行业要闻

 

【摘　要】赵家沟大桥为轨道交通六号线和浦兴路道路交通合建桥梁,是目前上海轨道交通跨度最大的公铁合一的钢筋混凝土预应力拱桥,主桥跨度88 m,全桥长441. 29 m。桥梁基础采用钻孔灌注桩和PHC管桩,下部结构为承台、立柱、盖梁,引桥上部结构为后张预应力混凝土箱梁,主桥上部结构为一孔下承式预应力钢筋混凝土简支四榀系杆拱。文中主要介绍赵家沟大桥工程概况、设计施工方案、监理质量控制点和针对性措施、桥梁检测技术等,还对钢筋混凝土预应力拱桥的施工监理技术要点难点进行了分析和研究。

【关键词】钢筋混凝土预应力拱桥,施工要点,监理措施,桥梁检测

 

1、工程概况

      赵家沟大桥为上海轨道交通六号线和浦兴路道路交通合建桥梁,是目前上海轨道交通跨度最大的公铁合一的钢筋混凝土预应力拱桥,主桥跨度88 m,全桥长441. 29 m。主、引桥横断面布置按远期规划六快两慢,桥面全宽51. 6 m,引桥每幅宽16. 75 m。桥梁孔跨为5孔30 m后张预应力混凝土组合箱梁+1孔25 m后张预应力混凝土组合箱梁+1孔88 m预应力混凝土下承式系杆拱桥+1孔25 m后张预应力混凝土组合箱梁+5孔30 m后张预应力混凝土组合箱梁。主桥结构形式为一孔88 m下承式钢筋混凝土简支四榀系杆拱桥,两边拱内倾,两中拱外倾,边拱与中拱间设五道横向风撑。主桥拱肋为矩形断面,高230 cm,宽130 cm,每道拱肋布置15根吊杆。四道系杆断面高180 cm,宽130 cm。全桥设17道预应力混凝土横梁,分别为2道端横梁和15道中横梁,桥面板为整体桥面板。引桥采用30 m和25 m后张预应力混凝土组合箱梁,梁高分别为150 cm, 130 cm,桥面横坡为2%的单向横坡。桥墩盖梁采用预应力混凝土倒T形盖梁,主引桥之间设1孔桥面变宽跨过渡,主桥两侧设两幅上桥折梯,折梯净宽1. 5 m。

      赵家沟大桥桥址现为候闸区,水面宽42m,两侧河岸为土质河岸,局部设有浆砌片石护岸,河道两岸地形略有起伏,以农民菜地和民居为主,间有零星乡镇企业厂房。工程场地地处长江三角洲入海口东南前缘,地貌属于滨海平原类型。地基土属第四纪松散沉积物,工程场地20m深度范围内有饱和砂质粉土,地基土不存在震动液化可能。场地浅部地下水属潜水类型,地下水静水位埋深0.50~1.15m,相应标高为3. 55~2. 86 m。工程场地内未有环境污染源,地下水对混凝土基础无腐蚀性。

2、设计施工方案

      赵家沟大桥基础分主桥和引桥两部分,主桥基础采用直径1 000 mm钻孔灌注桩,桩长63 m,桩数82根,桩端持力层至⑧_2-2层,混凝土强度水下C30。引桥基础采用直径600mm PHC-AB及A型管桩,混凝土强度C80,桩长37 m,桥台68根,桥墩220根,桩端持力层至⑦_1-2层。

      主桥基础承台尺寸48. 6 m×6. 6 m×2. 5 m(长×宽×高),承台顶标高3. 2 m,混凝土量方802 m³,C30混凝土。6号承台基坑距河道5 m,基坑施工采用四周钢板桩围护,围护材料选用30号槽钢, 7号承台基坑采取1∶1. 5放坡大开挖,基坑底沿四周设200 mm×300 mm排水沟,两端设集水井。引桥承台尺寸8. 8 m×4. 5 m×1. 8 m,采用常规组合定型钢模板拼装施工工艺。

      主桥立柱高5. 71 m,平面尺寸2. 5 m×3 m,横系梁断面1. 5 m×1. 5 m。引桥立柱平面尺寸1. 2 m×1. 4 m,最大柱高5. 467 m,立柱采用定性钢模板,泵送混凝土浇筑一次到顶。盖梁为倒梯形,尺寸2. 2 m×2. 1 m,盖梁采用落地满堂支撑施工方法,主桥横系梁、引桥盖梁、桥台模板采用双面覆合九夹板,主桥端横梁外模采用新双面覆合九夹板。

      根据赵家沟航道现状,以及主桥双提篮系杆拱的特殊结构与拱肋为钢筋混凝土的构造特点，从施工技术条件、施工质量控制及施工工程费用等方面考虑后,决定采用先拱后梁、先横梁后纵梁的施工方案:搭设拱脚处支架和临时墩,施工端横梁和拱脚;搭设拱肋满堂支架,在支架上施工拱肋现浇段;施工劲性骨架风撑,再吊装横梁预制节段,现浇系杆、桥面板成整体。主桥拱肋弧长96. 68 m,高230 cm,宽130 cm,断面为矩形,顶面高程为29. 78 m,拱脚中轴位置标高11. 123 m。每相邻两片拱肋间设五道风撑,风撑断面1. 2 m×1. 393 m,各风撑间距10. 2 m,长度分别为10. 62 m, 10. 06m, 9. 87m。主桥拱肋采用整体支架现浇施工工艺,每道拱肋分三个浇筑段浇筑。现浇支架分为两部分,陆地部分在地基加固基础上,搭设满堂Φ48×3 mm钢管排架,每道拱肋支架搭设宽度6 m,为双立杆,搭设间距为500 mm×450 mm,步距1. 25 m,搭设高度为原始地坪至拱圈下方。水上部分Φ48 mm×3 mm满堂支架搭设于河道上方的三跨18 m三排单层加强贝雷架上, 18 m贝雷架支架为双立杆,间距550 mm×350 mm,步距1. 25 m, 36 m贝雷架支架为单立杆,间距400 mm×350 mm,步距1 m。贝雷架上下纵横向支承钢采用[20a槽钢、[30a槽钢。贝雷架支座处立柱采用H500×200型钢拼装,立柱间设纵向及横向联结系。每片拱肋共设A-D轴8根立柱,每轴上2根,每立柱正下方对应布置一组桩基础,全桥共计4排32根桩,赵家沟河道为16根钻孔灌注桩,驳岸为16根PHC预应力管桩。

      施工过程中,为检验拱肋支架的承载力,确定拱肋支架搭设预拱度,对搭设支架进行承载力预压。陆地支架采用Φ32 mm钢筋预压,吊车装卸,水上部分采用钢板自制水箱注水预压。支架体系预压需监测,监测主要包括以下内容:

      (1)支架预压阶段:监测贝雷架及整体支架的向下挠曲变形量,获得拱圈支模抛高值;同时,检验各桩基沉降是否在规范允许范围内。观测点布置在组合立柱上,距离桩基帽梁面上1m位置。每根立柱设置一点。在贝雷架每跨跨中、1/4跨、3/4跨位置的节点上设置观测点,三跨共设置18个观测点。预压完成后,根据预压后的挠度变形值,将拱肋模板下钢管高度计入预拱度,并精确定位,预拱度的计算值=相应部位预压挠度变形值-预压卸载后残余变形值。监测数据表明,随着荷载的增加,各监测点的沉降量也随着增加,至加载100%后沉降基本到位,加载后24 h和48 h内沉降量增加不多,基本在2~4mm,随荷载的卸载,可见明显的回弹,最终的沉降量均小于10 mm。拱肋预拱度抛高值3.1~34.8mm。

      (2)拱肋浇筑阶段:监测拱肋底模下方位置支架处的变形量,确定各观测点拱圈下沉变形值,观测施工的成拱曲线是否能满足设计成拱曲线。同时,观测拱脚处两个端横梁下盆式支座的向后位移,按允许位移2 cm来控制。观测点布置在拱肋底模下,设置在有吊杆孔的位置,每间隔一根吊杆布置一个观测点,每条拱肋设置7个观测点。监测数据表明,混凝土浇筑至监测点附近时,监测点的变形较大,浇注完成后监测点的随后变形量较小。从变形的方向看,垂直方向的变形量较大,最大值达-30 mm,与预计的沉降量基本一致。桥墩支座的变形量较小,一般在2 mm左右。

      桥梁施工需在系杆上部安装临时预应力钢束,预应力钢束锚固于拱脚后端,在拱肋支架搭设前安装。临时钢束边拱37束,中拱34束,张拉时作监测拱肋变形,以防止拱顶出现向上位移。临时束在以下各施工工序阶段进行张拉:①浇筑拱肋混凝土;②浇筑风撑混凝土;③吊装中横梁。

      引桥箱梁采用30 m和25 m后张预应力混凝土组合箱梁,全桥预制箱梁144榀,每榀箱梁重65,t箱梁支座采用板式橡胶支座。预应力混凝土中横梁30榀采用T形截面,上翼缘为整体桥面板,下肋为矩形截面,宽70 cm,高150 cm,预制横梁自重105 t。箱梁、中横梁委托上海市建筑构件制品公司第三构件厂制作。箱梁安装采用吊机吊装方案,中横梁安装采用吊杆安装千斤顶顶升方案。

      桥面结构由系杆、横梁、桥面板组成,每道系杆由15段预制纵梁和16块纵梁湿接头组成,每两道横梁间设一个60 cm长的湿接头。全桥系杆湿接头64个,横梁湿接头15个,机动车道板厚25 cm,加腋45 cm×15 cm,非机动车道、人行道板厚30 cm,内置Φ1 mm×6 mm×5 mm的无缝钢管,满足通信电缆、低压电力电缆过桥要求。机动车道板设扁束。主桥浦兴路桥面的机动车道铺装采用8 cm厚改性沥青混凝土,非机动车道桥面铺装及引桥铺装采用6 cm厚改性沥青混凝土。

3、分部分项质量控制点和关键工序针对性措施

3. 1 大桥工程关键分部分项质量控制点

      1)基础工程

      主要控制桥梁各构筑物的控制轴线位置,基坑(桩基成孔)的质量及基础实体工程的施工质量。

      (1)基础的控制轴线位置:主要控制好各墩、台基础的平面位置和高程,以保证其平、立面的位置及偏差符合设计文件和质量标准的要求。

      (2)基坑的尺寸、标高和天然地基的承载力满足设计图纸和质量标准的要求。

      (3)桥梁打入桩质量:严格按验收程序做好工序的自检和隐蔽,做好桩身混凝土质量和桩基承载力的检测,对发现桩身混凝土有缺陷或断桩或混凝土强度不足,需做妥善处理。

      (4)桥梁钻孔桩质量:钻孔桩正式施工前进行试成孔(监理旁站),审批试成孔报告,对钻孔桩定位、成孔、泥浆比重、钢筋笼、混凝土材料及其灌注等各道工序进行旁站监理,并独立做好记录。每道工序须经监理工程师认可后方可进行下一道工序施工,严格按验收程序做好工序自检和隐蔽,做好桩身混凝土质量和桩基承载力检测。

      2)桥墩、承台、柱等主体构筑物工程

      (1)主要控制其平面位置,控制点(面)的高程和构筑物实体质量。

      (2)主体构筑物的平面位置和控制点(面)的高程:各墩、台、柱的平面位置和主要控制点(面)的高程及其偏差必须符合设计图纸和质量标准的要求,对有差异的采取有效措施处理。

      (3)各墩、台、柱的实体质量:主要控制模板支撑质量、钢筋骨架的制作和安装质量、混凝土浇注的质量,做好每道工序的检查和验收。

      3)上部结构工程

      (1)对钢筋混凝土和预应力钢筋混凝土桥梁结构而言,主要控制模板支架的安装质量、混凝土配合比、钢筋及预应力钢筋的制作与安装、混凝土浇筑工艺、预应力施加、构配件及设备的选用和验收等。

      (2)模板支架的安装:应根据钢筋混凝土和预应力混凝土桥梁结构的形式、跨度、施工荷载和施工工艺等因素,选择强度、刚度和稳定性均能满足施工质量和安全要求的模板和支架。

      (3)混凝土配合比:按技术要求设计配合比,严格控制施工配合比,选用性能优良的拌合设备生产混凝土或选择信誉佳的商品混凝土供应商。

      (4)钢筋和预应力钢筋的制作与安装:对钢筋的钢种、规格、数量、长度、安装位置等认真检查,使之符合设计及质量标准。

      (5)混凝土浇筑工艺:对混凝土的拌合、输送、振捣和养护等工艺进行严格控制。

      (6)预应力施加:加强张拉设备和锚、夹具的质量控制,加强张拉操作过程的控制,做好预应力张拉的监测,监理人员到场旁站监督张拉过程,签认相应的记录和验收资料,对预应力线材、锚、夹具、张拉设备等,认真查验其出厂合格证、质量保证单及使用说明书,用于测量、试验和张拉设备按规定的标定周期送计量单位标定。

      4)现浇拱肋构件

      控制拱肋支架搭设预拱度、临时预应力钢筋和普通钢筋骨架制作安装质量、现浇构件质量以及平面位置和高程。

      拱肋的现浇:采用整体放样分段现浇,中间3个拱肋现浇节段,应带有0. 5m长的风撑段,整套施工工艺应严格按验收标准操作规程,拱肋的断面尺寸矢跨比确认无误后,制模扎钢筋,浇筑混凝土,各道工序按程序自检合格后报监理确认,方可进入下道工序验收。

      5)型钢骨架风撑的安装

      焊接质量控制,定位控制坐标和高程,严格控制混凝土配合比和拆模时间。拱肋合拢温度控制在15℃左右。

      6)中横梁预制与吊装

      预制厂预制,整体放样,分三段预制,节段间留60 cm宽湿接头及55 cm系梁钢筋的焊接长度及各种预埋件。吊装严格按设计吊点及支点对称吊装,严格按先后顺序吊装。

      7)吊杆施工

      吊杆上下导管及锚垫板在横梁安装时精确定位安装,吊杆为单端张拉,吊杆下料长度须精确计算,保证一端锚杯能够满足调节需要。主桥施工张拉系杆顶层钢束及临时束时,监测拱肋变形。

      8)组合箱梁施工

      严格监控组合箱梁预埋件,预制箱梁混凝土强度达到100%方可张拉预应力,为防止组合箱梁与现浇桥面混凝土由于龄期不同而产生的收缩差,两侧龄期差不大于三个月。

3. 2 大桥主引桥关键分项工序针对性监理措施

      主引桥关键分项工序针对性监理措施参见表1。

4、桥梁检测

      桥梁检测  主要内容包括静载试验、动载试验、自振特性测试、恒载吊杆力测定。

      1)静载试验

      静载试验以测量桥梁结构在静力试验荷载作用下的变形和内力,了解结构实际性能如结构的刚度、强度等。

      试验荷载:检验结构承载能力是否符合设计要求,采用基本荷载加载。在四分点、跨中和拱脚断面的最不利弯矩和轴力组合均达到设计正常使用荷载的80% ~100%。加载车辆选用18辆载重车(每辆总重280~300 kN)作为道路幅的加载车辆,轨道交通的加载车辆选用两组每组四节轨道交通车辆组(轴重140 kN)。

      测试内容:

      (1)按四分点正弯矩最不利加载位置(对称和偏心)布载测量全桥梁、拱的变形、四分点断面的钢筋混凝土拱应变(力)、四分点断面系杆混凝土应变和四分点断面若干根吊杆的活载下拉力。

      (2)按跨中正弯矩最不利加载位置布载测量全桥梁、拱的变形、跨中断面的钢筋混凝土拱应变(力)、跨中断面系杆混凝土应变和跨中断面若干根吊杆的活载下拉力。

      (3)按四分点负弯矩最不利加载位置布载测量全桥梁、拱的变形和四分之三断面的钢筋混凝土拱应变(力)。

      (4)按拱脚负、正弯矩最不利加载位置布载测量拱脚断面的钢筋混凝土应变。

      2)动载试验

      动力荷载试验包括行车试验、跳车试验、制动试验,通过试验内容综合判定桥梁在动荷载作用下的动力响应。

      动载试验内容:行车试验同时进行汽车和轨道交通车辆行车加载。道路采用单幅桥横向匀速并进1辆和2辆载重车以10 km/h为一档,分对称和偏心两种工况过桥,车速20 km/h, 30 km/h,40 km/h,…(至最高可行时速)。轨道交通四辆车组以10 km/h为一档,以单线工况过桥,车速20 km/h, 30 km/h, 40 km/h,…(至最高可行时速)。测试四分点和跨中截面拱肋和桥面的动应变时程曲线、动挠度峰值、横向振幅和加速度。

      跳车试验:采用单车和双车以30 km/h和40km/h的速度超越四分点和跨中断面为5 cm,宽30 cm的半正弦曲线木板,模拟道路桥梁运营过程中桥面不平整。测试四分点和跨中截面拱肋和主梁的动应变时程曲线和动挠度峰值,同时记录竖向及横向振动的强迫振动(频率、阻尼等参数)。

      3)自振特性测试

      拟采用环境随机振动方法,测试桥梁结构自振频率、阻尼等参数。

      4)恒载吊杆力测定

      采用随机振动方法测定吊杆的恒载力。

      根据静动载试验,对赵家沟大桥的承载能力、动力特性等结构性能评价如下:

      (1)在不利试验加载情况下,结构变形微小,挠度比小于同等桥梁L/1500的限值要求。

      (2)在试验荷载作用下,各控制截面测点的变形、应力增长与荷载成线性关系,说明结构处于弹性工作状态。同时用肉眼观测未发现裂缝,结构工作状态良好。

      (3)结构挠度、应力校验系数大部分在0. 7~0. 96(有少部分校验系数较小,在0. 5左右,主要原因是挠度、应力很小,误差较大,但这些不为控制值),说明结构设计合理。在设计荷载作用下,结构处于安全工作状态。

      (4)结构横向、竖向实测频率均大于理论计算频率,横向基频率理论值为0. 81 Hz,实测值为0. 93Hz;竖向基频率理论值为1. 29Hz,实测值为1.56Hz。实测阻尼比平均值为0. 026 01。表明结构整体性好,实际结构刚度比设计计算的刚度大。

      (5)恒载吊杆索力分布均匀,实测应力均小于设计值,并且有较大的安全储备。边拱吊杆拉应力最大值为549. 04MPa,安全系数K=3. 1;中拱吊杆拉应力最大值为494. 14 MPa,安全系数K=3. 4。吊杆的强度是足够的。

      综上所述,测试数据表明赵家沟大桥主桥在试验荷载作用下,结构处于安全工作状态,其承载能力与动力性能达到或超过了设计的要求。

5、结 语

      赵家沟大桥设计美观,结构新颖是轨道交通六号线的一颗明珠。可以预见,这种类型的桥梁将会在城市基础建设中得到更多的应用。本文介绍的赵家沟大桥主引桥施工方案、监理质量控制点与针对性措施以及桥梁检测等方面的关键技术与经验可为今后类似工程提供参考。

 

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