定主墩施工增设钢筋混凝土薄壁沉井进行防护。(2)主拱肋的制作主拱肋钢管委托工厂进行制作,根据运输、吊装的实际情况,每侧主拱肋分7段制作,工厂经检查、试拼、合格后用汽车运至现场,吊装焊接成整体。钢管内混凝土灌注采用泵送顶升灌筑工艺进行灌筑。(3)门式支架结构北边孔采用ϕ48mm钢管搭设满堂支架,在支架上立模现浇;南边孔受万航渡路的交通条件限制,为确保交通顺畅及安全,采用门式支架,支架由大口径钢管和型钢组成;主孔则利用老铁路桥,对老桥进行加固、加宽、接长处理,再在其上用型钢搭设支架。2.2台桥墩边钢拱肋安装钻孔桩基础(包括主墩防护沉井)→承台→桥墩→边纵梁→横梁→部分小横梁→主拱肋安装→主拱肋钢管填充混凝土灌筑→吊杆→部分小横梁及全桥小纵梁→桥面工程。33.1(1)混凝土支架结构根据施工场地和现场交通、环境条件,支架采用以下3种形式。①北边孔采用满堂ϕ48mm钢管支架。其布置为:顺桥轴向钢管立杆间距为0.6m;横桥向边纵梁下钢管立杆间距为0.6m,边纵梁之间间距为0.8m。为保证支架的整体性和稳定性,纵、横向每隔1.5m设一道水平联结杆,同时设置剪刀撑。②主孔充分利用主孔下的既有铁路钢桁梁桥搭设支架。经查阅有关资料及现场调查、测量得知,既有钢桁梁桥跨度为44.34m,桁架两端为斜杆,桥宽5.9m,东侧设有1.5m宽人行道,盆式橡胶支座;新桥桥轴线向西偏离老桥桥轴线82cm,新桥边纵梁底仅比老桥钢桁梁顶高87cm。根据上述情况,经反复比较和检算,决定采用型钢对老桥进行加固、加宽和接长,作为主孔现浇混凝土支架。支架搭设时,首先将支座的上、下钢板焊死,梁底与支承垫石之间用钢板塞死,然后在老桥的上弦杆上架设I55工字钢横梁,并用电焊焊联,再用ϕ22mm圆钢弯制成“U”形箍将工字钢套在老桥的上弦杆上;为使其成为整体,在工字钢两端再用75角钢进行焊联,两端悬出部分在工字钢下加设I20工字钢斜撑。③南边孔为满足万航渡路的交通要求,采用了以工字钢和钢管搭设成门式支架。门洞净宽7m,净高3.5m,立柱采用ϕ300mm钢管。钢管上端与横架在其上面的2-[300mm槽钢焊接成整体,I55工字钢架设在横钢上作纵梁,按两侧边纵梁上各5根,中间1根,每一小纵梁下各1根布置,共15根。(2)分段浇筑,组织施工本桥现浇混凝土量较大,根据桥梁结构和支架的受力特点,采用分段浇筑的施工方法组织施工。现浇混凝土支架在预压稳定并经调整后,才能进行立模和浇筑混凝土。(3)预应力束张拉①预应力束的张拉顺序边纵梁预应力施加受施工工艺、各施工环节及外界其他因素的控制和影响,按先张拉腹板预应力束,后张拉底板预应力束,最后张拉顶板预应力束的原则,分4个批次进行张拉。即首次张拉在边纵梁混凝土达到设计强度和规定的龄期后,主拱肋吊装前,两侧边纵梁对称张拉各3束预应力束;第2次是在主孔内7根小横梁和全桥小纵梁张拉后,两侧边纵梁各张拉2束预应力束;第3次是在主孔支架拆除后两侧边纵梁各张拉2束预应力束;末次是在桥面板混凝土灌筑后,各张拉3束预应力束。②预应力束张拉为保证张拉质量,张拉前要对预应力束进行50%控制应力的预张拉,根据预张拉结果重新计算孔道摩阻力和修正设计伸长量。张拉时,预应力束张拉加载至控制应力的10%(0.13.2钢管拱肋的吊装与安装(1)钢管混凝土拱施工顺序搭设钢管拱肋安装支架→铺设运送拱肋轨道→吊装东侧拱肋→吊装西侧拱肋→吊装风撑→焊接拱肋及风撑→焊缝探伤→灌筑两侧拱脚混凝土→东侧拱肋钢管内浇筑填充混凝土→西侧拱肋钢管内灌筑填充混凝土→安装吊杆→吊杆张拉、封端→拱肋填充混凝土密实度检测→拱肋油漆。(2)钢管拱肋的架设①拱肋吊装、架设支架的搭设在两侧边纵梁已按设计要求张拉好各3束预应力束之后,利用两侧边纵梁搭设安装支架。吊装支架用碗扣型脚手杆,连接杆采用0.9m(横向连接杆)和1.2m(纵向连接杆)长两种规格,立杆采用1.8m和3.0m长两种规格。根据拱肋高度和设置手拉葫芦的需要进行组合,由于每侧边纵梁顶宽仅3.0m,支架搭设只能是3×0.9m(中间的0.9m正好是安装拱肋的通道)。搭设的高度最高处超过12m,为保证支架的稳固牢靠,除了在支架的横向和纵向设置剪刀撑外,在两侧安装支架间设置水平拉杆和斜拉杆,将两侧的安装支架联结成一个整体。由于两侧安装支架的距离宽达6.5m,需增设中间立杆并与拉杆相联结,进一步增强其整体稳定性和刚度,详见图2。②管拱肋吊装、架设顺序东侧拱肋→西侧拱肋→风撑。③每片拱肋吊装、架设顺序①段→②②′段→③③′段→④④′段。具体见图3。④钢管拱肋的架设钢管拱肋的吊装架设是本桥施工的关键和难点,既要保证拱肋线型的绝对正确,又要确保过往船只、行人以及桥下西侧港监房的绝对安全。经反复比较,本着“安全可靠、质量确保、设备简单、操作可靠、费用较少”的原则,决定在边纵梁顶同一平面内支架的横杆上铺设小枕木,上面铺设P18轻型钢轨作为运输钢管拱肋轨道(轨距58cm),用QY16吊机将运至工地的拱肋段吊放至轨道南边上的2台专用小台车(台车宽70cm)的弧形拱肋托架上,用电动卷扬机纵向牵引至吊装位置,再用设置在支架上的手动葫芦将拱肋段提升到设计位置。吊装时,首先按照每段拱肋两端及中间下缘3点的坐标及设计高程(包括预拱度),用全站仪和水平仪在两侧支架上进行标定,当拱肋提升到标定的位置后,立即在拱肋下面架设足够的方木,两侧用脚手钢管及楔形木加以固定,再用垂球和仪器对拱肋的位置、轴线进行检查、校正。全部拱肋段吊装到位并经检查无误后进行焊接。在拱肋提升过程中,碰到支架的横向连接杆时须及时拆、装,以确保支架的稳固。手动葫芦必须是在拱脚钢管内的混凝土灌筑后并达到设计强度时,方可逐步拆除,以保证拱肋位置的正确和安全。⑤钢管拱肋段的焊接在全桥两侧拱肋(含三道一字形风撑)全部吊装合龙后,即进行钢管拱肋段间接头的焊接。拱段间节头采用南北对称施焊,每个节头采用上下、左右对称施焊,钢管对接的纵缝及上、下钢管的环缝均应错开,同时控制好焊接长度、焊缝高度、施焊电流的大小以及电焊条的干湿程度;尤其是对拱脚部位的焊接更要严格控制,防止拱脚焊接偏移,影响受力。焊接完毕后,要对每条焊缝进行严格的超声波探伤检查,确保焊接质量。(4)拱肋钢管内填充混凝土灌筑混凝土采用自密式C55微膨胀混凝土,灌筑时不振捣。①混凝土技术性能要求良好的可泵性,在泵送顶升过程中,能始终保持良好的性能状态;较大的流动性,便于混凝土自动扩展填充;凝固后有良好的密实性,具有良好的收缩补偿性,即微膨胀率不小于收缩率。②混凝土原材料组成42.5级普通硅酸盐水泥;中砂,细度模数2.6～3.0、含泥量不大于1.3%;5～20mm碎石连续级配,压碎率不大于5%,针片状含量不大于5%,含泥量小于1%;水,自来水。③混凝土配合比(表1)④钢管混凝土灌筑施工根据设计,每片拱肋钢管内焊有四处隔仓板,将拱肋分为5段,高差相对较小,拱肋内加劲肋和吊杆锚具支架较多,采用高位抛落法难以保证拱肋混凝土的密实性。因此,决定采用泵送顶升法灌筑钢管混凝土。由于拱顶距两岸地面高达18m,受地形限制,混凝土输送泵距工作面较远,约有70m。为此,采用2台HBT100型混凝土输送泵,按先从两拱脚开始先对称灌筑下段,再灌筑上段,最后对称灌筑中段的顺序进行灌筑。3.3吊杆规格和结构本桥每侧主拱肋下各设7根吊杆,间距6.4m,全桥共14根。吊杆采用挤包双护层大节距扭纹型拉索,规格为SNS-7×85,钢丝标准强度1670MPa,吊杆双护层均为高密度聚乙烯护层(PE+彩色PE),吊杆上端为冷铸墩头锚,下端为墩头锚。(1)硬脆材料的穿码检查①检查清理预留孔对拱肋、边纵梁所有预留孔进行全面检查,消除孔内的焊渣、混凝土等粘附物及管壁内的锈迹,然后用直径与吊杆相同的圆硬木棒穿孔检查。②实测吊杆长度拱肋钢管内填充混凝土灌筑后,应立即对吊杆的长度进行逐根测量,并向生产厂家提供吊杆的实际长度,以便制作。(2)吊杆的穿杆吊杆的安装由钢管拱肋上锚孔自上而下穿出,再穿过纵梁上的预留孔。穿杆时,先拧上拱肋上的冷铸墩头锚的螺母,当吊杆穿过边纵梁的预留孔后,再拧上墩头锚的螺母,并调整校正。在整个穿杆过程中,不得碰、擦伤挤包护层及墩头锚丝螺纹。(3)吊杆的张拉和张拉当钢管拱肋内灌筑的填充混凝土强度达到设计强度的90%时,即可对吊杆进行张拉。施加应力时,由1/4跨向两端对称进行。两片拱肋的吊杆在施加预应力过程中须交叉、对称地进行。(4)边锚头的安装①吊杆张拉结束后,拱肋上的锚孔须用原拱肋钢板进行焊接复原封口,打磨平整,并用油漆涂装,以保持钢管拱外观形状的饱满、圆顺,防止锚头锈蚀。②边纵梁的锚头和锚孔,用环氧树脂水泥砂浆填满、封闭、补平。为确保墩头