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16 inclinometers linked to PLC-unit to control the 9 percent downhill launching 3x 350 ton braking jacks; 3x 350 ton transfer jacks; 3x 150 ton pulling jacks Front of abutment: 3x 150 ton hollow plunger jacks pulling against the 350 ton jacks. Launching is 9 percent downhill. Span is 25 metres between pillars. Nose recovery system Nose recovery unit with 150 ton jacks One of the three 350 ton with 812 mm stroke, weighing 1400 kg each. The largest hollow cylinders Enerpac ever made. Power pack in middle of both bridges, enabling customer to switch from bridge to bridge. Spindle bar launching system with nine hydraulic jacks per bridge Spindle bar launching system: 3x braking jacks, 3x transfer jacks, 3x pulling jacks

高架桥施工:数字控制的桥梁下坡顶推

Customer: 
Rumdel Cape
Location: 
南非夸祖鲁纳塔尔省德班市木盖尼大桥(Mgeni Bridge)

项目概述
木盖尼高架桥(Mgeni Viaduct)位于南非的德班市(Durban),它将木盖尼河两岸德班地区的住宅区和工业区连接起来,并连通了通往新沙卡王机场(King Shaka Airport)的公路。该项目于2007年7月开工,预计于2009年3月完工,项目价值1.87亿兰特。

木盖尼高架桥由BCP Engineers公司(其后来被SSI收购,www.ssi-dhv.com)设计,由Rumdel Constitution Cape JV(www.rumdelcape.co.za ) 建造,临时工程设计由Jeffares & Green (www.jgi.co.za)完成。该项目由夸祖鲁纳塔尔运输部(Kwazulu Natal Department of Transport , www.kzntransport.gov.za)承建。高架桥从东桥墩开始按9%的坡度增量推进,推进系统由Enerpac(www.enerpac.com)提供。

木盖尼高架桥由两个特立的预制混凝土单室箱梁构成,全长410米,有9个跨度:34米、36米、40米和6个50米。每个桥面宽14.4米,深3.7米,设计承载3个3.5米宽的双向车道。桥面以3米宽的中间隔离带隔开,两边都设有预制的纽泽西护栏。

桥面每米重25吨,呈恒定下垂的竖曲面,曲面半径为3.7公里,东桥墩比西桥墩高8.74米。桥墩为建在实心岩石上的空心滑模结构,高度从50米到15.5米不等,最高的4个桥墩在整个推进过程中高度保持不变。桥面结构由一个30米长56吨重的钢导梁牵着,桥面分18段浇铸,各段长度从11米到25米不等。

推进系统
按9%的坡度推进桥面面临着许多挑战,因为在重力的作用下结构会变得不稳定并有移动的倾向。假设摩擦力为零,推进系统必须将桥面受力控制在其顺坡力的1.3倍。系统还必须能够在轴承被误施加了最大力10.500 kN时将桥面拉回来。

其实现方法是用3个350吨 空心柱塞油缸 凭借固定棒连接到桥板上,该固定棒穿过箱型墩安装并与75毫米Macalloy钢筋连接的。油缸安装在左桥墩后面,并让Macalloy钢筋穿过桥墩。350吨紧固油缸在这里起“锚”的作用,将泄压阀设定为当对另一个油缸施加1.3倍于桥墩顺坡下滑力的压力时,油缸就会泄压。因此,桥板自身的重量不会使油缸衰竭,因而桥板不会移动。这是Enerpac迄今为止制造的最大的油缸。

为了推进桥板,接下来用三个150吨 拉力油缸 向前拉,通过拉杆和50毫米Maccalloy钢筋接到桥板上。当拉力油缸被拉伸时,拉力油缸的力加上桥板顺坡下滑的力足以使350吨紧固油缸衰竭并克服摩擦力,于是桥板便向前移动了。因此,桥板的移动是安全和受控的,通过停止延伸拉力油缸可以在任何时候安全地停止推进。这种安全性能非常重要,因为当失去动力或压力时,桥板就不会自行移动,就像“锚”保持在原位一样。

为下一次移动复位油缸之前,每次移动会将桥板推进750毫米。每次循环结束时,紧固油缸上的载荷被转移到递进油缸上,使紧固油缸伸展开。然后桥板又被锁定在紧固油缸上,递进油缸衰竭,桥板再一次被推进。推进顺序如下面的图1~4所示。

推进系统是在中央计算机控制面板上控制的,在控制面板上可以设置紧固油缸和拉力油缸的压力参数。如果超过了推进该段所需的推进力(如果轴承装反或者有东西卡住桥板时就会发生这种情况),还允许推进控制器关闭系统。系统可以手动或自动操作,推进循环的每一次移动完成时,自动循环利用液压缸中的电子传感器向控制面板做出指示。紧固油缸的泄压是用手动泄压阀设定的,油缸压力可以通过阀体上的刻度盘或控制面板读取。

推进系统还包含应急开关,它们被安装在所有桥墩上,与4个最高的桥墩上安装的测斜仪连接。测斜仪上配备有电子传感器,如果桥墩偏出规定的容差以外,系统会自动关闭。

为方便推进修改桥板和拱腹
由于通过拉杆施加到箱型墩上的推进载荷很大,桥板和拱腹必须加以修改。为了实现这一点,拉杆和锁紧杆孔周围的区域被加厚(加厚使得拉杆/锁紧杆在拱腹上的承重面更大),另外加装了钢筋来承受推进载荷。然后对钢的排列进一步细化,将原设计的钢包含在内,以便使施工更加容易和快速。由于桥板变长且推进载荷增加,必须增加钢的量来应对不断增加的载荷。该段推进完成后,这些孔眼又被堵上。

拉力油缸/紧固油缸顶住左桥墩,缸套则留在桥墩中让Maccalloy钢筋穿过。桥墩基础的施工过程中,我们发现有断层线穿过桥墩的中心。通过另外将锚钉从不同的角度装入岩石表面16米,就能避免滑动的可能性。如果任何锚钉发生故障,则附加的缸套便留在桥墩中。幸运的是,并没有用上附加缸套。

施工
浇铸区位于一个槽口中,而桥板施工的其余设施都在邻近的填土上,这让现场变得非常拥挤。有限的储存区域使得货物发运和控制不太可能在现场进行。

桥板被同时推进,其各段在12~14天时间内完成。混凝土通过卡鲁计量给料器在现场分批处理,堆放在2立方米的铲斗内。箱型墩分三节浇铸,首先放拱腹,然后放骨架肋板,最后放桥板。由于水泥含量高,并且德班市夏季气温超过32度,而混凝土必须存放在30摄氏度以下的地方。我们通过将水冷却到1度并将混凝土放在隔热屋面下面来实现这一要求。通过洒水让19毫米厚的石板保持潮湿,从而为其降温,另外还准备了冰,放在冷藏容器内,以备不时之需。

在集中预加强完成以前36个小时内,强度达到了35 MPa。混凝土立方在隔热箱里放在桥板上固化,以测定其实际强度,而为了质量控制的原故,采用现场实验室在固化罐里对混凝土立方进行固化。钢筋在闸板外面预先固定,一旦上一段推进完成就可以滚动到位。浇铸区建在垂直曲线半径上,与25米的桥段成25毫米倾角。垫上垫木,容差在1毫米以内,模架通过100吨千斤顶进行升降。当浇铸区基础在槽口基岩上建好时,未出现任何沉降。

竣工 我们目前正在对最后一个桥段进行施工,高架桥即将于2010年3月份竣工。桥板将从右桥墩处拖入其最终位置。拉力油缸很快就会被重新放到右桥墩上,第二个桥段上已经打好孔眼,以便插入拉杆。

接下来将在桥墩上浇铸隔水墙,松垂的吊索在安装纽泽西护栏前就会被拉紧。纽泽西护栏已经在预制厂被预先浇铸到右桥墩上,随时可以安装。3、4和5号桥墩都有固定支座,左桥墩上的固定杆和紧固油缸在安装完这些组件前仍留在原位不动。用4个由Enerpac提供的500吨卧式千斤顶将桥板顶起,将临时支座换成永久支座。然后临时支座将被拆毁并沉入谷底。永久支座已经安在桥顶上,即将移动到位,进行灌浆。这项工作将于新一年的年初开始。

尽管该项目面临着许多挑战,但各专业的设计顾问、承包商和Enerpac通过密切合作克服了这些困难。