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俄羅斯主跨1104m的海參崴斜拉橋
2012-03-29 來源:中國橋梁網
中國橋梁網 (作者 王伯惠)俄羅斯為了準備2012年在海參威舉辦亞太經合高峰會議,特修建從海參威的納熱莫夫(Nazimov)半島跨越東博斯普魯斯海峽到會議地點羅斯基(Rossky)島的斜拉橋。那里原來只有一個渡口聯通,該橋的修建是開發那片原始領土交通基礎設施的重要一環,并對遠東地區提供空間和經濟發展的前景。

  該橋于2008年三季度開工,預計2012年二季度完成,雖然它的主要參數舉世無雙,但將在破紀錄的43個月內建成。主橋采用斜拉橋,中跨1104m,建成后將為世界第一大跨斜拉橋(主跨大于我國1088m的蘇通橋16m)。

  2011年春,中國幾個單位曾組團去參觀,因同時要參觀東歐四國,故未去海參威現場,而是在莫斯科聆聽了工地來人的介紹。深圳瑞林技術公司陳懋芳總工參加了該團,并帶回了一些俄(英)文資料,茲根據這些英文資料翻譯梳理成本文,供國內有關人員參考。

  1、設計概述

  1-1 橋位自然條件及技術標準

  海峽最窄寬度:1460m

  通航水深:50m

  極端氣候條件:氣溫:-31℃~+37℃

  暴風速度:36m/s

  暴風雨浪高:6m

  冬季冰厚:70cm

  地震烈度:8.1度

  道路寬度:21m

  車道數:2*2=4

  通航凈高:70m

  通航船舶:排水60000噸海輪。

  1-2 橋跨布置

  采用單跨跨越水深50m的海峽,陸側先填海堤150m左右,作為半島的延伸,在其前端設置索塔(圖2),島側在離岸240m左右先在鋼圍堰內做基礎(圖3),待樁基與護壁完工后,再填海堤與島岸相連(圖4)。這樣將寬1460m的水面壓縮到1104m,且可保護墩臺不受沖刷和冰、船的撞擊。

  主跨采用鋼箱梁,兩岸填海后邊跨就可在陸上建筑。邊跨采用預應力混凝土梁5跨連續,每側長384m,(中邊跨比0.348),形成設計總長1872m(實體總長1885.53m)對稱于中線的主橋:60+72+3*84+1104+3*84+72+60=1872m(1885.53m)。

  主橋共11孔12墩,從陸側起編號,斜拉橋邊孔邊墩M1,邊孔輔助墩M2~M5,索塔M6,跨海至島側索塔M7,邊孔輔助墩M8~M11,邊墩M12。

  圖1 斜拉主橋橋跨布置

  圖2 陸側填海150m施工索塔和輔助墩

  圖3 島側先在鋼圍堰內施工索塔

  圖4 島側填海240m繼續修建索塔和輔助墩

  主橋兩端還有高架引橋,共長917.71m,包括引道在內工程總長3100m。

  1-3 主體結構

  ·索塔

  索塔為A型,高320.9m,為目前世界最高者。下面有120根直徑2m的鉆孔樁,在陸側入土深77m,島側40m,那里巖層較淺。

  索塔由底到頂傾斜,具有變截面,(底部13*7.9m,頂端7*7m),而壁厚則由2m減至0.7m,幾何性質視所面對的荷載(主要為風載)而定。索塔截面在高度66.26m和191.48m處變化,在那里兩塔柱之間設置了連系梁(圖5)。由于最大荷載作用于塔底,設計加強了這里的鋼筋。設計設置了927根直徑32mm(圍繞整個索塔6排)的垂直鋼筋和23排橫向鋼筋,由于巨大的荷載和碩大的結構尺寸,采用了B60級混凝土。

  基礎承臺面積3200㎡,高13m,用了2800噸鋼筋。這個龐大基礎的設計過程考慮了300多種荷載組合,包括承臺、橋面、各種橋上設施的恒載和行駛在橋上的汽車的重量。由索塔傳到承臺上總的垂直荷載約220000噸,計算考慮了各種荷載組合,如地震和風載,和排水60000噸的船撞力。

  圖5 A型索塔兩腿之間的橫系梁

  (并示索塔腿爬模施工)

  ·邊跨墩

  主橋兩端的邊墩M1和M12是設計最復雜的項目。M1在陸側,M12在島上,高35m,倒U形(門形)。碩大橋梁的邊墩,它們作為過渡墩承受斜拉橋主梁傳來的橫向荷載。(圖6)

  邊墩兩腿設有營運過程監控橋體結構儀器設備的聯通設施和房間。

  邊跨中間的輔助墩為雙柱式墩,下為樁基,參見圖2、4。

  圖6 門形邊墩

  ·主梁

  主梁具有空氣動力截面以抵抗暴風荷載。其外形先經空氣動力分析確定,再根據比例模型試驗結果予以優化。整個截面是一個整體鋼箱梁,具有加肋的底板和正交異性的頂板和橫梁及隔板體系。(圖7)

  中跨鋼梁長1244m,103個節段總重23000噸,所有結構由于拉索錨碇裝配的不同而不是標準化的,設計很復雜,一個節段28*12m,重185~370噸。

  邊跨用預應力混凝土連續梁,與通常預應力之外,鋼絞線穿過塑料管,澆注混凝土之后,施以300~350t拉力變成預應力,橋面板用Dywidag高強鋼筋。(圖8)

  中跨鋼梁和邊跨混凝土梁在陸岸M5~M6墩及島岸M7~M8墩之間連接,每側鋼箱梁進入邊跨70m。

  圖7 中跨鋼箱梁主梁

  圖8 邊跨預應力混凝土連續梁(島側)

  ·拉索

  拉索承擔橋面所有的靜載和動載,拉索采用了最大可能的保護,不僅抗御自然災害,同時防御不良效應。

  斜拉索實施了所謂“壓密”PSS系統。這個先進系統不同于放置在套管里的密布鋼絞線,它大大降低了拉索風壓。

  壓密設計采用較小直徑的套管能降低風載25~30%,索塔材料、加勁主梁、基礎的材料的費用降低35~40%。

  PSS拉索包含多根直徑15.7mm的7φ7鍍鋅鋼絲平行鋼絞線,拉索由13~70根鋼絞線組成,共168根。最短者135.771m,最長579.83m,為當前世界最長者。保護套管由高密度聚乙稀制成,有下述特性:

  ·抗紫外線輻射;

  ·海參威地區的氣候環境抗力(溫度-40℃~+60℃);

  拉索套管外的螺旋形柱環保證了拉索在風、雨聯合作用下的穩定性。

  拉索附件的設計可降低鋼絞線沿錨碇彎曲時的應力。

  風流(停滯的旋風,風共振等)和參數共振效應能使拉索擺動。液壓阻尼器可延長拉索使用壽命和確保其可靠度。

  圖9 拉索

  ·高架引橋

  引橋總長917.71m,墩高9~30m,橋面高12.5~37m。單排式雙柱墩下為鉆孔樁,上用墩帽相連。鉆孔樁長5~20m,由堅實的承壓土層深度而定。橋面采用三梁式鋼U梁上澆混凝土,最后形成鋼~混凝土組合結構的連續橋面。現澆混凝土橋面與鋼梁通過Nelson大頭釘式扣件聯結。(圖10)

  a、鋼U梁頂面設Nelson扣件 b、在臨時墩上架設鋼U梁

  圖10 高架引橋

 
  2、施工概述

  2-1 場內運輸和電力

  新建了1450m新線鐵路和更新了4500m現有鐵路以確保建橋物資的及時運輸。修建了5個岔道和3條側線供卸貨之用。惰性物資的進場和水泥卸貨安排在半島一側。

  2-2 施工設施和加工車間

  在納熱莫夫半島和羅斯基島上皆設有生產設施,有4套現代化的混凝土工廠(Tecwill Oy and Compactors公司),鋼筋和電焊廠,建筑技術試驗室,管道配備和木工車間,以及辦公室、宿舍、小賣部等。在半島側還有一設備維修廠。

  生產設施皆采用最先進的裝備,鋼筋和焊接車間備有HS6001.202等離子切割機,Stema Pedax鋼筋切斷和彎曲車,KRB Shearline鋼板剪切線,1V-2424 4輥薄板彎曲車,和一臺自動焊接機用于直徑2m的鉆孔樁護筒。這些生產設置使能縮短建設工期和優化建設費用。

  2-3 先進的施工機具

  建造本橋總計從國內、外制造商引進了320套現代化施工設備

  先進的鉆孔設備有20多套,包括一套Bauer BG40,為遠東此類鉆井機功率最大者,用于鉆孔樁。一條具有特殊裝備的600噸躉船用于羅斯基島側的M-7索塔的樁基。

  混凝土由Hino and Isuzu(日野和鈴木)制的4.6和8m3車載攪拌機運至工地,混凝土泵由Putzmeister, Schwing and Daewoo廠制造,有固定式和車載式兩種。

  起吊和操作使用了多臺坦克吊和塔吊,一臺起重能力280噸,吊臂長53m,由Hitachi Sumitomo(日立住友)廠生產的坦克吊用來吊起長度超30多米的鋼筋籠垂直地進入基樁護筒。

  土方作業用了多臺裝載能力16到35噸的翻斗車,挖土和裝運用Hitachi and Kato(日立和鬼頭)挖掘機和履帶式推土機。

  2-4 主體工程施工大要

  ·索塔

  索塔樁基為200根直徑2m、深77m的鉆孔樁。在我國橋梁施工中第一次使用反循環鉆機來施工。

  圖11 樁基施工

  混凝土由所有4座海參威USK MOST OJSC分廠同時供應,莫斯科運輸建筑中心研究院的專家們開發了一種特殊配比的自密實混凝土及其為樁基承臺的施工程序,這個承臺將承受索塔傳來的主要荷載。抗硫酸鹽水泥制的B35混凝土,它具有F300級抗凍融性和W12級抗水性,用來建造承臺。這種混凝土保護基礎不受環境侵蝕影響,確保鋼筋不受腐蝕。這種高工作性能的混凝土使用了特殊的外加劑和粉塵填料,以10~15cm的層厚連續循環澆注數日。用可防止混凝土離析的特制管道供應承臺混凝土。每個索塔承臺混凝土總量超過20000 m3。

  澆注塔身混凝土時,索塔為變截面,標準模板不能使用,每塔設置了一個特制的4.5m高的自爬式模板,由吊機進行最初三次澆注之后,爬模即在標準件組成的液壓機驅動下移動。截面在高度66.26m和191.48m的橫系梁處變化。爬模可提高質量,并縮短現澆混凝土一半的施工周期。

  拉索附件位置在高程197.5m處開始,成對拉索的錨碇和塔體混凝土施工同時進行,這大大減小了施工周期。

  圖12 澆注承臺混凝土(M7塔基,羅斯基島側)

  ·邊墩

  在羅斯基島上的邊墩和索塔施工時設有設計荷載能力達2噸的Geda客貨兩用升降機,上升速度65m/min,達到320m索塔頂端只需3.5分鐘。

  施工邊墩承臺和索塔時,使用了USK MOST OJSC 海參威分廠生產的自密實混凝土,使用了特殊外加劑使在澆注過程不引起多余的空氣因而無需振搗。

  ·主梁

  高精度金屬加工制作保證了主梁斷面的精確性,安裝時容許誤差不超過3mm。

  正交異性頂板和加肋底板(ribbed)的縱、橫向皆在工地焊接,垂直板件,縱梁、橫梁和隔板則在工地用高強螺栓連接。

  在納熱莫夫半島側的52節段鋼箱梁由該側的USK MOST工廠具有特殊裝備的組裝車間進行預組裝,羅斯基島側的51節段則在納科達城的修船廠預組裝,預組裝的節段用船運到工地,吊起安裝。(圖13)

  圖13 主梁節段安裝示意

  ·拉索

  當安裝混凝土主梁時隨即安裝拉索錨碇,一個錨碇直徑377mm,長3.2m,重1噸。(圖14)

  圖14 a 吊裝錨碇構件

  圖14b 羅斯基島側第一個錨碇安裝完成
  圖14 拉索錨碇

  ·引橋

  引橋橋面架設在橋兩端同時進行,先在永久性墩和輔助墩上架設鋼箱梁,在其上行走鋪設鋼筋混凝土橋面的機械。

  在中間的臨時墩上先組裝21m長,總重200噸的橋面塊件,然后進行現場焊接,橋面即形成整個截面進行工作。(圖10)

  3、質量檢查和監測

  3-1 施工質量檢查

  所有這座斜拉橋的建筑材料皆要經過USK MOST OJSC海參威分站的極嚴格的質量檢查。每批混凝土的強度、密實度、抗水性、凍融耐受性等皆須日檢,采用特殊設備測試其抗拉強度。

  先進儀器和技術的使用使建筑業主海參威FGU DSD(海參威道路建設管理聯邦局)能快速控制施工工作和確保預算資金的有效使用。

  3-2 質量監測系統

  橋梁交通管理和監測中心,于2009年8月在海參威的納熱莫夫半島開始工作,裝備有橋梁結構狀況監測,交通管理和緊急事件(從恐怖襲擊到地震)報警等系統。

  施工早期就設置了結構狀況監測系統,如在承臺的各層安設可以收集混凝土應力狀況的荷載傳感器。監測系統使能評估在施工初期以及營運后期結構的技術狀況。

  監控系統在斜拉橋施工時開始布置,許多傳感器和儀器在橋體結構架立時安裝,現代化裝備用來監測和診斷建成后的橋梁。

  HIL TI PS 200 Feroscan 系統用來確認現場澆注結構鋼筋的直徑和深度。

  Pulserultra Sonic device (超聲脈沖儀)可以直接在施工現場探測結構部件的缺憾,對其耐久性和連續性提供精確的數據。

  Testo 880移動式熱映象儀能轉換紅外輻射成電子信號,使能估測冬天混凝土保溫套內的溫度。

  GLONASS衛星系統用來控制和校核在海峽內填墊的進程。

  一等水準可檢測出結構構件的最終變形。

  一臺視距測量儀和水深計同時操作可以驗證填壩土量和繪出三維模型。

  氣象站使專家們能對正在施工和架設的結構構件當場的氣候條件作出最精確的評估。

  4、已完工部份橋面正視圖

  圖15,由圖可見索塔、橋面、拉索的一些構造細節。

  圖15 已完工部份橋面正視

  后記:原文似為施工單位提供,于設計方面敘述欠詳,本文“設計概述”一節系由原文結合圖紙整理出來的。從結構上看,與一般大跨斜拉橋基本相同,無重大的創新,但橋寬只21m,施工單懸臂時主梁寬長比達22:552=1:26.3,對風穩性和風致面外彎矩是一個很大的挑戰。采用新技術壓密鋼絞線拉索降低大量拉索風力,和自密實混凝土節省搗震時間從而縮短施工時間,以及使用大量現代化施工機具設備和檢測儀器等是值得學習的。 (譯述者 遼寧交通科學研究院 王伯惠)




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