跨水系钢-混组合桥梁施工监督管理研究与对策
摘要
关键词
跨水系;钢-混组合桥梁;精细化;施工质量安全;监督管理
正文
1 引言
随着我国基础设施发展进程加快,桥梁结构也在不断创新进步,钢-混组合梁做为重要发展方向之一,其将抗拉性能强的钢材、抗压性能强的混凝土合理地用在受拉及受压区,具有优越的力学性能、便捷的施工性能和良好的经济性,无论在跨越深阔大江的特大跨桥梁,还是城市建设中跨越内外河道的各类中小跨径桥梁中都得到了广泛应用。目前对钢结构桥梁或混凝土桥梁单一的管理研究较多,而针对钢-混组合桥梁结构特性及其跨水系的应用环境开展的监督管理研究较少,因此其研究具有一定的必要性。本文以南京市绿都大道跨秦淮新河大桥为例,研究分析施工监督管理要点,总结形成必要的解决对策。
2 工程概况
南京市绿都大道跨秦淮新河大桥位于南京市江宁区,上跨164.7m宽秦淮新河,采用预应力大跨度空间三维曲线钢-混组合连续梁桥结构,跨径组合83.5+135+98.5m,全长317m,总宽38m,总用钢量约12000吨,是目前国内单跨跨度最大钢混组合连续梁桥;钢主梁采用分离式钢箱结构,左右钢箱间通过混凝土桥面板及钢横隔板连接,桥面板采用CA-RPC粗骨料活性粉末混凝土,在负弯矩区处设置体内、体外预应力,桥梁采用边跨累积滑移、中跨原位吊装的安装方式,目前已顺利建设完成。
图1 绿都大道跨秦淮新河大桥立面布置
图2 绿都大道跨秦淮新河大桥主梁标准横断面
3 跨水系钢-混组合桥梁施工管理要点研究
以绿都大道跨秦淮新河大桥为例,结合钢-混组合箱梁、跨水系两大关键因素,分析建设过程中各个阶段的施工特点,总结出施工监督管理关键控制点。
3.1 跨水系桥梁施工管理要点研究
跨水系桥梁施工时,水中通常需设置栈桥或临时支撑体系,梁段一般采用整体顶推滑移、悬拼法或吊装法施工,与陆上施工相比,突出的特点主要为:
(1)水上施工大型机械多、交叉作业频繁;
以绿都大道跨秦淮新河大桥为例,施工水域内存在运输船、浮吊、平板船等各类日常作业机械7台,交叉频繁,此外浮吊、运输船作业时船只需保持平固稳定,安全管理任务重。
表1 水上作业机具表
施工机械 | 数量 | 作业内容 |
600吨运输船 | 16艘 | 梁段运输 |
80吨浮吊 | 1台 | 锚桩、水中钢管桩插打 |
500吨浮吊 | 1台 | 梁段吊装 |
600吨浮吊 | 1台 | 梁段吊装 |
平板船+汽车吊 | 2台 | 小型构件吊装 |
(2)河岸地质情况复杂,承台围堰临水,存在渗漏风险,支护等级和防水要求高;
跨水系桥梁承台墩柱常出现于水中、水陆交界处,承台下方风化岩地质的情况屡见不鲜。水陆交界容易因水土压力不平衡造成坍塌隐患,迎水面围堰存在渗漏风险,风化岩地质条件下钢板桩/钢管桩插打较困难。
(3)受防汛通航强制性要求,施工时间固定工期紧张,作业量大。
跨水系桥梁施工时涉及河道、航道、水务等部门,对水系防汛通航通常会根据属地往年汛情下发强制性要求,例如南京市汛期为每年6月-9月,则绿都大道跨秦淮新河大桥需要在10月至5月共8个月时间完成承台、墩柱、滑移平台、箱梁拼装、箱梁涂装等全部作业,施工工期紧张,盲目赶工会导致质量安全管理混乱的情况出现。
此外跨水系作业还有水上风力大、湿度大、管理部门多等次要管理因素,在此不再赘述。
3.2 钢-混组合桥梁施工管理要点研究
钢-混组合桥梁结构受力合理、便于工厂化生产,但其结构特性也带来了不同于钢、混凝土土结构的关键控制点。
(1)对于混凝土桥面板收缩徐变控制要求高;
由于组合桥梁由多种材料组成,为减少混凝土长期效应带来的不利影响,混凝土面板应具有尽量小的收缩徐变,以绿都大道跨秦淮新河大桥为例,其桥面板采用CA-RPC粗骨料活性粉末混凝土,内部掺配钢纤维,且桥面板存放6个月后安装,减少桥面板收缩徐变。
图3 CA-RPC粗骨料活性粉末混凝土桥面板收缩徐变系数曲线
(2)桥面混凝土开裂现象多
对于钢混组合结构,桥面板混凝土开裂是较为普遍存在的现象,其开裂原因主要有混凝土板厚较薄,养护、吊装过程中造成的开裂;连续梁桥负弯矩区桥面板受拉开裂;以及施工过程中施工工序、体系转换不合理,造成混凝土错误地受拉开裂。绿都大道跨秦淮新河大桥做为大跨度连续梁,采用了数项措施共同控制桥面板混凝土开裂:选用CA-RPC新型混凝土材料;调整桥面湿接缝浇筑顺序;支点位移法在负弯矩区混凝土内形成预压力储备;施加纵向体内体外预应力束,在负弯矩区建立预压力体系,有效防止混凝土的开裂。
(3)抗剪连接件受力
抗剪连接件是保证钢梁与混凝土板两种结构发挥组合效应的关键部件,其必需具备能够传递混凝土板与钢梁剪力,承受一定抗拔力,安装简便的功能,因此施工阶段对于抗剪连接件的施工质量管控必须严格。
此外钢-混组合梁结构还有钢梁、桥面板预制质量控制,桥面板板面内大量预埋件排版、定位等管理因素,本文不再赘述。
4 跨水系钢-混组合桥梁施工管理对策
分析跨水系钢-混组合桥梁结构性质、施工环境,研究形成了上述管控要点,参照绿都大道跨秦淮新河大桥施工经验,总结形成桥梁施工相对应的监督管理对策。
4.1 分析设计意图,统筹策划
针对跨水系钢-混组合桥梁结构特性以及混凝土开裂控制要求,在施工前期各方要详细分析设计意图,对桥梁结构形式下各个流程阶段的受力情况进行模拟验算,发现钢结构与混凝土结构各自的受力薄弱环节,高度重视混凝土板出现受拉的情景。
阶段 | 主梁钢结构应力 | 主梁混凝土应力 | 结论 |
预应力张拉 |
|
| 主梁钢结构最大应力-91.78MPa; 主梁混凝土最大应力-11.68MPa。 |
落梁 |
|
| 主梁钢结构最大应力134.16MPa; 主梁混凝土最大应力-27.45MPa。 |
图4绿都大道跨外秦淮河桥张拉及落梁阶段应力分析
结合跨水系施工防汛时间、混凝土板释放收缩徐变时间要求,在顶推、滑移、吊装中选择合适的组合梁安装工艺,统筹安排钢梁、桥面板、桥梁下部结构、临时结构的施工进度,按照施工进度投入施工资源,各阶段水上机械合理化错峰施工,减少安全隐患。
4.2 合理组织施工,精细管理
按照策划的工期安排,同步组织现场结构、后场预制施工,同时对于临水围堰、桥面板预制养护、连接件安装、大型机械作业等环节进行精细管理。
例如临水围堰建立模型,对封底混凝土、围堰内撑、围堰结构及围檩进行模拟计算,确保变形和应力符合要求。设置双层围堰严格控制钢板桩、钢管桩封闭质量,降低渗漏风险,
图6 绿都大道跨外秦淮河桥基坑围堰模拟计算
桥面板预制时关注裂缝控制、连接件焊接质量、预埋件排版定位以及收缩徐变的控制,必要时采用蒸养措施辅助施工。
水上大型机械作业前进行报验验收,现场施工时合理划分各自机械工作区域范围,减少交叉作业,指挥人员统筹安排,安全人员全程监督。
4.3 监控监测辅助,把控要点
借用BIM平台,搭建实施监控,严密监测桥梁建设过程中的受力、沉降、位移等关键节点数据,通过对整个安装过程中应力以及整体结构变形进行有效监控,全面把握结构的实际受力状态与原设计理念的符合情况,提供结构状态的实时信息,实时评估结构的现有受力状态,提供有效的数据支持。
图7 绿都大道跨外秦淮河桥现场监测
5 结语
跨水系钢-混组合桥有着独特的结构功能优势,同时又有其特殊的管理控制要点。通过本文对桥梁施工的研究,明确施工关键控制点,对控制点进行对策分析,制定具体的管理措施。在工程实施中,对其进行严格的监督与管理,实现既定目标。
参考文献
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