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钢混结合段是一个非常复杂的部件


  宁波北,甬江岸。
  一座铁路桥看起来不甚特别,只有两列铁轨并行其上,论其宽度远不及紧临的清水浦大桥—那是一座宽56.7米、双向8车道的公路桥。但,这座设计时速120公里/小时的铁路桥可承受的冲击力却“相当于26车道的公路桥”!
  这就是宁波铁路货运北环线枢纽甬江特大桥的主桥(以下简称甬江左线特大桥主桥),目前亚洲最大跨度的铁路混合梁斜拉桥。
  主跨468米,一跨飞架甬江。两座近180米高的索塔隔江相望,自塔顶射出100对巨型钢索,牢牢将桥体勾住。这些漂亮的线条,使整座桥体远眺显得轻盈,近观又格外恢弘。
  采用大跨度钢混结合梁斜拉桥的结构,在国内铁路工程领域是第一次。也正因为此,几乎没有什么资料可供设计和施工人员借鉴,欲填补空白就意味着接受挑战。
  自2010年10月破土动工,大量新技术、新材料和新工艺得以应用,其成功修建必将为我国铁路桥的建设提供诸多先进经验。有关这座桥的技术创新,一本书也写不完,本文在其中仅选取了最核心的三个闪光点。
  时值2014年12月底,洪塘乡站至宝幢站区间即将通车,明年全线开通运营。届时,宁波港集装箱疏运的内地陆路通道就被打通,宁波港的辐射范围将由原来的长三角地区,扩展至大武汉中部经济圈。
  双塔脚下有“巨刺”
  如果说两座高塔是支撑起大桥的中流砥柱,那么索塔基础下的大直径钻孔灌注桩就是整座大桥根基所在。这些钻孔桩就像长在双塔脚下的根根铁刺,深深扎入地下,保证塔身和桥体风雨中屹立不倒。可你知道,这“铁刺”是什么样子吗?
  直径3米、深度132.5米,当站在这样一个黑洞前,你感受到的可能是寒意。当24个这样的黑洞灌满混凝土,就几乎是一座主塔的钻孔桩了。这样大尺寸的孔径,国内鲜见。“每一个巨孔,都需要总重200吨的钻机日夜无休地挖上一个月。”李鹏程告诉记者。
  瑰丽的甬江身边流过,可技术人员根本无意欣赏,因为这里的地质条件对于钻孔,可以说是场噩梦。横向紧邻滩涂与大堤,稍有不慎会引发水流倒灌;纵向结构更是复杂,从地面往下45米处,是流塑状淤泥质黏土,再往深走,却是玄武玢岩等各种硬石,总结起来就是先软后硬、交替变化。
  施工方介绍,针对复杂地况,他们在钻进过程中,加强了对地质条件、钻进速度、泥浆比重等参数的监控,并选用重型加强钻杆和设置稳定环保证钻孔垂直度。在穿过黏土层时,为防止塌方,他们还给钻头套上了套筒。钻出了这深不见底的“黑洞阵”,为灌桩做好了第一步的准备。
  超长钢筋笼分段生产再对接
  紧接着出场的是大直径超长钢筋笼。每个桩孔,都会放进去一个钢筋笼。灌注混凝土后,钢筋笼就好比是桩体的骨架。桩孔有多大,钢筋笼就有多大—每个孔桩钢筋笼重达110余吨。
  问题来了,这么大的钢筋笼是如何快速做出并顺利放进去的?这是大桥施工中一个非常重要的技术成果。
  首先,每个钢筋笼被分成11节同步加工制作成产。为此,技术人员设计制造了一种胎座式钢筋笼加工模具。这样做的好处是,可以边生产边下放,并能较好地控制钢筋笼轴线偏差,保证其精准地对接。
  做好一节,放入桩孔,然后挂在洞口,再接着安装另一节。说着很轻松,但在实际安装时,每一节都是重达10吨的大家伙。因此,快速准确地定位对接尤为关键。
  技术人员研制了一种新型钢筋笼下放定位系统,提出了包括“十”字形吊具、定位支撑平台、吊挂定位环等装置的自由吊挂式定位方法,解决了超大钢筋笼快速安装定位的难题。另外,他们还研究出采用双筋直螺纹套筒错位对拧连接法,大大缩短了钢筋笼与安装时间,每孔钢筋笼安装时间由85个小时缩短为36个小时。
  值得一提的是,《大直径超长大钢筋笼自由吊挂定位系统》《大直径超长大钢筋笼错位对拧法》都已取得国家技术专利。
  钢筋笼安装完毕,通过预埋在桩身的注浆管形成循环回路,利用压力作用,向桩端底层均匀地注入水泥浆。这叫做桩端循环后压浆技术。施工时必须很小心,要保证灌一部分水泥浆,然后将管子往上提一段,始终保持管口在水泥浆液面之下。“一旦露出来,那就是重大事故了,这个装口就要废弃,重新再打了。”一分部总工陈平说。
  关键部件分块吊装
  距离地面38米的上空,在两边主跨和边跨的结合处,都有一段长14.05米的钢混结合段。这个重达384.1吨的家伙,是整个桥体质量的关键点,也是施工技术中的一大创新点。
  由于大桥的主梁由两种不同材料组成—边跨的梁体为混凝土梁,其它部分梁体为钢梁。这就造成了必有一段是钢梁和混凝土梁结合的过渡段。
  据介绍,这样的结构既有混凝土“梁自重大、锚固作用强、经济性优良”的优点,又有钢梁“跨越能力大”的优势,当然成本也比全钢梁节省不少,被广泛应用于国内外公路大跨度斜拉桥。但难点也在这里。不同于汽车,火车轨道固定、荷载更高,这对其整体刚度、疲劳性能要求更高,所以这对该结构的应用来说,是一次非常严峻的考验。
  钢混结合段是一个非常复杂的部件,这个庞然大物由钢箱梁壳体、传剪板及回形件围成的钢格室、纵横向预应力筋、剪力键、剪力钉等构成,其中钢箱梁底板上盖板及顶板上有混凝土浇筑孔和出气孔。
  由于钢混结合段所在位置距离旁边的清水浦大桥仅20米,且上跨热力管道、沿江河道及沿江公路,所以施工场地狭窄,吊车占位受限,采用一次吊装定位难度大。因此,技术人员创造性地采用模块吊装组拼方法,将钢混结合梁段分为5块,在拼装场地采用模块化加工后,用长挂车运至施工现场,然后用履带吊机分块吊装。
  “这种方法具有一定普适性,可以解决市政桥梁、临近既有线等复杂环境下的同类施工难题。”孙小猛说。
  梁上运梁保障通航
  主跨以468米钢箱混合梁一跨飞架甬江南北,中跨419米全为钢箱梁。这么大的跨度当然也是由“拼积木”拼出来的。钢箱梁的标准节段长9米,标准节段的最大重量约为181.2吨。
  那这一块块的巨型积木是怎么从两头向中间靠拢的?“钢梁箱提梁运梁及转体悬拼施工”关键技术在此背景下诞生。简而言之,就是“梁上运梁”。
  陈平告诉记者,按照常规方法,这些节段钢梁会通过海上运输、然后江面船舶上提升钢梁、最后悬拼架设。但主桥钢箱梁结构自重大、定位精度要求严,且在江边有100多米的滩涂区,再加上桥位临近码头,夜通航量较大,无法用船舶将钢箱梁节段运输至拼装位置,就更不用说江水急浪大、涨落潮时流速流向多变产生的影响了。
  于是他们提出了“梁上运梁”的方法,大致过程是,将钢箱梁节段在桥尾提升至混凝土箱梁梁面,然后放置在运梁小车上,再由小车运至桥面上的悬臂提梁机,悬臂提梁机接梁后前移、旋转、后移、拼装。
  “所有操作都在已施工梁面上完成,既避免了跨江作业占用航道,又降低施工安全风险。”陈平说。
  如今“可调型轮轨式梁上运梁车”和“HMF—200悬臂提梁机”,都已取得国家专利。随着桥梁结构不断向大跨度方向发展,运梁车和提梁机的成功应用,必将为其它类似大型结构物的拼装提供参考。
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