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都汶高速公路庙子坪岷江特大桥震后5号主墩加固技术

来源:小侦探旅游网
第41卷第2期2010年2月 ・136・ Vo1.41 No.2 Feb.2010 都汶高速公路庙子坪岷江特大桥 震后5号主墩加固技术 黄显彬t,杨 虹z,恩文海 ,梁 健4,莫 忧 (1.四川农业大学城乡建设学院,611830,四川都江堰;2.都江堰市交通局,611830,四川都江堰;3.四川铁科建设监理公司,610031,成都;4. 网川路桥建设股份有限公司大桥分公司,610041,成都) 摘要:都汶高速公路是成都通往汶川的重要的交通枢纽,为国道213 ̄317合线。都汶高速公路庙子坪岷 江特大桥(又名紫坪铺大桥)直接跨越紫坪铺水库和岷江,都江堰端接著名的董家山高瓦斯隧道,汶JII端接龙洞 子隧道。5・12汶川大地震对庙子坪岷江特大桥产生了不少震害,地震后大桥的加固时间紧、工作量大、技术复 杂,这在中国乃至世界桥梁史上前所未有:特别是5号主墩加固异常复杂和艰难,从桥面防撞护栏顶面N5号主墩 地面承台顶面之间总体落差114.488 Ill,5号主墩地面承台顶面到水面水深达65 m。通过对5号主墩承台顶面以 建 上14m加固区间(全部位于深水区域)的潜水堵孔和钢沉箱工艺进行深入细致的研究,制定了系列相应措施。 筑山e 关键词:特大桥;主墩;加固;潜水堵孔;钢沉箱 中图分类号:TU746.3 文献标识码:B 文章编号:1000~4726(2010)02~0136—04 技神 r ∞ DU WEN EXPREEWAY MIAOZIPING MINJIANG RIVER BRIDGE AFTER EARTHQUAKE MA 术吲 PIER oN THE 5TH REINFoRCEMENT TECHNoLOGY HUANG×Jan—bin .YANG Hong .EN Wen—hal .LIANG Jian ,MO You 0 (1.Sichuan agricultural university College of urban and rural construction,611830,Dujiangyan,Sichuan,China;2.Dujiangyan City Department of Transportation,611830,Dujiangyan,Sichuan,China;3.Sichuan Tike construction supervision company,610031, Chengdu,China;4.Bridge Branch of Sichuan Road&Bridge construction Co.,Ltd.,610041,Chengdu,China) Abstract:Du Wen expressway linking Wenchuan and Chengdu is the most important transportation hub, and is the co-line of national highway 21 3 and 3 17.Du Wen expressway Miaoziping Mi ̄iang River Bridge (alternate Zipingpu Bridge)directly cross the Zipingpu reservoir and the Minjiang River.The bridge Dujiangyan terminates the famous Dongjiashan high gas tunnel,while Wenchuan terminates Longdongzi tunne1.5。 1 2Wenchuan earthquake had caused a lot of damage to Miaoziping Mi@ang River Bridge.The reinforcement of the bridge with tight schedule,heavy work load and technical complexity is unprecedented in the bridge history of China and the world,eapecially strengthening of main pier No.5 is extremely complex and dififcult.The overall drop from the top of the bridge down to the ground stand of main pier No.5 was 1 1 4.488 nl,of which 65 m depth was under water.This paper studied an in-depth and detailed discussion on teleproeess of diving plugging holes and steel caissons. Key words:bridge;the main pier;reinforcement;diving plug holes;steel caisson 庙子坪岷江特大桥(通车后改名为紫坪铺大桥)全 群桩;主箱梁采用C60混凝土,薄壁墩采用C40混凝土, 长1 440.22 in,属特大桥 ],原设计桥型方案:2x50 ni 承台和桩基采用C30混凝土;全桥的桥墩沿上下河方 (简支T梁)+125+220+125 Ill(连续刚构)+17x50 m(简 向的设计水位以下部位均设有 100过水孔,以适应水 支T梁);4号和5号主墩位于跨径,J为220 nI的连续刚构 库水位的变化,过水孔兼作通气孔用 ]。 主跨,采用矩形空心墩,横桥向13 nI,纵桥向12 nI;侧向 国内虽有地震加固实例,唐【LI地震时,北京到山海 壁厚0.9 In,正向壁厚1.2 in;墩内设一道竖向横隔板,壁 关铁路的桥梁受震损害较严重,受不同程度震害大小 厚0.6 nI;自墩顶向下,每隔11 in左右设一道0.5 in水平 桥梁达44座,其中也有墩柱的加固[3 3;但5号主墩加固 横向隔板;主墩承台厚6 nI,平面尺寸20.7 mx20.7 nl;主 比唐山震后加固情况复杂得多,为保证5号主墩水下钢 墩下面为桩基础,由16根直径2.5 In的钻孔灌注桩组成 筋混凝土的耐久性和完整性,通过专家、业主和设计方 收稿日期:2009—11-27 等反复研究,最终确定了5号主墩加固方案:加固区域 作者简介:黄显彬(1965一),男,四川富lll ̄X,讲师,抗震救灾先进个人,主 从承台开始向上沿主墩14 1TI高度范围内(以下简称14 要研究方向为预应力混凝土。e—mail:hxianbin@scfc.edu. nI区域)聘请专业潜水作业人员对过水孔进行堵塞;将 2010年2月 黄显彬,等:都汶高速公路庙子坪岷汀特大桥震后5号主墩加固技术 ・137・ 约400 t的钢沉箱(兼起模板作用)从桥上近50 ITI高度吊 下,沉入深水下14 m区域,在14 m区域固定钢沉箱周 界,保证加固混凝土厚0.8 m;14 m区域沿主墩周界浇 筑0.8 1TI厚C30水下素混凝土,以保护5号墩水下钢筋混 凝土不锈蚀,为减轻混凝土对钢沉箱的冲击力,采用商 品混凝土分4次浇筑,要求混凝土具有不分散性、大流 动性、高性能。设计目的加固层考虑保护混凝土耐久 性而不承受力,故采用了素混凝土(无配置钢筋),同时 考虑撤除钢沉箱对加固层震动大、成本高,故将钢沉箱 永久滞留原始加固区域位置而不予撤除(图1)。 图1 5号主墩加固示意 1潜水堵孔 1.1墩壁冲洗及凿毛 50主墩从2006年施工完成 ̄2009年3年多时间, 墩壁上存在一定量的青苔、淤泥及混凝土浮浆等附着 物,为保证新浇筑的O.8 m厚混凝土层与原桥墩壁的混 凝土能很好地粘结,需对墩壁附着物进行冲洗清除。 墩上设置施工平台作为冲洗墩壁的冲洗框架。待墩壁 的一面冲洗完成后,通过连接施工平台的卷扬机提升 施工平台。浇筑混凝土前应将墩身表面凿毛,凹凸差 不小于6 mm…。墩壁正式冲洗前要进行墩壁冲洗试验。 由于水下无法采用人工打钻凿毛,经研究采用高压射 水对混凝土表面进行凿毛,冲洗小凿毛设备采用德国 1502型高压柱塞泵,凿毛压力可进行调节。 1.2承台残留物清理 桥梁施工时承台顶面上的的残留堆积物,采用潜 水员下水对钢箱下沉位置(距承台0.7~1.80 m)和加固 混凝土周界(0~0.8 m)进行检查,以保证钢沉箱平稳放 置和钢沉箱与原来承台之间空隙最小化,避免加固混 凝士拌合物大量流失。针对不同的情况应采用相应的 处理方法:对承台顶面可爆破地点,采用水下爆破的方 法对承台顶部的残余进行定向小爆破拆除;对承台上 有原施工的预埋件,可采用水下切割的方法将其清除; 对承台顶面钢箱范围内仍存在较大的难以清除的坚硬 混凝土堆积物,根据测量结果将钢箱底相应位置加工 成异型.以适应钢箱下沉到位时承台顶面上较大堆积 物,保证钢箱与承台顶面较好吻合不漏浆。 1.3堵孔作业 深水,低温,高压,这些客观条件对潜水作业要求 很高,因此特请专业的潜水作业人员对过水孔进行堵 塞。14 m区域共有40余个0100过水孔。若不将其塞住, 在浇筑水下混凝土时,混凝土将经过水孔流入墩壁内 箱而大量流失,进而产生漏浆、蜂窝、麻面。堵塞工具 采用在050x3钢管,前端焊接0200x8钢板,尾部利用钢 绳挂一铁块或混凝土块。钢绳与铁块绑扎牢固,钢绳 另一端绑扎在钢板上,钢绳长度为200 cm,钢管长度为 50em。潜水员下水后先将铁块放人墩壁内,然后将钢 管塞入过水孔,让钢板紧贴墩壁混凝土表面将孔堵塞。 2模板(钢沉箱)工艺 2.1钢箱分段分节 考虑方便钢箱的加工、运输及吊装,纵向将钢箱分 为3段,承台底、中间段和顶段长度分别为5.0,4.0,5.0 m。每段钢箱环向划分为10节,每节平均重量约15 t,14 IYl区域总共30节.理论上共重约450 t,因5号主墩是变 截面,从下到上截面尺寸由大变小,实际共重约400t。 2.2钢箱加工场地布置 钢管对接再焊接上底板组成钢箱,钢箱装满水后 就组成钢沉箱,钢沉箱靠近墩壁侧还要用钢板焊接成 平面.以保证平面加固厚度为0.8 m,同时钢沉箱在完 成浇筑混凝土任务后永久留在水下。每段每节钢箱最 后焊接成14 m高的整体,顺序装满水后下沉,钢箱加工 场地分为:钢管对接场、钢箱加工场、钢箱试拼场3个场 地。根据施工工期要求,钢箱加工场地设置4个,4个场 地既能加工L形转角钢箱,亦能加工平板钢箱(图2)。 图2钢沉箱下沉示意 ・l38・ 建筑技术 第41卷第2期 2.3钢管试拼平台及对接 然后开始堰底段钢箱的吊装、组拼,利用桥面上的固定 钢管试拼平台,采用136型钢搭设平台,进行钢箱 节段试拼。为保证钢管对接的轴线一致,特设置钢管对 式提升门架起吊横桥向的钢箱节段并缓慢下放至吊架 下方,将固定式提升门架上的吊点转换至吊架下设置 接加工平台。钢管对接加工平台采用2根136型钢加工。 钢箱钢管规格外径均为0700x8螺旋焊管。由于原材料 的手拉葫芦上,通过吊点转换将一片钢箱节段运至预 定位置,完成一片钢箱节段的吊装;同理起吊该片钢箱 相邻的横桥向的另一片钢箱节段到位后.将两片钢箱 节段临时固定,直到完成堰底段桥横向两侧的钢箱节 段的吊装、组拼、临时固定;再利用桥面上的固定式提 升门架吊装一片顺桥向侧的钢箱节段。下放至吊架下 与钢箱节段长度不一致,还需进行钢管切割和对接。 钢管采用气割方法下料,并加工钢管接长对接破 口。切割后应用砂轮机将破口打磨光洁。钢管对接在平 台上进行,对接平台需保证钢管埘接后的直线度。定位 焊焊缝厚度4—6 mm,焊前采用与定位焊相同的方法, 将间隔补焊到与定位焊齐平。钢管对接错边量不超过 2 mm。主体焊接完后需进行焊缝补焊,直至不产生水 渗漏为止。 2.4板材加工 钢沉箱所用钢管的板材均采用厚8 mm的钢板。钢 板下料采用气割方法。钢板间连接采用双面破口焊接, 严禁采用双面贴角焊。切割后应用砂轮机将破口打磨光 洁。上下节段间考虑拼装速度及施工工期,在每节段上 方均采用厚12 mm、宽80 cm的钢板作为法兰连接。钢板 与钢管间连接采用单面破口焊接。在连接钢板后需闭水 试验封闭管口,以检验钢箱焊接紧密不漏水。闭水试验 合格后,将钢管内多余的钢板割除,割除半径为60 om, 以减少混凝土拌合物浇筑障碍。 2.5钢箱T肋加强 钢箱在水下混凝土浇筑时,尤其是开球瞬间,导管 内形成的超压及混凝土的冲击力相当大,为保证钢箱 及T肋自身安全,避免混凝土胀模,在T肋上焊接(b20钢 筋,将T肋焊接成整体加强。 为保证钢箱块件间连接强度符合受力要求,先将 钢箱的T肋和工字钢进行对接焊接,后在腹板用12 mm 厚钢板和高强螺栓进行连接。T肋及工字钢翼缘采用 厚12 mm、长60 em钢板进行搭接焊接。 2.6钢箱段节的吊装、组拼和焊接 原桥墩变截面,钢箱也必须随之变截面。钢箱节段 加工须在加工场地逐块编号和方位标注。构件制作完 毕,采用平板汽车运输至5号墩所在的桥面上吊装门 架。块件移运等均采用两台起重机进行对称抬吊,以防 止块件变形。构件装车运输和存放时,采用木质垫块将 构件垫平垫实,防止构件发生变形。吊装时,吊点处采 用橡胶皮保护;堆放时,层间采用木质楔块隔离,且底 面与地面保持一定距离,以防锈涂层被污染和损伤。 首先在5号墩四周的水面上搭设施工工作平台,在 桥面上安装固定式提升门架、组拼钢箱、拼装吊架,吊 架的吊带通过原桥梁施工时挂篮的预留孔进行锚固: 方,将提升门架上的吊点转换至吊架上的链子滑车上。 直到将堰底段剩余的钢箱节段全部吊装完成,将堰底 段各钢箱节段焊接成整体。通过链子滑车将堰底段钢 箱下放至自浮状态,此时钢箱的干舷高度为2.38 m。堰 底段施工后,开始中间段钢箱的吊装、组拼,中间段钢 箱的吊装方法与堰底段钢箱吊装方法相同。中间段施 工后。钢箱仍处于自浮状态,钢箱的干舷高度为4.35m。 最后按相同的方法进行堰顶段钢箱的吊装、组拼、焊 接,完成后围堰水面以上的干舷高度为6.81 m;在整个 钢箱焊接完成后,将各链子滑车的吊点转换至钢箱4个 角隅处正上方吊架的滑车组上,再进行钢箱4角共12根 钢管内水的浇筑(原来预计浇筑混凝土,后改为灌水), 进行钢箱的下沉施工。钢箱未灌水时是浮在水面上的, 这一阶段因浮力,所以吊装重量并不大,随着逐渐灌 水,钢箱慢慢下沉,直到钢箱完全下沉到承台顶面设计 位置。 2.7钢箱底橡胶块安装 为保证钢箱底部与承台底部结合紧密,密实不漏 浆,在钢箱底部增加一宽40 em、厚8 cm特制的厂家定 做的橡胶块。橡胶块沿钢箱底部四周布置。难度较大的 是异型钢箱(为适应承台顶面难于清除的混凝土而特 制)的加工和安装,橡胶块与钢箱连接,采用502胶水进 行粘粘,同时在封底钢板上安装承头螺栓进行固定。承 头螺栓深入橡胶内部4cm,在封底钢板与每个钢管间 隔板处加一根。即使如此也很难保证混凝土拌合物不 漏浆。事实上14 m区域流失的混凝土达166 m 。占27% (理论方量596Ill ,实际方量762m ) 2.8钢箱下沉 钢箱下沉采用滑车组进行,要求钢丝绳拉力不小 于设计拉力值。箱梁以下采用较粗钢丝绳 47.5走4线, 箱梁内采用较细钢丝绳 21.5走14线的滑车组嵌套滑 车组进行钢箱下沉。 主吊装系统采用较粗钢丝绳 47.5走4线。卷扬机 布置在桥面上。上部主吊点设置在箱梁0号块横隔板上 的托座上。定滑车通过缠绕在托座上的钢丝绳进行固 2010年2月 黄显彬,等:都汶高速公路庙子坪岷江特大桥震后5号主墩加固技术 ・139・ 定。钢箱上的吊点设置在横桥向两面钢箱外侧的钢管 上,钢绳与垂直方向有一定夹角,故在滑车组上固定定 滑车的钢丝绳通过吊带孔时将钢板圆角,防止钢绳在 尖角处摩擦挂断。活绳处在箱梁底部设置倒拐滑车,使 钢绳顺利通过吊带孔(图3)。 滑车组的钢绳受力一致,减小牵引卷扬机启动时的冲 击力。 卷扬机操作人员由指挥员指挥,保证操作的统一 性、同步性。在主钢绳上每隔1 m设置醒目的施工标志, 控制主绳的下放速度,保证主绳同步下放,在箱梁底板 动定滑车间沿钢绳走向做标尺,让小滑车组的动滑车 移动距离保持一致。 在钢箱4角及4面安装8个测绳,测绳穿过在墩柱上 固定小滑车后配相同重量的重物,测绳随钢箱下沉同 图3 吊装系统及作、 平台示意 主滑车组在箱梁内的底板与较细钢丝绳021.5走 l4线的滑车组进行连接。边跨位置,定滑车通过交界墩 处的人洞与横亘在人洞外的工字钢进行连接。 中跨处主钢绳与销滑组连接。定滑车通过吊带孔 锚固在箱梁底板下的2根36号:[字钢进行锚固。锚固垫 设置在箱梁34号块件上。边跨、中跨的动定滑车间距离 保持一致。动滑车下设置小平车,以减小滑车与地面间 的摩擦力。 主绳采用较粗钢丝绳 47.5走4线,钢箱下沉到位 需要放260 m钢 ̄(4x65 m)。小滑车的动定滑车间距离 不能满足钢箱下沉需要。故当小滑车组的动滑车移动 到距箱梁内的倒拐滑车10 in位置附近,将主绳与锚固 点的钢绳临时锚固,然后松动滑车组让临时锚固钢绳 受力。再取消小滑车组与主绳的连接绳卡,收滑车组钢 绳。当动滑车收到一定位置后,将动滑车与主钢绳再次 进行连接,再收小滑车组让主绳与临时锚固点的连接 处于不受力状态,取消临时锚固,再继续下沉钢箱。如 此反复,直至将钢箱下沉到预定位置。 2.9钢箱下沉同步保证措施 钢箱吊装先从角点处开始组拼,两个角点同时进 行对称拼装。先拼装横桥向两面,后拼装顺桥向两面, 钢箱4个吊点同时下沉,施工中须保证4个吊点的同步 性。 施工中应控制小滑车组的动定滑车间距离,同时 在动滑车上安装小平车,让4个滑车组的动定滑车保持 距离一致,控制各滑车组间的倒拐滑车的个数,使大小 步移动;在测绳上作标尺,在墩柱上作标记,以检测钢 箱下沉的距离;配备足量测力计,对主钢绳进行测力, 以保证钢绳受力一致。 钢箱节段吊装要严格按照设计要求的顺序进行, 每个节段通过专用吊耳与吊装系统吊点连接进行起 吊;在起吊过程中,要求各吊点起重吊索受力大致均 匀,梁段提升要平衡,防止吊装节段因偏斜、晃动和扭 转,以杜绝吊装事故。 3结语 2009年5月1目至2日.四川省交通厅公路水运质量 监督站组织两南交通大学结构工程试验中心分别对加 固后的庙子坪特大桥进行了静载和动载试验,测试了 梁体的正应力、剪应力、挠度、墩顶水平位移、自振特 性、激振试验,试验结果均满足设计要求。5号主墩加 固,结构性墩柱采用了非结构性外包加固措施,以保护 墩柱钢筋混凝土,提高耐久性。 5号墩加固面临了很多从未遇到的难题,作业高差 大,作业区域水位深、水压大,对作业平台、管架、滑车、 钢丝绳等要求高,水下探测和施工科技含量高,对同类 型桥梁具有参考价值。若在外包层配置钢筋加固效果 更佳 ,主跨220 m是考虑将来通航需要的,而钢沉箱 长期滞留水下是不利将来通航的,加固的长期效果有 待于时间的考验。 参考文献 [1]JTGBO1—2003,公路工程技术标准[s]. 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