乌兰木伦河3号桥是国内首座该造型特大跨径中承式复式拱桥,采用双飞翼造型寓意鲲鹏展翅。3号桥横跨乌兰木伦河两岸的康巴什新区和伊金霍洛旗,是鄂尔多斯市总体规划的重点项目,是连接康巴什新区、伊金霍洛旗及中心城区总体布局的重要组成部分。项目建成后,将进一步完善城市路网结构,大力改善市民交通出行,加强两岸之间的交通联系,为康阿片区经济社会发展助力,促进康阿片区一体化发展。

乌兰木伦河3号桥道路等级为城市主干道,双向六车道,路线全长约834m,其中桥桥梁全长348m,主跨为192m大倾角主副拱复合拱桥,钢用原材料使用Q345qE钢材,具有Z向性能。主、副拱座基础首次采用钢混结合+预应力组合技术,主拱采用曲型制作施工工艺,桥梁上部主拱结构为飞翼式钢箱拱,向道路中心线外倾斜17°,副拱结构为内倾式钢箱拱,向道路中心线内倾45°,主拱截面为4m*3m,副拱截面为2m*3m,桥面采用钢-STC组合桥面结构及应用SMA技术铺装。

该项目在实施过程中积极探索创新智慧工地、安全教育、绿色施工,全面推进新工艺、新技术、新管理模式的开发与应用,推动项目加快施工进度、提高施工质量,取得了显著的经济效益和社会效益,在全市建筑工程“绿色施工、安全生产、文明施工”起到了积极示范作用,并于2020年7月在项目现场承办了内蒙古自治区2020年工程质量施工安全标准化观摩会,通过现场观摩,搭建了交流学习的平台,提振了公司做好质量安全工作的信心,坚定了创建3号桥精品工程的决心。

一、新工艺应用亮点

(一)BIM技术打造亚洲最大跨径中承式复式拱桥

本项目施工工艺复杂多样,通过滑轨互动屏、BIM技术、三维动画及3D打印等形式打造现代化智慧展厅。

滑轨互动屏技术实现对施工工艺全方位展示并介绍相关的施工工艺和安全隐患分析,让施工人员充分理解工艺流程及施工安全隐患。

3D打印技术,解决了由于异型复杂构件难以理解而无法施工的现象,本项目将BIM技术与3D打印技术相结合,实现复杂异形构架等比例缩放打印。模型与传统交底方式结合,使施工重难点部位可视化,辅助施工人员更为直观地理解施工内容,确保方案准确实施。

(二)引进徕卡TS60全站仪自动测量机器人

由于钢结构受温度影响大,为满足钢箱梁及拱肋安装精度要求,对钢结构进行持续观测探寻钢结构受温度影响的变化规律是保证桥梁线型的关键因素,为此项目引进测量机器人。测量机器人集自动目标识别、自动照准、自动测量、自动目标跟踪、自动记录于一体,可实现快速、高效、准确测量。通过监测对比分析,把控桥梁建造的精度,确保钢结构安装进度,实现数字化施工、可视化放样、智能化验收。

(三)智能液压化吊具实现快速精准就位

项目技术人员通过吊装施工经验,自主研发智能液压自动化吊具,吊具主要由分配梁、拉杆、液压系统和电气系统组成,利用液压系统调整构件姿态,实现构件在顺、横桥向的姿态定位调整,有效解决了采用手拉葫芦调整构件空中姿态的传统吊装方法中作业环境恶劣、安全风险高、耗时耗力的缺点,同时当构件需要大角度调整时,传统吊装方式会导致钢丝绳受力不均产生结构安全风险,使用自动液压吊具进行安装施工精度提高40%以上,吊装效率提高50%。

二、导入新设计方法

(一)环氧砂浆封锚

该造型桥梁主副拱座采用钢混结合段设计为国内首创,为保证拱肋首节段力学性能,采用环氧砂浆进行封锚处理。环氧砂浆是一种高度粘合力、固化后稳定性好的高分子化学材料,具有优良的物理性能,与多种材料粘结力强,抗渗、抗冻、耐盐、碱、弱酸腐蚀,且热膨胀系数与混凝土接近,粘结性能较好耐久性强,同时施工相对简单,经常用于混凝土结构物缺陷修补、补强,预应力锚固。将环氧砂浆、水泥砂浆力学性能及黏结性能,以抗压强度、抗折强度和黏结强度为考核指标,分别制作对应试件进行冻融循环试验,结果表明环氧砂浆具有更加优异的耐冻性能。

我市属北温带半干旱大陆性气候区,年平均气温6.2℃,日最高气温38℃,日最低气温-31.4℃。所以环氧砂浆更能适应施工现场恶劣气候环境,为百年品质工程树牢根基。

为提高环氧砂浆防裂性能,本项目在环氧砂浆浇筑前,在钢板内壁进行基层拉毛,并在内壁上梅花形布置栓钉。有效增强环氧砂浆与钢结构的粘结力,防止环氧砂浆开裂。

(二)STC组合结构桥面

正交异性钢桥面具有构件质量轻、施工周期短等特点,已成为钢桥,尤其是特大型桥梁的首选桥面型式。但正交异性钢桥面存在两个世界性难题:钢桥面铺装极易损坏,面板与纵肋、横隔间易出现疲劳开裂。导致上述病害的主要原因一是钢桥面板的局部刚度不足,二是钢桥面夏季钢板的温度可达到70℃,高温和超载双重作用导致沥青铺装和钢桥面板出现早期病害。为解决该问题,通过在正交异性钢面板上设置薄层超高韧性混凝土STC(Super Toughness Concrete)层,将钢桥面转变成组合桥面,从而极大提高了桥面刚度,减小了面板和纵横肋在轮载下的应力,大幅提高了钢桥面的抗疲劳寿命。乌兰木伦河3号桥车行道铺装采用钢-STC组合桥面结构,具体包括45mm厚STC层+40mm厚 SMA13。其中,STC层通过规格φ13×35mm、间距15cm的焊接栓钉将超高韧性混凝土层与钢桥面板进行连接。STC层内布置纵横向HRB400钢筋网,标准间距为37.5mm,下层钢筋顺桥向布置,上层钢筋横桥向布置。STC铺装层可有效防止钢结构易疲劳开裂。

三、引进新管理模式

为提高安装精度,保证节段间连接顺滑平整,项目采用曲形曲作工艺代替传统拱肋节段制作中以直代曲的工艺,利用腹板异形下料调整拱肋弧形,通过地样线对各节段拼装完成后进行复核;在卧拼状态下进行平位焊接,整体定位点焊完毕后进行主焊缝烧焊,减小箱体变形,确保,整个拱圈线型优美。通过曲形曲作工艺,节段的安装控制,确保施工质量。