中興路北延下穿南京長(zhǎng)江三橋高速公路組合鋼便橋設(shè)計(jì)與施工

錢 濤

(江蘇雷威建設(shè)工程有限公司，南京 210003)

1 工程概況

南京市雨花區(qū)中興路北延工程南起繞城公路板橋汽渡連接線，北至秦淮新河防洪堤，全線長(zhǎng)2670 m，路幅寬為50 m，在里程K0+769.179處直線下穿南京長(zhǎng)江三橋高速公路連接線，此處路幅寬度56.6～61 m。三橋產(chǎn)權(quán)單位要求在施工中不中斷連接線交通、不減少車道數(shù)量、不得采用上跨方案，施工時(shí)對(duì)三橋連接線影響時(shí)間應(yīng)最短，并最大限度保證其暢通。

根據(jù)地質(zhì)勘察報(bào)告，本區(qū)段地質(zhì)條件較差，公路路基下臥層為淤泥質(zhì)亞黏土覆蓋，厚度為12.5～21.6 m，壓縮比較高、微透水性，容許承載力為70 kPa。最終利用鐵路D型24 m施工便梁，改制成組合式鋼便橋來組織三橋高速公路連接線交通，下穿采用4孔(6+12.5+12.5+6)m分離式框架箱形結(jié)構(gòu)。箱形橋總高8.3 m，總長(zhǎng)65 m，分2節(jié)預(yù)制，每節(jié)32 m，中間設(shè)置1 m后澆帶，采用中繼間法頂進(jìn)施工，頂程為86.3 m。箱頂距離高速公路路面平均高度為1.34 m(圖1)。

圖1 箱形橋橫斷面(單位:m)

2 交通現(xiàn)狀及組織方案

本工程穿越高速公路路基部分位于4個(gè)匝道匯合處，主線為雙向6車道，每個(gè)匝道為雙車道，施工時(shí)只有兩側(cè)匝道通車、主線段暫未通車。根據(jù)交通現(xiàn)狀，施工時(shí)將便橋設(shè)置在兩側(cè)匝道上來組織三橋連接線交通，主線段道路可以進(jìn)行破除和鋪設(shè)施工。進(jìn)行便橋安裝(或移裝)時(shí)，需占用匝道，則提前將匝道與主線道路之間增設(shè)施工便道進(jìn)行彎道順接，以保證既有車道數(shù)量。

交通組織按兩階段進(jìn)行，并不斷交替改道通行。第一階段為施工占用主線道路，車輛按原路線行駛;第二階段為施工占用匝道出入口，車輛從施工便道繞行(圖2)。

圖2 臨時(shí)鋼便橋設(shè)置位置及交通組織示意

3 組合鋼便橋橋跨結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工

3.1 D24型組合施工便橋與貝雷梁便橋的比較

用作高速公路的臨時(shí)便橋結(jié)構(gòu)一般采用貝雷梁結(jié)構(gòu)較多，而本工程受便橋高度和多次拆裝等因素影響，考慮了采用鐵路專用D24型施工便梁組裝結(jié)構(gòu)，并對(duì)2種便橋結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行了比較分析。

(1)貝雷梁便橋在公路施工中由于其輕巧靈活，應(yīng)用比較廣泛，但也有其不足。

①自身高度高，加強(qiáng)型貝雷梁高度達(dá)到170 cm，由于貝雷梁本身采用高強(qiáng)螺栓鉸接連接，縱向和橫向在車輛荷載作用下變形大、撓度大，行車速度受到較大限制，一般限速15～30 km/h，由此影響高速公路通過能力，造成運(yùn)能損失。

②橫向路面占用寬度寬，D24型便梁拼裝成3車道，寬度為13.86 m，而采用貝雷梁拼裝成3車道，路幅寬度將達(dá)到17.4 m，需加寬3.54 m。

③貝雷梁標(biāo)準(zhǔn)橋面系均為下承式結(jié)構(gòu)，當(dāng)拼裝成三車道時(shí)會(huì)在路面上造成6道高約0.9 m、長(zhǎng)24 m的主梁桁架，對(duì)高速公路行車造成安全隱患。

(2)D24型施工便梁可以發(fā)揮出其低高度、大跨度、高強(qiáng)度、空間大、安全儲(chǔ)備高等特點(diǎn)，具體有以下幾點(diǎn)。

①D24型便梁設(shè)計(jì)成上承式結(jié)構(gòu)后，其橋面可與既有高速公路路面路幅基本相同，給司機(jī)提供良好的安全運(yùn)行條件。

②在D24型便梁上設(shè)計(jì)有硬木墊層的組合式橋面結(jié)構(gòu)，可對(duì)行車起到緩沖作用，同時(shí)也可以調(diào)節(jié)橋面縱、橫坡度。

③D24型便梁具有跨度大、自重輕、自身結(jié)構(gòu)高度低、拼裝速度快的特點(diǎn)，可以滿足下穿箱形框架立交頂進(jìn)時(shí)低空結(jié)構(gòu)尺寸。

④D24型便梁可多孔進(jìn)行橫向連接，靈活性較大。

⑤D24型便梁原設(shè)計(jì)可承載鐵路機(jī)車重力，若用于公路汽車承載(活載為汽—20)，則具有較高的安全系數(shù)，按限速60 km/h行駛，可大大提高高速公路的運(yùn)能。

根據(jù)長(zhǎng)江三橋公司對(duì)立交橋頂進(jìn)施工時(shí)要保證不中斷行車、不減少車道的要求以及交通現(xiàn)狀和公路行車的特點(diǎn)，初期擬采用貝雷梁便橋結(jié)構(gòu)，后經(jīng)調(diào)查研究、反復(fù)論證并征得三橋產(chǎn)權(quán)單位和交通管理部門同意，最終便橋設(shè)計(jì)采用了鐵路D型施工便梁架設(shè)方案。

3.2 組合鋼便橋設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)驗(yàn)算

(1)主梁結(jié)構(gòu)體系

采用D24型便梁主梁、橫梁和牛腿等主要構(gòu)件，把下承式鋼梁改為上承式鋼梁。為滿足2車道通行同時(shí)備用1車道，設(shè)計(jì)成橫向3跨一聯(lián)的組合鋼便梁，組裝后總寬為13.86 m，每聯(lián)便橋采用4片縱梁和3孔橫梁栓接而成(圖3)。主梁基礎(chǔ)采用鋼筋混凝土擴(kuò)大基礎(chǔ)，底部留3 m深帶土頂進(jìn)，邊坡按照1∶1(圖4)。

圖3 D24型組合鋼便橋結(jié)構(gòu)橫斷面(單位:mm)

圖4 D24型組合鋼便橋結(jié)構(gòu)縱斷面(單位:m)

(2)車道橋面體系

因組合后的主梁頂比橫梁高0.21 m，為此把公路車道橋面設(shè)計(jì)成復(fù)合橋面，即在D24便梁橫梁上鋪設(shè)[10型鋼作為橋面縱梁，上滿鋪10 cm×10 cm方木作為橫梁，再鋪12 mm厚鋼板橋面，在12 mm厚橋面上焊接間距20 cm、厚6 mm、寬60 mm扁鋼作為車道防滑條，用M18螺栓與D24便梁連接牢固，另外在主梁縱梁上直接套裝6 mm厚花紋鋼板。組裝后的便橋兩側(cè)設(shè)置可拆卸防撞鋼欄桿，立桿采用125H型鋼，伸出橋面1.2 m高。底部焊接2道12 mm厚兩層鋼板并通過M18螺栓連接在縱梁外側(cè)肋板上，立桿上焊接鋼板卡槽，設(shè)置[18型鋼橫桿2道(圖5)。

圖5 便橋橫梁上橋面系橫斷面(單位:mm)

架設(shè)好的便橋端部在路幅13.86 m范圍與既有路面約有0.5 m寬空擋，此部位采用鋼結(jié)構(gòu)擋板隔離，其間采用砂加碎石人工夯實(shí)回填。因組裝后的便橋?yàn)樗?，而既有路面有縱橫坡，安裝后的便橋相比既有路面有不同程度高差，為了與既有路面順坡對(duì)接形成順暢路幅，采取在兩端橋頭以2%設(shè)置縱坡對(duì)接，用砂加碎石作為縱橫坡調(diào)節(jié)填料，最后在填料上鋪厚20 mm加防滑條鋼板作為兩端上橋過渡路面。

通過上述方法，建成后便橋路幅除在便橋兩側(cè)設(shè)有防撞標(biāo)志外無任何遮擋之處，平坦順暢，行車視線良好。由于D24型便梁組拼成3孔橫向連接，整體剛度有較大改善，從實(shí)際運(yùn)行情況來看，穩(wěn)定性良好。

(3)結(jié)構(gòu)驗(yàn)算

為了保證安全，按照相關(guān)規(guī)范、規(guī)定和公路行車特點(diǎn)進(jìn)行了有關(guān)構(gòu)件的驗(yàn)算。

計(jì)算荷載采用汽—20，限速60 km/h。不考慮鋼梁荷載的橫向分布，驗(yàn)算荷載以2車道荷載受力控制，主要檢算主梁、橫梁和主梁的拼接及橋面縱梁和橋面板。按不同荷載組合計(jì)算強(qiáng)度、撓度、剪切等，上述各項(xiàng)指標(biāo)均能滿足要求。

3.3 組合鋼便橋的施工要點(diǎn)

(1)D24型施工便梁組裝和架設(shè)

①鋼便橋拼裝前先設(shè)置拼裝平臺(tái)，在便橋兩端基礎(chǔ)位置搭設(shè)枕木垛，并用木板和鋼板調(diào)整高程，使其4個(gè)支點(diǎn)處在同一水平面上。

②便橋拼裝采用2臺(tái)吊機(jī)配合安裝，先吊裝第1片縱梁至條基上，安裝兩側(cè)和中間3道橫梁，再對(duì)位安裝另一片縱梁，同上完成第3和第4片縱梁，最后安裝其余橫梁。

③橫梁安裝時(shí)，根據(jù)操作面至橫梁底高度，搭設(shè)臨時(shí)橫梁拼裝平臺(tái)，便于橫梁安裝就位。

(2)組合式鋼便橋的養(yǎng)護(hù)

①鋼便橋架設(shè)完成后，派專人24 h對(duì)鋼便橋梁體及邊坡進(jìn)行巡檢，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)處理。雨季施工時(shí)需加強(qiáng)雨前、雨中、雨后三檢制度，確保鋼便橋安全穩(wěn)定。

②鋼便橋在投入使用過程中，每日進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，檢查螺栓松緊，并及時(shí)給絲扣上油。派專業(yè)人員檢查構(gòu)件是否有變形損壞，發(fā)現(xiàn)后立即更換。

(3)組合鋼便橋的監(jiān)測(cè)防護(hù)及注意事項(xiàng)

①便橋架設(shè)完成后在便橋的最外側(cè)兩道縱梁端部以及條基上便梁梁端位置布置了觀測(cè)點(diǎn)，開通前和開通后對(duì)便橋的沉降和位移進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

②第一次便橋架設(shè)后通車連續(xù)觀測(cè)3 d，經(jīng)觀測(cè)，便橋端部的沉降量均在1 cm以內(nèi)，且后2 d累計(jì)沉降量基本穩(wěn)定，無位移。

③本工程在高速公路上占道施工，施工時(shí)做好現(xiàn)場(chǎng)隔離，并委派專人進(jìn)行交通防護(hù)，防止車輛超速，特別是大型機(jī)械設(shè)備作業(yè)時(shí)，需設(shè)置警戒線，防止侵限危及高速公路行車安全。

④便橋使用施工過程中，全程加強(qiáng)對(duì)便橋基礎(chǔ)的沉降觀察，實(shí)行24 h值班制度。

⑤便梁構(gòu)件主要采用螺栓連接，因其承受沖擊和振動(dòng)荷載較大，需24 h不間斷對(duì)螺栓進(jìn)行擰緊檢查。

⑥便橋結(jié)構(gòu)為加工組裝而成，施工前對(duì)作業(yè)人員進(jìn)行詳細(xì)的安全技術(shù)交底，并對(duì)加工平臺(tái)、加工組件進(jìn)行逐件復(fù)核，保證拼裝尺寸的質(zhì)量。安裝時(shí)，針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的道路進(jìn)行精確定位，以保證框架橋主體結(jié)構(gòu)就位準(zhǔn)確(圖6)。

圖6 組裝完成后的組合鋼便橋橋面

4 結(jié)語

本工程于2009年11月開工，2010年7月完成箱身頂進(jìn)施工并于次月恢復(fù)高速公路正常通車，有效工期約9個(gè)月。頂進(jìn)施工為2個(gè)月，對(duì)三橋高速交通實(shí)際影響時(shí)間為1個(gè)月。尤其采用D24型鐵路便梁組裝成上承式組合鋼便橋，對(duì)施工期間公路行車是有利的。根據(jù)本工程實(shí)踐，D24型組合鋼便橋拆除、縱移、組裝及路面恢復(fù)5 d即可完成，基本保證了高速公路的暢通，大大減少了運(yùn)輸費(fèi)用的損失。在全國(guó)公路運(yùn)輸特別繁忙同時(shí)具備條件的情況下，本工程方案可供相關(guān)單位借鑒參考。

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