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世界第一大有推力钢箱梁拱桥进入白热化施工

来源:交通界
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柳州官塘大桥效果图

柳州官塘大桥为提篮式无系杆钢箱拱桥,跨径水平位居世界同类桥梁前列,达457米。桥梁呈彩虹状,一跨过江的大桥就像在柳江上空画出了两道45度的彩虹。值得一提的是,大桥的两条主拱肋分别要承受高达17500吨的水平推力,为世界第一大推力的钢箱拱桥。能够承受这么大的推力,其奥秘全在拱座基坑设计中,每个基坑分别由170多根桩围合而成,最大深度达17.6米,为上大下小结构,上面的开口处长约80米,宽约32米,相当于20套120平方米的房子连在一起的大小。每个基坑均承担两个桥拱拱座的推力。在基坑中受力最大的一侧,采用阶梯的方式扩大受力面。浇筑混凝土时,也是分层浇筑,让巨大的推力分散开来,多面、多部位分开承受。

柳州官塘大桥

“柳州官塘大桥在施工中需要提升的中拱段,其重量及施工难度是空前的,大桥的建设难度之高,在国际上也属一流,如何顺利完成拱肋施工,将是大桥建设的关键。”2016年4月,我国著名桥梁专家、中国工程院院士林元培在官塘大桥施工方案评审会上,高度肯定了官塘大桥在国内外桥梁领域的地位,同时指出了大桥建设的高难度。

林元培

在大桥拱肋施工过程中,重达5600吨的中拱段的施工无疑是关键的一环,其整体提升重量为当前世界第一,约等于同时吊起1100头成年非洲象的重量。在以往的同类桥梁施工中,吊装方式一般为浮吊吊装,但目前国内并没有能够满足在内河中使用的此类大型浮吊,因此,技术团队决定采取“低位拼装、整体提升”的施工方式,并专门为此设计了多达300页的专项施工方案。

柳州官塘大桥施工现场

柳州官塘大桥

“由于大桥为400米一跨过江的设计,水中并没有桥墩,因此,中拱段提升就需要水中临时墩柱协助。我们在支架设计过程中,通过BIM建模反复的推演,依靠Ansys,Midas两个软件的双向复核,得出了精准的计算结果。在综合考虑了保护柳江生态环境、对位精度、线型控制,抗风稳定性等因素后,决定采用紫荆花式钢管支架,与笔直向上的钢管相比,斜向上的设计更稳固,也更适合后续施工需要。”项目技术负责人肖延军介绍说。这套水中支架包括88个水中桩基以及10个水中承台,设计有12个主要主拱肋支架、2个防撞支架以及14个单独支架,每个支架均由300多根空间交错的钢管构成。由于紫荆花式钢管支架属异型支架,较普通竖向支撑支架加工难度大、安装难度高,技术团队采用了分层整体吊装的方式安装支架,将安装精度控制在了不足2公分的偏差范围内,在精度规范要求计算偏差允许的15公分的基础上提升了近10倍,并且减少了水中高空作业量,有效规避了施工风险。高水准施工的水上支架在柳江上开出了一朵朵美丽的“铁花”,完美的适应了拱肋空间异形结构要求。

柳州官塘大桥施工现场

柳州官塘大桥图片

在低位拼装过程中,技术团队提前48小时对周边环境气温和拱肋温度进行监测,当监测气温达16-22℃范围时,通过坐标计算出拱肋拼装处实际长度,并采用钢尺量具法对拼装口长度进行复核并指导配切吊装,调整到位后第一时间使用钢板对拼装口钢箱拱肋临时焊接牢固,有效预防了因气温变化而可能导致的热胀冷缩效应造成焊缝开裂。

柳州官塘大桥图

柳州官塘大桥施工图片

针对整体提升中拱段总重量巨大,且实际吊装过程中受力极为复杂的情况,技术团队在最初希望通过借鉴以往国内外的施工经验来进行,但由于主拱肋属于双向弯曲构件,除自重外,单侧同时承受临时水平约束索传来的1450吨水平力,其自重和受力规模均是空前,并没有同类可借鉴的经验,因此,技术团队采取了全面仿真分析和模型模拟提升试验相结合的方法对中拱段力学行为进行了全面分析。专门设计了与大桥比例1:10的模型进行中拱段整体提升模拟试验。通过实验,对大桥仿真分析方法的正确性进行了论证,弥补了理论计算偏差。

柳州官塘大桥

柳州官塘大桥

大桥这一系列国内首创的整体提升施工方案不仅填补了中铁上海局在这方面施工的空白,也为今后的同类型桥梁提供了大量可借鉴的技术资料。

柳州官塘大桥作为献礼广西壮族自治区成立60周年的重点工程,同时也是柳江上的第21座大桥,将于4月下旬进行世界第一重量的中拱段整体提升,计划于年底前建成通车,建成后,将成为“桥梁博物馆”的又一颗闪耀明星。

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