杭州市錢江四橋龍門吊施工方案

一、工程概況1、概述杭州市錢江四橋位于錢江大橋下游43公里，南星橋1碼頭上游約200米處；北端跨越濱江公路通過復(fù)興立交橋與杭州市已建的中河高架路相連，構(gòu)成了一條連接杭州市中心與濱江新區(qū)的便捷通道。橋位處江面規(guī)劃寬度為1160米，橋梁設(shè)計全長1376米，主橋設(shè)計采用鋼管砼雙主拱方案，其計算跨徑組合為285190485190285，其中85米跨為下承式系桿拱橋和上承式拱橋的組合，190米跨為下承式系桿拱橋和中承式拱橋的組合。兩側(cè)引橋均為雙層345米跨高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力砼箱梁結(jié)構(gòu)；全橋的跨徑組合為34590891964891968990345。主橋上、下層均不設(shè)縱坡，上層橋面的中心標(biāo)高32315米，為6車道的快車道，下層橋面的中心標(biāo)高1860米，為過江輕軌和人行通道，通航標(biāo)準(zhǔn)按國家四級航道設(shè)計，最高通航水位為6123米，通航凈高10米，航道寬度80米。190米跨部分橋梁的橫斷面寬度為306米，引橋及85米跨部分橋梁的橫斷面寬度為250米，引橋上層設(shè)40的縱坡，下層設(shè)20的縱坡。橋梁上、下層等寬，外形結(jié)構(gòu)美觀，整體性好。2、水文氣象錢江流域位于南風(fēng)活動地區(qū)，雨量充沛，四季分明，每年36月份為梅雨季節(jié)，710月份為臺風(fēng)期，常伴有暴風(fēng)雨，若與大潮汛相遇，將會出現(xiàn)特高潮位，錢江涌潮舉世聞名，近幾年來由于河道進(jìn)一步整治，下游河道主槽趨向順直，主流偏北，涌潮較以前更大，本河段七月份前后低潮位最低，八、九、十月份高潮位最高。閘口站歷年最高潮位756米，歷年最低潮位119米，最大漲潮差298米，最小漲潮差001米，平均漲潮歷時1小時33分，平均落潮歷時10小時52分。潮流為往復(fù)流。潮流流速按百年一遇設(shè)計為41M/S。橋位處百年一遇高水位為852米，低水位為123米，三百年一遇洪水位為908米，施工期間洪水與涌潮按10年一遇的頻率設(shè)計。3、工程地質(zhì)橋址區(qū)上覆第四系覆蓋層厚度變化較大，近山前的杭州岸較薄，在2墩處最薄為281米，向蕭山方向漸厚，在15墩處最厚達(dá)5940米，按其時代、成因和物理力學(xué)性質(zhì)可分為三大層。第一層為素填土及最新河流沖積相沉積的流塑軟塑的亞砂土、亞粘土及松散中密狀的粉、細(xì)、中砂，層厚114351米，第三層為晚更新世沖相沉積的圓礫土及礫砂層，層厚1251985米。下伏基巖為侏羅系上統(tǒng)（J3A）的火山巖層及白堊系下統(tǒng)朝川組（K1C1）的陸相碎屑沉積巖，兩者呈斷層不整合接觸，以錢塘江斷裂為界，東南側(cè)巖質(zhì)軟弱，工程性能差。西北側(cè)6、7墩基巖受構(gòu)造影響較重，發(fā)育有斷層破碎帶，差異風(fēng)化顯著。4、施工特點(diǎn)本工程水文及地質(zhì)情況復(fù)雜，橋位處受涌潮影響嚴(yán)重，若采用水上船舶施工，對施工船舶的適應(yīng)性能要求很高，泊錨困難，作業(yè)時間有限，其基施工段由于墩位多，工作量大，且受上部結(jié)構(gòu)安裝時機(jī)的限制，組織流水作業(yè)困難，要求投入大量的船機(jī)及起重設(shè)備，且該河段交通運(yùn)輸船舶繁忙，因此，施工期間，航道管理困難。工程質(zhì)量、進(jìn)度及船舶機(jī)設(shè)備的安全均難以保證。從該河段已建及在建的橋梁的施工情況看，采用棧橋徹底擺脫涌潮影響的施工方案已十分成熟，有大量的成功經(jīng)驗(yàn)可供借鑒。其上部結(jié)構(gòu)均為安裝構(gòu)件，工作量十分巨大，安裝精度極高，而橋位處地勢平坦，受臺風(fēng)影響嚴(yán)重，故要求上部結(jié)構(gòu)安裝工藝簡便快捷，安裝精確。針對上述具體情況，經(jīng)多方面比較，我局提出了如下施工方案一、基礎(chǔ)階段采用單棧橋陸上施工，不僅可省掉大量的船機(jī)設(shè)備，且對工程的質(zhì)量進(jìn)度和安全有充分的保障。二、上部結(jié)構(gòu)施工階段采用雙棧橋、龍門吊及少支架施工方案，其施工工藝簡單，方便快捷，且安裝精度高。三、棧橋設(shè)計1、縱向軌道梁龍門吊大車行車系統(tǒng)設(shè)計間距為240M，考慮到棧橋在使用過程中對稱均勻受力，初步將棧橋的設(shè)計跨度定為120M，軌道擬采用單層三排貝雷桁梁，設(shè)計最大單輪壓力為26T，每組滑車的前后輪距為18M，結(jié)合軌枕的布置，取如下計算圖求。120M120M120M當(dāng)荷載作用在跨時為彎距最不利位置查彎距影響線圖表得MMAX2LF02891252T194208TMM022464TM最大撓度查表得FMAXK（PL3/100EI）式中K撓度系數(shù)取為2716P為集中荷載為52TL為計算跨度12ME彈性模量為21107T/M2I慣矩為7515105CM4FMAX271652/123/100211070007515155102M155MML/60020MM剪力計算VMAXKP134526968TV06989T故均符合要求2、鋼管樁設(shè)計1）樁長計算橋位處河床較為平緩，河床頂標(biāo)高從0034M至209M，河床平均標(biāo)高按10M計算，棧橋的頂標(biāo)高為100M，樁頂標(biāo)高為785M，采用8008鋼管樁，單樁承載能力按50T計算，使用過程考慮河床有20M的沖刷，河床上部覆蓋層一般為淤泥質(zhì)亞粘土、亞砂土，土層的極限摩阻力120KPA，每墩采用4根管樁支承軌道梁，設(shè)計時不考慮閉塞效應(yīng)和群樁效應(yīng)。由于在樁入土范圍內(nèi)有多層砂層分布，綜合考慮2米粉砂層作為持力層，取L25KPA，則PKSUILI式中K安全系數(shù)取為065S擠土效應(yīng)為087U樁周長2513MPKSU1L12L2則L1（PKSU2L2）/KJU151050650872513251032/065087251320103151M樁長LL0L17851151222795M2）沉降計算棧橋墩支承樁的沉降按單樁簡化計算如下SCKNL0/EA2NH/3EAN/COA0式中N樁頂豎向壓力為N50TE材料彈模E21105N/MM2L0沖刷線以上樁長L01085MH沖刷線以下樁長H171MA樁的橫斷面積A20106MM2CO樁底平面的地基豎向地基系數(shù)COMOHMO為樁比例系數(shù)，亞砂土層取MO3000KN/M4則CO3000103/102171104513102N/MM3A0樁底平面的作用面積A0（D/2HTG/4）2或A01/4L12取兩者中的小值。為土的內(nèi)磨擦角取15。L1為兩排樁間距取20M。A01（D/2HTG4/4）2800/2171104TG15/4273106MM2A021/4L121/420002314106MM2取AO314106MM2則SNL0/EA2NH/3EAN/COAO1285135315735MM但在實(shí)際使用過程中，作用在單樁頂上的壓力均小于50T，且為群樁，故單樁的沉降均在5MM以內(nèi)，能夠滿足使用要求。3、棧橋的結(jié)構(gòu)形式1）上游側(cè)根據(jù)上述計算，結(jié)合錢江六橋的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，棧橋采取如圖31、32所示結(jié)構(gòu)圖，上游側(cè)橋橋?qū)?0M，設(shè)龍門吊軌道和運(yùn)輸車輛通道，橋面板采用10MM鋼板，龍門吊軌道采用P43鋼軌，縱向分配梁采用I126工字鋼，沿寬度方向通長按50CM布置，在橋墩處考慮到如50T履帶吊車等起重設(shè)備作業(yè)需要，局部將縱梁按25CM布置，橫向分配梁采用I25A工字鋼，全斷面范圍內(nèi)按150M的間距布置，在龍門吊作用范圍內(nèi)按75CM布置，龍門吊縱向軌道梁采取單層三排貝雷桁架，在四分之一節(jié)點(diǎn)處，需作加強(qiáng)處理，行車道部分縱梁采用單層雙排貝雷桁架，樁頂帽梁采用I25A工字鋼，每墩5根8008鋼管樁，離橋墩附近采用6根，如圖33、34、35所示。為方便計算，取如下計算圖式驗(yàn)算P43鋼軌強(qiáng)度MMAXKFL02892607556355M拉應(yīng)力FM/WW為截在抵抗矩W2173CM356355104N103MM/2173103MM32593N/MM2F滿足強(qiáng)度要求2）下游側(cè)下游側(cè)棧橋，只考慮龍門吊的行走軌道和人行走道，寬度按照30M考慮，在兩軌道之間鋪裝走道網(wǎng)板，沿寬度方向按50CM間距通長布置10槽鋼作為縱向分配梁，橫梁采用I25工字鋼，沿縱向按75CM布置，龍門吊軌道采用單層三排貝雷桁架，每跨跨度120M，每個棧橋墩采用4根800鋼管樁，壁厚8MM，樁長工2795M，考慮到下游側(cè)棧橋?qū)挾容^小，為保證讓其有足夠的側(cè)向鋼度，設(shè)計時應(yīng)將4根樁連成整體，其結(jié)構(gòu)形成與上游側(cè)的棧橋的龍門吊部分相同。3）由于受龍門吊設(shè)計跨度及主墩承臺施工時圍堰尺寸的限制，棧橋的行車部分，在主墩處要從內(nèi)側(cè)過渡到外側(cè)，然后又從外側(cè)過渡到內(nèi)側(cè)，其結(jié)構(gòu)形式如圖36所示，單幅棧橋漸按564米設(shè)計，其所需材料如下表示。名稱800（T）貝雷片（M）I25TI126T18T10MMMM（T）走道網(wǎng)（M2）10T數(shù)量195978962451291724265651128282考慮其整體穩(wěn)定性及會車需要，棧橋在橋墩處加寬并與鉆孔平臺連成整體。四、支架系統(tǒng)結(jié)合龍門吊吊裝拱肋，安裝過程中各分節(jié)節(jié)段采用少支架系統(tǒng)支承，小拱分三節(jié)吊裝，大拱分七節(jié)吊裝，吊裝時單節(jié)最大重量控制在80T以內(nèi)，則小拱拱肋吊裝時，一跨共需4個支架，大拱吊裝時需要12個支架，支架系統(tǒng)擬采用打入樁作基礎(chǔ)，上部拼裝萬能桿件桁架、樁基仍采用800MM壁厚8MM的鋼管樁。單樁承載能力仍然為50T，樁頂標(biāo)高60M，每墩采用4根鋼管樁，樁中心間距為40M，樁頂用20MM鋼板作樁帽，如圖41示。主拱支架系統(tǒng)如圖42、43、44示。用萬能桿件拼裝成格構(gòu)形狀，共同承受水平荷截，每個支承立柱為4040M，則一個主拱支撐所需的材料如下表示以部分異型桿件名稱8001820N1N3N4N5N8N11N26N22A數(shù)量（T）1827275413581241009218411107一個小拱支架系統(tǒng)所需材料如下表名稱8001820N1N3N4N5N8N11N18N22AN26數(shù)量（T）6124252241135591915128710423124支架系統(tǒng)在拱肋安裝荷載作用下的內(nèi)力及變形，在這里不作詳細(xì)計算，但在實(shí)際過程中，應(yīng)根據(jù)其荷載的分配情況對支架的水平偏位和壓縮變形作詳細(xì)計算，便于控制拱肋的安裝精度。五、施工工藝1、工藝流程在這里將跨設(shè)為1拱，跨為2拱?？鐬?拱，跨為4拱，跨為5拱，現(xiàn)假設(shè)大橋施工以墩為界，垂直劃分為兩個標(biāo)段，則一個標(biāo)段共需龍門吊24臺，其施工工工藝流程如圖51所示。搭設(shè)上游棧橋搭設(shè)鉆孔平臺搭設(shè)拌和站場面平整下鋼護(hù)筒預(yù)制場建設(shè)鉆孔樁施工墩承臺施工承臺施工搭設(shè)下游棧橋承臺施工墩身施工搭龍門吊墩身施工墩身施工1、5小拱施工搭設(shè)支架1、5下層結(jié)構(gòu)施工2、4小拱施工搭設(shè)支架龍門吊拼至682米2、4下層結(jié)構(gòu)施工搭設(shè)支架3拱施工3下層結(jié)構(gòu)小拱上層結(jié)構(gòu)施工3上層結(jié)構(gòu)施工橋面系施工交工驗(yàn)收施工工藝流程圖51杭州側(cè)施工后場只能設(shè)在沿江公路以內(nèi),為方便施工，應(yīng)在施工后場預(yù)制構(gòu)件拱加工制作箱梁施工與施工棧橋之間搭設(shè)一座100米寬的施工天橋橫跨馬路，天橋凈空應(yīng)在42米以上，保證車輛的正常通行，天橋沿縱向應(yīng)伸入施工棧橋內(nèi)20米以上，便于施工材料的轉(zhuǎn)運(yùn)，蕭山側(cè)可直接將施工棧橋與后場接通。2、龍門吊拼裝龍門吊拼裝時應(yīng)盡量靠近岸邊，棧橋搭好后，將龍門吊的行走系統(tǒng)安裝上軌道，并與棧橋固結(jié)，分別拼裝兩側(cè)立柱至502米高度，考慮到在拼裝過程中的側(cè)向穩(wěn)定性，在立柱拼至30米時，應(yīng)在其四角各設(shè)一根纜風(fēng)。同時在龍門吊橫梁垂直投影位置，拼裝橫梁至38米，并將左右兩片橫梁按2米的凈間距鎖定，安好天車軌道和天車，天車也應(yīng)與橫梁鎖定，等立柱和橫梁均拼裝好后，在立柱頂上各設(shè)4組滑車，將橫梁提升至立柱的482米處，與立柱對接。橫梁安裝就位后，將天車、行走系統(tǒng)的固結(jié)、兩橫梁間的鎖定及立柱纜風(fēng)解除，對龍門吊進(jìn)行調(diào)試。在安裝大拱前需將兩臺龍門吊的高度升至682米，考慮到不影響其它作業(yè)點(diǎn)的正常運(yùn)作，應(yīng)選擇中間的兩臺在棧橋上適當(dāng)?shù)奈恢媒痈?，由于拱肋安裝時是用兩臺龍門吊來共同提升，為保證龍門吊接高有足夠的穩(wěn)定性，可將兩臺龍門吊的立柱沿橋軸線方向連成整體，并將其行走系統(tǒng)與棧橋固結(jié)，首先在兩龍門吊立柱的442米處各設(shè)一道橫梁，橫梁可在棧橋上拼裝，用龍門吊自身起吊至442米處與立柱對接，然后將立柱逐節(jié)拼裝至682米，在拼裝時必需采取措施保證立柱的側(cè)向穩(wěn)定，待立柱拼至682米時，將天車與橫梁鎖定，并將兩橫梁鎖定，在立柱頂上各設(shè)四組滑車將橫梁懸吊后，解除橫梁與立柱之間的聯(lián)結(jié)，將橫梁提升至需要的高度后，與立柱對接，再解除橫梁與天車及橫梁之間的鎖定，又利用天車吊住442米處的橫向聯(lián)系桁架，將其與立柱之間的聯(lián)接解除，下放至棧橋面后解體，經(jīng)檢查確認(rèn)上述步驟均完成后，解除龍門吊行走系統(tǒng)與棧橋之間的固結(jié)，對龍門吊進(jìn)行調(diào)試，直到龍門吊的各項(xiàng)性能均達(dá)到了設(shè)計要求后，方可進(jìn)行主拱的吊裝施工。3、拱肋安裝拱肋安裝時均采用2臺龍門吊共同起吊，吊裝時應(yīng)采取有效措施防止拱肋傾覆，具體施工步驟如下1）基礎(chǔ)施工階段根據(jù)進(jìn)度安排在工廠將拱肋制作成標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段編號運(yùn)輸至現(xiàn)場。2）搭設(shè)拱肋安