城市繁華地段獨塔斜拉橋施工
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，它將貫穿市內江南、江北，途徑東湖、沙湖、徐東等主干路線，設計時速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。武漢大道被當地媒體稱為“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出口。在工程范圍內，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，中間兩孔為機動車道，兩側兩孔為非機動車道和人行道。設計中的武漢大道在京廣線K1189＋135處上跨京廣鐵路。根據與武漢鐵路局方案審查意見，采用138+81+41m單塔雙索面預應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出城口，工程全長僅260米。但是受制于施工場地狹?。▋蓚炔糠置穹吭诩t線以內），施工斷面地下（地上）強弱電、管線眾多、上跨鐵路線等復雜原因，在2009年5月武漢大道沿線部分路段已經開始施工的情況下，跨鐵路橋工程施工圖設計完成已經到了2010年1月，工程竣工要求在2011年8月，可施工天數僅580多天。在580天內，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、行人進出的重要路口完成一座跨越13股鐵路線的103.5米獨塔預應力混凝土斜拉橋，其難度可想而知。由于武漢大道的重要性，為了千方百計確保重點工程按期完成，在控制投資額的前提下，通過優(yōu)化設計和施工組織，在前期工期受到較大影響的情況下，加快了節(jié)點工程的施工進度，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、橋梁工程設計
1.1跨京廣鐵路橋主要結構設計
（1）結構布置：金橋大道跨鐵路橋工程主橋為獨塔雙索面預應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：主塔順橋向為柱式結構，橫橋向為“A”型，鋼筋混凝土結構。塔高承臺以上為103.5m，橋面以上為79.012m，高跨比為0.57。
（3）下部結構：主塔基礎由塔座、承臺、樁基組成，兩個塔柱基礎間設系梁連接。塔座為長方錐臺體，為C40鋼筋混凝土結構。
二、施工圖設計優(yōu)化
金橋大道跨鐵路橋工程位于武漢市江北五干道進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103.5m的主塔，氣勢磅礴、宏偉，充分展示了大橋本身的結構美。想要在武漢市的繁華地段，工程范圍內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。為了在符合設計意圖和現場實際的情況下，對施工圖設計進行優(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
作為一個快速發(fā)展的城市，在斜拉橋設計之初就必須符合武漢市的城市規(guī)劃，在進行專家評審時，要求在原設計中將主塔墩承臺、系梁再下降3m，以確保后湖片的市政基礎建設（燃氣、自來水等）空間?？缇V鐵路橋在鐵路涵洞北側，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)，預應力混凝土結構。系梁處在現狀金橋大道下約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，圖片中左側為出城方向，右側為進城方向。
2、取消主塔基礎開挖排樁體系支護結構
主塔墩緊臨既有鐵路及當地居民房屋，基坑支護采用雙層內支撐的排樁結構體系；同時開挖面位于軟土層，坑底采用水泥攪拌樁進行加固處理，對深基坑支護設計及施工要求高。主塔承臺及系梁深基坑支護采用雙層內支撐的排樁結構體系支護方案。排樁采用φ800mm的混凝土灌注樁，內支撐采用鋼管，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行加固處理。φ800 mm支護樁及φ500mm水泥攪拌樁施工與主塔φ2500 mm樁基施工同步進行，且要求φ800 mm支護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_挖時支護樁及鎖口梁的混凝土強度滿足設計要求。
如果按照以上原設計施工，必須要求保證：⑴水泥攪拌樁幕墻地面標高，降至與樁基施工地面一致；⑵在主塔樁基施工的同時，開始水泥攪拌樁、混凝土灌注樁的施工。
為了盡可能節(jié)約時間，避免因報告、批復、拆遷、協(xié)調完成而引起的巨大工作量，還是從設計上找辦法。其結果是將承臺提高1.8m（已經是可能的最大值），將施工周期長達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。經過驗算、評審、設計院符合，均符合相關規(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，除了經濟因素外，確保工期的施工組織就顯得尤為重要。根據現場實際情況，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，并增加數量，減少循環(huán)。
51#主塔墩共設2個墩，每個墩基礎采用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《巖土工程勘察報告》（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；中風化礫巖巖石單軸抗壓強度統(tǒng)計表中所示，基本值數據為“max＝13.7 MPa”、“min＝6.6MPa”。原計劃每個墩布置4臺沖擊鉆機鉆孔，平均55天成樁一根,3個循環(huán)完成，配備1臺50t汽車吊用于材料轉運及鋼筋籠吊裝、護筒埋設等。
現場情況由于拆遷、障礙物遷改等原因，實際工程開孔時間距離進場已經過了50天。由于主塔墩的2個墩臺，有三側都有障礙物，分別是鐵路橋、金橋大道機動車道、居民房屋，僅有順橋向大里程方向有5.5米寬的非機動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間搶回來，也曾考慮過KPJ3000等各種型號鉆機，但都一一否決了。斜拉橋現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。
經過認真分析，決定還是采用JZK-8型沖擊正循環(huán)鉆機，采取增加數量（每個墩4臺變?yōu)?臺），減少循環(huán)（原計劃3個循環(huán)變?yōu)?個循環(huán)）。施工組織變更后的優(yōu)勢有：⑴鉆機樁錘重量合適，50噸吊機站位后，可以在墩位中覆蓋各孔位，如采用其他型號鉆機，可能要求配超過100噸的吊機或重新設計施工專用起吊設備；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)鉆機可以利用孔位循環(huán)，如采用其他鉆機，泥漿循環(huán)要求專用場地或泥漿箱；⑶鉆機維修簡便，沖擊正循環(huán)鉆機維修最多的就是樁錘，僅需要增加2個備用樁錘配焊工不停循環(huán)補焊即可解決，如采用其他鉆機，鉆桿、機身維修裝卸本身就需要花費大量時間。
原計劃安排（4臺）變更后計劃（6臺）
相比較原計劃安排，變更后的施工組織需要另增加1臺50噸履帶吊，專門用于西側主塔墩，原因是由于場地限制，需要履帶吊進入“變更后計劃”C1和D1處中間，待6臺鉆機就位后，履帶吊不能進出。相比較工程工期而言，增加必要的機械是必須的。
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，塔身為內傾式鋼筋混凝土框架，箱形截面。塔身設置上、中、下三道橫梁。投標施工組織設計中，根據主塔結構特點按如下順序施工：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構的一個重要部分，主塔結構為塔、梁固結體系，下橫梁即主梁T0節(jié)段，其頂同主梁一樣設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，順橋向寬6m。原施工組織中具體施工步驟為：搭設下橫梁萬能桿件現澆支架→安裝下塔柱勁性骨架(勁性骨架分節(jié)段在鋼結構車間統(tǒng)一制造)→安裝下橫梁支架與勁性骨架的斜撐桿并調整勁性骨架的傾斜度→搭設下塔柱施工腳手架→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、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)約下橫梁的時間，為總工期爭取時間呢？答案是完全可行的。
在主塔墩承臺施工的同時，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上，上設型鋼縱橫向分配梁，作為橫梁底模平臺。底模支墊均采用鋼結構，以消除非彈性變形和便于拆除。在下塔柱施工的同時，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，同時施工下橫梁，較原計劃節(jié)約工期30天。
四、總結
在城市繁華地段進行控制性工程施工，總會面臨現場環(huán)境、交通、房屋拆遷、障礙物遷改等因素對施工的干擾；由于工程結構形式的不同，城市繁華地段施工難度會大不相同。通過金橋大道跨鐵路橋工程對設計、施工組織變更的實施，在確保重點工程在控制投資額度的情況下，為了按照計劃工期完成施工，對市政基礎建設的有效管理作出了有益的嘗試。
