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關鍵詞:建設改造 馬恒河改道 結構設計
中圖分類號:TB482文獻標識碼: A
0前言
南區街道位于廣東省中山市中心城區南部,面積8.73平方公里。南區工業堅持以電梯產業為發展重點,由市電梯工程研究開發中心和區機電產業技術中心組建電梯特色產業基地服務機構,建設成為省火炬計劃電梯特色產業基地(中山)。因此,電梯產業的地塊規劃與建設,對南區尤為重要。而位于珠江口的中山市,市內明暗河道無疑比一般城市多,地塊的改造利用過程中或多或少需要對河道的局部改道,同時在這樣的城市建設過程中,也不可避免地遇到過去設計的并且還在使用的敏感結構物,這使得現需實施的工程設計難度加大。
1工程概況
馬恒河位于中山市南區,其中段貫穿馬嶺蒂森地塊,該地塊為南區蒂森電梯有限公司科研用地,因原河道路線影響的該地的整體開發,因此南區政府委托我院對地塊內的河道進行改造。工程設計河道總長291.78m,過水斷面前半段6m×2m,后半段4m×2m,工程造價約500萬元。
2工程技術難點
2.1工程環境難點
馬恒河改道工程路線方案經過與南區政府和蒂森電梯有限公司幾次協商后,最后只能順105國道東側人行道北行,再東轉緊挨河浦工業區24米道路南側人行道,最后接回原馬恒河,即在蒂森電梯有限公司用地邊緣繞過。河道結構的選用前后經歷幾次變化,施工方案也因現場情況而改變。原來選用箱涵結構,再用鋼板樁支護開挖施工方案,但因改道后馬恒河旁有一D800的老式混凝土給水管,距離馬恒河最近2.5m,該管對土移極為敏感,一旦因旁邊施工造成土體發生位移而引起該混凝土管接口脫位,后果將十分嚴重。為保證本工程施工對該給水管無位移影響,因此經論證,對于鄰近該管的河道,采取支護樁進行支護,樁間設互相咬合的攪拌樁,而另一側條件允許,則選用輕型橋臺結構,以減少造價,最后在支護樁與輕型橋臺之間搭起蓋板,形成河道,而整個施工方式歸納為半逆作法。如此一來,支護樁后土體可以做到幾乎沒有位移,渠道施工不會對混凝土給水管造成影響。
2.2結構荷載難點
改道后的馬恒河位于將要建設的蒂森電梯公司用地下面,根據蒂森電梯有限公司提供的場地內標高和汽車荷載,如按給排水專業提供的過水斷面高度設計結構,將造成以下局面:結構覆土厚度1.5m~2m、上面走公路—I級汽車荷載。這將要使得河道蓋板的配筋設計十分復雜,也使得地基承載力要求比較高,因此,經過商討,最后決定提高過水斷面高度,減少覆土厚度,以減少蓋板的承重。
3主要技術標準
荷載等級:人群荷載3.0kN/㎡;公路—I級汽車荷載①
設計基準期:100年
設計使用年限:50年
設計安全等級:二級
環境類別:Ⅱ類
抗震等級:7度防震,地震加速度0.10g
6m寬河道長度:171.78m
4m寬河道長度:115.46m
支護樁及冠梁、輕型橋臺結構:C35
現澆蓋板:C40
鋼筋:熱扎HPB300、HRB335的普通鋼筋
4工程地質情況
素填土:非人工壓實填土,性狀不穩定,均勻性差,土質不均勻,結構松散,新近填土,地基承載力低;
可塑狀粘土:可塑狀,修正標貫擊數標準值為7.8擊,層位穩定性及厚度分布均勻一般,屬均勻性一般的土層。壓縮模量平均值為3.83MPa。
稍密粗砂:稍密狀,修正標貫擊數標準值為9.0擊,層位穩定性及厚度分布均勻較好。
中密礫砂:中密狀,修正標貫擊數標準值為12.6擊,層位穩定及厚度分布均勻一般。
強風化花崗巖:強風化,修正標貫擊數標準值為37.0擊,層位穩定性及厚度分布均勻好。
5河道結構設計
5.1河道總體構造
根據前面所說本工程的技術難點,本設計以渠底標高為控制,蓋板頂面以蒂森電梯公司提供的廠內地面設計標高低0.8m為原則,對于鄰近D800給水管一側,采取支護樁進行支護,樁間設互相咬合的攪拌樁,而另一側條件允許,則選用輕型橋臺結構,以減少造價,最后在支護樁與輕型橋臺之間搭起蓋板,并在渠底支護樁與輕型橋臺承臺之間增設撐梁,如此形成改造后的馬恒河河道。
5.2蓋板設計
蓋板是直接的受力構件,因此蓋板的設計尤為重要,而蓋板底面又是臨水面,因此裂縫的控制是設計的基本控制因素。本結構分縫間距為10m,蓋板屬于單向板,結構簡支,計算時截取流水方向每延米計算,根據0.8m直徑的支護樁和0.7m厚的輕型橋臺臺身,6m寬河道蓋板厚度0.6m,荷載簡圖如下:
同理,4m寬河道蓋板的計算跨徑為4.75m,蓋板厚度0.5m,然后我們得出了如下計算結果②:
是否進行斜截面驗算 跨中彎矩
所以,蓋板配筋主筋也就確定下來,加上分布鋼筋以及滿足各項構造要求,蓋板配筋設計完畢。
5.3支護樁設計
支護樁設計按上部支撐的樁式支護模型計算,即按基坑有蓋板作橫撐時的情況進行設計計算。根據現狀地面標高及河底設計標高,支護樁高出河底長度分2.4m和3.2m兩種進行計算。由于基坑深度不大,土壓力計算按庫倫土壓力,粘性土需要換算等值內摩擦角。
支護樁直徑0.8m,間距2m。為提高樁的鋼筋利用率,本設計支護樁配筋按非對稱非均勻布設③,這也是本設計最大的特點。支護樁間設置3根打至河底以下2m的互相咬合11cm的攪拌樁,以提高支護樁的整體性和抗土體能力,其布置平面圖如下:
5.4其他部分設計
這部分包括支護樁的樁長計算、輕型橋臺結構以及撐梁等的設計,還有構造規定等,這部分都比較常規,在這便不再詳述。
6河道施工簡述
6.1施工步驟簡述
為避免馬恒河施工擾動D800給水管,引起給水管漏水,造成十分嚴重的后果,本工程的施工必須嚴格按照如下順序施工:
實施攪拌樁;
待攪拌樁還未結硬時候實施支護樁;
實施樁頂冠梁;
待樁達到設計強度后,開挖樁前設計放坡線以上土方,施工輕型橋臺結構;
輕型橋臺結構達到設計強度后,實施現澆蓋板;
分層壓實回填輕型橋臺后的填土平蓋板;
挖部分土實施撐梁;
撐梁達到設計強度后,挖除渠范圍內剩余的土;
實施攪拌樁前混凝土;
實施撐梁間渠底鋪砌。
整個施工方式可歸納為半逆作法,為直觀地表達施工步驟,改造后的馬恒河橫斷面如下:
6.2設計對施工的建議及注意事項
施工時建議先施工一段渠(至分縫處),然后清除渠內剩余土形成最終渠道,再施工下一段,宜從中間往兩端實施以便出土。撐梁的實施需要快。
施工期間,必須做好嚴格的監測管理工作,通過動態信息管理,對監測數據及時處理。需監測項目有:周圍地下管線位移、土體側向變形、樁頂水平位移、樁頂沉降、地下水位觀測等,工程施工前應做出完整的監測方案。
7結語
中山市南區排水渠(馬恒河改道)工程設計,對于渠道、地質來說,并不是一個復雜的設計,但是由于鄰近一條D800的給水管,使得工程的難度驟然增大,工程安全等級也增大,工程造價也必然增大,這使得在選用河道結構時,必須以防止給水管的擾動為前提,再考慮經濟性,從而得出本設計的河道結構。
①荷載及其分項系數的選取根據《公路橋涵設計通用規范》JTG D60-2004。
為全面提高上海城市環境質量,上海市政府制定了相應的環保行動計劃,要求以完善環境質量為目標,實現人力、物力、財力、政策的高度聚焦,在重點領域、重點項目、重點地區實現突破,從而帶動整個計劃的實施,力爭通過三年時間的努力,使上海的環境質量向前邁出一大步。三年行動計劃中水環境整治的重點是加快污水處理廠和管網建設,以及全市中小河道整治的步伐,加大截污治污力度。
作者所承擔的上海市某污水廠改造工程位于上海市中心城區的西部,服務于蘇州河市區段上游地區,上世紀80年代建成投產。隨著環境法規的日益健全和完善,該廠的處理能力(主要是磷氮)已無法達到新的國家標準,即2003年7月1日起實施的《城鎮污水處理廠污染物排放標準》(GBl8918-2002),污泥處理的現狀也難以為繼。
2、項目范圍和工程內容
在全市加速推進環境建設的大背景下,經有關部門批準,實施該污水廠深度處理改造工程。即將污水廠原采用的常規或活性污泥法處理工藝(處理規模為7.5萬m3/d),改為改良型兩段法污水處理工藝,處理規模不變。
改造內容包括污水的脫氮除磷深度處理、新增尾水消毒工藝、增加污泥脫水減量化處理設施,以及對污水、污泥處理過程中產生的臭氣進行收集和脫臭處理。土建工程主要分為三種:一是原有構筑物拆除;二是新建部分構筑物;三是老構筑物改造。
3、影響質量的幾個問題及控制措施
從改造工藝的內容上我們可以看出,既有原構筑物的改造、拆除,又有構筑物的新建。其內容非常復雜,施工難點重點較多。優良的工程質量不僅要有優良的材料和設備,還要有優良的施工質量,而施工質量是在施工過程中產生的,不是靠事后檢驗出來的。因此,必須對施工過程要有嚴格的控制方法和手段。施工單位的施工組織設計和監理單位的監理規劃,對工程質量從方法和制度上起到了指導和保證作用。但是,由于該工程難點多,難度大,一個施工組織設計和一個監理規劃很難將整個工程的過程和要素包含在內。為保證工程質量和進度,監理單位要求施工單位對地基處理、管道工程、主體結構等編制專項施工方案,監理單位也針對每個重點難點相應編制了管道工程、地基處理、主體結構、測量等多個監理實施細則。
每個專業質量監理細則都具有較強的針對性,它對施工過程中每一道工序的質量控制方法和檢查方法均有詳細的敘述;對施工質量的檢查不僅有質量指標,還要有檢查方法,檢查工具,檢查頻率;還明確對哪些工序進行抽檢,哪些工序進行必檢。同時明確規定,未經施工單位質檢人員檢查的工序,監理人員不予檢查:上道工序未經檢查,禁止進入下道工序;監理人員對未經檢查的工序工作不予承認,也不予驗收,并且有權制止工程施工。為提高工作效率和施工人員的質量意識,由監理工程師檢查的工序,必須由施工單位質量檢查員持工序報驗單向監理單位申請驗收,監理單位在10min內派員檢查驗收。
影響該工程質量的問題主要有:
(1)地基處理。現場土質情況差異較大,既有老土地基,又有回填土地基,各種建構筑物的地基處理方式隨土質情況的不同而各異,既有水泥土攪拌樁復合地基,又有砂墊層換填地基。受現場條件影響,一些新建構筑物坐落在新老地基之上,如曝氣沉砂池的基礎有1/3坐落在老曝氣沉砂池之上(己拆除利用其基礎),另有2/3坐落在砂墊層換填地基之一。可見,如地基處理和控制不好,易產生不均勻沉降,影響構筑物的結構安全。
(2)管道工程。根據有關要求,該廠實行不停產改造,改造內容分階段分組實施,改造完成一組投產一組。在新管道敷設的同時要保護好正在使用的老管道,另外需敷設大量臨時管道,而現場場地狹小,地下情況復雜,土質不明。因此管道敷設的難度和影響很大。
(3)結構裂縫控制。該工程多為盛水構筑物,因而對結構的抗滲性要求高。
(4)沉降監測。由于現場施工場地狹小,廠區內建構筑物較多,相距很近;且原有構筑物在長時間運行后一下子放空會有上浮現象產生。因此沉降監測變得尤為重要,且工作量很大。
污水處理構筑物抗滲性的好壞往往影響構筑物的使用功能。據此監理單位將結構的裂縫控制作為監理重點,事前對混凝土攪拌站進行資質審核和現場考察,考察重點是攪拌站的規模、供應能力以及是否做過同類型的工程。同時根據設計對外加劑的要求,選定符合要求的外加劑進行配合比試驗,最后確定摻加HEA微膨脹劑,摻加量為10%。在施工過程中對進場混凝土嚴格執行材料報驗制度,質保資料必須與商品混凝土同時到場,并進行坍落度檢測,使之控制在規范要求以內,不符合要求的立即退場。在整個澆筑過程中要求施工單位必須保證連續、不間斷澆筑,合理安排振搗人員,做到振搗均勻,不漏振。監理實施全過程旁站,并做好旁站記錄。澆筑完成后,督促施工單位落實專人做好養護工作。
針對測量工作量大的問題,特別抽派人員成立測量小組,由專業測量工程師負責,每天觀測一次,觀測結果直接向業主和設計方反映,做到準確及時。
4、影響進度的幾個問題及控制措施
該工程作為上海市第二輪環保三年行動計劃重點項目之一,明確要求在規定工期內竣工投產,這是市政府向上海人民做出的承諾。因此對進度要求的重要性不言而喻。要確保工期順利完成,土建工程更要提前,為設備安裝和調試留下足夠的時間。但改造工程在實施過程中,進度控制存大較大困難,主要原因是:
(1)工程復雜,內容多而細,施工人員數量難以準確控制,難以合理安排工序。
(2)施工條件差,場地狹小,周邊構筑物多,施工難度大,很多時間都花費在保護老管線及周邊構筑物上。
(3)突況多,處理時間長。如老管道由于年久失修,經常在施工過程中出現爆裂現象,這就要花很多時間來進行處理。
然而,監理單位對進度進行有效控制,是監理合同規定的要求。而做好進度控制的關鍵在于施工過程的控制。監理部首先按照進度計劃安排,安排各專業監理工程師每天對計劃完成情況進行驗證,每天召開協調會,對完成情況進行匯總,分析原因,及時調整后續計劃安排;其次,加強現場的質量監控,注重預控,及早發現問題,及早整改,防止質量事故的發生,避免出現返工,影響工期;再次,發現設計圖紙與實際情況不符的,及時與設計聯系,以便設計爭取時間進行修改。
5、影響投資的幾個問題及控制措施
改造工程的投資往往要超概算,其主要原因有二點:
(1)現場情況復雜。初步設計時,對現場情況勘查不足,考慮不充分,在施工過程中對設計圖紙不斷進行修改,從而使實際工程量與合同工程量不符。如很多管道位置由于老管道的影響需要調整。
(2)不停產施工及邊施工邊投產,造成大量臨排管道需要敷設,增加了工程量。
(3)現場施工條件差,為保護臨時管道,加強施工措施,造成費用增加。
以上幾種情況監理單位很難做到對投資進行有效控制,但是在過程中監理必須做到如實匯報,公正審核。如現場的實際情況要如實地向項目管理單位和設計單位匯報,現場發生的工程量要公正、科學地進行審核。做到不偏不倚,公正科學。
6、影響工程監理的其他因素
(1)設計工作的及時性。設計圖紙必須及時到位。設計單位不但要做到設計圖紙的準確及時,而且要做好設計交底,便于各單位提前消化,實施前及早發現問題,便于及時對設計進行調整。在此類改造工程中,要防止出現邊設計、邊施工的情況,否則對工程的質量、進度、投資等各方面都將造成很大的負面影響。監理單位要根據工程的進度情況及時落實施工單位對設計意圖的理解,并據此作出合理的施工方案。
(2)要與運營方加強溝通。運營單位對廠區內的實際情況最為了解,他們也是工程的最終使用者,而且過程中的相關事宜必須要得到運營單位的認可,如遇到突發事件還需要運營單位幫助解決。所以他們在改造過程中的作用舉足輕重。監理單位要加強與運營單位的聯系溝通,及時了解他們對工程的掌握程度,幫助協調解決他們的需要,邀請其參加工程例會,吸收他們對工程上的合理化建議。如遇突發事件,也要及時向其匯報,以便他們及時做出反應,并爭取其幫助解決。
【關鍵詞】地基土;處理;設計
在我國改革進程中,作為一項分享改革紅利的民生工程,水利工程項目的建設一直是國家和的重點,也是惠及于民的重點工程。在水利工程項目的建設過程中,河堤作為河道整治中的重點工程項目,其施工方案和施工質量一直是研究的重點,但是,由于各類河堤除了要承擔防洪功能之外,還應具備通行功能和景觀功能,因此,對于河堤的地基的處理與設計就是河堤工程施工的基礎,需要引起極大重視,保證河堤地基的處理質量和設計方案能夠使河堤工程長遠的發揮其功能,促進人與自然的和諧。由于各類河道的地質條件不一,因此,筆者選取所熟悉的而且也是實踐較多的幾類河堤地基土進行介紹,然后分析其處理與設計過程。
一、河堤施工過程中常見不良地基土類型
我國地域遼闊,地質結構和土壤質量非常不均勻,在進行河堤工程項目建設施工時,需要先做好勘測設計工作,對建設用地及周邊的地質和水文特征展開科學的調查,確定具體的土質,然后再采用相關技術進行處理,確保相關河堤工程項目建設的順利進行。如下對我國河堤工程項目建設過程中常見的不良地基土土質進行介紹。
(一)軟粘土
軟粘土是河堤工程項目建設過程中常見的不良地基土土質類型,這種地基土的特點就是強度很低、十分容易變形、滲透能力較差,這樣的特點的地基土對河堤工程項目建設帶來的危害十分嚴重,此類土質的地基土處理過程十分復雜。
(二)濕陷性黃土
在我國的南方地區,在河道改造工程中,對于河堤工程項目建設,濕陷性黃土類型的不良地基土也是十分常見。這樣的地基土土質,會在覆土層的自重力、豎向附加荷載等各種外力的作用下,使土層的整體結構產生變化,隨之發生顯著的變形。濕陷性黃土類型的地基土,在河堤項目建設過程中必須經過科學改造,才能避免工程建設過程和完工后帶來的安全和質量問題。
(三)膨脹土
膨脹土主要礦物成分是蒙脫石,在我國許多地區均有分布,此類土質的承載力相對而言較高,這類土具有遇水會膨脹、干燥就收縮和反復的膨脹變形等特性,浸水會使土層的承載力下降、干化會出現干縮裂縫,此類土性質極不穩定。這類土的顯著特征是隨著土層內水分的變化,土質條件就會變化,對工程質量有嚴重的危害。
(四)飽和松散砂土
飽和松散沙土主要是由粉砂或者細砂組成的,這些成分的土質在常見的情況下,通過靜荷載的作用而保持較高的強度,但是如果遇到如地震或者是外力作用,土質結構會出現液化反映,使得整個地基出現大范圍的沉陷變形,對地基的穩固性造成嚴重的威脅。
二、河堤施工過程中常見不良地基土的處理與設計
地基土的質量對河堤建筑整體質量影響很大,對于在不良地基土進行河堤工程項目建設時,一定要先依據河堤地基土的情況進行科學的分析,然后設計出適宜的地基處理方案,然后依據設計方案采取適宜的技術對地基土進行改造,使得地基的整體能力達到相應的施工要求與施工標準。如下,對不良地基造設計過程中的常用地基處理技術進行簡要論述。
(一)置換法
不良造中,置換法是常用的處理技術,其主要有換填法、振沖置換法和夯(擠)置換法三種。
1、換填法
換填法是挖除地基表面的不良地基土,用壓密特性好的土重新回填然后在壓實或者夯實,在地基土中形成良好的持力層,進而改變地基的承載力特性,提高地基土的抗變形能力和穩定性能。施工的重點是要將不良地基土全部挖除,而且要注意坑邊穩定,對于填料一定要保證質量,壓實過程要分層進行。
2、振沖置換法
振沖置換法是用高壓水射流不良地基土層,然后采用專門的振沖機具,進行邊振動邊沖洗,在地基中成孔,然后在將碎石或卵石等填料填入孔中,形成樁體。這類樁體與原有的地基土形成復合地基,達到提高地基承載力,較小地基土的壓縮性的目的。本法施工注意事項是:對于強度低的軟粘土此法作用效果差,應慎重采用。
3、強夯法與強夯置換法
強夯法也叫動力壓實法和動力固結法。此類方法是采用夯錘(質量在10~50頓范圍內),將夯錘提升到一定高度(10~30米),利用自由落體運動的沖擊力,對地基形成強烈沖擊,并使地基進行振動,地基層得到有效壓縮,地基的承載力得到提升,地基沙土的抗液化能力得到改善,最終達到消除濕陷性黃土地基的濕陷性。強夯法在使用后,土層的均勻程度提高,減少地基將來可能會產生的差異沉降。
上世紀80年代后期,在濕陷性黃土地基的處理技術中,在強夯法的基礎上,強夯置換法出現了。強夯置換法相較于強夯法,增加了一道處理工序,即首先不是用夯錘直接錘擊,而是在夯坑內回填填充物,具體填充物是顆粒材料,常用的如塊石、碎石等,然后再用夯錘反復夯擊,最終形成砂石樁與濕陷性黃土構成的復合地基,從而提高地基的承載力并減少地基沉降。在工程實踐中,強夯法加固效果顯著和適用土類廣等優點得到廣泛證明,強夯法對于各種地質條件的濕陷性黃土均能取得較好效果。
(二)土擠密樁法和灰土擠密樁法
擠密樁法利用的是機械進行成孔過程中對土層的橫向擠壓作用,使樁孔內的土被擠向周圍,各個樁間土擠密,然后依據擠密樁法的不同,向樁孔中注入介質,土擠密樁法則是將素土(粘性土)填入樁孔中,灰土擠密樁法是將灰土分層填入樁孔內,然后分層夯填密實,達到設計標高。
在工程實踐中,土擠密樁、灰土擠密樁適用于處理地下水位以上的濕陷性黃土地基,此法處理深度在5~15米之間,尤其適用于含水量飽和度較低的濕陷性地基,不但能消除地基的濕陷性還能有效提高地基承載能力。但是,當地基含水量大于25%、飽和度超過60%時,由于在成孔及拔管過程中,樁孔及其周圍容易縮頸和隆起,故擠密效果差,因此此方法不適用于地下水位以及毛細胞和地帶的濕陷性黃土地基。土擠密樁擠密法適用于以消除地基土的濕陷性;灰土擠密樁擠密法適用用提高地基土的承載能力或者增強其水穩定性。
總結:
對于河堤地基的處理,以往在設計與處理的過程中,由于技術水平、經濟條件和發展思想等的制約,使得地基處理水平不具備可持續使用的能力,對于河道的整治和河堤功能的發揮沒有起到很好的促進作用。在科學技術水平快速發展的今天,河道地基土的處理,應從長遠考慮,使河堤地基在經過有效的設計和處理之后,能夠長遠的發揮其作用,保證河堤長久為民服務。
參考文獻:
[1]梁毅,周衛明,.深圳河福田保稅區段河堤地基處理及設計[A].中國土木工程學會市政工程分會、天津市市政工程設計研究院、浙江省寧波市城鄉建設委員會.中國土木工程學會1998年全國市政工程學術交流會論文集[C].中國土木工程學會市政工程分會、天津市市政工程設計研究院、浙江省寧波市城鄉建設委員會:,1998:4.
關鍵詞:橋梁施工; 拖拉法; 工程應用
Abstract: drag the bridge construction method is a common method in, have the advantage of economic, quick, especially in big span steel bridge construction, can demonstrate its advantages. Through the 88 m span steel truss guide beam drag construction and 150 m span of ZhongChengShi DiLan steel arch bridge the float drag construction two specific engineering examples, this paper describes the method of drag in steel bridge construction, the main technological and steps.
Keywords: bridge construction; Procrastination method; Engineering application
中圖分類號:U445文獻標識碼: A 文章編號:
Dragging method is a common method in bridge construction. It’s economical, fast and especially in large-span steel bridge. This article introduces the primary technology and processes of dragging method on steel bridge through two examples, which are dragging method on 88m-span steel truss and floating-dragging method on 150m-span half-tied through steel x-arch bridge.
bridge construction; dragging method; engineering application
1 拖拉施工工藝流程
鋼橋的拖拉施工就是利用拖拉系統將置于架設空間一端的拖拉滑道上的已經預制拼裝好的拖拉物(結構或構件)沿著預先設定好的線路方向進行拖拉就位的一種施工方法。
鋼橋的拖拉施工方法按可分為導梁拖拉型和浮運拖拉型。對導梁拖拉型,即拖拉端連接導梁。如果不設導梁,當拖拉端的梁處于懸臂狀態時,可能會造成橋梁結構系統內部局部構件的內力過大,甚至導致構件的損壞,而給整個施工帶來潛在的危險性,這時可在橋梁前端加設輕型導梁或在跨間設置臨時墩,使之較早地到達前方支座位置。對浮運拖拉型,一般是針對跨越江河的橋梁而言,就是將橋梁的拖拉端直接支承在浮船上,以浮船為載體進行拖拉,需斷航一段時間,至浮船到達梁的彼岸進行落梁就位。
拖拉法技術系統裝置,一般由牽引執行系統、動力驅動系統、檢測控制系統、滑道系統和地錨系統五大部分構成。其中的牽引執行系統由鋼鉸線和滑輪機組組成,集束的鋼鉸線配合滑輪機組用來拖拉梁體;動力驅動系統主要用來提供均衡作用的拖拉力;檢測控制系統的主要功能是作業流程控制、施工偏差控制、負載均衡控制、操作臺實時監控等;滑道系統采用上滑道+滑塊+下滑道形式組成,一般以鋼橋主桁下弦作為上滑道,滑塊一般采用帶橡膠板的聚四氟乙烯板;地錨系統主要用來固定拖拉牽引設備。
拖拉技術在國內得到越來越多的重視和推廣[1][2][3]。由于拖拉施工技術使用的機具設備簡單,施工進度比較快,其主要應用對象是中等跨度的鋼梁橋和鋼拱橋。
一般情況下鋼橋拖拉的工藝流程描述如下:
圖1 鋼橋拖拉施工工藝流程
2 錫澄運河大橋鋼桁架導梁拖拉施工
2.1 工程概況
在滬寧高速公路的拓寬改造工程中,無錫段的錫澄運河大橋將拆除重建。錫澄運河大橋位于R=4005m的平面圓曲線上,主橋采用88m下承式簡支鋼桁梁,彎橋直做,鋼桁梁長88m,寬22m,桁高11m,兩片主桁中心距21.5m,單幅結構總重為1300T。
無錫錫澄運河鋼桁架橋采用拼裝后整體拖拉的方法安裝[4]。鋼橋的拼裝為在加寬后的引橋橋面上,主要吊裝機械為50T履帶吊,拼裝完成后,設置滑塊和上下滑道,采用計算機控制液壓整體拖拉設備,一次拖拉到位。然后橫移,落梁就位。
2.2無錫錫澄鋼桁架橋整體拖拉實施要點
(1)鋼導梁拼裝
鋼導梁總長度為53m,與主桁同寬,高度分為2m、4m、6m三段導梁為用于鋼梁拖拉的臨時結構,主要構件為焊接H型鋼和成品型鋼,焊接H型鋼材質為Q345B,成品型鋼材質選用Q235B級鋼。每幅鋼橋拖拉時所使用的導梁重量約為270t。
(2)牽引系統
本項工程采用的牽引設備為計算機控制液壓同步牽引系統,通過油缸伸縮行程位移,利用鋼鉸線帶動鋼橋水平移動。計算機控制液壓整體拖拉技術的系統組成:鋼鉸線及牽引油缸(牽引系統);液壓泵站(驅動系統);傳感器和計算機控制系統(控制系統)等。
(3)滑道系統
鋼橋滑道系統采用上滑道+滑塊+下滑道形式。滑道系統布置剖面圖如圖3所示:
圖3滑道系統剖面示意圖
a、上滑道
以鋼橋主桁下弦作為上滑道,因主桁在安裝時有一個預拱度,此預拱度在拖拉時應調平。調平為在下弦下面墊放硬木方,木方下面做成一個平整面。
b、滑塊
滑塊采用帶橡膠板的聚四氟乙烯板。滑塊最下層為20mm厚聚四氟乙烯板,上層為橡膠層,滑塊與主桁和導梁下弦桿調平硬木直接接觸。滑塊規格為350mm×450mm,高度為50mm。在拖拉過程中,滑塊始終與下滑道鋼梁上覆蓋的不銹鋼鋼板之間滑動。
c、下滑道系統
下滑道系統分別斷續分布在引橋和承重支架上,下滑道鋼梁采用650×400×14×20箱形梁。為便于拖拉過程,填加滑塊,下滑道鋼梁兩端做向下的弧形坡度,坡度為1:4。
2.3整體拖拉的方案實施
鋼橋拼裝在引橋橋面上進行,使用53米的懸臂導梁,利用加寬處理后的老橋墩和河流中間設置的臨時支撐支點,整體拖拉過河。牽引設備:選用2臺200t計算機控制液壓同步牽引系統,選用40L/min油泵站,計算機控制柜,鋼鉸線采用10根Ф15.24mm兩組。鋼橋梁及導梁、滑道等合計重量按1600t計算,橋梁上固定的滑道與四氟乙烯板的滑動摩擦系數取為0.06,則理論總的拖拉力為96噸,每組千斤頂需拉力為48t。使用在河道中設置的臨時支墩作為兩個支點,一次拖拉過河。拖拉跨越距離為52米,拖拉速度為5~7m/h。
3 跨徑為150m的鋼拱橋浮拖施工
3.1 工程概況
江蘇淮安市清江石化管道橋橫跨京杭大運河。該橋上部結構為單跨中承式提籃鋼拱橋,跨徑為150m,上部結構重量為800t,橋失高為25.4m,矢跨比1/6,拱軸線形式為二次拋物線。提籃拱橋的拱肋采用空間鋼管桁架體系,每個主拱肋的截面形式為3個φ700mm×14mm的鋼管組成的2.5m高的等邊三角形斷面,拱肋斜腹桿采用φ219mm×10mm鋼管。橋面縱梁為高1.8m,寬6.8m的鋼桁架,鋼桁架由槽鋼和角鋼焊接而成,吊桿由直徑32mm高強精扎螺紋粗鋼筋外套鋼管組成,吊桿間距6m。
在確定施工方法時,參考多次成功浮拖鋼橋的成功經驗,綜合考慮經濟、航運等因素,并與其他施工方法進行比較后,選擇了浮拖施工方案。鋼拱橋的上部結構在岸上拼裝,岸上拖拉滑移采用8根滑移鋼軌,河中采用大噸位浮船進行浮拖。
3.2 清江石化大跨鋼拱橋浮拖施工要點
清江石化管道橋的主要施工內容依次為:施工灌注樁;橋臺后的深層攪拌樁地基處理施工;現場制作鋼構件;鋪設滑移軌道;拼裝支架;安裝拱腳滑移托盤;拼裝拱肋及K型支撐;拆除拱腳部分支架;張拉臨時鋼絞線拉桿;拆除全部支架;逐段安裝橋面構件;準備卷揚機等拖拉設備;整橋浮拖過河;拱腳段安裝就位;拆除鋼絞線拉桿及拱腳支托;橋面系支柱施工;深層攪拌樁面板施工;成橋。
(1)鋼拱橋場地安裝施工要點
鋼拱橋拖拉前,拱腳和拱肋處的臨時鋼絞線張拉是清江石化大跨鋼拱橋浮拖施工技術中的一道重要工序[5],其目的是抵抗施工過程中拱肋自重、橋面吊裝等對拱腳支架產生的推力,使得拱肋在全橋浮拖施工過程中處于合理的受力狀態。
清江石化管道橋臨時鋼絞線共布置了44根,其中拱腳托盤布置8根,左右拱腳分別設置4根;拱肋的橋面標高處設置36根鋼絞線,左右拱肋各設置18根,每根700mm鋼管拱肋設置6根,其兩端連接于焊接在拱肋上的錨板上。
(2)整體拖拉過河
清江石化鋼拱橋岸上拼裝完成后,即可進行下一步浮拖施工。清江石化鋼拱橋上部結構重800t,經分析考慮后,在運河北岸設置2臺10t慢速卷揚機,設動滑輪組,將卷揚機鋼絲繩連接至浮拖上,做為浮拖的動力。浮拖船只采用1650t浮船(船長75m、寬13m),浮拖停泊在南側碼頭,浮船就位于伸向水面端的拱肋下方,將拱肋北端裝載至浮船運輸支架上,將鋼拱橋一端拖拉至浮船上,用鋼板焊接固定,并用鋼絲繩封緊拱肋,確保拱肋在支架上牢靠穩定。等待約定的封航時間,即可進行正式浮拖施工,浮拖過程計劃封航約6小時。施工作業流程為:浮拖調平連接牽引束拖拉過河90m動滑輪組復原繼續拖拉過河浮拖靠岸管道橋上岸固定管道橋拆除牽引束通航。清江石化管道橋浮拖施工平面布置圖見圖7。
圖7 清江石化鋼拱橋浮拖施工平面布置圖
3.3 鋼拱橋浮拖施工階段的穩定性分析
大跨鋼拱橋施工階段的穩定問題是工程界比較關心的力學問題[6],清江石化鋼拱橋浮拖施工過程中鋼拱橋的穩定問題是本橋的關鍵問題。本文應用Ansys有限元軟件對其進行彈性屈曲穩定分析,浮拖前鋼拱橋彈性屈曲穩定系數k值詳見表1,清江石化鋼拱橋浮拖狀態時候的前兩階屈曲模態見圖8。
表1 浮拖前鋼拱橋彈性屈曲穩定系數k
一階失穩模態(面外) 一階失穩模態(面內反對稱)
圖8 清江石化管道橋浮拖前屈曲模態
穩定分析計算結果表明,清江石化鋼拱橋浮拖前具有良好的穩定性能,其彈性屈曲穩定系數均大于規范要求的4~5,靜力彈性穩定滿足要求,且富裕較大。考慮到浮拖施工過程中,鋼拱橋存在著動力穩定性問題,如果浮拖速度過快,浮船體行進排水過程中將會產生水波浪,引起船只上下顛簸,將會導致鋼拱橋產生共振現象,且浮拖施工中存在著如浮拖偏位等較多不確定性因素,因此,清江石化管道橋浮拖前具備較大的靜力彈性屈曲穩定系數是完全必要的,本橋采用穩定性較好的提籃拱結構形狀是合理的,浮拖施工中應盡量緩慢浮拖行進。
4 結束語
以上兩座橋梁的拖拉法施工技術成功應用的實例,證明了該項施工技術的正確性和實用性,充分顯示了在橋梁工程施工中的拖拉法施工技術所隱藏的巨大潛力。拖拉法施工技術經濟快捷高效的特點是我們不可否認的,節省了大量的人力、物力和財力,滿足現代化進程步伐加快的需要,自動化程度高,安全可靠性好,只是適用性目前還受到一定的限制,從總體上來講,其應用前景還是十分廣闊的。
參考文獻:
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[3] 樂 偉. 跨度62.8m鋼桁梁浮拖架設技術[J]. 鐵道標準設計,2005,(6):47-51.