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摘要:本文结合松花江某铁路特大桥施工技术,对施工的具体方法进行了论述。阐述了特大桥施工方案需要通过对水文、地质、通航、线路技术条件、施工工艺等各种因素进行充分的了解和论证。
关键词:松花江….. 特大桥……施工技术
Abstract: combining with a large bridge songhua river railway construction technology, construction of the concrete method are discussed in this paper. Expounds the construction plan needs to through big bridge of hydrology, geology, navigation, line technology conditions, and construction technology of various factors fully understand and verification.
Key words: the songhua river, Big bridge,Construction technology
中圖分类号:TU74文献标识码:A 文章编号:
一、 工程概况
1、 概述
本桥跨越黑龙江省佳木斯市松花江干流。松花江是我国的第三大江河。桥址以上汇水面积528 277km2,流域长度约2059 km,水面比降0.1‰~0.13‰。河床土质以中细沙为主,桥址处北侧地势较高,南侧有宽阔的河滩,主槽宽1 100m,下游1.0 km处开始分叉,本江段河道弧形弯曲,凹岸在北侧,凸岸在南侧。
(1) 气象特征、凌期、汛期情况
佳木斯属于寒温带季风气候区,冬季受西伯利亚冷空气影响,极端最低气温为—40℃;夏季时间较短,极端最高气温为+35.3℃。年均降水量为560 m m。地下水位埋深1.0~3.5 m,结冰厚度为1.3~1.4 m。由于水流方向是从低纬度流向高纬度,每年4月中、下旬开江流冰时,上游的冰层融化先于下游,夹带冰块的江水,向下游推进,形成凌汛。随着冬春季气候的差异,每年的冰汛又分成两种形式:“文开江”“武开江”。当“武开江”时,在长百余公里的江面上形成一道高达6~8 m的冰坝,江道堵塞,水位上升,大量坚硬的冰破随着凶猛的冰水下泻,泛滥成灾。
(2) 水文特征
设计流量及水位 设计流量Q1/100=24 500m3/s,校核流量Q1/300=29 200 m3/s;
桥位处的设计水位H1/100=81.90m,H1/300=82.51m;
常水位76.00 m,最大流冰水位78.5 m,最小流冰水位75.20 m;
冲刷深度 主槽范围内(DK371+578~DK372+095);
冲刷高程 一般冲刷高程68.36m,局部冲刷高程62.63m;
壅水高度0.03m。
(3) 地质
桥渡区为松花江冲积平原,地形较平坦、开阔、地层为第四系冲积层,以砾砂、圆砂土为主,中密、密实。
(4) 航道及通航标准
满足3级航道标准:净高11.0m、净宽70m。需上下行2个航道,由于河道变迁的可能,左右侧需各备用1个航道。
3、桥型及结构
特大桥共62个墩台,由32m预应力砼梁和96m+2×128m+96m钢桁梁组成,除0#~19#墩20个墩台为扩大开挖基础外,其余均为钻孔桩基础,桩径为1.0m、1.25m,均为摩擦桩,部分墩采用矩形承台、板式桥墩,跨江部分采用T形承台,墩身分两节,底节为两端圆端形,并在水面设破冰凌,墩顶节分别为圆端形板墩、双柱式圆形墩,桥台为T形桥台,预应力砼梁采用钢支座,钢桁梁采用大墩位铸钢支座。
二、 本桥主要施工难点
(一) 主墩位于深水区,流速大,基础施工难度大
设计给定施工水位81.05m,而最低的基础承台底标高为69.05m,水深达到12m,即使是枯水期,水深也达8m,基础施工的难度在哈局施工中尚属罕见。如何保证成桩质量,承台无水施工是至关重要的。
(二) 墩身较高,不易控制
墩高达25米,且在上游侧要设置钢轨破冰凌,控制位置、砼浇注质量具有极大难度。
(三) 128m连续钢桁梁架设没有经验,保证质量、工期难度大
128m连续钢桁梁架设在哈局管内尚属首例,我公司也是第一次接触,没有任何经验,扣除主体施工工期,实际剩余架梁时间不足半年,如何保证质量,兑现工期是本工程的又一大难点。
(四) 工期紧张,确保开通使用压力大
定额工期为46个月的特大桥,合同工期18个月,其压力是相当大的。
三、 主要施工方法
(一) 基础施工
1、 岸滩基坑施工
本桥有26个墩台在枯水区时,位于岸滩,表面无水,但土层中含水量很大(特别是傍河基坑)。控制地下水是基础施工的关键,主要采用的是大口井降水的方法。
根据土层的种类,确定土层中水的渗透系数等各种指标,计算出每昼夜单井涌水量,单进涌水量确定后,根据现场水泵的射程能力确定大口的数量,并根据地质情况确定安全系数,保证大口井降水的可行性,预先在基坑四周按设计埋设布置井点,通过各井点同时抽水作业,在基坑范围内形成一个降水漏斗,使用水位降至承台底标高下半米,达到基础无水施工作业,在25#墩的施工中,采用大口井降水方案,降水高度达7m,效果良好。
2、 深水基础施工
本桥难点在于深水基础施工,采用双壁钢围堰配合封底砼施工和插打钢板桩配合大口井降水施工方法,特别是双壁钢围堰下沉过程中,考虑工期安排,发挥设备和人员的最大效率,开创了先进行钻孔桩施工,后下钢围堰的施工方法。
(1) 先下双壁钢围堰,后进行钻孔桩的施工方法
a、 使用浮箱在墩位处形成工作平台,在工作平台外另设浮箱,其上用万能杆件组装龙门吊。
b、 在工作平台上组拼双壁围堰底节,并使之成为底部及四周封闭的自浮体。
c、 用龙门吊吊起双壁围堰底节,抽出工作平台,放下双壁钢围堰底节,使之自浮于水中,测量定位,保证双壁钢围堰在设计位置,通过向围堰壁内注水,使围堰着床,测量围堰偏差,在允许范围内可进行下步施工,否则抽水使围堰上浮,重新定位,再注水,使围堰着床,反复几次,保证围堰位置的准确性,之后在其上拼装第二节、第三节,直至全部围堰拼装完成,每节组拼完成后,通过向围堰壁内注水,使之下沉。
d、 围堰着床后,采用吸泥机、抓土斗清除围堰内沙石泥土,使围堰下沉,直至达到设计标高,在此过程中,采取了在围堰壁内灌注砼的方法,以加大围堰下沉系数、提高围堰强度。在施工过程中,注意对围堰位置、标高、倾斜度的控制。
e、 在围堰下沉到位后,设置钻孔平台,进行钻孔桩施工作业。
(2) 先钻孔桩施工,后下钢围堰的方法
a、 使用浮箱设置,打入钢护筒定位工作平台,使用浮式龙门吊、振动锤将钢护筒全部按位置打入,钢护筒壁厚、打入河床深度要经过检算,以满足在其上设置钻孔平台的要求。
b、 在钢护筒上焊接牛腿,使用万能杆件搭设钻孔平台,在其上进行钻孔作业。
c、 钻孔桩完成后,再进行双壁钢围堰组拼下沉,其方法与(1)相同。本施工方法在本桥是一种突破。
(3) 插打钢板桩,配合大口井施工方法
本桥27#墩水深在7m左右,采用双壁围堰,费时费工造价高,采用了插打钢板桩(代替双壁钢围堰),配合大口井的施工方法,根据水深及基础埋置深度,我们选用15.5m长的拉森Ⅱ型钢板桩,使用桅杆吊和振动锤将钢板桩按设计位置、尺寸打入,务必使其封闭合拢,然后进行大口井施工(施工方法与暗滩基坑施工相同)。挖土进行钢桩桩支承,直至基础承台底进行承台施工。采用此法,第一速度快,第二节省造价,钢板桩在施工完毕后,可以拔出重复利用。
(二) 钢桁梁施工
1、 在雨季控制25万高强度螺栓的施拧
钢桁梁的施工正好是进入雨季,温差大,为了确保高强螺栓的施拧质量,每天扳手校定达8次之多,终拧后的螺栓马上进行涂装保护,以防锈蚀。质量是保证了,但打破了传统的施工顺序,这无疑给架设和施拧带来了一定的难度。
2、 墩高
钢桁梁施工标高距地面(水面)30多米,高空作业难度大。
3、 特大桥主跨为96m+2×128m+96m四孔钢桁梁,桁式采用节间长度8m的有竖杆三角桁,主要受力构件采用14MnNbq钢材,钢梁拼装采用全悬臂拼装施工,最大悬臂长度96m,故需在第二孔、第三孔处设水中临时支墩。我们自行设计临时支墩,墩基础采用柱桩,共18根,材料为φ1.5m钢护筒,内密实填砂,钢护筒顶灌注2m高C25砼,并在砼顶面预埋δ=10mm钢板,入土深度4m,通过试桩,确定承载力合格;支墩底梁和顶梁均采用I55组,中间三组用3I55组,两端用2I55组;支墩中间立柱采用贝雷桁片组,上下游侧各一组,共两组,每组96片贝雷桁片,共192片贝雷桁片,两组之间用[300桁式联接;I55组钢护筒之间联接采用I55组座在预埋钢板上,用牛腿焊接,I55组之间联接采用∠150焊接。贝雷桁片与I55组之间联接采用联接件,联接件焊在I55组上,贝雷桁片与联接件之间用销钉联接。
4、 钢桁梁挠度、拱度的控制
我们专门成立技术计算小组,负责钢桁梁挠度、拱度的施工计算,全方位控制施工,保证钢桁梁施工质量。
四、结语
在大江河上兴建桥梁时,特大桥施工方案需要通过对水文、地质、通航、线路技术条件、施工工艺等各种因素进行充分的论证,必要时要进行模型试验,选择出最优方案。
参考文献:
[1]铁路工程施工技术手册《桥涵》.北京:中国铁道出版社
注:文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。
关键词:松花江….. 特大桥……施工技术
Abstract: combining with a large bridge songhua river railway construction technology, construction of the concrete method are discussed in this paper. Expounds the construction plan needs to through big bridge of hydrology, geology, navigation, line technology conditions, and construction technology of various factors fully understand and verification.
Key words: the songhua river, Big bridge,Construction technology
中圖分类号:TU74文献标识码:A 文章编号:
一、 工程概况
1、 概述
本桥跨越黑龙江省佳木斯市松花江干流。松花江是我国的第三大江河。桥址以上汇水面积528 277km2,流域长度约2059 km,水面比降0.1‰~0.13‰。河床土质以中细沙为主,桥址处北侧地势较高,南侧有宽阔的河滩,主槽宽1 100m,下游1.0 km处开始分叉,本江段河道弧形弯曲,凹岸在北侧,凸岸在南侧。
(1) 气象特征、凌期、汛期情况
佳木斯属于寒温带季风气候区,冬季受西伯利亚冷空气影响,极端最低气温为—40℃;夏季时间较短,极端最高气温为+35.3℃。年均降水量为560 m m。地下水位埋深1.0~3.5 m,结冰厚度为1.3~1.4 m。由于水流方向是从低纬度流向高纬度,每年4月中、下旬开江流冰时,上游的冰层融化先于下游,夹带冰块的江水,向下游推进,形成凌汛。随着冬春季气候的差异,每年的冰汛又分成两种形式:“文开江”“武开江”。当“武开江”时,在长百余公里的江面上形成一道高达6~8 m的冰坝,江道堵塞,水位上升,大量坚硬的冰破随着凶猛的冰水下泻,泛滥成灾。
(2) 水文特征
设计流量及水位 设计流量Q1/100=24 500m3/s,校核流量Q1/300=29 200 m3/s;
桥位处的设计水位H1/100=81.90m,H1/300=82.51m;
常水位76.00 m,最大流冰水位78.5 m,最小流冰水位75.20 m;
冲刷深度 主槽范围内(DK371+578~DK372+095);
冲刷高程 一般冲刷高程68.36m,局部冲刷高程62.63m;
壅水高度0.03m。
(3) 地质
桥渡区为松花江冲积平原,地形较平坦、开阔、地层为第四系冲积层,以砾砂、圆砂土为主,中密、密实。
(4) 航道及通航标准
满足3级航道标准:净高11.0m、净宽70m。需上下行2个航道,由于河道变迁的可能,左右侧需各备用1个航道。
3、桥型及结构
特大桥共62个墩台,由32m预应力砼梁和96m+2×128m+96m钢桁梁组成,除0#~19#墩20个墩台为扩大开挖基础外,其余均为钻孔桩基础,桩径为1.0m、1.25m,均为摩擦桩,部分墩采用矩形承台、板式桥墩,跨江部分采用T形承台,墩身分两节,底节为两端圆端形,并在水面设破冰凌,墩顶节分别为圆端形板墩、双柱式圆形墩,桥台为T形桥台,预应力砼梁采用钢支座,钢桁梁采用大墩位铸钢支座。
二、 本桥主要施工难点
(一) 主墩位于深水区,流速大,基础施工难度大
设计给定施工水位81.05m,而最低的基础承台底标高为69.05m,水深达到12m,即使是枯水期,水深也达8m,基础施工的难度在哈局施工中尚属罕见。如何保证成桩质量,承台无水施工是至关重要的。
(二) 墩身较高,不易控制
墩高达25米,且在上游侧要设置钢轨破冰凌,控制位置、砼浇注质量具有极大难度。
(三) 128m连续钢桁梁架设没有经验,保证质量、工期难度大
128m连续钢桁梁架设在哈局管内尚属首例,我公司也是第一次接触,没有任何经验,扣除主体施工工期,实际剩余架梁时间不足半年,如何保证质量,兑现工期是本工程的又一大难点。
(四) 工期紧张,确保开通使用压力大
定额工期为46个月的特大桥,合同工期18个月,其压力是相当大的。
三、 主要施工方法
(一) 基础施工
1、 岸滩基坑施工
本桥有26个墩台在枯水区时,位于岸滩,表面无水,但土层中含水量很大(特别是傍河基坑)。控制地下水是基础施工的关键,主要采用的是大口井降水的方法。
根据土层的种类,确定土层中水的渗透系数等各种指标,计算出每昼夜单井涌水量,单进涌水量确定后,根据现场水泵的射程能力确定大口的数量,并根据地质情况确定安全系数,保证大口井降水的可行性,预先在基坑四周按设计埋设布置井点,通过各井点同时抽水作业,在基坑范围内形成一个降水漏斗,使用水位降至承台底标高下半米,达到基础无水施工作业,在25#墩的施工中,采用大口井降水方案,降水高度达7m,效果良好。
2、 深水基础施工
本桥难点在于深水基础施工,采用双壁钢围堰配合封底砼施工和插打钢板桩配合大口井降水施工方法,特别是双壁钢围堰下沉过程中,考虑工期安排,发挥设备和人员的最大效率,开创了先进行钻孔桩施工,后下钢围堰的施工方法。
(1) 先下双壁钢围堰,后进行钻孔桩的施工方法
a、 使用浮箱在墩位处形成工作平台,在工作平台外另设浮箱,其上用万能杆件组装龙门吊。
b、 在工作平台上组拼双壁围堰底节,并使之成为底部及四周封闭的自浮体。
c、 用龙门吊吊起双壁围堰底节,抽出工作平台,放下双壁钢围堰底节,使之自浮于水中,测量定位,保证双壁钢围堰在设计位置,通过向围堰壁内注水,使围堰着床,测量围堰偏差,在允许范围内可进行下步施工,否则抽水使围堰上浮,重新定位,再注水,使围堰着床,反复几次,保证围堰位置的准确性,之后在其上拼装第二节、第三节,直至全部围堰拼装完成,每节组拼完成后,通过向围堰壁内注水,使之下沉。
d、 围堰着床后,采用吸泥机、抓土斗清除围堰内沙石泥土,使围堰下沉,直至达到设计标高,在此过程中,采取了在围堰壁内灌注砼的方法,以加大围堰下沉系数、提高围堰强度。在施工过程中,注意对围堰位置、标高、倾斜度的控制。
e、 在围堰下沉到位后,设置钻孔平台,进行钻孔桩施工作业。
(2) 先钻孔桩施工,后下钢围堰的方法
a、 使用浮箱设置,打入钢护筒定位工作平台,使用浮式龙门吊、振动锤将钢护筒全部按位置打入,钢护筒壁厚、打入河床深度要经过检算,以满足在其上设置钻孔平台的要求。
b、 在钢护筒上焊接牛腿,使用万能杆件搭设钻孔平台,在其上进行钻孔作业。
c、 钻孔桩完成后,再进行双壁钢围堰组拼下沉,其方法与(1)相同。本施工方法在本桥是一种突破。
(3) 插打钢板桩,配合大口井施工方法
本桥27#墩水深在7m左右,采用双壁围堰,费时费工造价高,采用了插打钢板桩(代替双壁钢围堰),配合大口井的施工方法,根据水深及基础埋置深度,我们选用15.5m长的拉森Ⅱ型钢板桩,使用桅杆吊和振动锤将钢板桩按设计位置、尺寸打入,务必使其封闭合拢,然后进行大口井施工(施工方法与暗滩基坑施工相同)。挖土进行钢桩桩支承,直至基础承台底进行承台施工。采用此法,第一速度快,第二节省造价,钢板桩在施工完毕后,可以拔出重复利用。
(二) 钢桁梁施工
1、 在雨季控制25万高强度螺栓的施拧
钢桁梁的施工正好是进入雨季,温差大,为了确保高强螺栓的施拧质量,每天扳手校定达8次之多,终拧后的螺栓马上进行涂装保护,以防锈蚀。质量是保证了,但打破了传统的施工顺序,这无疑给架设和施拧带来了一定的难度。
2、 墩高
钢桁梁施工标高距地面(水面)30多米,高空作业难度大。
3、 特大桥主跨为96m+2×128m+96m四孔钢桁梁,桁式采用节间长度8m的有竖杆三角桁,主要受力构件采用14MnNbq钢材,钢梁拼装采用全悬臂拼装施工,最大悬臂长度96m,故需在第二孔、第三孔处设水中临时支墩。我们自行设计临时支墩,墩基础采用柱桩,共18根,材料为φ1.5m钢护筒,内密实填砂,钢护筒顶灌注2m高C25砼,并在砼顶面预埋δ=10mm钢板,入土深度4m,通过试桩,确定承载力合格;支墩底梁和顶梁均采用I55组,中间三组用3I55组,两端用2I55组;支墩中间立柱采用贝雷桁片组,上下游侧各一组,共两组,每组96片贝雷桁片,共192片贝雷桁片,两组之间用[300桁式联接;I55组钢护筒之间联接采用I55组座在预埋钢板上,用牛腿焊接,I55组之间联接采用∠150焊接。贝雷桁片与I55组之间联接采用联接件,联接件焊在I55组上,贝雷桁片与联接件之间用销钉联接。
4、 钢桁梁挠度、拱度的控制
我们专门成立技术计算小组,负责钢桁梁挠度、拱度的施工计算,全方位控制施工,保证钢桁梁施工质量。
四、结语
在大江河上兴建桥梁时,特大桥施工方案需要通过对水文、地质、通航、线路技术条件、施工工艺等各种因素进行充分的论证,必要时要进行模型试验,选择出最优方案。
参考文献:
[1]铁路工程施工技术手册《桥涵》.北京:中国铁道出版社
注:文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。