城市繁华地段独塔斜拉桥施工
2018-04-16
武汉大道是武汉城市道路中崛起的一条全新主干道，它将贯穿市内江南、江北，途径东湖、沙湖、徐东等主干路线，设计时速60公里的城市快速路。按规划，武汉大道由市区道路、三环线和机场高速三段组成，全长近44公里。武昌双湖桥至三环线三金潭立交的市区道路长18.3公里，将升级改造。其中，双湖桥至岳家嘴段为地面式，岳家嘴至三金潭是长距离连续高架。武汉大道被当地媒体称为“武汉最美的大道”。金桥大道跨铁路桥工程位于汉口地区东北方，是武汉大道（工农兵路～三金潭立交）其中的一部分，是汉口地区南北向重要的城市快速路进出口。在工程范围内，有京广（客货）线、合武线等共13股道的电气化铁路线与武汉大道横向交叉，交叉处现状金桥大道是以8+10+10+8m框架桥形式下穿京广铁路，中间两孔为机动车道，两侧两孔为非机动车道和人行道。设计中的武汉大道在京广线K1189＋135处上跨京广铁路。根据与武汉铁路局方案审查意见，采用138+81+41m单塔双索面预应力混凝土斜拉桥上跨铁路。
金桥大道跨铁路桥工程作为武汉大道的控制性工程，地处武汉市区繁华地段金桥大道进出城口，工程全长仅260米。但是受制于施工场地狭小（两侧部分民房在红线以内），施工断面地下（地上）强弱电、管线众多、上跨铁路线等复杂原因，在2009年5月武汉大道沿线部分路段已经开始施工的情况下，跨铁路桥工程施工图设计完成已经到了2010年1月，工程竣工要求在2011年8月，可施工天数仅580多天。在580天内，由于工程的特殊性，变更、征地、拆迁、障碍物迁改又用去了60天，工程需要在确保城区车辆、行人进出的重要路口完成一座跨越13股铁路线的103.5米独塔预应力混凝土斜拉桥，其难度可想而知。由于武汉大道的重要性，为了千方百计确保重点工程按期完成，在控制投资额的前提下，通过优化设计和施工组织，在前期工期受到较大影响的情况下，加快了节点工程的施工进度，在客观条件难度极大的情况下，为按期完工，提供了保障。
金桥大道跨铁路桥工程效果图
一、桥梁工程设计
1.1跨京广铁路桥主要结构设计
（1）结构布置：金桥大道跨铁路桥工程主桥为独塔双索面预应力混凝土箱梁斜拉桥，全长260m，主跨138m，跨度组成为138+（81+41）=260m。从里程K2+346.144至K2+177.6方向由39m宽渐变至49.899m。
（2）主塔：主塔顺桥向为柱式结构，横桥向为“A”型，钢筋混凝土结构。塔高承台以上为103.5m，桥面以上为79.012m，高跨比为0.57。
（3）下部结构：主塔基础由塔座、承台、桩基组成，两个塔柱基础间设系梁连接。塔座为长方锥台体，为C40钢筋混凝土结构。
二、施工图设计优化
金桥大道跨铁路桥工程位于武汉市江北五干道进出城的重要路口金桥大道上，斜拉桥以138m的主跨一跨飞越上有13股铁路线的铁路框架桥；高达103.5m的主塔，气势磅礴、宏伟，充分展示了大桥本身的结构美。想要在武汉市的繁华地段，工程范围内地下和地上障碍物没有完全清理的情况下，580天修建一座斜拉桥，是很困难的，随着工程开工后的深入了解，按期完工几乎是不可能的。为了在符合设计意图和现场实际的情况下，对施工图设计进行优化，就是确保工期的前提条件。
2.1取消横穿金桥大道的承台间系梁
作为一个快速发展的城市，在斜拉桥设计之初就必须符合武汉市的城市规划，在进行专家评审时，要求在原设计中将主塔墩承台、系梁再下降3m，以确保后湖片的市政基础建设（燃气、自来水等）空间。跨京广铁路桥在铁路涵洞北侧，两主塔之间用一系梁连接；系梁横穿金桥大道，尺寸为35.60m(长)×8.0m(宽)×4.0m(高)，预应力混凝土结构。系梁处在现状金桥大道下约8.0m位置，属于深基坑施工。
白天7:00～9:00夜晚19:00～21:00
“金桥大道昼夜车流照片”见上图，图片中左侧为出城方向，右侧为进城方向。
2、取消主塔基础开挖排桩体系支护结构
主塔墩紧临既有铁路及当地居民房屋，基坑支护采用双层内支撑的排桩结构体系；同时开挖面位于软土层，坑底采用水泥搅拌桩进行加固处理，对深基坑支护设计及施工要求高。主塔承台及系梁深基坑支护采用双层内支撑的排桩结构体系支护方案。排桩采用φ800mm的混凝土灌注桩，内支撑采用钢管，采用双排相互咬合的φ500mm水泥搅拌桩组成的幕墙作为基坑的水平隔水帷幕，由于开挖面处于软土层，在基坑底采用水泥搅拌桩进行加固处理。φ800 mm支护桩及φ500mm水泥搅拌桩施工与主塔φ2500 mm桩基施工同步进行，且要求φ800 mm支护桩最后一根桩基及锁口梁施工必须比主塔最后一根桩基施工完提前28天，以确保基坑开挖时支护桩及锁口梁的混凝土强度满足设计要求。
如果按照以上原设计施工，必须要求保证：⑴水泥搅拌桩幕墙地面标高，降至与桩基施工地面一致；⑵在主塔桩基施工的同时，开始水泥搅拌桩、混凝土灌注桩的施工。
为了尽可能节约时间，避免因报告、批复、拆迁、协调完成而引起的巨大工作量，还是从设计上找办法。其结果是将承台提高1.8m（已经是可能的最大值），将施工周期长达53天的水泥搅拌桩、混凝土灌注桩，变更为施工周期4天的钢板桩围堰施工。经过验算、评审、设计院符合，均符合相关规范要求。
三、施工组织优化
金桥大道跨铁路桥工程要确保工期按期完成，除了经济因素外，确保工期的施工组织就显得尤为重要。根据现场实际情况，采取了以下优化措施：
1、主塔桩基施工采用JZK-8型冲击正循环钻机，并增加数量，减少循环。
51#主塔墩共设2个墩，每个墩基础采用12根φ2.5m直径的钻孔桩，有效桩长为70米，每根桩嵌岩约32m。根据《岩土工程勘察报告》（详勘）中描述砾岩主要为石英砂岩、灰岩碎块，粒径月1－6cm，呈次圆状，含量约60%左右；中风化砾岩岩石单轴抗压强度统计表中所示，基本值数据为“max＝13.7 MPa”、“min＝6.6MPa”。原计划每个墩布置4台冲击钻机钻孔，平均55天成桩一根,3个循环完成，配备1台50t汽车吊用于材料转运及钢筋笼吊装、护筒埋设等。
现场情况由于拆迁、障碍物迁改等原因，实际工程开孔时间距离进场已经过了50天。由于主塔墩的2个墩台，有三侧都有障碍物，分别是铁路桥、金桥大道机动车道、居民房屋，仅有顺桥向大里程方向有5.5米宽的非机动车道可以供施工车辆通行。为了将征地拆迁等原因耽误的时间抢回来，也曾考虑过KPJ3000等各种型号钻机，但都一一否决了。斜拉桥现场的情况是桩长入岩深，施工场地狭小，受限多，城市繁华地段文明施工要求高，后续施工场地不能占用等诸多问题。
经过认真分析，决定还是采用JZK-8型冲击正循环钻机，采取增加数量（每个墩4台变为6台），减少循环（原计划3个循环变为2个循环）。施工组织变更后的优势有：⑴钻机桩锤重量合适，50吨吊机站位后，可以在墩位中覆盖各孔位，如采用其他型号钻机，可能要求配超过100吨的吊机或重新设计施工专用起吊设备；⑵对泥浆循环场地要求小，城市繁华地段施工寸土寸金，冲击正循环钻机可以利用孔位循环，如采用其他钻机，泥浆循环要求专用场地或泥浆箱；⑶钻机维修简便，冲击正循环钻机维修最多的就是桩锤，仅需要增加2个备用桩锤配焊工不停循环补焊即可解决，如采用其他钻机，钻杆、机身维修装卸本身就需要花费大量时间。
原计划安排（4台）变更后计划（6台）
相比较原计划安排，变更后的施工组织需要另增加1台50吨履带吊，专门用于西侧主塔墩，原因是由于场地限制，需要履带吊进入“变更后计划”C1和D1处中间，待6台钻机就位后，履带吊不能进出。相比较工程工期而言，增加必要的机械是必须的。
2、主塔下横梁模板、钢筋与下塔柱平行施工
塔身高度（从承台顶算起）为103.50m，塔身为内倾式钢筋混凝土框架，箱形截面。塔身设置上、中、下三道横梁。投标施工组织设计中，根据主塔结构特点按如下顺序施工：塔座―下塔柱―下横梁―中塔柱―中横梁―上塔柱―上横梁。
下横梁是塔柱整体结构的一个重要部分，主塔结构为塔、梁固结体系，下横梁即主梁T0节段，其顶同主梁一样设1.5%的斜坡，由于桥梁主跨主梁的加宽，主塔横向中心线与主梁中心线不重合，主梁中心线处高6m，横桥向均长42.6m，顺桥向宽6m。原施工组织中具体施工步骤为：搭设下横梁万能杆件现浇支架→安装下塔柱劲性骨架(劲性骨架分节段在钢结构车间统一制造)→安装下横梁支架与劲性骨架的斜撑杆并调整劲性骨架的倾斜度→搭设下塔柱施工脚手架→接长主筋，绑扎下塔柱分段钢筋→安装下塔柱模板→吊装砼浇注平台以及漏斗串筒→浇注混凝土→养护、凿毛、拆模→下横梁模板、钢筋，其中下塔柱施工30天，下横梁施工45天。
经过工期比选，斜拉桥主塔桩基、承台、塔柱、主梁、挂索等工序中，工期都是不可调整的，而且必须是由桩基向上横梁施工。想要从中优化工期的自由时差是不可能的事情，但是如果能将下横梁提前施工，做到与下塔柱平行作业，是否可以节约下横梁的时间，为总工期争取时间呢？答案是完全可行的。
在主塔墩承台施工的同时，就开始下横梁支架施工。下横梁支架采用万能杆件拼装而成，直接支承在承台及道路中间的螺旋管桩基础上，上设型钢纵横向分配梁，作为横梁底模平台。底模支垫均采用钢结构，以消除非弹性变形和便于拆除。在下塔柱施工的同时，就开始下横梁模板和钢筋的拼装，待下塔柱第2、3节施工时，同时施工下横梁，较原计划节约工期30天。
四、总结
在城市繁华地段进行控制性工程施工，总会面临现场环境、交通、房屋拆迁、障碍物迁改等因素对施工的干扰；由于工程结构形式的不同，城市繁华地段施工难度会大不相同。通过金桥大道跨铁路桥工程对设计、施工组织变更的实施，在确保重点工程在控制投资额度的情况下，为了按照计划工期完成施工，对市政基础建设的有效管理作出了有益的尝试。
