楚天精品工程荟萃
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精品工程

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武汉市四环线沌口长江公路大桥

  一、工程概况
  武汉市四环线沌口长江公路大桥连接武汉市四环线西、南段,是四环线的重要组成部分和跨越长江的关键性控制工程之一。项目全长8.599km,含桥梁10座、路基两段并设管养监控中心1处,其中跨江主桥长1510m,为100+275+760 +275+100m双塔双索面钢箱梁斜拉桥,桥宽46m,是长江上首座按双向八车道重载交通高速公路标准建设的跨江桥,同时是中国交建首个以BOT+EPC模式建设的跨长江特大桥项目,总投资52.25亿元。
  本工程由中交投资有限公司、中交第二航务工程局有限公司、中交第二公路勘察设计院有限公司三家股东单位以6:3:1的最优股比组成武汉沌口长江大桥投资有限公司投资建设,中交第二公路勘察设计院有限公司设计,武汉大通工程建设有限公司全程监理,中交第二航务工程局有限公司施工总承包方。项目于2014年10月开工,2017年12月19日通过交工验收并通车运营,2020年9月22日通过竣工验收。
  二、科技创新与新技术应用
  本工程具有管理模式新颖、质量目标及标准化要求高、环保要求高、项目规模大、协调难度大、管理难度大等“一新、两高、三大”的特点。项目部针对施工重难点进行科技攻关,确保工程质量。工程应用了《建筑业十项新技术》中的全部10大项,25子项,工程获省部级、行业协会科学技术进步奖5项(其中特等奖1项,一等奖3项);已授权专利26项(其中发明专利3项、国际专利4项、实用新型专利18项、外观设计专利1项);软件著作权4项;获省部级工法4项。
  1、主墩复杂水文地质条件深水基础施工技术
  3#墩覆盖层平均11m,且易冲刷,最大冲刷深度达8m,施工难度大。围堰下沉到位后,河床高差大,平均有效埋深仅2m。开展复杂水文地质条件深水基础施工技术研究,依据研究成果有效解决了桥区浅覆盖层、大流速、高冲刷工况下钢围堰着床稳定性问题。
  2、主塔大倾角中塔柱设置预拱度
  根据抗风稳定性专题研究成果,钻石形配合空间索面显著提高了主桥抗风性能,由于桥宽超常规,钻石形索塔中塔柱横桥向计算跨径较大,自重引起了较大的恒载弯矩,对桥塔应力的影响,与活载相当。为减小其对中塔柱受力的不利影响,中塔柱轴线设置80cm预拱偏心,以平衡桥塔横桥向弯矩。
  通过该预拱度设置,使得中塔柱在成桥时横向最大弯矩由184835KNM减小至50067KNM,显著改善桥塔受力。同时配合弹簧&阻尼复合式阻尼器的应用,实现了各种工况下桥塔塔柱均处于受压状态。
  由于塔柱预拱度的设置,中塔柱呈曲线形状,中塔柱施工控制难度加大;同时下塔柱低矮,结构刚度大,下横梁施工如何有效克服收缩变形,保证施工质量,是主塔施工关键问题。
  施工过程中,中塔柱采用逐节预偏控制塔柱线型,分节段以直代曲进行施工,并设置五道主动水平横撑,改善施工期塔柱应力。通过加强模板定位控制及塔柱线形、应力监测,成塔线形良好。
  3、U肋内焊技术
  本项目在国内首次采用U肋内焊工艺,配套研发了U肋内焊成套焊接装备,其主要特点是6台微型智能焊接机器人同步进行U肋顶板单元板件焊接,焊接施工效率高、速度快、质量稳定、焊接变形小。通过U肋内焊技术将U肋角焊缝由单面焊改变为双面焊,可大幅提高正交异形板抗疲劳性能,从而避免重载交通条件下焊缝过早的出现疲劳开裂,大大减小了后期管养维护成本,具有显著的经济效益。
  4、塔梁间弹性—阻尼复合减震新装置
  新型阻尼器采用蝶形机械弹簧串、并联实现了大吨位大行程的弹簧系统,弹簧密封于封闭腔体中,可靠耐久、免维护,弹簧的引入使得阻尼部分专职于减震消能功能。
  由于结构静力总位移减小,可以使该阻尼器的额定行程大于结构静力位移与地震冲程的总和,从而任何情况都不会出现限幅震动。弹簧刚度全程参与受力,动力阻尼耗能;兼顾了大桥抗震,大幅提高全桥二类稳定系数;有效降低钢箱梁及斜拉索活载应力幅,提高了抗疲劳性能;减小活载、风荷载产生纵桥向日常反复位移,提高梁端伸缩缝及支座的耐久性;
  5、施工监控与全寿命维护成套技术
  针对桥梁施工监控系统和健康监测系统在系统硬件、软件、传输方式及数据处理方面的共性,充分发挥BOT+EPC建设模式的优势,提出了“桥梁全寿命安全监控系统”理念,其中心任务是确保结构在整个生命期的安全。
工控制总体采用几何控制法,主要分计划阶段、制造阶段、安装阶段三个阶段进行控制。
  6、1860MPa高强平行钢丝斜拉索及新型HDPE热熔型防水罩应用
  斜拉索是斜拉桥的关键构件,对于平行钢丝斜拉索而言,采用更高强度钢丝可以减小索体直径,从而减小迎风面积及风对结构的效应;减少用钢量,提高经济性能;降低单索重量,方便运输和架设。
  从本项目全寿命周期健康考虑,研究并应用HDEP热熔型防水罩替代传统铸铁、不锈钢及橡胶防水罩,能有效解决斜拉索下锚固端防水问题,保证斜拉索使用的安全性和耐久性,在正常使用状况下,无后期管养的维护成本。
  7、钢桥面采用浇筑式沥青铺装工艺
  主桥钢桥面采用浇注式沥青混凝土铺装,充分发挥材料本身的密水性、耐久性、疲劳抗裂性能和随从变形能力,并采用设计、建造、管养一体化模式,确保钢桥面铺装的施工质量和使用耐久性。