技术创新是创鲁班奖工程的必由之路文档格式.docx
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1、卢浦大桥采用中承式提蓝箱拱,拱轴线为倾斜的悬链线,不断变化的空间结构体系,加上日照、温度、风载等对主桥结构体系的影响,施工控制难度极大;
2、施工措施的工作量十分庞大,全桥安装过程中仅临时钢结构用量就达13000多吨;
3、大桥安装精度要求高、构件重量大(最重达860吨),施工中需要研制大量的专用机械和设备;
4、大桥除合龙段外,全部采用一段段钢箱梁连续焊接而成,钢结构制作、现场焊接的工作量大、工期紧,高空作业、现场焊接条件差,最厚的钢板达100米;
5、大桥地处闹市,施工场地狭小,操作空间限制多;
6、为平衡拱座近20000吨的水平推力而设置的16根高强钢丝水平索,创了多项世界记录,长度最长(761.369米),直径最大(180米)、重量最大(110吨),其安装、过江、张拉等都具有相当大的困难;
7、施工周期短,而且为了早日缓解浦江两岸的交通拥堵现状,本工程的设计与施工交替进行,增大了施工的难度。
二、新技术的应用及成果
针对以上技术特点及施工难点,基础公司进行反复论证、探讨,在传统施工工艺的基础上,创新了许多新工法,应用了多项新技术,设计了大量适用的设施,成功并优质地完成了主桥安装的施工,为同类工程积累了宝贵的施工经验。
1.基础部分施工
(1)基础部分包括主墩、边墩和锚墩三部分内容:
其中主墩采用256根ø
900、壁厚16~22米米、锤入深度62.8~72.1米不等的钢管桩,采用D米K80桩锤施工;
边墩为ø
600钢管桩,锚墩则为ø
800钻孔灌注桩,桩底深度均在52米左右。
(2)主墩承台厚达4米,属大体积混凝土,采用斜面分层一次浇注完成。
(3)钢拱座是三角区各类杆件的出发点,采取先安装钢拱座再填充其下混凝土拱座的施工工艺,从而使大桥的初始精度得以确保。
2.三角区的施工
(1)充分应用现有设备条件,因地制宜地制订特殊的施工工艺。
在充分研究构件重量、安装高度、操作空间等施工基本要素的基础上,应用50t汽车吊、150t、250t、300t、350t履带吊,1000吨浮吊等施工机具,采用排架法、悬臂扣索法、多机抬吊法、高空滑移法等多种特殊的施工工艺,安全优质地完成了所有三角区的构件安装。
(2)设计多项先进适用的工装设备。
设计悬挑梁解决了三角区岸跨桥面系梁安装空间狭窄的困难;
设计扁担梁解决了三角区河跨桥面系梁吊点的设计难点;
设计一整套滑轮组及临时连接体系,解决了吊装河跨拱肋超重构件(最大860吨)时各千斤受力不均及空中姿态调整等技术难题;
以大立柱为依托,设计一套临时索体系,解决了在三角区还没有形成稳定体系之前的整体稳定性。
(3)合理的施工控制。
运用电脑模拟,全站仪空间坐标定位法,有效地解决了横向倾斜和纵向倾角等多种空间线形变化,满足了大桥高标准的安装精度和内力调整要求。
通过设置桥面预拱和一系列施工控制措施保证了落架后的线形,同时用张拉索对主跨桥面设置一定的预高和立柱预偏,克服了中跨施工对三角区的影响。
3.主跨拱肋的施工
(1)成功采用扣索法悬臂施工的技术路线,将斜拉桥成熟的施工工艺成功地应用于全新的大跨度拱桥施工。
针对主跨拱肋不规则的特点(顶面宽度5米,高度6~9米不等,拱肋向内1:
5倾斜,吊装节段水平投影长度13.5米),吊装时增加临时风撑作为吊装稳定措施。
(2)临时索塔体系的设计与研究。
中跨拱肋合龙前,拱肋的重量及稳定全部要由临时索塔体系承担,施工阶段单个临时索塔最大压力在120000KN以上。
结合卢浦大桥结构特点,经过多种方案的比较,实际采用类似高层钢结构的箱式立柱结构体系作为主要受力杆件;
而临时索则采用群锚钢绞线体系,其背索系统与大桥永久设计结合起来,利用水平索锚固体系作为受力点。
(3)拱上吊机的设计与应用。
在国内首次采用了拱上吊机安装拱肋的施工方法,卢浦大桥拱上吊机操作工况复杂,并且其提升能力和提升高度均远远超过以往拱上吊机,提升能力达到400吨,最大提升高度110米,最大提升速度每小时36米。
(4)采用一端栓接、一端焊接的拱肋合龙技术,有效解决了全焊接与全栓接存在的不足。
结合合拢实际工况,安装前进行预拼装,安装时采用自然降温与外力顶推相结合的合拢方法,成功完成了合拢段的连接,满足合龙施工时2米的精度偏差要求,开辟了特大型空间箱拱合拢工艺的新途径。
4.中跨桥面系的施工
(1)放索猫道及悬挂系统装置的设计与应用。
为解决超长、超重、超大水平系杆的过江难题,按水平索的布置,在上下游水平索的中心位置分别架设2条宽3米,长384米的猫道,上下游猫道通过6道悬挂在拱肋的托梁形成整体。
托梁除了悬挂走道索,减小其跨度外,更主要的是用于克服水平索施工中张拉产生的分力,并且解决了水平索张拉过程中的线形控制问题。
(2)主动与被动放索可转换的放索装置的研究。
由于在水平索牵引过程中,摩阻力非常大,为了保证牵引顺利进行,考虑采用主动放索的方法。
主动放索法很好地克服了超长、超重索放索的难题,成功解决了以往放索过程中出现的种种问题。
(3)1700吨张拉千斤顶装置的研制及水平索施工控制。
水平索设计施工控制要求单根水平索过程张拉力最大需达到1650吨,现有张拉千斤顶无法满足张力索力要求。
因此专门设计了一套用于该索张拉的1700吨千斤顶,并在专业厂家加工制作及试验。
在中跨桥面及水平索施工过程中,根据桥面板安装进度,逐步施工并张拉水平索,16根水平索分8个环节牵引和张拉,用以平衡施工过程中主边跨拱肋作用于主墩基础的水平力偏差。
(4)拱上桥面吊机的设计与应用。
根据卢浦大桥特点,创造性地提出了从拱肋侧面吊装桥面板的方案,从而避免了对临时索,水平索等已安装结构的影响,满足了浦东浦西不同向坡度调整的需要,经受了各种工况的考验,顺利完成了所有河中跨桥面板的吊装。
5.现场焊接工艺
(1)焊接工艺参数的确定。
按照美国AWSD1.5-96《桥梁焊接规范》规定,根据大桥的现场各种焊接位置及不同钢板厚度,采用S355N钢板及相匹配的焊接材料共进行了16项焊接工艺评定,经过拉伸、弯曲、冲击等学性能试验以及宏观金相、硬度试验等,均符合规范要求。
(2)焊接顺序研究及焊接变形控制。
采取对称施焊、同步施焊、分段退焊、内侧按序焊等焊接措施,有效地控制了大桥大截面钢构件的焊接变形,拱肋、系梁等对接口不均匀收缩均能控制在1.5米米以内,减少了焊接应力,保证了大桥的三维坐标,效果良好。
(3)特厚钢板焊接工艺研究。
三角区河跨拱肋6a与6b之间的对接口,其顶板厚度为100米米,为保证焊接质量及防止焊接变形,除严格控制预热温度、层间温度及线能量外,在焊接工艺方面,采取了特殊措施,共焊29层69道。
焊缝经无损检测,均一次合格。
6.桥头堡施工
针对桥头堡扇形的结构特点,采用全站仪逐点扫描工艺,来控制弧面尺寸,效果甚佳,达到设计要求。
施工期间,通过对测量定位、原材料等各个环节的严格控制,各项指标均被评为优良。
三、质量特色及综合效益
1.通过以上的技术措施及质量控制措施,基础公司有力地保证了基础设施、上部结构以及所有附属结构的优质和高效施工。
经大桥监理全程监测并评定,分部工程、单位工程质量均为优良。
2.主墩钢管桩平均锤击次数均符合设计要求;
所有钢管桩、PHC桩以及钻孔灌注桩的桩顶标高、桩尖标高以及平面偏差均符合设计要求。
3.所有上部结构合计217吊构件的安装均达到设计20米米偏差以及10米米上下游轴线偏差的要求,其拱肋线型以及桥面线型在同等温度水平下与设计线型相比偏差基本都在10米米以内。
4.水平索最终张拉吨位1350吨/根,合计张拉力21600吨,经检测,现场张拉吨位精确度符合设计偏差要求。
5.焊接检测对全熔透对接焊缝抽取焊缝长度的25%进行射线检测,检测长度2150米,拍片8274张;
全熔透对接焊缝、全熔透角焊缝100%超声检测,检测长度21382米;
现场所有焊缝作100%磁粉检测。
所有检测均按美国AWSD1.5-96《桥梁焊接规范》标准评定,100%合格。
6.桥头堡桩基低应变动测报告为:
检测64根(总计124根),其中
类桩57根,
类桩7根,符合设计要求;
浦东、浦西桥头堡24个沉降观测点的最终沉降量均在10~13米米之内,墙面平顺,无裂缝,屋面无渗水、漏水现象;
桥头堡电气安装优良率90.48%,给排水安装优良率85%。
7.本工程通过外观质量检查,整体效果较好,钢拱肋和顺,尺寸、空间位置及高强螺栓安装和外观均符合要求;
桥面系梁尺寸、标高符合要求;
制作位置准确,平稳,接触严密;
人行道、栏杆安装牢固、线条顺直,无歪斜扭曲,接缝平直,伸缩缝处断开;
混凝土无缺边、掉角、露筋、蜂窝孔洞,线角挺拔,线条顺直,无凹凸,美观平顺。
8.所有施工资料填写及时,内容齐全,符合有关规定要求,材料检验报告齐全,无漏项情况,工序评定、隐蔽签证内容齐全,各施工记录完整,竣工资料编制完善,符合要求。
9.据上海市政养护管理有限公司卢浦大桥养护管理分公司安全运行报告,自2003年6月28日~2004年10月16日初始的477天,桥面铺装及全桥油漆状况完好;
车辆日平均流量为61065辆次至88329辆次不等,最高日流量达到99570辆次,所有设施、设备未发生过大的事故,其社会投诉为零。
10.卢浦大桥主桥的成功建造,实现了中国造桥界的一个梦想。
并先后荣获了中国建筑工程鲁班奖、中国建筑钢结构金奖、上海市市政工程金奖、上海市优质结构安装工程奖和上海市白玉兰优质工程奖等奖项;
卢浦大桥主桥工程设计也获得2003年度上海市科技进步一等奖。
四、竣工试验
2003年6月25日,在卢浦大桥正式通车前夕,由上海同济建设工程质量检测站桥梁检测室对卢浦大桥主桥进行了竣工试验,评价如下:
1、竣工状态桥梁控制点三维坐标测量结果及恒载作用下吊杆拉力测量结果与设计值吻合,表明卢浦大桥拱肋与主梁的施工质量是好的,安装水平是高的;
2、静力加载试验各加载工况测得的拱肋各控制点的挠度与纵向位移,拱、主梁的应力以及吊杆的拉力增量都与计算值接近(略小于计算值)或一致,说明桥梁的刚度、强度都达到了设计要求;
3、动载试验的结果表明,当加载车辆以不同的车速驶过平坦桥面时引起的主梁各部位的应力动态增量一般较小,且与车速无明显的相关关系,当车辆跨越模型不良桥面的障碍时,受动力影响最大的顶板加劲肋等构件的动态增量也在正常范围之内;
4、实测的桥梁前15阶振动频率与响应阶次频率的计算值十分相近。
五、心得体会
社会经济发展和国家科技进步,使各种重大工程建设的技术含量越来越高,这对施工企业通过技术创新解决重量级施工难题的能力也提出了更高要求。
基础公司弘扬鲁班奖的精髓,学习创新,创造发明,解决了大桥三角区大立柱吊装、860吨构件空中就位、中跨350吨桥面系梁24米非吊机移位等棘手问题;
探明了自行设计的拱上吊机行走、移位、锚固等奥秘;
攻克了拱座、临时索塔、拱肋桥面、拱肋合龙等一系列难题;
锁住了拱肋承受的高达二万吨水平推力,从而确保了工程质量,进一步提升了企业综合竞争力,并再次印证了技术创新是卢浦大桥建设创鲁班奖工程的必由之路。
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