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全國優秀勘察設計工程――宜昌長江大橋

文章來源:中國建筑企業協會    最后更新時間:2015-11-02    閱讀次數:

   滬蓉西高速宜昌長江公路大橋(以下簡稱宜昌橋)是國家高速公路網中滬蓉西高速公路和 318 國道在湖北省境內跨越長江的一座特大型橋梁,該橋南岸互通與三峽翻壩高速公路相連,北岸互通距高家店樞紐互通僅 4 公里,在國家高速公路網中占有十分重要的地位。宜昌橋于 1998 年 2 月正式開工建設,2001 年 9 月建成通車,現有橋面經過 8 年多的運行后,鋪裝層破壞嚴重,行車安全、舒適性降低,且對橋梁結構安全造成威脅。根據交通量預測資料顯示滬蓉西高速和三峽翻壩高速相繼通車后,宜昌橋交通量將在原基礎之上增長近 1 倍,因此對宜昌橋鋪裝層進行大修已迫在眉睫。

  受宜昌長江公路大橋建設開發公司委托,宜昌市交通規劃勘察設計研究院承擔了滬蓉西高速宜昌長江公路大橋鋼橋面鋪裝大修工程施工圖設計工作。

  宜昌橋設計速度 80Km/h,全長 1188.314m;主橋采用 960m 單跨雙塔懸索橋,主梁簡支在兩岸橋塔橫梁和交界墩上;南岸引橋為 3×30m 簡支 T 梁橋,跨越宜洋一級公路;北岸引橋采用 5×25m 空心板,跨越 318 國道。主梁斷面采用類似魚鰭型扁平鋼箱梁結構。鋼箱梁全寬為 30.0 米 , 中心梁高 3 米,高寬比為 1:10。頂板寬度為 22 米((其中車行道寬 3.75m×4、停車帶寬 2.5m、中央分隔帶寬 1.0m、路緣帶寬 0.5m×2),設 2% 的雙向橫坡。上斜腹板水平寬度為 1.2 米。懸臂人行道寬度為 2.8 米,設1.5% 的向內單向橫坡?,F有鋼橋面鋪裝采用類似虎門大橋、海滄大橋的雙層 SMA 結構,鋼橋面行車道鋪裝層厚度考慮功能要求的不同,按雙層 SMA 設計,鋪裝下層(包括防水粘接層)厚度 37mm,鋪裝上層33mm。該橋面經過 8 年多的運行后,由于改性瀝青面層與鋼橋面間產生剪切滑移以及箱梁溫度破壞等因素導致鋪裝層破壞,主要病害表現為:推移、波浪、開裂、車轍、擁包等。通過實地觀察、分析,宜昌橋鋪裝層破壞的主要原因可歸納為以下幾類:

  1、界面抗剪能力不足導致的剪切滑移破壞;宜昌橋原鋪裝設計采用雙層 SMA 結構,其界面采用瀝青類的粘結材料作為防水粘結層。該瀝青類材料在高溫(宜昌橋夏季實測地表溫度可達 65℃以上)狀態下其抗剪能力較差,在重車單方向持續作用下,剪切蠕變不斷累加,從而導致鋪裝層產生開裂,當雨水進入裂縫后,界面殘存的粘結能力進一步削弱,鋪裝層產生進一步的破壞,包括滑移產生的較寬的裂縫和嚴重的推擁變形,而且難以修復。

  2、局部應力集中與彎曲疲勞導致的開裂破壞;由于鋼箱梁的正交異性特性,在車載作用下,橋面板局部剛度變異部位的鋪裝層產生應力或彎矩奇變,造成局部應力集中,在循環往復的車載作用下,形成疲勞裂縫,如鋼橋面板的縱、橫隔板和縱向加勁肋上方鋪裝層出現的有規律的裂縫。車輛輪載和水的滲入等因素的影響使裂縫進一步擴展。

  3、局部沖壓破壞;由于重載和特大交通量的作用,車輪對橋面鋪裝層的局部沖擊作用導致在橋面鋪裝層薄弱區域,如縱縫附近或伸縮縫兩端,出現局部碎裂或網狀裂縫。

  在學習借鑒了杭州灣大橋、江東大橋、西陵長江大橋、白沙洲長江大橋和陽邏長江大橋等已建橋梁經驗的基礎上,結合宜昌橋自身特點,通過施工難易程度、施工工期、工程造價、后期養護等角度比較本項目推薦采用 ERS 方案。

  ERS 技術是樹脂瀝青組合體系鋼橋面鋪裝技術的縮寫,其典型結構是 EBCL + RA05 + SMA10。2004 年底,西陵長江大橋采用 ERS 的理念進行了橋面鋪裝的翻修,經歷了四個冬夏的氣候變化和重車考驗,其橋面的 SMA 鋪裝至今仍十分完好,ERS 技術應運而生。ERS 鋼橋面鋪裝技術作為國內自主創新的成果,它建立在分析國內 SMA 鋼橋面鋪裝發生的主要病害原因的基礎上,充分發揮當前國產材料優點,揚長補短,有針對性的解決方案,ERS 代表了一種新的鋼橋面鋪裝研究思路,其中具代表性的項目有西陵長江大橋修復工程、杭州灣跨海大橋海中平臺匝道橋、寧波慶豐橋和杭州江東大橋。

  ERS 技術的基本原理是

 ?、倮酶男原h氧樹脂耐高溫、高強度和可追隨變形的眾多優點,在光滑的鋼板上形成一層防水防腐的抗滑層 EBCL,約束鋪裝層不產生水平滑動位移。

 ?、诶美浒璀h氧樹脂瀝青混凝土技術,在 EBCL 層面上冷做施工成型一層高強度小孔隙率且耐高溫和抗損壞的樹脂瀝青混凝土(RA05)整體化層,旨在保護EBCL 層免受 SMA 施工損傷,有效的分散集中的車輪荷載以及增強整體的防水效果。

 ?、劾酶哒扯鹊膹秃细男詾r青生產的高性能 SMA 混合料作為行車功能層,為橋面鋪裝提供優良的行車安全舒適性和外觀,而且降低整個鋪裝的造價。當SMA 分兩層施工時,該橋面已具有了長壽命路面的設計理念。即一定使用年限后,銑刨去除已損壞的 SMA 上面層,在很短的時間內即可使橋面鋪裝恢復如新。

  ERS 結構中 EBCL 作為防水抗滑粘結層;RA05 作為鋪裝整體化層、剛度過渡層、隔溫層;高粘改性瀝青 SMA10 作為表面功能層,各層分工明確。鋪裝結構層:上面層:2.5cm 厚 SMA10,黏 層:改性乳化瀝青,下面層:2.5cm 厚 SMA10,黏 層:熱噴聚合物改性瀝青,整體化層:2.0cm 厚 RA05,抗滑粘層:EBCL。結構層采用三層總共 7cm 厚的原因主要有以下幾方面:

 ?、贋楸WC整個橋梁的重量與原橋基本一致,不破壞原橋的結構受力體系;

 ?、跇蛄簝啥松炜s縫、兩側排水孔高度決定了橋面鋪裝層厚度;

 ?、蹣蛄褐醒敕指魩Р糠直敬尾贿M行處理,新建橋面與其順接也需要7cm 厚的橋面鋪裝。

  本次大修除人行道及及中央分隔帶1.5m 范圍以外,對行車道部分兩側各10.25m 范圍內進行橋面大修。中央分隔帶不進行大修的原因:

 ?、僦醒敕指魩?.5m 范圍內橋面鋪裝良好,未出現明顯裂縫,鑿除兩旁鋪裝后,未見黃水流出,證明中央分隔帶處未銹蝕;

 ?、诮洸樵兿嚓P資料和咨詢原施工單位,中央分隔帶橋面鋪裝在施工時進行了特殊處理,且中間的施工縫封縫良好;

 ?、壑醒敕指魩Я⒅c鋼橋面焊接,無法拆除,如要進行大修非常復雜,且處理不好會形成新的滲水裂縫。

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