城市繁華地段獨(dú)塔斜拉橋施工
2018-04-16
武漢大道是武漢城市道路中崛起的一條全新主干道，它將貫穿市內(nèi)江南、江北，途徑東湖、沙湖、徐東等主干路線，設(shè)計(jì)時(shí)速60公里的城市快速路。按規(guī)劃，武漢大道由市區(qū)道路、三環(huán)線和機(jī)場高速三段組成，全長近44公里。武昌雙湖橋至三環(huán)線三金潭立交的市區(qū)道路長18.3公里，將升級改造。其中，雙湖橋至岳家嘴段為地面式，岳家嘴至三金潭是長距離連續(xù)高架。武漢大道被當(dāng)?shù)孛襟w稱為“武漢最美的大道”。金橋大道跨鐵路橋工程位于漢口地區(qū)東北方，是武漢大道（工農(nóng)兵路～三金潭立交）其中的一部分，是漢口地區(qū)南北向重要的城市快速路進(jìn)出口。在工程范圍內(nèi)，有京廣（客貨）線、合武線等共13股道的電氣化鐵路線與武漢大道橫向交叉，交叉處現(xiàn)狀金橋大道是以8+10+10+8m框架橋形式下穿京廣鐵路，中間兩孔為機(jī)動(dòng)車道，兩側(cè)兩孔為非機(jī)動(dòng)車道和人行道。設(shè)計(jì)中的武漢大道在京廣線K1189＋135處上跨京廣鐵路。根據(jù)與武漢鐵路局方案審查意見，采用138+81+41m單塔雙索面預(yù)應(yīng)力混凝土斜拉橋上跨鐵路。
金橋大道跨鐵路橋工程作為武漢大道的控制性工程，地處武漢市區(qū)繁華地段金橋大道進(jìn)出城口，工程全長僅260米。但是受制于施工場地狹小（兩側(cè)部分民房在紅線以內(nèi)），施工斷面地下（地上）強(qiáng)弱電、管線眾多、上跨鐵路線等復(fù)雜原因，在2009年5月武漢大道沿線部分路段已經(jīng)開始施工的情況下，跨鐵路橋工程施工圖設(shè)計(jì)完成已經(jīng)到了2010年1月，工程竣工要求在2011年8月，可施工天數(shù)僅580多天。在580天內(nèi)，由于工程的特殊性，變更、征地、拆遷、障礙物遷改又用去了60天，工程需要在確保城區(qū)車輛、行人進(jìn)出的重要路口完成一座跨越13股鐵路線的103.5米獨(dú)塔預(yù)應(yīng)力混凝土斜拉橋，其難度可想而知。由于武漢大道的重要性，為了千方百計(jì)確保重點(diǎn)工程按期完成，在控制投資額的前提下，通過優(yōu)化設(shè)計(jì)和施工組織，在前期工期受到較大影響的情況下，加快了節(jié)點(diǎn)工程的施工進(jìn)度，在客觀條件難度極大的情況下，為按期完工，提供了保障。
金橋大道跨鐵路橋工程效果圖
一、橋梁工程設(shè)計(jì)
1.1跨京廣鐵路橋主要結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
（1）結(jié)構(gòu)布置：金橋大道跨鐵路橋工程主橋?yàn)楠?dú)塔雙索面預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁斜拉橋，全長260m，主跨138m，跨度組成為138+（81+41）=260m。從里程K2+346.144至K2+177.6方向由39m寬漸變至49.899m。
（2）主塔：主塔順橋向?yàn)橹浇Y(jié)構(gòu)，橫橋向?yàn)?ldquo;A”型，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。塔高承臺以上為103.5m，橋面以上為79.012m，高跨比為0.57。
（3）下部結(jié)構(gòu)：主塔基礎(chǔ)由塔座、承臺、樁基組成，兩個(gè)塔柱基礎(chǔ)間設(shè)系梁連接。塔座為長方錐臺體，為C40鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。
二、施工圖設(shè)計(jì)優(yōu)化
金橋大道跨鐵路橋工程位于武漢市江北五干道進(jìn)出城的重要路口金橋大道上，斜拉橋以138m的主跨一跨飛越上有13股鐵路線的鐵路框架橋；高達(dá)103.5m的主塔，氣勢磅礴、宏偉，充分展示了大橋本身的結(jié)構(gòu)美。想要在武漢市的繁華地段，工程范圍內(nèi)地下和地上障礙物沒有完全清理的情況下，580天修建一座斜拉橋，是很困難的，隨著工程開工后的深入了解，按期完工幾乎是不可能的。為了在符合設(shè)計(jì)意圖和現(xiàn)場實(shí)際的情況下，對施工圖設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，就是確保工期的前提條件。
2.1取消橫穿金橋大道的承臺間系梁
作為一個(gè)快速發(fā)展的城市，在斜拉橋設(shè)計(jì)之初就必須符合武漢市的城市規(guī)劃，在進(jìn)行專家評審時(shí)，要求在原設(shè)計(jì)中將主塔墩承臺、系梁再下降3m，以確保后湖片的市政基礎(chǔ)建設(shè)（燃?xì)?、自來水等）空間。跨京廣鐵路橋在鐵路涵洞北側(cè)，兩主塔之間用一系梁連接；系梁橫穿金橋大道，尺寸為35.60m(長)×8.0m(寬)×4.0m(高)，預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)。系梁處在現(xiàn)狀金橋大道下約8.0m位置，屬于深基坑施工。
白天7:00～9:00夜晚19:00～21:00
“金橋大道晝夜車流照片”見上圖，圖片中左側(cè)為出城方向，右側(cè)為進(jìn)城方向。
2、取消主塔基礎(chǔ)開挖排樁體系支護(hù)結(jié)構(gòu)
主塔墩緊臨既有鐵路及當(dāng)?shù)鼐用穹课?，基坑支護(hù)采用雙層內(nèi)支撐的排樁結(jié)構(gòu)體系；同時(shí)開挖面位于軟土層，坑底采用水泥攪拌樁進(jìn)行加固處理，對深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)及施工要求高。主塔承臺及系梁深基坑支護(hù)采用雙層內(nèi)支撐的排樁結(jié)構(gòu)體系支護(hù)方案。排樁采用φ800mm的混凝土灌注樁，內(nèi)支撐采用鋼管，采用雙排相互咬合的φ500mm水泥攪拌樁組成的幕墻作為基坑的水平隔水帷幕，由于開挖面處于軟土層，在基坑底采用水泥攪拌樁進(jìn)行加固處理。φ800 mm支護(hù)樁及φ500mm水泥攪拌樁施工與主塔φ2500 mm樁基施工同步進(jìn)行，且要求φ800 mm支護(hù)樁最后一根樁基及鎖口梁施工必須比主塔最后一根樁基施工完提前28天，以確?；娱_挖時(shí)支護(hù)樁及鎖口梁的混凝土強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求。
如果按照以上原設(shè)計(jì)施工，必須要求保證：⑴水泥攪拌樁幕墻地面標(biāo)高，降至與樁基施工地面一致；⑵在主塔樁基施工的同時(shí)，開始水泥攪拌樁、混凝土灌注樁的施工。
為了盡可能節(jié)約時(shí)間，避免因報(bào)告、批復(fù)、拆遷、協(xié)調(diào)完成而引起的巨大工作量，還是從設(shè)計(jì)上找辦法。其結(jié)果是將承臺提高1.8m（已經(jīng)是可能的最大值），將施工周期長達(dá)53天的水泥攪拌樁、混凝土灌注樁，變更為施工周期4天的鋼板樁圍堰施工。經(jīng)過驗(yàn)算、評審、設(shè)計(jì)院符合，均符合相關(guān)規(guī)范要求。
三、施工組織優(yōu)化
金橋大道跨鐵路橋工程要確保工期按期完成，除了經(jīng)濟(jì)因素外，確保工期的施工組織就顯得尤為重要。根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況，采取了以下優(yōu)化措施：
1、主塔樁基施工采用JZK-8型沖擊正循環(huán)鉆機(jī)，并增加數(shù)量，減少循環(huán)。
51#主塔墩共設(shè)2個(gè)墩，每個(gè)墩基礎(chǔ)采用12根φ2.5m直徑的鉆孔樁，有效樁長為70米，每根樁嵌巖約32m。根據(jù)《巖土工程勘察報(bào)告》（詳勘）中描述礫巖主要為石英砂巖、灰?guī)r碎塊，粒徑月1－6cm，呈次圓狀，含量約60%左右；中風(fēng)化礫巖巖石單軸抗壓強(qiáng)度統(tǒng)計(jì)表中所示，基本值數(shù)據(jù)為“max＝13.7 MPa”、“min＝6.6MPa”。原計(jì)劃每個(gè)墩布置4臺沖擊鉆機(jī)鉆孔，平均55天成樁一根,3個(gè)循環(huán)完成，配備1臺50t汽車吊用于材料轉(zhuǎn)運(yùn)及鋼筋籠吊裝、護(hù)筒埋設(shè)等。
現(xiàn)場情況由于拆遷、障礙物遷改等原因，實(shí)際工程開孔時(shí)間距離進(jìn)場已經(jīng)過了50天。由于主塔墩的2個(gè)墩臺，有三側(cè)都有障礙物，分別是鐵路橋、金橋大道機(jī)動(dòng)車道、居民房屋，僅有順橋向大里程方向有5.5米寬的非機(jī)動(dòng)車道可以供施工車輛通行。為了將征地拆遷等原因耽誤的時(shí)間搶回來，也曾考慮過KPJ3000等各種型號鉆機(jī)，但都一一否決了。斜拉橋現(xiàn)場的情況是樁長入巖深，施工場地狹小，受限多，城市繁華地段文明施工要求高，后續(xù)施工場地不能占用等諸多問題。
經(jīng)過認(rèn)真分析，決定還是采用JZK-8型沖擊正循環(huán)鉆機(jī)，采取增加數(shù)量（每個(gè)墩4臺變?yōu)?臺），減少循環(huán)（原計(jì)劃3個(gè)循環(huán)變?yōu)?個(gè)循環(huán)）。施工組織變更后的優(yōu)勢有：⑴鉆機(jī)樁錘重量合適，50噸吊機(jī)站位后，可以在墩位中覆蓋各孔位，如采用其他型號鉆機(jī)，可能要求配超過100噸的吊機(jī)或重新設(shè)計(jì)施工專用起吊設(shè)備；⑵對泥漿循環(huán)場地要求小，城市繁華地段施工寸土寸金，沖擊正循環(huán)鉆機(jī)可以利用孔位循環(huán)，如采用其他鉆機(jī)，泥漿循環(huán)要求專用場地或泥漿箱；⑶鉆機(jī)維修簡便，沖擊正循環(huán)鉆機(jī)維修最多的就是樁錘，僅需要增加2個(gè)備用樁錘配焊工不停循環(huán)補(bǔ)焊即可解決，如采用其他鉆機(jī)，鉆桿、機(jī)身維修裝卸本身就需要花費(fèi)大量時(shí)間。
原計(jì)劃安排（4臺）變更后計(jì)劃（6臺）
相比較原計(jì)劃安排，變更后的施工組織需要另增加1臺50噸履帶吊，專門用于西側(cè)主塔墩，原因是由于場地限制，需要履帶吊進(jìn)入“變更后計(jì)劃”C1和D1處中間，待6臺鉆機(jī)就位后，履帶吊不能進(jìn)出。相比較工程工期而言，增加必要的機(jī)械是必須的。
2、主塔下橫梁模板、鋼筋與下塔柱平行施工
塔身高度（從承臺頂算起）為103.50m，塔身為內(nèi)傾式鋼筋混凝土框架，箱形截面。塔身設(shè)置上、中、下三道橫梁。投標(biāo)施工組織設(shè)計(jì)中，根據(jù)主塔結(jié)構(gòu)特點(diǎn)按如下順序施工：塔座―下塔柱―下橫梁―中塔柱―中橫梁―上塔柱―上橫梁。
下橫梁是塔柱整體結(jié)構(gòu)的一個(gè)重要部分，主塔結(jié)構(gòu)為塔、梁固結(jié)體系，下橫梁即主梁T0節(jié)段，其頂同主梁一樣設(shè)1.5%的斜坡，由于橋梁主跨主梁的加寬，主塔橫向中心線與主梁中心線不重合，主梁中心線處高6m，橫橋向均長42.6m，順橋向?qū)?m。原施工組織中具體施工步驟為：搭設(shè)下橫梁萬能桿件現(xiàn)澆支架→安裝下塔柱勁性骨架(勁性骨架分節(jié)段在鋼結(jié)構(gòu)車間統(tǒng)一制造)→安裝下橫梁支架與勁性骨架的斜撐桿并調(diào)整勁性骨架的傾斜度→搭設(shè)下塔柱施工腳手架→接長主筋，綁扎下塔柱分段鋼筋→安裝下塔柱模板→吊裝砼澆注平臺以及漏斗串筒→澆注混凝土→養(yǎng)護(hù)、鑿毛、拆模→下橫梁模板、鋼筋，其中下塔柱施工30天，下橫梁施工45天。
經(jīng)過工期比選，斜拉橋主塔樁基、承臺、塔柱、主梁、掛索等工序中，工期都是不可調(diào)整的，而且必須是由樁基向上橫梁施工。想要從中優(yōu)化工期的自由時(shí)差是不可能的事情，但是如果能將下橫梁提前施工，做到與下塔柱平行作業(yè)，是否可以節(jié)約下橫梁的時(shí)間，為總工期爭取時(shí)間呢？答案是完全可行的。
在主塔墩承臺施工的同時(shí)，就開始下橫梁支架施工。下橫梁支架采用萬能桿件拼裝而成，直接支承在承臺及道路中間的螺旋管樁基礎(chǔ)上，上設(shè)型鋼縱橫向分配梁，作為橫梁底模平臺。底模支墊均采用鋼結(jié)構(gòu)，以消除非彈性變形和便于拆除。在下塔柱施工的同時(shí)，就開始下橫梁模板和鋼筋的拼裝，待下塔柱第2、3節(jié)施工時(shí)，同時(shí)施工下橫梁，較原計(jì)劃節(jié)約工期30天。
四、總結(jié)
在城市繁華地段進(jìn)行控制性工程施工，總會(huì)面臨現(xiàn)場環(huán)境、交通、房屋拆遷、障礙物遷改等因素對施工的干擾；由于工程結(jié)構(gòu)形式的不同，城市繁華地段施工難度會(huì)大不相同。通過金橋大道跨鐵路橋工程對設(shè)計(jì)、施工組織變更的實(shí)施，在確保重點(diǎn)工程在控制投資額度的情況下，為了按照計(jì)劃工期完成施工，對市政基礎(chǔ)建設(shè)的有效管理作出了有益的嘗試。
