上海中环线国定东路下匝道预制拼装桥梁技术

2017-09-15 02:50沈维芳卢永成

城市道桥与防洪 2017年9期

关键词：国定匝道波纹管

沈维芳，卢永成

（上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司，上海市 200092）

桥梁结构

上海中环线国定东路下匝道预制拼装桥梁技术

沈维芳，卢永成

（上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司，上海市 200092）

在城市中心区域的工程建设中，传统的现浇施工方法所体现出的对环境的负面影响，越来越不能适应城市以人为本的发展理念。改变传统的建造方式，使之迈向高效绿色，是工程建设行业发展的必然趋势，上海市国定东路下匝道工程在中心城区首次实现桥梁承台以上全面预制拼装施工，使绿色工程建设成为现实，为行业的提升呈现了广阔的前景，预制拼装与BIM技术的结合，也使设计施工管理更加有序高效。

预制拼装；连接技术；灌浆金属波纹管；BIM

1 概况

随着上海市杨浦区五角场城市副中心功能能级的不断提升，近年来交通集聚度迅速提高，使得在中环线地面道路及主线进出五角场区域的匝道时形成拥堵（见图1）。增设中环线内圈国定东路下匝道，可在一定程度上分流现状交通流量，对完善中环线北段匝道系统，缓解现有中环线内圈国定东路下匝道交通压力将起到重要作用。

图1 中环线拥挤状况

中环线国定东路下匝道工程位于五角场环岛“彩蛋”以东约120 m处，主线桥梁拼宽段与中环线并行，至国定东路路口右转，并沿国定东路向南延伸，跨越规划安波路后落地，匝道工程全长518 m。中环线主线为城市快速路，设计速度为80 km/h，国定路下匝道为城市快速路，设计速度为40 km/h，荷载等级为城-B级[1]，见图2。

图2 国定东路下匝道桥位图

由于中环线主线施工时众多地下管线均移至临近主线的外侧，使得匝道桥桥墩位置设有多种管线，管线搬迁及铺设施工耗费时间较长，为确保匝道尽快建成，只有尽量缩短桥梁现场施工工期。

工程地处繁华的五角场商圈，施工区域商铺林立，周围道路人车密集。桥梁如果采用传统的现场浇筑施工方案会有很多弊端，如施工占地面积大，工地脏乱，扬尘和噪声污染严重等，对交通、环境及市民出行影响很大，不适合中心城区采用，达到高效环保成为国定东路下匝道工程设计的指导思想[1-4]。

2 桥梁工程设计方案

为最大限度地缩短施工周期、降低城市建设对道路交通和市民生活造成干扰、减少对大气环境和区域环境的影响、提升工程品质和安全质量、文明施工水平。在设计过程中对设计施工进行了一体化的研究工作，以不中断交通、减少现场工作量，减小施工作业面、外形尽量与老桥协调为桥梁设计原则。通过多方案技术比较、风险分析、经济论证及起吊运输方案论证，首次在中心城区桥梁施工中采用包括上下部结构在内的预制装配施工工艺，承台以上构件全面在工厂预制加工，现场进行拼装。

本工程桥梁由拼桥与匝道桥组成，全长518 m。为减少预制拼装过程中构件的数量和吊装运输工作量，设计阶段进行了结构的优化设计，上部结构吊装重量控制在200 t以内，下部结构吊装重量控制控制在100 t以内，见图3。

图3 桥梁跨径布置

拼桥段，为了减小新桥结构与老桥的变形差，上部结构等宽段采用简支变连续小箱梁，跨径与老桥一致，采用单片梁形式，底宽1.5 m，顶宽4 m，两侧为斜腹板，有挑臂，分别为3×35 m+2×31 m，桥宽为4.35 m。变宽段为31 m简支钢-混凝土组合梁，桥宽为4.35～12 m，组合梁的外侧形状与小箱梁一致，梁高均为2 m，新老结构采用结构挑臂处钢筋以铰接形式相连的半刚性连接。

下部结构结构立柱独柱，外形为1.4～1.9 m下圆上方型，取消了盖梁构件。

为减小对周边环境和管线的影响，桩基采用直径1.2 m的钻孔灌注桩，采取桩底后注浆措施，以减小拼桥处的相对沉降，见图4。

图4 拼桥断面（单位：mm）

匝道上部结构弯道处为29 m+43 m+36 m三跨钢结构连续梁，单箱单室，底宽为5.2 m，顶宽为7.7 m，桥宽为8 m；落地段为6跨35 m简支小箱梁，小箱梁底宽1.5 m，顶宽3.6 m，桥宽方向由2片梁组成，湿接缝0.5 m。桥宽为8 m，梁高为2 m。匝道结构外形采用与拼桥一致的斜腹板加挑臂形式。

下部结构为带盖梁圆形独柱墩，立柱直径1.6 m，为减轻起吊重量，倒T型盖梁取消外侧常规挡块，抗震装置调整至梁底，盖梁外形与小箱梁外轮廓一致。

下部桩基采用直径0.8 m的钻孔灌注桩。匝道断面见图5。

图5 匝道断面（单位：mm）

新型灌浆金属波纹管钢筋连接技术，即承台、盖梁分别预埋波纹管，立柱两端伸出钢筋，立柱钢筋伸入承台完成连接，盖梁套入立柱完成连接。为确保桥墩受力性能，承台接缝面设置凹槽，使立柱与承台接缝面避开受力较大位置[3]，并以M60高强砂浆完成构件间的拼接，见图6。

图6 桥梁构件示意图

工程共有立柱16根，盖梁8个，小箱梁17片，钢-混凝土组合梁1跨，钢结构连续梁3跨，共50个构件均采用装配式施工，只有桥台和部分防撞护栏为现场浇注混凝土，承台以上构件预制装配率达到81.7%，属国内领先水平。

本工程为上海市交通建设工程首批装配式示范项目之一，也是杨浦区基础设施建设“双十”重大项目。

3 新型连接技术的试验研究

在《灌浆金属波纹管的连接构造力学行为研究试验》中，对不同直径、不同锚固长度钢筋在波纹管内居中和贴边的拉拔试验，研究该连接构造的粘结锚固性能，试验验证了在保证锚固长度的前提下，钢筋在波纹管中由于施工误差产生的偏位，对钢筋的锚固性能的影响，见图7、图8。

图7 拉拔试验模型

图8 钢筋拉拔试验

工程中桥墩根据不同类型，在立柱中采用了不同的钢筋：直径为36 mm、28 mm、25 mm，试验对这几种钢筋锚固长度30D和35D，进行居中贴边拉拔试验，试件均以钢筋断裂形式破坏。

试验验证了在保证20D锚固长度的前提下，钢筋在波纹管中由于施工误差产生的偏位，不会影响钢筋的锚固性能。

在《预制拼装立柱抗震性能研究试验》中，采用拟静力试验方法对现浇桥墩、采用环氧胶接缝及灌浆金属波纹管连接方式的预制拼装桥墩、采用高强砂浆接缝及灌浆金属波纹管连接方式的预制拼装桥墩，两种预制试件与现浇试件比较，两种预制试件的承载力与现浇试件相近，总体位移能力相近，极限承载力不亚于现浇件，见图9～图12。

图9 抗震试验模型

图10 立柱抗震试验

图11 环氧胶拼缝

图12 高强砂浆拼缝

灌浆金属波纹管钢筋连接技术的现场施工，也证实此项拼装方案达到了比现浇施工更优的效果，且价格约为套筒的50%。

钢箱梁桥面铺装首次采用高强韧性混凝土，28 d抗压强度大于80 MPa；28 d抗折强度大于10 MPa，通过模拟施工试验，证实其强度刚度韧性及抗渗抗裂性能均能达到设计要求，并能改善钢桥面的抗疲劳性能，确保良好的耐久性。

4 构件的预制和吊装

本工程预制构件均在工厂集中进行构件生产，预制构件加工的施工工序均在车间进行，为施工人员提供了良好的作业环境，保证了施工作业文明环保，也保证了施工人员的固定化、专业化。

为确保预制构件安装精度，首先要保证钢筋模块的加工精度，工厂引进进口设备，如高精度数字化钢筋弯剪机和钢筋笼滚焊机等，与BIM技术相结合，使钢筋模块加工精度控制在±2 mm[2]。为保证预制桥墩外观质量，预制过程中模板采用水平安装，钢筋笼入模后整体进行竖向翻转，翻转完成后整体移动至浇注台座，进行混凝土浇注。

桥梁工程于2016年6月5日开始桩基施工，此时桥梁施工正式全面开工。

为减小对道路交通的影响，预制构件拼装施工均在公交停运的凌晨0时至5时进行，工厂预制完成的桥梁构件运至工地现场，进行拼装，工地上没有了脚手架、支架、模板，大大减小了施工的占地面积，施工期间保证高架和地面车道数不变，除了夜间临时占一根车道拼装施工外，白天既有社会交通不受影响。构件拼装施工也没有一般工地常有的噪音，数根立柱一夜间拔地而起，到了白天，人们才会惊讶于工地的变化。7月15日凌晨起吊第一根立柱，至8月9日凌晨，最后一吊钢箱梁吊装完成，含雨天不作业，短短26 d，50个构件全部拼装完成。同时严格现场管理，在快速施工的同时，极大减小了粉尘、光、污水等污染对周边环境的负面影响，大幅度提升了城市中心区域桥梁工程建设形象，得到社会各界的广泛认可，见图13～图16。

图13 立柱吊装

图14 盖梁吊装

图15 新型灌浆金属波纹管钢筋连接技术

图16 全线贯通

5 BIM技术应用

工程建设初期便由建设单位牵头成立了由建设、设计、施工、监理单位组成的BIM工作小组，积极开展BIM技术的开发与应用，开发了BIM管理平台，对施工管理起着重要的作用。

工程BIM项目为上海市建筑信息模型技术应用试点项目,同时也是杨浦区建筑信息模型技术应用试点项目。

BIM技术应用主要在设计、施工管理两方面[4]。

在设计阶段，建立全桥三维建筑信息模型，实现了三维互动漫游与动画演示。为与老桥协调，同时满足上部结构支座设置的构造要求，立柱形式设计为下圆上方形，为双曲面与四个单曲面相交而成的多面体，常规二维图纸难以表达清楚，采用BIM三维辅助出图。

在施工阶段，（1）BIM平台实现实际进度与计划进度的查询，及构件状态信息管理；（2）还可进行工程量对比等统计工作；（3）道路翻交模拟；（4）实现3D扫描将预制构件进行断面拼接，相对传统拼接工艺，有了质的飞跃；（5）对构件内钢筋与预制拼装工艺波纹管体系进行碰撞复核调整；（6）吊装工作的每道工序，通过BIM技术经过多次3D模拟及调整后，赋予现场实施。见图17～图22。