上海中環(huán)線國(guó)定東路下匝道預(yù)制拼裝橋梁技術(shù)

沈維芳，盧永成

（上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院（集團(tuán)）有限公司，上海市 200092）

橋梁結(jié)構(gòu)

上海中環(huán)線國(guó)定東路下匝道預(yù)制拼裝橋梁技術(shù)

沈維芳，盧永成

（上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院（集團(tuán)）有限公司，上海市 200092）

在城市中心區(qū)域的工程建設(shè)中，傳統(tǒng)的現(xiàn)澆施工方法所體現(xiàn)出的對(duì)環(huán)境的負(fù)面影響，越來越不能適應(yīng)城市以人為本的發(fā)展理念。改變傳統(tǒng)的建造方式，使之邁向高效綠色，是工程建設(shè)行業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)，上海市國(guó)定東路下匝道工程在中心城區(qū)首次實(shí)現(xiàn)橋梁承臺(tái)以上全面預(yù)制拼裝施工，使綠色工程建設(shè)成為現(xiàn)實(shí)，為行業(yè)的提升呈現(xiàn)了廣闊的前景，預(yù)制拼裝與BIM技術(shù)的結(jié)合，也使設(shè)計(jì)施工管理更加有序高效。

預(yù)制拼裝；連接技術(shù)；灌漿金屬波紋管；BIM

1 概況

隨著上海市楊浦區(qū)五角場(chǎng)城市副中心功能能級(jí)的不斷提升，近年來交通集聚度迅速提高，使得在中環(huán)線地面道路及主線進(jìn)出五角場(chǎng)區(qū)域的匝道時(shí)形成擁堵（見圖1）。增設(shè)中環(huán)線內(nèi)圈國(guó)定東路下匝道，可在一定程度上分流現(xiàn)狀交通流量，對(duì)完善中環(huán)線北段匝道系統(tǒng)，緩解現(xiàn)有中環(huán)線內(nèi)圈國(guó)定東路下匝道交通壓力將起到重要作用。

圖1 中環(huán)線擁擠狀況

中環(huán)線國(guó)定東路下匝道工程位于五角場(chǎng)環(huán)島“彩蛋”以東約120 m處，主線橋梁拼寬段與中環(huán)線并行，至國(guó)定東路路口右轉(zhuǎn)，并沿國(guó)定東路向南延伸，跨越規(guī)劃安波路后落地，匝道工程全長(zhǎng)518 m。中環(huán)線主線為城市快速路，設(shè)計(jì)速度為80 km/h，國(guó)定路下匝道為城市快速路，設(shè)計(jì)速度為40 km/h，荷載等級(jí)為城-B級(jí)[1]，見圖2。

圖2 國(guó)定東路下匝道橋位圖

由于中環(huán)線主線施工時(shí)眾多地下管線均移至臨近主線的外側(cè)，使得匝道橋橋墩位置設(shè)有多種管線，管線搬遷及鋪設(shè)施工耗費(fèi)時(shí)間較長(zhǎng)，為確保匝道盡快建成，只有盡量縮短橋梁現(xiàn)場(chǎng)施工工期。

工程地處繁華的五角場(chǎng)商圈，施工區(qū)域商鋪林立，周圍道路人車密集。橋梁如果采用傳統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)澆筑施工方案會(huì)有很多弊端，如施工占地面積大，工地臟亂，揚(yáng)塵和噪聲污染嚴(yán)重等，對(duì)交通、環(huán)境及市民出行影響很大，不適合中心城區(qū)采用，達(dá)到高效環(huán)保成為國(guó)定東路下匝道工程設(shè)計(jì)的指導(dǎo)思想[1-4]。

2 橋梁工程設(shè)計(jì)方案

為最大限度地縮短施工周期、降低城市建設(shè)對(duì)道路交通和市民生活造成干擾、減少對(duì)大氣環(huán)境和區(qū)域環(huán)境的影響、提升工程品質(zhì)和安全質(zhì)量、文明施工水平。在設(shè)計(jì)過程中對(duì)設(shè)計(jì)施工進(jìn)行了一體化的研究工作，以不中斷交通、減少現(xiàn)場(chǎng)工作量，減小施工作業(yè)面、外形盡量與老橋協(xié)調(diào)為橋梁設(shè)計(jì)原則。通過多方案技術(shù)比較、風(fēng)險(xiǎn)分析、經(jīng)濟(jì)論證及起吊運(yùn)輸方案論證，首次在中心城區(qū)橋梁施工中采用包括上下部結(jié)構(gòu)在內(nèi)的預(yù)制裝配施工工藝，承臺(tái)以上構(gòu)件全面在工廠預(yù)制加工，現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行拼裝。

本工程橋梁由拼橋與匝道橋組成，全長(zhǎng)518 m。為減少預(yù)制拼裝過程中構(gòu)件的數(shù)量和吊裝運(yùn)輸工作量，設(shè)計(jì)階段進(jìn)行了結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，上部結(jié)構(gòu)吊裝重量控制在200 t以內(nèi)，下部結(jié)構(gòu)吊裝重量控制控制在100 t以內(nèi)，見圖3。

圖3 橋梁跨徑布置

拼橋段，為了減小新橋結(jié)構(gòu)與老橋的變形差，上部結(jié)構(gòu)等寬段采用簡(jiǎn)支變連續(xù)小箱梁，跨徑與老橋一致，采用單片梁形式，底寬1.5 m，頂寬4 m，兩側(cè)為斜腹板，有挑臂，分別為3×35 m+2×31 m，橋?qū)挒?.35 m。變寬段為31 m簡(jiǎn)支鋼-混凝土組合梁 ，橋?qū)挒?.35～12 m，組合梁的外側(cè)形狀與小箱梁一致，梁高均為2 m，新老結(jié)構(gòu)采用結(jié)構(gòu)挑臂處鋼筋以鉸接形式相連的半剛性連接。

下部結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)立柱獨(dú)柱，外形為1.4～1.9 m下圓上方型，取消了蓋梁構(gòu)件。

為減小對(duì)周邊環(huán)境和管線的影響，樁基采用直徑1.2 m的鉆孔灌注樁，采取樁底后注漿措施，以減小拼橋處的相對(duì)沉降，見圖4。

圖4 拼橋斷面（單位：mm）

匝道上部結(jié)構(gòu)彎道處為29 m+43 m+36 m三跨鋼結(jié)構(gòu)連續(xù)梁，單箱單室，底寬為5.2 m，頂寬為7.7 m，橋?qū)挒? m；落地段為6跨35 m簡(jiǎn)支小箱梁，小箱梁底寬1.5 m，頂寬3.6 m，橋?qū)挿较蛴?片梁組成，濕接縫0.5 m。橋?qū)挒? m，梁高為2 m。匝道結(jié)構(gòu)外形采用與拼橋一致的斜腹板加挑臂形式。

下部結(jié)構(gòu)為帶蓋梁圓形獨(dú)柱墩，立柱直徑1.6 m，為減輕起吊重量，倒T型蓋梁取消外側(cè)常規(guī)擋塊，抗震裝置調(diào)整至梁底，蓋梁外形與小箱梁外輪廓一致。

下部樁基采用直徑0.8 m的鉆孔灌注樁。匝道斷面見圖5。

圖5 匝道斷面（單位：mm）

新型灌漿金屬波紋管鋼筋連接技術(shù)，即承臺(tái)、蓋梁分別預(yù)埋波紋管，立柱兩端伸出鋼筋，立柱鋼筋伸入承臺(tái)完成連接，蓋梁套入立柱完成連接。為確保橋墩受力性能，承臺(tái)接縫面設(shè)置凹槽，使立柱與承臺(tái)接縫面避開受力較大位置[3]，并以M60高強(qiáng)砂漿完成構(gòu)件間的拼接，見圖6。

圖6 橋梁構(gòu)件示意圖

工程共有立柱16根，蓋梁8個(gè)，小箱梁17片，鋼-混凝土組合梁1跨，鋼結(jié)構(gòu)連續(xù)梁3跨，共50個(gè)構(gòu)件均采用裝配式施工，只有橋臺(tái)和部分防撞護(hù)欄為現(xiàn)場(chǎng)澆注混凝土，承臺(tái)以上構(gòu)件預(yù)制裝配率達(dá)到81.7%，屬國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平。

本工程為上海市交通建設(shè)工程首批裝配式示范項(xiàng)目之一，也是楊浦區(qū)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)“雙十”重大項(xiàng)目。

3 新型連接技術(shù)的試驗(yàn)研究

在《灌漿金屬波紋管的連接構(gòu)造力學(xué)行為研究試驗(yàn)》中，對(duì)不同直徑、不同錨固長(zhǎng)度鋼筋在波紋管內(nèi)居中和貼邊的拉拔試驗(yàn)，研究該連接構(gòu)造的粘結(jié)錨固性能，試驗(yàn)驗(yàn)證了在保證錨固長(zhǎng)度的前提下，鋼筋在波紋管中由于施工誤差產(chǎn)生的偏位，對(duì)鋼筋的錨固性能的影響，見圖7、圖8。

圖7 拉拔試驗(yàn)?zāi)Ｐ?/p>

圖8 鋼筋拉拔試驗(yàn)

工程中橋墩根據(jù)不同類型，在立柱中采用了不同的鋼筋：直徑為36 mm、28 mm、25 mm，試驗(yàn)對(duì)這幾種鋼筋錨固長(zhǎng)度30D和35D，進(jìn)行居中貼邊拉拔試驗(yàn)，試件均以鋼筋斷裂形式破壞。

試驗(yàn)驗(yàn)證了在保證20D錨固長(zhǎng)度的前提下，鋼筋在波紋管中由于施工誤差產(chǎn)生的偏位，不會(huì)影響鋼筋的錨固性能。

在《預(yù)制拼裝立柱抗震性能研究試驗(yàn)》中，采用擬靜力試驗(yàn)方法對(duì)現(xiàn)澆橋墩、采用環(huán)氧膠接縫及灌漿金屬波紋管連接方式的預(yù)制拼裝橋墩、采用高強(qiáng)砂漿接縫及灌漿金屬波紋管連接方式的預(yù)制拼裝橋墩，兩種預(yù)制試件與現(xiàn)澆試件比較，兩種預(yù)制試件的承載力與現(xiàn)澆試件相近，總體位移能力相近，極限承載力不亞于現(xiàn)澆件，見圖9～圖12。

圖9 抗震試驗(yàn)?zāi)Ｐ?/p>

圖10 立柱抗震試驗(yàn)

圖11 環(huán)氧膠拼縫

圖12 高強(qiáng)砂漿拼縫

灌漿金屬波紋管鋼筋連接技術(shù)的現(xiàn)場(chǎng)施工，也證實(shí)此項(xiàng)拼裝方案達(dá)到了比現(xiàn)澆施工更優(yōu)的效果，且價(jià)格約為套筒的50%。

鋼箱梁橋面鋪裝首次采用高強(qiáng)韌性混凝土，28 d抗壓強(qiáng)度大于80 MPa；28 d抗折強(qiáng)度大于10 MPa，通過模擬施工試驗(yàn)，證實(shí)其強(qiáng)度剛度韌性及抗?jié)B抗裂性能均能達(dá)到設(shè)計(jì)要求，并能改善鋼橋面的抗疲勞性能，確保良好的耐久性。

4 構(gòu)件的預(yù)制和吊裝

本工程預(yù)制構(gòu)件均在工廠集中進(jìn)行構(gòu)件生產(chǎn)，預(yù)制構(gòu)件加工的施工工序均在車間進(jìn)行，為施工人員提供了良好的作業(yè)環(huán)境，保證了施工作業(yè)文明環(huán)保，也保證了施工人員的固定化、專業(yè)化。

為確保預(yù)制構(gòu)件安裝精度，首先要保證鋼筋模塊的加工精度，工廠引進(jìn)進(jìn)口設(shè)備，如高精度數(shù)字化鋼筋彎剪機(jī)和鋼筋籠滾焊機(jī)等，與BIM技術(shù)相結(jié)合，使鋼筋模塊加工精度控制在±2 mm[2]。為保證預(yù)制橋墩外觀質(zhì)量，預(yù)制過程中模板采用水平安裝，鋼筋籠入模后整體進(jìn)行豎向翻轉(zhuǎn)，翻轉(zhuǎn)完成后整體移動(dòng)至澆注臺(tái)座，進(jìn)行混凝土澆注。

橋梁工程于2016年6月5日開始樁基施工，此時(shí)橋梁施工正式全面開工。

為減小對(duì)道路交通的影響，預(yù)制構(gòu)件拼裝施工均在公交停運(yùn)的凌晨0時(shí)至5時(shí)進(jìn)行，工廠預(yù)制完成的橋梁構(gòu)件運(yùn)至工地現(xiàn)場(chǎng)，進(jìn)行拼裝，工地上沒有了腳手架、支架、模板，大大減小了施工的占地面積，施工期間保證高架和地面車道數(shù)不變，除了夜間臨時(shí)占一根車道拼裝施工外，白天既有社會(huì)交通不受影響。構(gòu)件拼裝施工也沒有一般工地常有的噪音，數(shù)根立柱一夜間拔地而起，到了白天，人們才會(huì)驚訝于工地的變化。7月15日凌晨起吊第一根立柱，至8月9日凌晨，最后一吊鋼箱梁吊裝完成，含雨天不作業(yè)，短短26 d，50個(gè)構(gòu)件全部拼裝完成。同時(shí)嚴(yán)格現(xiàn)場(chǎng)管理，在快速施工的同時(shí)，極大減小了粉塵、光、污水等污染對(duì)周邊環(huán)境的負(fù)面影響，大幅度提升了城市中心區(qū)域橋梁工程建設(shè)形象，得到社會(huì)各界的廣泛認(rèn)可，見圖13～圖16。

圖13 立柱吊裝

圖14 蓋梁吊裝

圖15 新型灌漿金屬波紋管鋼筋連接技術(shù)

圖16 全線貫通

5 BIM技術(shù)應(yīng)用

工程建設(shè)初期便由建設(shè)單位牽頭成立了由建設(shè)、設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)理單位組成的BIM工作小組，積極開展BIM技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用，開發(fā)了BIM管理平臺(tái)，對(duì)施工管理起著重要的作用。

工程BIM項(xiàng)目為上海市建筑信息模型技術(shù)應(yīng)用試點(diǎn)項(xiàng)目,同時(shí)也是楊浦區(qū)建筑信息模型技術(shù)應(yīng)用試點(diǎn)項(xiàng)目。

BIM技術(shù)應(yīng)用主要在設(shè)計(jì)、施工管理兩方面[4]。

在設(shè)計(jì)階段，建立全橋三維建筑信息模型，實(shí)現(xiàn)了三維互動(dòng)漫游與動(dòng)畫演示。為與老橋協(xié)調(diào)，同時(shí)滿足上部結(jié)構(gòu)支座設(shè)置的構(gòu)造要求，立柱形式設(shè)計(jì)為下圓上方形，為雙曲面與四個(gè)單曲面相交而成的多面體，常規(guī)二維圖紙難以表達(dá)清楚，采用BIM三維輔助出圖。

在施工階段，（1）BIM平臺(tái)實(shí)現(xiàn)實(shí)際進(jìn)度與計(jì)劃進(jìn)度的查詢，及構(gòu)件狀態(tài)信息管理；（2）還可進(jìn)行工程量對(duì)比等統(tǒng)計(jì)工作；（3）道路翻交模擬；（4）實(shí)現(xiàn)3D掃描將預(yù)制構(gòu)件進(jìn)行斷面拼接，相對(duì)傳統(tǒng)拼接工藝，有了質(zhì)的飛躍；（5）對(duì)構(gòu)件內(nèi)鋼筋與預(yù)制拼裝工藝波紋管體系進(jìn)行碰撞復(fù)核調(diào)整；（6）吊裝工作的每道工序，通過BIM技術(shù)經(jīng)過多次3D模擬及調(diào)整后，賦予現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施。見圖17～圖22。

圖17 架空觸網(wǎng)掃描圖

圖18 周邊環(huán)境掃描圖

圖19 蓋梁吊裝模擬

圖20 鋼箱梁節(jié)段拼裝模擬

圖21 道路翻交模擬

圖22 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)信息管理

BIM技術(shù)的應(yīng)用，大大提高建設(shè)效率，提高預(yù)制構(gòu)件的制作精度,使裝配化設(shè)計(jì)施工更加規(guī)范有序，質(zhì)量可查、可追溯，見圖23。

圖23 BIM模型展示全景

6 結(jié)語

（1）本工程預(yù)制拼裝的應(yīng)用，與政府部門的政策、建設(shè)單位的有力推進(jìn)以及施工單位的精細(xì)化施工密不可分，是一項(xiàng)建設(shè)、設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)理等各方共同努力的成果。

（2）本工程首次采用灌漿金屬波紋管鋼筋連接技術(shù)，在實(shí)踐中被證明是綠色安全、值得推廣的，今后還需進(jìn)一步總結(jié)優(yōu)化此項(xiàng)連接的施工工藝。

（3）引入BIM技術(shù)，使管理、設(shè)計(jì)、施工均提高了效率，為后續(xù)工程開拓了新的模式，能更好地實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)、制作、現(xiàn)場(chǎng)施工的全過程協(xié)同。

（4）設(shè)計(jì)和施工必須密切結(jié)合，重視裝配式施工工藝，進(jìn)一步提高標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)比率，使裝配式技術(shù)與傳統(tǒng)現(xiàn)澆混凝土技術(shù)相比更有競(jìng)爭(zhēng)力。

工程實(shí)景見圖24、圖25。

圖24 工程竣工

圖25 工程運(yùn)營(yíng)中

[1]上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院（集團(tuán)）有限公司.中環(huán)線內(nèi)圈國(guó)定東路下匝道橋梁施工圖設(shè)計(jì)文件[Z].2016.

[2]DG/TJ08-2160-2015,預(yù)制拼裝橋墩技術(shù)規(guī)程[S].

[3]盧永成,邵長(zhǎng)宇.大長(zhǎng)公軌合建橋梁新技術(shù)[M].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2015.

[4]上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院（集團(tuán)）有限公司.橋梁預(yù)制拼裝結(jié)構(gòu)BIM關(guān)鍵技術(shù)研究與應(yīng)用課題報(bào)告[R].2016.

U445.4

B

1009-7716（2017）09-0068-06

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2017.09.020

2017-05-26

沈維芳（1967-），女，上海人，高級(jí)工程師，從事橋梁設(shè)計(jì)與科研工作。