您的当前位置:

第四节 预应力混凝土桥

  从70年代初期开始,黑龙江省公路桥梁施工部门即酝酿修建预应力混凝土桥梁,并组织 去外地参观学习、培训技术队伍,购置张拉机具及材料等。第一座预应力混凝土桥选定在乌 裕尔河大桥,于1974年开始动工,为净跨25米预应力混凝土T型简支梁桥,翌年建成通车,并 进行了各项试验,取得了良好的效果。继之,全省各地修建的预应力混凝土大桥有:德都青 山大桥、鸡西滴道穆棱河大桥、牡丹江大桥及哈尔滨松花江公路大桥、金河桥、逊别拉河大 桥等。
    黑龙江省修建预应力混凝土桥梁,于80年代发展迅速,在较大江河上,多以预应力混凝 土桥为主。预应力混凝土桥梁具有强度高,刚度、稳定性和耐久性能好,并可减轻自重,降 低高度,节约材料,便于机械化施工等优点。这种新兴结构桥型,已成为现代化桥梁建设的 重要标志之一。
    一、T型简支梁—乌裕尔河大桥
    乌裕尔河大桥,位于依安至明水公路上,距依安镇南郊3.5公里处。乌裕尔河源于小兴安 岭西麓,流经6个市县人草甸泡泊之中,是典型的平原宽滩内 (见附图) 陆河。旧河道处修建木桥10余座,河道弯曲,支岔较多,洪水泛滥时宽达7公里以上。这座桥 梁,上部结构采用预应力混凝土T型梁,净跨25米(跨径27.6米),共23孔,全长638.84米, 桥面净宽7米,人行道宽1米×2。下部结构为钻孔灌注桩基础,双柱式墩台。设计载重为汽— 15、挂—80。预应力采用后张法,用双作用千斤顶张拉,锥形锚具锚固。设计按每束18根Φ 5毫米高强钢丝,用d=46毫米橡胶抽拔管在梁体内成孔。
    由黑龙江省公路勘察设计院设计,黑龙江省第一公路工程处与依安县共同组织施工。于 1974年6月11日开始钻孔,至1975年9月15日竣工。共浇筑混凝土5180立方米,修筑土方11.3 万立方米,完成基础钻孔灌注桩48根,预制安装预应力混凝土T型梁115片。耗用材料:水泥 2745吨,单位用水泥4.3吨/米;钢材462吨,单位用钢材722公斤/米;木材1542立方米,单 位用木材2.28立方米/米。共用人工241499工日,单位用人工378工日/米。总投资327.9万 元,单位造价5130元/米。它是黑龙江省首次修筑的第一座预应力混凝土T型简支梁大桥。其 附属工程较多,桥位地形复杂,地质层次中间有粉砂土夹层,地基承载力及摩阻力较低,故 基础钻孔较深,平均钻深达26米以上。
    该桥在施工中及竣工后,进行了单梁静载试验及裂缝观测等,为以后预应力混凝土T型简 支梁施工提供了经验。
    二、箱型梁—青山大桥
    青山大桥,位于北安至五大连池公路上,在德都县城北跨越讷谟尔河,是 (见附图) 通往疗养、旅游胜地—药泉山、五大连池的交通要冲。原有木桥年久腐朽,已成为四类险桥 。新桥建于原木桥上游40米处,全长31404米。上部结构:主跨为30+50+30米为一连的预应 力混凝土箱型连续梁,边跨为20米T型简支梁、预制装配钢筋混凝土,共10孔。桥面宽为7+ 2×0.75米人行道。设计荷载:汽—15、挂—80。下部结构:桥台为钢筋混凝土框架式,基础 为4根直径1米的钻孔灌注桩;简支梁中墩和过渡跨中墩均带有破冰体的重力式桥墩,基础为 2根直径1.25米的钻孔灌注桩;连续梁主桥墩为带有破冰体的重力式墩身,基础为6根直径1. 25米的钻孔灌注桩。桥墩支座主跨及过渡跨分别为300吨和80吨的盆式橡胶支座。
    大桥上部施工,其主孔箱型连续梁为单箱双室、3孔一连的预应力混凝土,采用重庆长江 大桥使用的斜拉挂篮和万能杆件组拼的斜拉拖架,以平衡悬臂浇筑法进行施工。箱梁分7个块 段,其中,0号及1号块用托架施工,2至6号块均用挂篮逐段对称施工,主跨中7号块(合拢段 )用吊模施工,边跨端段用木桩基础钢支架施工。主跨先按T型刚构施工,桥墩支座先浇筑混 凝土临时支座,中间夹有3厘米厚的硫磺砂浆,在合拢段浇筑完成后,点燃硫磺砂浆、凿除临 时支座混凝土,将箱梁支承在预安装好的盆式橡胶支座上,完成体系转换而成为连续梁。其 预应力张拉,采用后张法,用弗氏锚具,按双控法进行施工。边孔为20米的钢筋混凝土T型简 支梁,采用预制装配式吊装施工。下部钻孔施工,采用国产黄河钻机进行钻孔,用沈阳产混 凝土输送泵进行浇注及运送混凝土,加快了施工进度。此桥由黑龙江省公路勘察设计院设计 ,黑龙江省第一公路工程处第二工程队组织施工。从1980年开始施工准备,到1982年建成通 车。共投资294万元,单位造价为9362元/米。竣工后,经验收评定,大桥质量为优良。
    这座大桥的建成通车,为黑龙江省在大江河上建设大跨径桥梁,采用悬臂浇筑法的新工 艺提供了经验,积累了技术资料,对北方严寒地区采用盆式橡胶支座的新技术添补了一项空 白。
    三、特大型连续箱梁—哈尔滨松花江公路大桥
    哈尔滨松花江公路大桥,位于哈尔滨市区西北郊,南岸接道里区河图街,与江畔公园毗 邻,北岸接前进乡,与太阳岛风景区相联。它是新中国成立后,在黑龙江省境内松花江上修 建的第一座特大型公路桥梁。这座大桥,贯通东北重镇哈尔滨至黑河、伊春、满洲里及萝北 等国道、省道干线,成为黑龙江省公路交通的重要枢纽。
    大桥全长1656米,由主桥及南岸引桥两部分组成。其中,主桥计长1198米,南岸引桥计 长458米。主桥分主孔及边孔两部分。主孔跨越主河槽,采用9孔一连的预应力混凝土箱型连 续梁;主跨7孔,跨径90米,两端过渡跨各1孔,跨径59米,共748米的连续梁。这种结构在黑 龙江省是首次采用,全国也属罕见。位于河滩的主桥边孔,为15孔,跨径30米的预应力混凝 土T型梁,桥面为5孔一连续,共长450米。南岸市区引桥,由直桥、斜桥、环桥3部分组成。 其中直桥长120米,为4孔,跨径30米的预应力混凝土箱梁,斜桥长58米,为1孔,跨径36米预 应力混凝土箱梁和1孔、跨径22米的普通钢筋混凝土箱梁;东、西双环桥共长280米,由上、 下分行的两环,每环各14孔、跨径20米的普通钢筋混凝土连续箱梁,3孔一连续的有4联,2孔 一连续的有一联。
    桥面宽度:主桥桥面全宽24米,其中车行道19米,人行道两侧各2.5米。南岸引桥的直桥 桥面宽度第一孔为35米,即行车道19米,两侧人行道各8米;第二孔为28米,即行车道19米, 两侧人行道各4.5米;第三、四孔24米与主桥同。斜桥与环桥桥面宽度为13米,即行车道11米 ,单侧人行道1.5米,另一侧防撞拦杆护轮带宽0.5米。引桥桥面宽度,主要考虑南岸桥头附 近为沿江公园风景区,桥上设有长廊及园厅,供行人在桥上观赏景色。因此,第一孔人行道 增宽到8米,第二孔因设桥两侧外楼梯而加宽人行道为4.5米。斜桥及环桥分上下行驶,因其 受曲率半径影响,在外侧增加0.5米安全带,中间为两车道,增宽到11米,以保证机动车上下 分行的安全。
    技术标准:设计荷载为汽车—超20、挂车—120,人群荷载350公斤/平方米。设计洪水 频率按300年一遇计算。通航要求,按二级航道净宽70米,主航道净高按20年一遇水位以上1 1米控制设计。
    主桥主孔上部为9孔一连的预应力混凝土连续箱梁,长度7.48米,横向为双箱单室,三向 预应力,采用盆式橡胶支座。桥面采用湿接缝,宽度0.8米。箱梁纵、横向预应力为24根Φ5 毫米高强钢丝束,采用锥形弗氏锚具,后张法进行张拉。梁肋部有竖向预应力,采用冷拉Φ 25毫米圆钢筋,用冷轧螺丝锚具。主跨采用2000吨盆式橡胶支座,用三元乙丙耐寒橡胶块, 填料四氟乙稀滑板,固定支座设在5号主墩上。其余均为活动支座。
    施工采用临时T型刚构的方法,临时支座为40兆帕混凝土块,中间夹5厘米厚埋有电阻丝 的胶泥硫磺砂浆,每个临时支座中配以11根Φ38毫米钢筋,用于墩梁的临时固结。
    主跨两端伸缩缝,采用25号铸钢悬臂式梳型板,以螺栓锚固于主梁翼板上,梳型钢板上 面复以钢板盖之。由铁道部大桥工程局承担设计及制造。主跨连续箱梁,采用平衡悬臂浇筑 方法,先以临时刚构在墩顶设置临时锚固支座,由墩顶向两侧逐段悬浇,其长度43.5米。分 墩顶0号块,长14米,分5段两侧对称浇筑。在墩顶段为3.6米,两侧各为3米段及2.2米段,在 支架上或墩侧预埋牛腿及斜拉钢带,立模浇筑。其余为1—10号块,其中,1号块长2米,2— 4号块各长3.5米,5—10号块长均为4米,采用斜拉挂篮两端对称悬浇施工。跨中剩余的3米为 合拢段(过渡跨中的合拢段为2米)在吊模上现浇施工。在施工程序上,先从两端向中间逐段 合拢,最后以第5孔为最后合拢段,点燃烧除或凿除临时支座,落梁于橡胶支座上,即体系转 化,形成9孔连续梁。
    北岸边孔预应力混凝土T型梁,采用现场预制装配,每孔10片宽翼缘梁,全桥共150片梁 ,每片梁配钢丝束10束,每束由24根Φ5毫米高强钢丝组成,张拉采用锥形弗氏锚具。片梁运 至现地后吊装,现浇湿接缝宽0.6米。混凝土为40兆帕。每片中梁重67.6吨,边梁重64.7吨。 桥面为5孔一连续,采用连接杆式,接缝处铺装层内镶嵌软金属条,以防转角变位产生不规则 裂缝。支座采用100吨盆式橡胶组合支座。
    主桥人行道均为框架式挑梁,上铺人行道板。全部桥面铺筑细粒式沥青混凝土,桥面横 坡为1%。
    南岸引桥的直桥为30米跨径的预应力混凝土箱型梁,桥面采用4孔一连续。其中,第一、 二孔为三箱式,第三、四孔为二箱式。斜桥第一孔22米及环桥均为单箱式的普通钢筋混凝土 。以上每箱均为二室。斜桥第二孔36米,采用单箱式一箱三室的预应力钢筋混凝土。其箱梁 施工,均采用现场浇筑,就地支立满堂式支架、立模、浇筑混凝土方法。由于直桥第一孔与 主桥相邻孔张拉施工互有干扰,采取立支架高出1米的临时措施,待浇筑混凝土及张拉完毕后 ,再行落于正位。其它各孔采取跳段施工方法。箱梁高度均为1.5米,桥下形成两个环廊,环 中为一圆形花坛,供游人观赏,并与江畔公园相协调和媲美。
    全桥下部墩台基础均采用钻孔灌注桩,群桩基础、高桩承台。主桥桩直径为1.3米,主孔 8个墩每墩为22—24根桩,桩长为49.2—52.7米之间,基桩穿透风化层及风化软泥岩,座落在 强度较高的泥岩层上,进入泥岩风化层深度为11.2—17.43米。北岸边孔每墩为两排8根桩。 桥台为两排共14根桩,均座落在中粗砂及砂砾层上。主桥总桩数为323根,总钻进深度为142 33米。主墩承台厚度4米,在最低流冰水位以下0.5米,即承台顶面标高为112米,底面标高为 108米。3号及4号墩施工采用沉浮式双壁钢套箱围堰,水下封底混凝土,厚度2米,其余各主 墩根据水深情况分别采用吹砂筑岛、草袋围堰、井点降水方法进行承台施工。第5号及第6号 向深水过渡桥墩,采用双层钢板桩夹砂围堰及单层钢板桩草袋围堰,并配合井点降水方法获 得成功,取得了快速、低耗的效果。
    主桥钻孔采用国产黄河正循环钻机及引进日本的RRC—15H型和日立320型反循环钻机,使 钻进速度加快。并引进日本的激光侧壁测定仪进行钻孔质量的检测,初创钻孔质量检测手段 有了科学的方法。
    南岸引桥下部基础,桩直径为Φ1.10—Φ1.30米。按摩擦桩计算,采用矩型钢筋混凝土 墩柱,其中直桥第1、2、3号墩为6根柱,第4、5号墩为4根柱,并与盖梁连接;斜桥为2根柱 ,柱与盖梁连接;环桥为2根柱,因与桥下形成环廊而不设盖梁。柱下与基础桩间的承台,厚 度为2米,与边孔厚度相同。直桥、斜桥采用封闭式加油脂的板式橡胶支座,环桥采用加油脂 的盆式橡胶支座,均为三元乙丙橡胶材料。橡胶支座封闭之后,能防止尘土的侵入和紫外线 的照射,以延长橡胶支座的使用寿命。
    哈尔滨松花江公路大桥,除主桥及南岸引桥等主体工程以外,尚有大量的附属工程、配 套工程及其它装修等工程。附属工程包括:航道整治、堤防加固、桥头引道及导流堤工程等 。配套工程包括:金河桥、公路与铁路立交桥、加筋土挡墙工程、江北接线公路工程及南岸 动迁住宅建设工程等。装修工程包括:圆厅、长廊、外人梯、南岸引桥下桥墩及箱梁装修以 及双环地面花坛修饰等。此外,尚有养路收费站房、绿化、照明及电讯设施、交通标志等。 以上这些附属及配套工程,是大桥总体工程中不可缺少的组成部分。其主要部分:
    (一)金河桥
    金河桥,跨越松花江北支流,全长156.82米。上部为5孔,跨径30米的预应力混凝土T型 梁,桥面连续,采用预制装配、蒸汽养生,用混凝土震动台震捣,每孔10片,共计50片T型梁 ;安装采用轨道平车运输,由两套36米跨径龙门架吊运、安装;预应力张拉同主桥边孔相同 。下部为钻孔灌注桩基础,高桩承台,桥墩每墩8根桩,桩直径1.3米;墩身由2个薄壁式矩形 断面柱组成。桥台桩14根,台身为四肋板式。桥面全宽24米,其中,车行道19米,人行道2. 5米×2。该桥由哈尔滨市交通局公路处施工。1984年5月27日开工,与哈尔滨松花江公路大桥 同期进行竣工验收,交付使用。总混凝土量约7700立方米,总用工约20万天,总投资额为50 6.8万元。
    (二)铁路与公路立交桥
    铁路与公路立交桥,在松花江公路大桥江北接线公路12+600公里处,跨越哈尔滨至满洲 里铁路线上。桥长60米,为3孔,跨径20米的普通钢筋混凝土T型简支梁及钻孔灌注桩、双柱 式墩台。上部施工采用预制吊装方法。由于滨洲线火车密度大,故预先作好充分准备,趁火 车间隙突击进行安装。该工程由黑龙江省第三公路工程处施工,并与大桥同期竣工验收,交 付使用。
    (三)加筋土挡墙工程
    在江北接线公路与铁路立交桥两端桥头引道上,修建有双侧加筋土档墙工程,计长360米 ,最大高度13.26米,最小高度7.43米,砌筑面积计6804平方米。加筋土档墙工程是一项新技 术,在国内外已获得了成功,但在黑龙江省严寒地区,还是首次试验应用于10余米高的桥头 引道上。
    该工程由黑龙江省桥梁公司设计所设计,黑龙江省第四公路工程处施工。采用预制钢筋 混凝土十字形面板,面板宽1.14米×高1米,周围设砌口,用销子连结。背面预埋4个连接环 筋,与拉筋挂钩连接。拉筋采用钢筋混凝土串状形式,其尺寸为宽0.12×高0.08×长0.75— 1米,涂防腐沥青后连接埋设。拉筋最短为4.23米,最长为7.15米。拉筋布置最低14层,最高 26层,间距0.2米,水平与竖向间距0.50米。拉筋用Φ14—Φ16毫米的螺纹钢筋。
    面板基础采用浆砌片石,基底设砂垫层厚0.5米,浆砌片石上面盖以混凝土帽石。路基宽 度15米,采用江砂填筑,洒水饱和后压实,密实度按重型压实标准控制在95%以上。由于排水 原因,桥两头路堤各设圆涵管1道(Φ2米双孔管、长30米及Φ0.75米单孔管、长35米)。采 用加筋土档墙的设计后,缩短了原桥长度,可节省投资约80余万元,减少耕地约1万平方米。 经观测试验,加筋土挡墙效果良好。
    (四)圆厅、长廊及外人梯
    在主桥与南岸引桥相连接的两侧,各设圆厅1座,厅内上、中、下分3层设休息室,圆厅 四周由大型组合式门窗,镶嵌大块茶色玻璃,厅内明亮,外观雅致。长廊设于直桥两侧加宽 的人行道上,北端接主桥与南引桥相连的园厅处,南端延至第二孔直桥,每侧各长约60米。 长廊由混凝土柱和顶板组成,上缘成画廊式镶面与圆厅相衬托,可供游人观赏沿江风光。外 人梯设于长廊的两侧,沿桥斜坡式踏步通向桥下,以供游人上下桥之用。地面及侧墙均用玛 赛克材料贴面。为解决圆厅室内冬季取暖及水、电供应,南岸设有小型锅炉房、变电室及上 下水等附属设施。该工程由哈尔滨市市政工程设计研究院设计,哈尔滨市城乡建筑工程公司 承包施工。
    (五)航道整治工程
    航道整治工程,是大桥的重要附属工程之一。由于大桥上游江道分成两股岔流,且北部 为主流,与大桥轴线斜交为43度左右,对大桥及船舶航行均很不利,为此,在设计方案中确 定,在上游江心岛中间新开挖一条河道,而对旧河道则通过锁坝等工程,逐步形成淤塞,同 时增加调治构造物等措施,以促使新河道与大桥正交,有利于航道稳定。此项工程,委托水 利科学院作了水工模型试验,证明采取以上方案是可行的,对大桥、航道以及哈尔滨市的城 区安全,均起到保障作用。所采取的调治构造物工程有:开挖疏竣航道2700米,挖出土砂量 196万立方米;新建水工调治构造物共7项,其中,锁坝2座、丁坝2座、顺坝1座、护岸2处, 建筑总长度3066米,用石总量115801立方米。投资692.5万元。
    (六)堤防加固工程
    大桥处于松花江哈尔滨段,两岸设有防洪大堤。为避免大桥对哈尔滨段江堤产生壅水及 冲刷等影响,故设堤坝加高及加固工程:
    顾乡大坝加高工程2550米。;老头湾低水加固工程2350米;顾乡大坝滩地低水加固工程 1100米;江北前进大堤防冲护砌工程300米;主桥2号桥墩河床加固工程45米。
    以上工程,由哈尔滨市防汛办公室江堤维修管理处负责。共投资422.7万元。
    (七)桥头引道及导流堤工程
    江北桥头高填土引道924米,为一级路段,宽度25米,土方量达16.9万立方米。因当地取 土困难,需由江中疏浚挖取江砂运至路上。为水泥混凝土路面,采用从美国引进的水泥混凝 土路面滑模摊铺机和切缝机进行施工。
    在江北桥头引道上游侧,设有导流堤525米,土方量2.7万立方米,采用干砌片石护坡。
    江南环桥引桥接线工程为城市道路,包括南岸引桥下面的环路、停车场道路及连接市区 道路,有河图街、共乐街道路及环桥下环路与停车场道路等。由哈尔滨市政一公司施工。共 计长度1.48公里,投资278.8万元。
    (八),江北接线公路工程
    江北接线公路为新开辟的路线,是哈尔滨市北部的出口公路,共长17.2公里。与哈尔滨 至黑河公路21公里处相交。其中,从大桥北端开始至11+700公里为一级公路,共长8.925公 里(加桥头引道段),路基宽25米,路面宽24米。其余为二级公路,长度13.1公里,为沥青 混凝土路面。由黑龙江省第三公路工程处、第四公路工程处施工。共投资4525万元。
    (九)南岸住宅动迁及建设工程
    大桥南岸为城市住宅区,由于环桥及接线道路拓宽,占用市区土地约9公顷,动迁居民2 千余户、工厂企业单位20余个。住宅小区配套工程,总建筑面积11.8万平方米,建楼房21栋 ,共投资4930万元。由大桥住宅建设指挥部负责组织动迁与设计、施工。
    (十)其它工程
    其它工程,包括南岸引桥直桥下部装修、环桥上部外露侧面装修及双环内地面设花坛、 桥下地面铺装等。此外,尚有附属照明设施、养路收费站房以及绿化、道路标志等。
    为确保哈尔滨松花江公路大桥建设顺利进行,黑龙江省人民政府于1982年4月7日成立哈 尔滨松花江公路大桥建设指挥部,全面负责大桥的设计、施工和管理的组织领导。由中共黑 龙江省交通局党组书记卢景泰任总指挥,副局长王璞、宋文生任副总指挥。副总工程师蔡克 诚、吴敏任大桥总工程师、技术总负责人。主桥设计总负责人张棣威、鲍永康,主桥上部设 计负责人赵化琳,主桥下部设计负责人潘世伟、赵廷跃,环桥设计负责人李一鹤,主桥施工 负责人贾永贵,环桥施工负责人邵增钰,金河桥施工负责人陈维新。 (见附图)
    值得提及的是,1984年春汛流冰,撞毁3号墩基础施工的600吨作业驳船,船上载有龙门 吊机等重要设备,船壁撞出大洞,船体倾沉。在紧要关头,施工队长李春城冒险人舱内检查 ,发现孔洞后,立即报告并采取措施抢救,一场重大惨祸得以避免。事后重奖了有功人员, 其中李春城立大功一次,晋升二级工资。
    大桥于1982年进行施工准备及试开工,1983年5月10日正式开工,历经3年零4个月,于1 986年9月20日竣工通车。比根据地质水文等情况计划工期提前1年建成。总投资21500万元, 除交通部投资4000万元外,余由黑龙江省自筹。在大桥建设当中,在技术革新、技术改造和 引进新技术、新设备以及科学试验等方面,效果显著。①(①大桥竣工后,工程质量评定为 “优良”。经黑龙江省建设委员会评定为“甲级优质工程”,颁发了金质奖牌。经过一年期 间通车使用的考验,经全国评定,获得中国建筑业“建筑工程鲁班奖”。并经国家质量审定 委员会批准荣获“银质奖章”。)