城市桥梁预制拼装技术应用.pdf
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1、No.3202346上涵么路桥隧工程SHANGHAI HIGHWAYS-城市桥梁预制拼装技术应用卢永成,袁慧玉上海市政工程设计研究总院(集团)有限公司,上海2 0 0 0 9 2 摘要:上海两港大道中段工程高架桥长8.45 km,桥梁采用全预制拼装技术,预制装配率达到9 0%。工程中,开展了贴边埋置灌浆波纹钢管锚固连接性能试验研究,为确保预制立柱与盖梁连接的可靠性提供了技术支撑。该桥梁工程应用了经实车碰撞试验检验的新型组合式护栏、GA-10浇筑式沥青混凝土铺装和隐藏式落水管等新技术,提高了其耐久性与美观性。关键词:预制拼装;桥梁;试验;连接;组合梁;护栏1概况随着我国经济发展方式的转变和“以人
2、为本”“绿色环保”理念的倡导,预制拼装桥梁技术在我国公路、铁路与城市桥梁建设中,得到了越来越多的推广应用,在提高工程质量、加快建设速度、减少环境污染、降低交通影响,以及提升工程社会效益与经济效益等方面的积极作用日益显著。上海两港大道(新四平公路一S2)快速化工程(简称:上海两港大道中段工程)位于上海市东南部,西起两港大道新四平公路,东至S2沪芦高速,路线全长13.1km,采用“主线高架+地面道路”形式建设,见下图1。主线高架道路等级为城市快速路,采用双向六车道规模。高架桥梁全长8.45 km,全线设置4对平行上下匝道。上海浦东国际机场S沪芦高速申嘉湖高速8沪奉高速两港大道G1503绕城滴水湖两
3、港大道(新四平公路-S2)快速化工程洋山图1项目位置示意图收稿日期:2 0 2 3-0 5-2 22023No.347上海么路桥隧工程SHANGHAIHIGHWAYS桥梁采用全预制拼装技术,预制装配率达9 0%。预制构件包括:桩基、立柱、盖梁、小箱梁、组合梁和护栏等。工程中,开展了贴边埋置灌浆波纹钢管锚固连接性能的试验研究,为确保预制立柱与盖梁连接的可靠性提供了技术支撑。并应用了经实车碰撞试验检验的新型组合式护栏、GA-10浇筑式沥青混凝土铺装和隐藏式落水管等新技术,提高了桥梁的耐久性与美观性。2总体布置主线高架标准段采用整幅布置,桥宽2 6.1 m,满足双向六车道的要求。匝道为单向两车道,桥
4、宽8.5 m,见下图2、图3。标准段桥梁上部结构采用基本跨径30 m的装配式后张预应力混凝土小箱梁,跨主要路口与主要河流节点采用45 7 5 m的钢一混凝土组合连续梁,跨一般路口节点采用38.5 m的简支钢一混凝土组合梁。标准段桥梁下部结构采用大悬臂盖梁双柱桥26.112.2512.25=0.5+3.75*3+0.5防撞护栏机动车道中央隔高墩机动车道防撞护栏道路设计中心线北侧南侧图2 标准段高架横断面图(单位:m)图3标准段高架效果图墩。根据地质与环境条件,基础按摩擦桩设计,采用600mm的PHC管桩或800mm的钻孔灌注桩。桥梁主要采用预制拼装法施工。全线共有预制小箱梁1 5 6 2 片、预
5、制盖梁36 1 榻、预制立柱6 2 7 根、钢一混凝土组合梁1 2 联。3结构设计3.1上部结构3.1.1小箱梁小箱梁标准跨径30 m,采用C60混凝土。标准段小箱梁采用先简支、后连续结构体系,2 5 跨一联;变宽段小箱梁采用简支结构+桥面连续结构体系。主线标准段桥面宽2 6.1 m,横断面布置6 片小箱梁,梁间距4.44m;高架匝道桥桥面宽8.5 m,布置2 片小箱梁。单片边梁吊重约1 6 5 t(带防撞护栏混凝土结构);单片中梁吊重约1 40 t。每片小箱梁在中墩处设一个永久支座及两个临时支座,边墩处设一个永久支座。小箱梁横向之间采用U形钢筋,交错布置现浇混凝土接缝,见下图4。U形钢筋在湿
6、接缝内形成环形搭接,纵向间距1 0 cm。接缝采用C60钢纤维混凝土,形48上海么路No.32023小箱梁吊装图桥隧工程SHANGHAI HIGHWAYS-成核心混凝土,宽度35 45 cm,比以往工程大5 cm。这是根据多个实际工程调研后确定的数值,在设计中增加了施工偏差值。小箱梁采用两台30 0 t以上的履带吊双机吊,见下图5(a);部分区域受场地条件影响,首次采用5 0 0 t的履带吊单机吊装,见下图5(b)。4508029080预制梁预留U型钢筋核心混凝土350加强钢筋图4小箱梁接缝图(单位:mm)(a)履带吊双机抬吊图53.1.2铃钢-混凝土组合连续梁全线共有1 2 处主要路口与主要
7、河流,需设置45 75m的大跨径桥梁跨越。采用对环境与交通影响较小、重载交通承受能力强、工程造价适中的钢-混凝土组合连续梁。以跨鸿音路桥为例,跨径布置为(5 0+7 5+5 0)m,上部结构采用变高度钢-混凝土组合连续梁,四个单箱单室截面,箱梁通过钢横梁连为一体。组合梁顶板宽度为2 6.1 m,主梁高度为2.37 5 3.9m,采用两次抛物线变化。组合梁跨中横断面如图6 所示。钢主梁材质为Q345qD钢,共设4道槽形梁,槽形梁中心间距约6.6 m。槽形梁顶板厚度1 6 40 mm、腹板厚度1 2 1 6 mm、底板厚度1 6 35 mm,腹板与底板采用板肋加劲。钢横梁间距8 m,墩顶采用箱形截
8、面(b)履带吊单机抬吊26100/250012250600/2防撞墙车行道中来分需带222%2%1491334933003300161013050图6 组合梁跨中横断面(单位:mm)2023No.349上语么路SHANGHAI HIGHWAYS桥隧工程大横梁,其它部位采用空腹式+实腹式横梁。桥面板采用钢筋混凝土结构,C60混凝土。桥面板厚度2 8 0 35 5 mm,采用现浇混凝土施工。为便于现场施工,设置了1.5 mm厚的镀锌压型钢板作为底模(盖板为0.5 mm镀锌钢板),见下图7。开工前,对压型钢板底模的强度、刚度与稳定性进行了荷载试验验证。92112盖板压型钢板60图7 压型钢板底模图(
9、单位:mm)钢主梁与桥面板间通过连续布置的剪力钉连接起来。剪力钉采用规格为D(25220)mm的圆柱头焊钉。支点负弯矩区桥面板采用钢筋混凝土构件限制裂缝宽度的设计方法。设计中未布置预应力筋,简化了构造,方便了施工。控制计算裂缝宽度不大于0.1 5 mm。另外,还加强了桥面铺装的防水性能。钢梁在工厂分段制作,再运输至现场,现场安装设置四个跨中临时支墩。钢结构分段采用履带吊安装,桥面板分段施工,以减少中墩支点处的负弯矩内力,见下图8。桥面板施工顺序如下:(1)搭设临时支墩,架设钢梁,浇筑正弯矩区混凝土;(2)拆除临时支墩;(3)浇筑负弯矩区混凝土;(4)浇筑1.5 m宽的后浇带混凝土。44正弯矩区
10、1.5m后浇带负弯矩区1.5m后浇带正弯矩区1.5m后浇带负弯矩区1.5m后浇带正弯矩区?2图8 组合梁桥面板施工顺序图3.22下部结构3.2.1立柱与盖梁标准段下部结构采用预制拼装大挑臂预应力混凝土盖梁双柱墩,变宽段采用三柱或四柱门架墩。立柱采用钢筋混凝土结构,矩形截面,C50混凝土。预制立柱最大高度1 2 m(预制场龙门吊机吊装高度控制),最大重量1 2 5 t以内。盖梁采用预应力混凝土结构,T形截面,设置高挡块,提高了边梁安装稳定性,并改善了桥梁景观。为减小预制盖梁截面尺寸与重量,采用C60混凝土。考虑到运输条件,盖梁最大重量控制在2 5 0 t以内。为简化盖梁配筋(束)布置,提高预制效
11、率,加大了预应力束规格,减少束数,取消了传统的斜筋布置,并通过加强箍筋设计,以满足截面抗剪承载能力的需求。预制立柱与承台的连接采用灌浆套筒连接。立柱与承台接缝外设钢筋混凝土围圈来加强,以提高接缝的耐久性。预制立柱与盖梁采用履带吊机吊装,见图9、图1 0。图9 预制立柱与承台连接图1 0预制盖梁吊装2023No.350上涵么路桥隧工程SHANGHAI HIGHWAYS-预制立柱与预制盖梁之间采用灌浆波纹钢管连接。立柱顶面预埋伸出钢筋,波纹钢管预埋在盖梁中。由于盖梁中的波纹钢管贴边埋置,以往没有实践经验可供借鉴。故除设计计算分析与加强构造外,工程中还开展了贴边埋置灌浆波纹钢管锚固连接性能的试验研究
12、 2 。按不同的锚固长度,开展了7 个足尺模型试验。设计了7 种工况下的7 组试件,每组试件2 个样本,共14个样本的试验进行研究。灌浆波纹钢管拉拔试验试件设计参数与锚固连接性能见表1。表1 灌浆波纹钢管拉拔试验试件设计参数与锚固连接性能试件钢筋钢筋在波纹钢管内锚固拉拔施工样本破坏模式编号直径/mm波纹钢管在试件内相对位置长度方式工艺个数级别1#14d.单拉灌浆21根拉断,一根拔出1根I级;1 根破坏形态不满足JGJ3552#单拉灌浆2拉断I级3#40d.3根压浆2拉断I级钢筋贴边4#40群拔灌浆2拉断I级波纹钢管贴边5#单拉灌浆2拉断6#24d.3根压浆2拉断I级7#群拔灌浆2拉断I级根据钢
13、筋机械连接技术规程(JGJ107-2016)33.0.5条及钢筋套筒灌浆连接应用技术规程(JGJ355-2015)4/3.2.2条要求,本试验中,锚固长度达到2 4d的灌浆波纹钢管连接方式(单拉/3根群拔、灌浆/压浆)均满足现行规范的要求,并在满足强度要求的同时,使破坏模式转为接头外钢筋断裂。为使立柱伸人盖梁的预留钢筋与盖梁受力截面的中性轴相交,以满足节点受力要求,设计中立柱钢筋锚固长度取40 d。3.2.2基础场地地基土为冲积层软土地质,桥墩基础按摩擦桩设计。一般区域采用600mmPHC管桩,锤击法沉桩;在临近地下管线等重要构筑物区域,采用800mm钻孔灌注桩。台后接坡道路设计中,采用落地梁
14、结构,以控制地基的不均匀沉降,确保行车的舒适性。4主要附属工程4.1桥面铺装桥面铺装由钢筋混凝土整平层与沥青铺装层组成。小箱梁设9 cm厚C50钢筋防水混凝土整平层,钢-混凝土组合梁不设整平层。沥青铺装层采用3.5 cm厚GA-10浇注式沥青混凝土(下层)+4cm厚SMA-13(S BS 改性)沥青混凝土(上层)的双层式沥青混凝土结构,提高了重载交通条件下的桥面铺装的耐久性,见下表2。表2 沥青铺装层设计方案结构层次铺装材料铺装上层4cm厚SMA-13(SBS改性)沥青混凝土黏层改性乳化沥青(SBR)黏层,喷洒30 0 5 0 0 g/m表面撒1 0 1 5 mm沥青预拌碎石铺装下层3.5cm
15、GA-10浇注式沥青混凝土防水黏结层溶剂型沥青橡胶黏结剂(0.4L/m)基层处理抛丸处理,加环氧树脂下封层4.2防撞护栏桥梁需通行重载交通,防撞护栏等级为SS级,采用钢-混凝土组合式护栏,高度1 40 0 mm,见图1 1。组合式护栏的混凝土结构高度7 5 0 mm,梁柱式钢结构高度6 5 0 mm。由此,大大提高了行车的视觉通透性。由于该组合式护栏为新的设计,除了进行必要的结构计算分析外,还开展了组合式护栏安全性能评价,进行了仿真碰撞数值分析和实车碰撞试验,碰撞车辆为小型客车、大型客车与大型货车三种车型,见下图1 2。结果表明,该组合式护栏各项性能满足公路护栏安全性能评价标准(JTGB05-
16、01-2013)5 的要求。202351No.3上海么路SHANGHAIHGHWAYS桥隧工程钢结构混凝土结构150350500图1 1钢-混凝土组合护栏横断面(单位:mm)4.3桥面排水桥面排水设计中,外置的落水管影响桥梁景观。经过对明排落水管、桥墩开槽布置落水管与隐藏式落水管的比较,采用了桥梁景观效果最好的隐藏式落水管方案,将落水管埋置于盖梁与墩柱中,见下图1 3。为解决隐藏式落水管易堵塞及不便于养护的弱点,采图1 2大型货车撞击试验取了加大雨水篦子尺寸(增大进水口面积)、设置不锈钢滤网(防止杂物进入管道)与弯头处设置检查口(便于管道检查与疏通)等技术措施。落水管采用PVC-U聚氯乙烯管材
17、,以提高管材的耐腐蚀与耐老化性能,落水管直径2 0 0 mm,壁厚6 mm。桥面进水口桥面进水口通气检查口通气检查口通气检查口通气检查口排水口排水口图1 3盖盖梁与立柱隐藏式排水管布置图5结语(1)上海两港大道中段工程应用全预制拼装桥梁技术,提高了工程质量与品质,加快了工程进度,减小了对交通与环境的影响。(2)开展了贴边埋置灌浆波纹钢管锚固连接性能的试验研究,为确保预制立柱与盖梁连接的可靠性提供了技术支撑。(3)应用了经实车碰撞试验检验的新型组合式护栏、GA-10浇筑式沥青混凝土铺装和隐藏式落水管等新技术,提高了桥梁的耐久性与美观性。参考文献1卢永成.桥梁预制拼装技术 M.北京:人民交通出版社
18、股份有限公司,2 0 2 1.2卢永成,袁慧玉,王志强.贴边埋置灌浆波纹钢管锚固连接性能试验研究 J.城市道桥与防洪,2 0 2 3(0 3):1 9 9-2 0 4+2 7.3中华人民共和国住房和城乡建设部.钢筋机械连接技术规程:JGJ107-2016S.北京:中国建筑工业出版社,2 0 1 6.4中华人民共和国住房和城乡建设部.钢筋套筒灌浆连接应用技术规程:JGJ355-2015S.北京:中国建筑工业出版社,2015.5中华人民共和国交通运输部.公路护栏安全性能评价标准:JTGB05-01-2013S.北京:人民交通出版社,2 0 1 3.:YOU Guanghui,ZHENG Bingf
19、eng,WU Weiwei,GAO Zhuangyuan,PEI Jiansong(23)are identified by examining the factors affecting the resonance,such as the vertical curve shape,driving direction,radius,and spacing of thecompound vertical curves.Coupled resonance zone will be formed on an asymmetric vertical curve while the curve leng
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