上海长江大桥工程建设中的跨江作业技术

上海长江大桥工程建设中的跨江作业技术

1社会环境因素上海大桥工程是g40条上海公路的重要组成部分。它横跨长江北港，距长江入海口约30公里，距东海大桥约160公里。这是长江入口的第一个大桥。受长江上游的影响,桥位处河床变化较大,桥梁沿线除浅滩外,一般水深在8~10m,最大水深约30m,但也有江中沙洲,随潮水变化时隐时现,受风、浪、流、雨、雾等恶劣天气影响较大;受海潮的影响,淡咸水交替,结构长期暴露于淡咸水交替环境,防腐要求高;中华鲟繁殖群体洄游经过工程建设水域,对自然、生态环境保护难度大;同时通航要求高,设主、辅航道桥各1座,主航道桥要求通行3万吨级集装箱及5万吨级散货船,辅航道桥要求通行3000吨级以下船舶。2非通航孔桥在长江段的整体配置2.1水上作业方式跨江段桥梁全长9.97km,其中南、北大堤之间的距离约8.5km,包括1座主航道桥、1座辅航道桥,其余均为非通航孔桥。主航道桥采用分离式钢箱梁斜拉桥,辅航道桥和非通航孔桥均为梁式桥,分成2幅,每幅桥宽17.15m。水上非通航孔桥长6.70km,占长江北港水域宽度的78%,其设计、施工方案的选定是控制大桥进度、安全、质量乃至造价的重要因素。若采用传统的水上作业方式,材料运输供应、作业场地等受风、浪、流、雨、雾影响较大,不但需要大量施工船舶和作业平台,施工组织困难,质量、安全、工期也难以保证,而且,过多的作业船只长时间的停留还会对长江口中华鲟栖息地产生不利影响。为进一步提高结构可靠性、耐久性、经济性、施工安全性,体现环保节能、以人为本的建设理念,在东海大桥非通航孔桥建设实践的基础上,上海长江大桥工程大规模应用了预制拼装技术,尽可能使桥梁构件大型化、工厂化、整体化、标准化、模数化,将水上作业转化为陆地作业,将现浇施工转化为工厂预制、整体运输吊装,以确保工程质量、工期及施工安全,满足结构耐久性要求,改善施工作业环境,减少对自然环境的影响。2.2交通组织及运输至现场的一体化施工工艺预制拼装是将桥梁构件从其力学特点上划分成合理的节段在工厂进行批量制造,通过水陆交通组织,运输至现场再进行安装并完成可靠连接的一体化施工工艺。施工中尽可能地将节段大型化,更能体现预制拼装在工程建设中的技术经济优势,但节段划分的大小除了体现受力合理的同时,还应考虑:桥位的水深情况、适于预制的场所的选择及设备的吊装能力。2.2.1该桥位于河床上的水文桥位处的河床水文情况及桥梁纵曲线见图1。2.2.2现有预制场地周边预制场的基本情况见表1。2.2.3漂浮臂的最大高度经过东海大桥等几座跨海大桥的建设,我国桥梁装备能力有所提高,除龙门吊等一些拼装设备外,可供使用的大型浮吊见表2。2.3跨钢-混凝土组合梁经综合技术经济比较,根据不同区段的条件选择非通航孔桥型与施工方法:①非通航孔深水区采用70m跨预应力混凝土连续梁,单片最大重量2374t,可在东海大桥沈家湾预制场整孔预制,采用天一号浮吊整体吊装;②近主航道斜拉桥两侧采用105m跨钢-混凝土组合梁,单片最大重量2300t,可在东海大桥沈家湾预制场整孔预制,采用天一号浮吊整体吊装;③堡镇沙浅滩区采用60m跨预应力混凝土连续梁,单块最大重量180t,可在苏通大桥75m节段梁预制场逐段预制,利用驳船逐段运输至现场,采用造桥机逐段拼装;④非通航孔深水区桥墩全部采用钢筋混凝土结构,单节最大重量450t,可在横沙岛长江口综合梁预制场逐段预制,利用驳船逐段运输至现场,采用大型浮吊逐段拼装。3预制装配技术的应用3.1105m预埋梁，单孔预埋梁3.1.1组合梁结构布置近主航道桥两侧桥面离水面高差近50m,从减少阻水、防船撞、建筑景观等考虑,加大跨径更为有利。经比较采用主跨105m钢-混凝土组合连续梁桥,全桥共4联28片,分别布置在主航道桥两侧,跨度布置为90m+5×105m+85m,全长1400m,采用单箱单室截面,其中槽型钢梁采用Q345qD~Q370qD钢材,桥面板采用C60高性能混凝土板,105m跨组合梁标准断面见图2。3.1.2组合梁制作与安装组合箱梁由槽型钢梁与混凝土桥面板通过剪力钉及混凝土现浇缝结合在一起。每孔105m梁共66片桥面板(中板22片,边板44片),桥面板采用C60高性能混凝土,预制完需存放6个月后方可投入使用。钢板在工厂预处理下料,完成板单元制造后,先进行10m节段的拼装、涂装,然后进行整孔吊装段的总拼、涂装,预制场内布置10台门吊及2台运梁台车配合作业。组合梁采用钢梁总拼胎架与钢-混凝土叠合台座分开方式进行,即槽型钢梁在总拼胎架上施工完成后,通过2条滑道顶升并向外横移至叠合台座,在叠合台座上采取4个断面支撑,进行槽型钢梁与混凝土桥面板叠合,完成钢-混凝土第1次结合,第1次结合时除两端10m范围内桥面板用临时扁担固定在钢梁上外,其余桥面板均通过混凝土现浇缝、剪力钉及横向预应力与钢梁结合。待现浇缝混凝土强度及弹性模量达到设计要求后,张拉横向预应力束,再用水平千斤顶顶推横移台车使组合梁整体沿横移滑道滑移至存梁区存放。3.1.3组合梁制作工艺移运箱梁到出海码头,利用运架一体化的3000t天一号海上长距离运输160km至墩位处架设,见图3。为了抵抗浪涌等恶劣环境,采用液压夹持及预应力保险拉索体系等临时固定装置保证梁体运输过程的安全。组合梁在桥位处临时定位后,实行组合梁钢结构全断面焊接、补涂装,并采用墩顶顶落梁工艺,对无纵向预应力筋的长连续叠合梁墩顶负弯矩区桥面板施加纵向预应力,浇筑墩顶处钢梁底板结合段(长20m、厚0.5m的C40混凝土)及顶板现浇缝(20m范围,C60混凝土)混凝土,完成钢-混凝土第2次结合。最后进行桥面铺装。3.270m安装梁，0m3.2.1跨径布置条件深水区非通航孔桥区域水深5~10m,具备采用大型水上设备施工条件,跨径布置为23×70m(南侧)、9×70m(北侧),全桥总长2240m。连续梁6或7孔1联,共64片,主梁采用等高度斜腹板单箱单室截面(见图4),C50高性能混凝土。3.2.2箱梁混凝土浇筑箱梁钢筋采取分2次整体吊装拼接的方案,即底、腹板和顶板分别在扎筋台座上完成。箱梁混凝土浇筑采取泵送混凝土多点输送,严格按照工艺要求进行混凝土的分层浇筑,浇筑施工时应注意控制水化热。在制梁台座上完成部分束张拉的箱梁可移至存梁台座上,再继续进行张拉压浆工作。3.2.3分散板、连续梁结构梁体在养护14d后可以运输,在台座上通过横移、纵移到出梁码头,采用运吊一体化的3000t专用船(天一号)运输至桥位,并将主梁整体吊装到墩顶可调节的临时支座上简支搁放,待箱梁的轴线和标高调整到位后,浇筑墩顶现浇段(湿接缝),张拉负弯矩钢绞线,进行体系转换,落梁于正式支座上,形成连续梁结构。3.360m预备梁，主梁预备3.3.1预制节段拼装pc桥梁结构堡镇沙漫滩区最远处离岸约3km,水深较浅,不能通行施工船只。为减小水上混凝土作业量、利于质量控制、减少对环境污染,经多方案比较后采用32孔主跨60m预制节段拼装PC连续梁桥。该段桥梁总长1920m,6或7跨形成1联分成2幅桥,主梁高3.6m,采用等高度、斜腹板的单箱单室截面。60m跨箱梁标准横断面见图5。3.3.2匹配节段浇筑采用短线匹配法预制节段,即以预制第1节段(起始节段)于固定端模和移动端模之间;在起始节段达到所需强度之后,将其移动到端模位置,将第2节段浇筑于固定端模和起始节段之间(此时,起始节段可称为匹配节段),此工序将使这2段箱梁之间的接合面形成完整的匹配面;重复使用该工序对随后的梁段进行浇筑。节段预制完成后,存放2个月以上以使混凝土完成60%以上的徐变和收缩。3.3.3制作张拉阶段预应力钢束和压浆节段的架设采用SDL60架桥机悬臂拼装T构进行。节段由工厂船运至桥位水上提升站附近抛锚定位,提升站设于70m梁桥两幅桥之间,龙门吊将节段提升至桥面后可直接置于运梁台车,然后台车将节段运输到架桥机主桁架下,架桥机起重天车控制节段的安装。为保证节段拼接缝处的水密性,以避免体内束的腐蚀,拼装时接缝表面采用厚2~4mm双组分环氧树脂拼缝胶找平。在张拉单侧临时预应力后松开起重天车,T构另一侧对应梁段施工后即可张拉永久预应力钢束,并进行预应力孔道真空压浆。每个跨中合龙段两端及边跨与T构端头部位均设置1道湿接缝,其目的是调整悬拼梁长度误差,保证箱梁顺利合龙。湿接缝长20m,采用C55微膨胀混凝土。3.4预制柱3.4.1空心薄墩结构上海长江大桥70m与105m跨区的桥墩采用分节预制拼装工艺,墩身结构形式按高度不同分为1~4个节段设计,最高达到40.6m。墩身为空心薄壁墩结构,采用单箱单室截面,随桥梁跨度的不同,墩柱的断面尺寸及高度等均有所不同。墩身顺桥轴线弧形变宽,墩身的立面示意见图6。3.4.2墩身预制场安装深水区非通航孔桥共有46个桥墩(92个墩柱),根据设备能力并通过经济比选,采用单节墩身的预制高度不大于14m、每个墩柱节段的最大重量不超过400t进行双控,全桥92个墩柱共划分为216个墩柱节段进行预制。墩身预制场选择在距离工地现场较近的横沙岛预制场,采用立式预制法工艺。台座基础为厚30cm的钢筋混凝土板结构,顶面布置混凝土台座,之上再布置钢台座。外模板由模板板面和桁架组成。为加快施工进度,减少由于模板变形引起的墩身结构变化,采用分节伞形收缩整体拼装内模,通过调整顶丝来改变模板外形尺寸,简化模板的安装和拆卸。预制施工时采用专用卡尺及全站仪进行精确控制,减少墩身浇筑及拼装阶段的偏差,墩身安装的准确定位采用短柱强制对中。3.4.3墩身节段安装控制墩身的出运采用立式装船运输工艺,由于墩身长细比大,保持构件的稳定性是运输的关键。预制场到码头间的纵向移动采用安装限位装置的平台车。运输驳船采用5000t自航深舱舶,在舱内对构件进行固定。第1节墩身节段安装质量决定整个墩身的质量,首先在墩身范围内精确设置6个控制点,见图7,这6个点的相对高差为0,以控制墩身的垂直度,同时兼作导向装置,以控制墩身的平面位置。由于墩身分节安装,墩身垂直度及标高控制是测量控制的关键环节。为满足规范对安装精度的要求,使用3台全站仪同时观测墩身平面位置及垂直度。使用起重船吊装时,通过导向柱调整平面偏位,采用安放在4个角的4台液压千斤顶进行垂直度的控制,密切配合测量。墩身节段与承台之间及墩身节段之间的连接(湿接缝)采用现浇施工工艺。湿接缝壁厚100cm,内侧高190cm,湿接缝外缘尺寸与墩身外缘尺寸相同。应保证混凝土湿接缝的外观质量。4施工质量的保障(1)桥梁结构预制拼装技术具有高效、安全、优质、快速、环保的特点,已成为当今世界桥梁建设的发展趋势。上海长江大桥采用预制安装的桥梁长度达5.56km,占跨长江北港水域非通航孔桥梁长度的83%,采用工厂预制、现场安装的桥梁一体化施工工艺,为施工人员提供良好的作